4.5. Физиология энергетического обмена

Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Живые организмы потребляют из окружающей среды энергию, преобразуют одну форму энергии в другую, а затем возвращают в среду эквивалентное количество энергии в форме, наименее пригодной для них. Энергия, возвращаемая клеткой в окружающую среду, обычно выделяется в форме тепла, которое является окончательным результатом всех превращений энергии в организме. Тепло образуется при превращении химической энергии в механическую, а также возникает в результате трения. Часть механической энергии также превращается в тепло.

1. Энергетический баланс организма

Энергия, затрачиваемая при выполнении актов жизнедеятельности, — результат расщепления аденозинтрифосфата (АТФ) и превращения химической энергии этого соединения в какую-либо другую форму энергии (механическую, тепловую, электрическую и пр.). Ограниченное количество этого вещества в клетках организма делает необходимым ресинтез АТФ по мере его расходования. Для ресинтеза АТФ должно расщепляться какое-либо другое энергобогатое вещество и освобождать необходимую энергию. Соответствующие процессы разделяются на две группы:

1) анаэробные, протекающие без участия кислорода;

2) аэробные, заключающиеся в окислительном распаде энергобогатых веществ.

Веществами, освобождающими в анаэробных процессах энергию в виде АТФ, являются креатинфосфат (КФ), глюкоза и гликоген. Расщепление КФ – это быстрый путь ресинтеза АТФ. Однако его запасы невелики. Возможности для синтеза АТФ за счет энергии, высвобождаемой при анаэробном расщеплении глюкозы (гликолизе) и гликогена (гликогенолизе), более значительны .

В окислительных процессах, обеспечивающих ресинтез АТФ (окислительное фосфорилирование), расщепляются глюкоза, гликоген, свободные жирные кислоты, глицерин и безазотистые остатки аминокислот. Конечными продуктами аэробных процессов являются углекислый газ и вода, легко выводимые из организма. Обязательным условием аэробных процессов является достаточная доставка О₂ клеткам и его достаточная концентрация (давление). Энергия, освобождаемая в окислительных процессах, находит применение также для ресинтеза КФ и гликогена, расщепленных в анаэробных процессах. Для этого нужны энергетические затраты в эквивалентных количествах с теми, которые освобождались в анаэробных процессах. Таким образом, все энергетические процессы находят выражение в количестве энергии, освобождаемой в окислительных процессах.

Чем интенсивнее деятельность клеток, тем больше необходимо затратить и ресинтезировать АТФ, следовательно, тем больше их запрос в кислороде. Общий запрос всех тканей тела в кислороде составляет кислородный запрос организма, характеризую­щий общую интенсивность его жизнедеятельности.

Аэробные процессы связаны с расходом окисляемых веществ. Продолжение жизни возможно лишь при постоянном пополнении запасов энергии, что и происходит благодаря приему пищи. Соотноше­ние количества энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой организмом, называется энергетическим балансом. При избыточном питании, превышающем действительные расходы энергии, происходит накопление энергетических запасов. В условиях недостаточного питания запасы энергобогатых веществ уменьшаются.