Б.34(2) Обмен веществ как основной признак живого. Ассимиляция и диссимиляция.

Все пищевые вещества обладают определённым запасом энергии. Организм называют трансформатором энергии, так как в нём постоянно происходят специфи­ческие превращения питательных веществ, приводящие к освобождению энергии и переходу её из одного вида в другой. Соотношение между количеством энергии, получаемой с пищей, и количеством затрачиваемой энергии носит название энергетического баланса организма. Для его изучения необходимо определение энергетической ценности пищи.

Энергетическая ценность пищевых веществ не всегда совпадает с их физиологи­ческой ценностью, ибо последняя определяется способностью к усвоению. Пищевые вещества животного происхождения усваиваются лучше, чем растительного.

Обмен веществ представляет собой единство двух процессов: ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция — совокупность реакций синтеза сложных органических молекул из более простых с накоплением энергии. Диссимиляция — совокупность реакций расщепления сложных органических веществ (в том числе и пищевых) до более простых, сопровождающихся выделением энергии. Процессы ассимиляции и диссимиляции неразрывно связаны между собой, так как синтез веществ невозможен без затрат энергии, которая высвобождается при расщеплении сложных органических молекул до простых. Органические вещества пищи — основной строительный материал и единственный источник энергии для организма. Нарушение баланса между этими двумя процессами жизнедеятельности неизбежно приводит к расстройству обмена веществ в организме.

Методы определения энергетического обмена. Количество энергии, освобождающееся в организме, зависит от химических превращений веществ в нём, т.е. от обменных процессов. Отсюда следует, что количество теплоты, выделяемое организмом, может служить показателем обмена веществ. Определение количества тепла (количества калорий), выделенных организмом, даёт всю сумму энергети­ческих превращений в виде конечного теплового итога. Такой способ определения энергии носит названия прямой калориметрии. Определение количества калорий методом прямой калориметрии производится с помощью калориметрической камеры, или калориметра. Этот метод определения энергетического баланса трудоёмок.

Все эти определения можно провести гораздо проще, изучая газообмен. Опреде­ление количества энергии, выделенной организмом, с помощью изучения газообмена, получило название непрямой калориметрии. Зная, что всё количество энергии, выделяемой в организме, есть результат распада белков, жиров и углеводов, зная также, какое количество энергии выделяется при распаде этих веществ, и какое количество их подверглось распаду за определённый промежуток времени, можно вычислить количество освобождающейся энергии. Для того, чтобы определить какие вещества подверглись в организме окислению - белки, жиры или углеводы, вычисляют дыхательный коэффициент. Под дыхательным коэффициентом понимают отношение объёма выделенной углекислоты к объёму поглощенного кислорода. Дыхательный коэффициент оказывается различным при окислении белков, жиров и углеводов. Для примера рассмотрим, каков будет дыхательный коэффициент при окислении глюкозы. Суммарная формула распада глюкозы:

С₆Н₁₂0₆ + б 0₂ = 6 СО, + 6 Н₂0.

При окислении глюкозы число молекул образовавшегося СО₂, равно числу молекул поглощенного 0₂. Равное количество молекул газа при одной и той же температуре и одном и том же давлении занимает один и тот же объем (закон Авогадро). Следо­вательно, дыхательный коэффициент (отношение С0₂ / 0₂) при окислении глюкозы и других углеводов равен единице.

При окислении жиров и белков дыхательный коэффициент будет ниже единицы. При окислении жиров дыхательный коэффициент равен 0,7. Проиллюстрируем это на примере окисления трипальмитина:

2 С₃Н₅(С₁₅Н₃₅СОО)з + 145 0₂ = 102 С0₂ + 98 Н₂0.

Отношение между объёмами углекислого газа и кислорода составляет в данном случае 102 С0₂ / 145 0₂ = 0,703.

Аналогичный расчёт можно сделать и для белка; при его окислении в организме дыхательный коэффициент равен 0,8. При смешанной пище у человека дыхательный коэффициент обычно равен 0,85-0,89.

Основной и общий обмен веществ. Различают общий обмен веществ и обмен веществ при полном покое. Обмен веществ в покое организма называют основным. Его определяют при следующих условиях:

• в состоянии мышечного покоя (положение лёжа с расслабленной муску­латурой), не подвергаясь раздражениям, вызывающих эмоциональное напряжение;

• натощак, т.е. через 12-16 часов после приёма пищи;

• при внешней температуре «комфорта» (21-22° С), не вызывающих ощущения холода и жары.

Испытуемого укладывают в постель и спустя 30 минут начинают определение газообмена. В этих условиях энергия тратится на работу сердца, дыхание, поддер­жание температуры тела и т.д. Но эти затраты не велики. Главные затраты при определении основного обмена связаны с химическими процессами, всегда имеющими место в клетках. Величина основного обмена составляет от 4200 до 8400 кДж в сутки у мужчин и от 4200 до 7140 кДж - для женщин.

Обмен веществ может значительно изменяться при различных условиях. Так, например, во время сна обмен оказывается значительно меньшим. Интенсивность основного обмена во время сна уменьшается на 8-10% по сравнению с исследованием во время бодрствования. Во время работы, при мышечной нагрузке, наоборот, он значительно увеличивается. Увеличение объёма тем значительней, чем интенсивнее мышечная нагрузка.

Умственная работа вызывает незначительное повышение обмена веществ – всего на 2-3%. Всякие эмоциональные возбуждения неизбежно приводят к повышению обмена веществ. После приёма пищи обмен возрастает на 10-40%. Влияние пищи на обмен веществ не зависит от деятельности ЖКТ, оно обусловлено специфическим действием пищи на обмен. В связи с этим и принято говорить о специфическом динамическом действии пищи на обмен, понимая под этим его увеличение после приёма нищи.

Регуляция обмена энергии. Уровень энергетического обмена находится в тесной зависимости от физической активности, эмоционального напряжения, характера питания, степени напряжения терморегуляции и ряда других факторов.

Получены многочисленные данные, свидетельствующие об условнорефлеторном изменении потребления кислорода и энергообмена. Любой ранее индифферентный раздражитель, связанный по времени с мышечной деятельностью, может служить сигналом к увеличению обмена веществ и энергии.

У спортсмена в предстартовом состоянии резко увеличивается потребление кислорода, а, следовательно, и энергообмен. То же происходит во время прихода на работу и при действии факторов рабочей обстановки у рабочих, деятельность которых связана с мышечными усилиями. Если испытуемому под гипнозом внушить, что он выполняет тяжёлую работу, то обмен у него может значительно повыситься, хотя в действительности испытуемый не производит никакой работы. Всё это свидетельствует о том, что уровень энергетического обмена в организме может изменяться под влиянием коры большого мозга.

Особую роль в обмене энергии играет гипоталамическая область мозга. Здесь формируются регуляторные влияния, которые реализуются вегетативными нервами или гуморальным звеном за счёт увеличения секреции ряда гормонов. Особенно выражено усиливают обмен энергии гормоны щитовидной железы - тироксин и трийодтиронин, и гормоны мозгового вещества надпочечников - адреналин и норадреналин.