Физиология обмена веществ Общая схема вовлечения питательных веществ в процессы аэробного метаболизма.
Белки, жиры и полисахариды составляющие большую часть нашей пищи, в процессе пищеварения расщепляются на мономерные субъединицы: белки на аминокислоты, полисахариды на простые сахара, жиры на жирные кислоты и глицерол (глицерин). Все эти простые вещества способны включаться в процессы аэробного метаболизма окисляясь до углекислого газа и воды (схема) и роль главных "ворот" выполняет, главным образом, ацетил-СоА.
Конечным полезным продуктом аэробного метаболизма являются молекулы АТФ, аккумулирующие в удобной концентрированной форме, извлеченную путем окисления углеводов, липидов и в меньшей степени белков кислородом химическую энергию.
Окисление 1 г каждого из этих веществ требует неодинаковых количеств кислорода и сопровождается освобождением различных количеств тепла (таблица). Количество тепла, освобождающегося после потребления организмом 1 л кислорода, носит название калорического эквивалента кислорода.
Таблица
Потребление кислорода и высвобождение тепла при окислении 1 г различных питательных веществ
Питательное вещество |
Выделяется тепла, (энергетическая ценность) ккал |
Потребляется кислорода, л |
Калорический (энергетический) эквивалент |
Белки Жиры Углеводы |
4,1 9,3 4,1 |
0,966 2,019 0,830 |
4,60 4,69 5,05 |
Если известно, какие вещества – белки, жиры или углеводы окислялись в организме и, зная общее количество кислорода, использованное на их окисление можно вычислить суммарные энергетические затраты. В случае использования смешанной пищи для подсчета общих энергетических трат организма используется величина дыхательного коэффициента. Дыхательным коэффициентом называется отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода.
При окислении углеводов, например глюкозы:
С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О
ДК = 6СО2/6О2 = 1
При окислении жиров, например трипальмитина:
2С3Н5(С15Н31СОО)3 + 145О2 = 102СО2 + 98Н2О
ДК = 102СО2/145О2 = 0,7
Аналогичный расчет для белка дает величину дыхательного коэффициента 0,8. При употреблении смешанной пище дыхательный коэффициент может быть в диапазоне 0,75-0,95. Пользуясь специальными таблицами, для каждого значения дыхательного коэффициента можно определить соответствующий калорический эквивалент кислорода. При обычном питании величина ДК у человека достаточно постоянна и составляет приблизительно 0,85. Ей соответствует значение калорического эквивалента кислорода – 4,862 ккал. Определив с помощью специального прибора – спирографа, количество поглощенного кислорода можно рассчитать интенсивность обмена веществ в организме.
Уровни обмена веществ.
В клетках выделяют три уровня обмена веществ:
- уровень активного обмена – интенсивность обменных процессов в активно функционирующей клетке;
- уровень готовности - интенсивность обменных процессов в неактивной в данный момент клетке, сохраняющей способность к немедленному функционированию;
- уровень поддержания – минимальная интенсивность метаболизма, достаточная для сохранения клеточной структуры.
Уровни обмена веществ в целом организме:
- интенсивность обмена веществ в условиях покоя – основной обмен;
- интенсивность обмена веществ в условиях нагрузки.
При определении интенсивности основного обмена необходимо соблюдать 4 условия:
- проводить определение утром;
- проводить определение в покое (лежа);
- проводить определение натощак;
- проводить определение в условиях температурного комфорта.