50. Обмен энергии в организме

В организме должен поддерживаться энергетический баланс по-ступления и расхода энергии. В процессе обмена веществ постоянно про-исходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органиче-ских соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, меха-ническую и электрическую. В процессе биологического окисления эта энергия высвобождается и используется прежде всего для синтеза АТФ.

Запасы АТФ в клетках невелики, поэтому они должны постоянно вос-станавливаться. Этот процесс осуществляется путем окисления питатель-ных веществ. Запас энергии в пище выражается ее калорийностью, т.е. способностью освобождать при окислении то или иное количество энер-гии. Расход энергии зависит от возраста и пола, характера и количества вы-полняемой работы, времени года, состояния здоровья и других факторов.

Преобладающим результатом энергетических процессов в организме является теплообразование, поэтому вся энергия, образовавшаяся в орга-низме, может быть выражена в единицах тепла – калориях или джоулях. Для определения интенсивности энергообмена в организме применяют ме-тоды прямой и непрямой калориметрии.

Прямая калориметрия основана на измерении тепла, выделяемого организмом, и проводится с помощью специальных камер (калориметров). Это тепло определяет величину израсходованной энергии. Метод прямой калориметрии наиболее точный, но очень громоздкий и сложный, и непри-емлем во многих видах профессиональной и спортивной деятельности.

Методы непрямой калориметрии. Т.к. в основе теплообразования в организме лежат окислительные процессы, при которых потребляется кислород и образуется СО₂, то значительно проще определять расходы энергии по его газообмену – учету количества потребленного О₂ и выде-ленного за это время СО₂ (т.е. косвенно). С этой целью используются раз-личные газоанализаторы.

Для окисления различных питательных веществ требуется разное ко-личество кислорода. Количество энергии, освобождаемое при использо-вании 1 л кислорода, называется его калорическим эквивалентом. При окислении углеводов калорический эквивалент равен 5,05 ккал, жиров – 4,7 ккал и белков – 4,6 ккал. В организме обычно окисляется смесь питательных веществ, поэтому калорический эквивалент О₂ колеблется от 4,7 до 5,05 ккал (в среднем 4,85). С увеличением в окисляемой смеси углеводов калорический эквивалент повышается, а с увеличением жиров – снижается.

О величине калорического эквивалента О₂ узнают по уровню дыха-тельного коэффициента (ДК), равному отношению объема выдыхаемой углекислоты к объему поглощаемого кислорода (СО₂/ О₂). Величина ДК зависит от состава окисляемых веществ. При окислении углеводов он ра-вен 1,0; жиров – 0,7 и белков – 0,8. При окислении смеси питательных ве-ществ величина его колеблется в пределах 0,8 – 0,9. Во время интенсивной мышечной работы ДК повышается и приближается к 1.

При втором методе непрямой калориметрии (алиментарная кало-риметрия) учитывают калорийность принимаемой пищи и ведут наблю-дения за массой тела. Постоянство массы тела свидетельствует о балансе между поступлением энергетических ресурсов в организм и их использо-ванием. Однако при использовании этого метода возможны существенные ошибки; кроме того, он не позволяет определить энерготраты за короткие промежутки времени.

В зависимости от активности организма и воздействий на него фак-торов внешней среды различают три уровня энергетического обмена: основной обмен, энерготраты в состоянии покоя и энерготраты при раз-личных видах труда.

Основным обменом называется количество энергии, которое тратит организм при полном мышечном покое, через 12 – 14 ч после приема пищи и при окружающей температуре 20 – 22 °С. У взрослого человека он в среднем равен 1 ккал на 1 кг массы тела в 1 ч. У людей при массе тела в 70 кг основной обмен в среднем равен около 1 700 ккал. Нормальные его колебания составляют ± 10 %. У женщин основной обмен несколько ниже, чем у мужчин; у детей он выше, чем у взрослых.

Энерготраты в состоянии относительного покоя превышают ве-личину основного обмена. Это обусловлено влиянием на энергообмен процессов пищеварения, терморегуляцией вне зоны комфорта и тратами энергии на поддержание позы тела человека.

Энерготраты при различных видах труда определяются характе-ром деятельности человека. Суточный расход энергии в таких случаях включает величину основного обмена и энергию, необходимую для вы-полнения конкретного вида труда. По характеру производственной дея-тельности и величине энерготрат взрослое население может быть разделе-но на 4 группы:

1. люди умственного труда, их суточный расход энергии составляет 2 200 –3 000 ккал;

1. люди, выполняющие механизированную работу (2 300 – 3 200 ккал);

2. люди частично механизированного труда (2 500 – 3 400 ккал);

2. люди немеханизированного тяжелого физического труда (3 500 – 4 000 ккал). При спортивной деятельности расход энер-гии может составлять 4 500 – 5 000 ккал и более. Это обстоятель-ство следует учитывать при составлении пищевого рациона спортсменов, который должен обеспечивать восполнение расхо-дуемой энергии.

На механическую работу тратится не вся освобождающаяся в организме энергия. Большая ее часть превращается в тепло. То количест-во энергии, которое идет на выполнение работы, называется коэффициен-том полезного действия (кпд). У человека кпд не превышает 20 – 25 %. кпд при мышечной деятельности зависит от мощности, структуры и темпа движений, от количества вовлекаемых в работу мышц и степени трениро-ванности человека.