Для поддержания жизнедеятельности человеку требуется постоянный расход внутренней энергии. Процесс, ответственный за энергетические преобразования в организме человека называется обмен веществ.

Продукты питания снабжают человека химической энергией , которая, переходя в другие формы, согревает организм, поддерживает его жизнедеятельность и выполняет механическую работу (ходьба, поднятие грузов). Таким образом, вся наша энергия поставляется пищей или внутренними резервами (какой-то частью жировых запасов, участвующих в обмене веществ). Если вы поверили в закон сохранения энергии , то должны согласиться, что третьего выхода нет: либо нам надо потреблять достаточное количество пищи (и усваивать ее), либо «сжигать» собственный жир.

Человек не может выполнить ни добавочной работы без дополнительного питания, ни нормальной работы на пониженном рационе, если он не воспользуется собственными внутренними запасами жира, которые, в конечном счете, тоже накопились благодаря питанию. Соединяясь с кислородом, топливо-пища превращается в углекислый газ и воду. При «сжигании» пищи до углекислого газа и воды , в процессе обмена веществ освобождается определенное количество химической энергии независимо от характера промежуточных процессов.

Если бы это было не так, мы могли бы опровергнуть закон сохранения энергии , т. е. создали бы себе пищу с помощью одного процесса и потребляли бы ее в другом, который высвобождал бы больше энергии! Так что энергосодержание пищи можно измерить сжиганием ее образцов в лаборатории. Поэтому мы можем вычислить калорийность не только собственного рациона, но и рациона всего человечества. По выдыханию углекислого газа, мы можем определить количество топлива, сжигаемого при различного рода деятельности: ходьбе, ночном сне, игре в футбол, работе и т.п.

Тем самым мы можем определить «цену» жизни

Подобные испытания проводятся с помощью маски, надеваемой на лицо испытуемого; эта маска собирает выдыхаемый воздух за короткий период времени, газометром измеряется объем выдыхаемого воздуха, и анализ образца дает количество кислорода, которое заменилось на углекислый газ. Эти химические изменения за целый день дают нам полное количество пищи, «сожженное» испытуемым за время рабочего цикла, позволяя оценить расход внутренней энергии человеком.

Минимальный жизненный уровень, при котором поддерживается работа сердца, легких, минимум пищеварения, требует определенного количества энергии. Этот минимум энергии называется основным обменом веществ. В холодную погоду на нагревание тела требуется несколько больше энергии! Ходьба и другая умеренная деятельность предъявляют дополнительные требования, а усиленные упражнения требуют еще больше. При тяжелой физической работе мы должны потреблять гораздо большее количество пищи, чем это необходимо для самой работы, ибо к. п. д. нашего тела составляет только около 25%, а остальные 75% тратятся на теплоту.

Минимальный расход внутренней энергии для организма здорового человека составляет около 2000 Кал в день; плавание или футбол требуют дополнительно 500 Кал в час, а для 8 часов тяжелой физической работы требуется еще 2000 Кал в день. Так что грузчику нужно вдвое больше питания, чем бездельнику, хотя последний имеет то же телосложение; следовательно, и есть грузчик должен вдвое больше. Но, с другой стороны, студенту, усиленно изучающему математику, нужно столько же питания, сколько и тогда, когда он бьет баклуши. Умственный труд требует очень небольших немедленных затрат - ум искусен, но, по-видимому, не жаден. Возможно, он предъявляет свои счета позднее.

Всем нам, если мы не сидим в тюрьме, не лежим в постели, обленившись до крайности, необходимо дополнительное питание сверх минимального уровня. Истощенный человек с недостаточным рационом не может «вершить дела». Либо он должен жить спокойной жизнью и даже лежать в постели, либо он постепенно будет «съедать» самого себя.

Именно пища ставит предел росту численности населения планеты. В мире, как целом, всегда были большие группы людей, находящихся на грани истощения. Каждый раз, когда создавались машины, облегчающие добывание продуктов питания или другую работу, население возрастало до нового уровня, определяемого количеством продуктов питания и топлива. В настоящее время количество продуктов питания и топлива регулирует жизнь и определяет благосостояние планеты, хотя в будущем большую угрозу может представлять нехватка пресной воды. И если когда-нибудь удастся достигнуть обильного снабжения как сельского хозяйства, так и промышленности дешевой термоядерной энергией , то жить станет определенно лучше.

Просто о сложном – Энергия и обмен веществ в организме человека

• Галерея изображений, картинки, фотографии.
• Энергия и обмен веществ в организме человека – основы, возможности, перспективы, развитие.
• Интересные факты, полезная информация.
• Зеленые новости – Энергия и обмен веществ в организме человека.
• Ссылки на материалы и источники – Энергия и обмен веществ в организме человека.

Похожие записи

Обмен энергии между организмом и окружающей средой осуществляется по законам термодинамики. Организм внутри себя постоянно создает негэнтропии (т.е. поддерживает структурность элементов, распадаясь способны выделять энергию). Для этого прежде всего используется энергия, накопленная в продуктах окружающей среды (в виде макроскопических соединений, поступающих с пищей). Вокруг себя организм создает энтропию, выделяя энергию в виде тепла. Энтропия — это потеря структурности с выделением энергии.

Соотношение между энергией, поступающей в организм и количеством энергии, выделяемой им, называется энергетическим балансом. Если этот баланс будет положительным — то энергоносители задерживаются в организме и наоборот.

Выделяют два уровня обмена энергии: основной обмен (00), или тот уровень обменных процессов в организме, который необходим для его функционирования в условиях физиологического покоя. Этот обмен объединяет затраты энергии на биосинтез, в поддержку концентрационных градиентов различных ионов на оболочках клеток и на деятельность внутренних органов (мозга, сердца, дыхательных мышц, печени, почек и др.).. Уровень основного обмена зависит от возраста, пола, массы тела и роста человека и, исходя из этих параметров, определяется по известным в физиологии таблицами Харриса-Бенедикта. Согласно этим таблицам общий уровень основного обмена (00) рассчитывают в зависимости от пола человека как сумму энергетических затрат исходя из массы тела (определяется по табл. А) и возраста и роста человека (определяется по табл. Б Харриса-Бенедикта). Например, девушка в возрасте 17 лет, масса тела которой составляет 46 кг, а рост 156 см имеет 00 = 1095 +201 = 1296 ккал. При отсутствии таблиц Харриса-Бенедикта величину основного обмена (00) можно рассчитывать с помощью уравнений, приведенных в табл. 5.

У детей уровень массы тела значительно больше, чем у взрослых людей, что объясняется более интенсивными процессами биосинтеза в детском возрасте. Известно, например, чтобы «встроить» одну аминокислоту в цепь белковой молекулы требуется энергия двух молекул АТФ (аденозитрифосфорнои кислоты).

У детей до 5 лет за один час на 1 кг массы тела расходуется примерно 14 — 15 кДж (3,45 ккал) энергии, в 10 лет примерно 9 — 10 кДж (2,26 ккал), в 15 лет — 5,3 — 6,0 кДж (1,33 ккал) и у взрослых людей — 4,2 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела в час. У девушек (женщин) основной обмен примерно на 5% ниже , чем у юношей (мужчин). Средние возрастные изменения уровня основного обмена приведены в табл. 6.

Динамика основного обмена с возрастом плотно связана с энергетическими затратами на рост организма. Чем меньше возраст ребенка, тем относительные затраты энергии на рост больше (рис. ЗО). Например, затраты энергии на рост в возрасте 3 месяца составляют 36%, в ​​возрасте 6 месяцев — 26%, 10-12 месяцев — 21% общей энергетической ценности пищи.

Дополнительно к энергию на любые функции, и на внешнюю работу. Затраты энергии при полной жизнедеятельности называются общим обменом.

По данным А. П. Матвеева (2003) употребление белковой пищи повышает уровень обмена на 30%; жирной и углеводистой пищи — на 15%, а обычной смешанной пищи на 30-35%. Выполнение нетрудной работы в быту повышает уровень обмена на 30-60%. Физическая умеренная работа и обычные спортивные тренировки могут повышать уровень обмена в 20-25 раз, т.е. больше чем на 2000%. Умственный труд, который не сопровождается мышечными усилиями и эмоциональным напряжением повышает энергетические затраты всего на 2-3%. Если к умственному труду прилагается эмоциональное напряжение, то энергетические затраты могут расти на 40-90%.

Обмен веществ непрерывно протекает во всех клетках, тканях и системах организма и способствует поддержанию жизнедеятельности и сохранению постоянства внут­ренней среды. В результате обменных процессов обра­зуются вещества, необходимые для построения клеток и тканей.

Посредством обмена веществ обеспечивается поступление в организм энергии, необходимой для его жизне­деятельности, восстанавливается потеря воды (водный обмен), удовлетворяется потребность в минеральных веществах (минеральный обмен), витаминах (витамин­ный обмен) возмещается потеря органических веществ, используемых для синтетических процессов (пластиче­ский обмен).

Обмен веществ характеризуется двумя противополож­ными процессами - ассимиляцией и диссимиляцией, которые определяют непрерывную связь организма с окружающей средой.

Ассимиляция - это процесс синтеза необходимых организму веществ и использования их для роста и развития. Источником таких веществ является повсед­невная пища.

Диссимиляция - процесс распада веществ, их окис­ление кислородом и выведение из организма.

Процессы синтеза и распада протекают непрерывно и одновременно и находятся в единстве между собой. Однако в отдельные периоды жизни это равновесие нарушается. Например, в детстве, когда организм интен­сивно растет и развивается, превалируют процессы ассимиляции. Напротив, когда организм стареет или ослаблен болезнью либо голодом, преобладают процессы диссимиляции.

Обмен веществ слагается из белкового, углеводного, жирового, витаминного, минерального и водного обменов, которые тесно связаны сложными биохимическими реакциями.

В регуляции обмена ведущая роль принадлежит центральной нервной системе, которая координирует эти процессы с помощью гормонов. Так, белковому обмену способствует гормон щитовидной железы - тироксин; на жировой обмен влияют гормоны поджелудочной и щитовидной желез, надпочечников и гипофиза; на углеводный обмен - гормон поджелудочой железы - инсулин и гормон надпочечников - адреналин.

В результате обмена веществ образуется также энер­гия, необходимая организму для биохимических реакций и покрытия тепловых и механических затрат. Выделение энергии происходит в результате окисления и расщепле­ния сложных органических веществ, которые поступают с пищей.

В качестве единицы измерения расхода энергии используются калория или джоуль.

Обмен веществ и энергии - это взаимосвязанные процессы, разделение которых связано лишь с удобством изучения. Ни один из этих процессов в отдельности не существует. При окислении энергия химических связей, содержащаяся в питательных веществах, освобождается и используется организмом. За счет перехода одних видов энергии в другие и поддерживаются все жизненные функции организма. При этом общее количество энергии не изменяется. Соотношение между количеством энергии, поступающей с пищей, и величиной энергетических затрат называется энергетическим балансом.

Сказанное можно проиллюстрировать на примере деятельности сердца. Сердце совершает огромную работу. Каждый час оно выбрасывает в аорту около 300 л крови. Эта работа совершается за счет сокращения сердечной мышцы, в которой при этом протекают интенсивные окислительные процессы. Благодаря освобождающейся энергии обеспечивается механическое сокращение мышц, и в конечном счете вся энергия переходит в тепловую, которая рассеивается в организме и отдается им в окружающее пространство. Аналогичные процессы идут в каждом органе человеческого тела. И в каждом случае в конечном итоге химическая, электрическая, механическая и другие виды энергии трансформируются в тепловую и рассеиваются во внешнюю среду. Количество энергии, расходуемое на выполнение физической работы, определяют как коэффициент полезного действия (кпд). Его средняя величина - 20-25%, у спортсменов КПД выше. Установлено, что 1 г белка при окислении выделяет 4,1 ккал, 1 г жира - 9,3, air углеводов - 4,1 ккал. Зная содержание белков, жиров и углеводов в пищевых продуктах (табл. 1), можно установить их калорийность, или энергетическую стоимость.

Мышечная деятельность, активный двигательный режим, физические упражнения и спорт связаны со значительным расходом энергии. В некоторых случаях он может достигать 5 000 ккал, а в дни интенсивных и объемных тренировок у спортсменов и того более. Такое увеличение энергозатрат необходимо учитывать при составлении пищевого рациона. Когда в пище присутствует большое количество белка, значительно удлиняется процесс ее переваривания (от двух до четырех часов). За один раз целесообразно принимать до 70 г белка, так как излишки его начинают преобразовываться в жир. А представители некоторых видов спорта (например, гимнасты, бодибилдеры и др.) всячески избегают накопления лишнего жира и предпочитают энергию получать из растительной пищи (например, фруктовая пища связана с образованием быстрых углеводов).

Питательные вещества можно замещать, учитывая их калоричес-кую ценность. Действительно, с энергетической точки зрения 1 г углевода эквивалентен (изодинамичен) 1 г белка, так как у них одинаковый калорический коэффициент (4,1 ккал), а 1 г белка или углевода эквивалентен 0,44 г жира (калорический коэффициент жира 9,3 ккал). Отсюда следует, что человек, суточный расход энергии которого 3 000 ккал, может полностью удовлетворить энергетические нужды организма, потребляя в сутки 732 г углеводов. Но для организма важна не только общая калорийность пищи. Если человек достаточно долго потребляет только жиры или белки, или углеводы, в его организме возникают глубокие изменения в обмене веществ. При этом нарушаются пластические процессы в протоплазме клеток, наблюдается сдвиг азотистого равновесия, образуются и накапливаются токсические продукты.

Таблица 1. Состав наиболее важных пищевых продуктов (в % сырого вещества)

Для нормальной жизнедеятельности организм должен получать оптимальное количество полноценных белков, жиров, углеводов, минеральных солей и витаминов, которые содержатся в различных пищевых продуктах. Качество пищевых продуктов определяется их физиологической ценностью. Наиболее ценными пищевыми продуктами являются молоко, масло, творог, яйца, мясо, рыба, зерновые, фрукты, овощи, сахар.

Люди разных профессий затрачивают при своей деятельности разное количество энергии. Например, занимающийся интеллектуальным трудом в день тратит менее 3000 больших калорий. Человек, занимающийся тяжелым физическим трудом, за день затрачивает в 2 раза больше энергии (табл. 2).

Таблица 2.

Энергетический расход (ккал/сут) для лиц различных категорий труда

Многочисленные исследования показали, что мужчине среднего возраста, занимающемуся и умственным, и физическим трудом в течение 8-10 ч, необходимо потреблять в день 118 г белков, 56 г жиров, 500 г углеводов. В пересчете это составляет около 3 000 ккал. Для детей, людей пожилого возраста, для лиц занимающихся тяжелым физическим трудом, требуются индивидуальные, научно обоснованные нормы питания. Пищевой рацион составляется с учетом пола, возраста человека и характера его деятельности. Большое значение имеет режим питания. В зависимости от возраста, рода работы и других критериев устанавливается 3-6-разовое питание в сутки с определенным процентным содержанием пищи на каждый прием.

Таким образом, чтобы сохранять энергетический баланс, поддерживать нормальную массу тела, обеспечивать высокую работоспособность и профилактику различного рода патологических явлений в организме, необходимо при полноценном питании увеличить расход энергии за счет повышения двигательной активности, что существенно стимулирует обменные процессы.

Важнейшая физиологическая «константа» организма - то минимальное количество энергии, которое человек расходует в состоянии полного покоя. Эта константа называется основным обменом. Нервная система, сердце, дыхательная мускулатура, почки, печень и другие органы непрерывно функционируют и потребляют определенное количество энергии. Сумма этих затрат энергии и составляет величину основного обмена.

Основной обмен человека определяют при соблюдении следующих условий: при полном физическом и психическом покое; в положении лежа; в утренние часы; натощак, т.е. через 14ч после последнего приема пищи; при температуре комфорта (20°С). Нарушение любого из этих условий приводит к отклонению обмена веществ в сторону повышения. За 1 ч минимальные энергетические затраты организма взрослого человека составляют в среднем 1 ккал на 1 кг массы тела.

Основной обмен является индивидуальной константой и зависит от пола, возраста, массы и роста человека. У здорового человека он может держаться на постоянном уровне в течение ряда лет. В детском возрасте величина основного обмена значительно выше, чем в пожилом. Деятельное состояние вызывает заметную интенсификацию обмена веществ. Обмен веществ при этих условиях называется рабочим обменом. Если основной обмен взрослого человека равен 1700- 1800 ккал, то рабочий обмен в 2-3 раза выше. Таким образом, основной обмен является исходным фоновым уровнем потребления энергии. Резкое изменение основного обмена может быть важным диагностическим признаком переутомления, перенапряжения и недовосстановления или заболевания.

Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, какую огромную работу выполняют многочисленные клетки, органы и ткани нашего организма в процессе жизнедеятельности? Специалисты подсчитали, что энергии, необходимой, к примеру, для обеспечения деятельности сердца, печени, почек и мышц в одни лишь сутки хватило бы, чтоб вскипятить более 10 ведер воды!

Откуда же организм берет эту энергию?

Ее источником служит животная и растительная пища, содержащая белки, жиры, углеводы, минеральные соли и витамины.

Запасы энергии организм черпает при превращении органических веществ пищи: главным образом углеводов, частично жиров и в меньшей степени белков.

Процесс превращения энергии, заключенной в пище, в собственную энергию клеток

многоступенчат и сложен. Попробуем проследить основные его этапы. Под действием пищеварительных ферментов белки, жиры и углеводы превращаются в желудке и кишечнике в более простые вещества-мономеры. Белки распадаются на аминокислоты, жиры-на глицерин и жирные кислоты, углеводы-на моносахара.

Мономеры всасываются в кровь и лимфу. Из них в клетках (большую роль в этом процессе играют клетки печени) строятся индивидуальные, неповторимые по структуре белки, жиры и углеводы нашего организма. В процессе жизнедеятельности клетки они разрушаются, и тем быстрее, чем интенсивнее клетка работает. Процесс разрушения происходит в своеобразных энергетических станциях, которыми природа снабдила каждую клетку организма,-митохондриях. Это особые внутриклеточные образования, напоминающие внешне сосуд с жидкостью, полость которого разделена неполными перегородками. В одной клетке может быть от нескольких митохондрий до многих сотен. Именно здесь под воздействием ферментов и кислорода наши собственные органические вещества разлагаются до своих конечных продуктов-углекислого газа, воды и азотистых соединений. Таким образом организм «добывает» энергию, «сжигая» составляющие его клетки углеводы, жиры и белки.

Выделяющуюся энергию подхватывает особое вещество- аденозиндифосфорная кислота (АДФ),- превращаясь при этом в аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ). АДФ и АТФ-универсальные переносчики и аккумуляторы энергии. Они могут удерживать энергию про запас, отдавая ее, когда это необходимо, для осуществления тех или иных жизненных процессов

Работают энергетические станции клетки весьма продуктивно: до 67 процентов образующейся энергии используется для выполнения различной работы: механической-при мышечной деятельности, электрической-при передаче нервных импульсов, химической-при образовании молекул в процессе роста и многих других. Сравните: кпд самых совершенных механизмов, созданных людьми, не превышает 40 процентов! В организме же даже те 33 процента энергии, которые рассеиваются в виде тепла, нельзя считать потерянными-ведь это тепло участвует в поддержании температуры нашего тела.

Но самое удивительное, что часть энергии идет на восстановление самих клеток, разрушающихся в процессе непрерывной деятельности. И чем больше приходится клетке трудиться, тем мощнее ее энергосистема, а значит, и способность самообновления.

Восстановление клеточной структуры-одно из уникальных свойств живого организма. Опыты показывают, что у человека половина всех тканевых белков распадается и строится заново в течение каждых восьмидесяти дней. Это средняя цифра. Некоторые белки замещаются гораздо быстрее, другие медленнее. Белки печени и сыворотки крови, к примеру, обновляются очень быстро-каждые 10 дней наполовину. У некоторых ферментов печени этот период составляет всего 2-4 часа. Белки мышц замещаются значительно медленнее, обновляясь каждые 180 дней.

С одной стороны, клетка непрерывно «сама себя сжигает». Этот процесс называется катаболизмом (от греческого katabole-сбрасывание вниз). Он сопровождается разрушением протоплазмы и выделением энергии. С другой стороны, клетка столь же непрерывно «сама себя строит». Место разрушенных сложных соединений протоплазмы занимают другие, такие же сложные и богатые энергией. Значит, анаболизм (от греческого anabole-подъем)-так называется процесс строительства-ведет к восстановлению протоплазмы и накоплению энергии.

Обе эти стороны обмена веществ должны быть уравновешены. Это значит, сколько веществ и энергии расходуется в результате различных процессов жизнедеятельности, столько же их и восстанавливается.

т. е. кузнецова

кандидат медицинских наук