Энергетический обмен

Энергетический обмен происходит в каждой живой клетке. Богатые энергией питательные вещества усваиваются и химически преобразуются, их потенциальная энергия превращается в тепловую, механическую и частично в электрическую. Энергия расходуется на температурный гомеостазис, выполнение какой-либо работы (мышечное сокращение, активный транспорт веществ и ионов через клеточные мембраны и др.), а также на синтез структурных элементов клетки и обеспечение ее функций, рост организма. В конечном итоге, механическая энергия превращается в тепловую, следовательно, количество тепла, образовавшегося в организме, становится мерой суммарной энергии окисления химических соединений.

Единицей измерения образовавшегося тепла является калория на единицу времени. В Международной системе (СИ) мерой энергообмена является джоуль (1 ккал = 4,19 кДж).

Методы исследования энергообмена

Прямая калориметрия основана на определении количества тепла, выделенного организмом, в герметизированных и теплоизолированных от внешней среды камерах – биокалориметрах. Тепло, выделяемое исследуемым организмом, определяют по нагреванию воды, протекающей по трубам в камере. По количеству протекающей воды и изменению ее температуры рассчитывают тепловые потери организма с учётом потерь тепла с выделенными мочой и калом. Биокалориметры громоздки, сложны по устройству, поэтому они применяются только в специальных научных целях.

Непрямая калориметрия.

Теплообразование в организме зависит от интенсивности обменных процессов. При любой реакции биохимического окисления веществ потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Метод непрямой калориметрии основан на определении количества усвоенного организмом кислорода и выделенного углекислого газа, с последующими расчетами. Кислород используется для окисления белков, жиров и углеводов, но на окисление этих веществ требуется различное количество кислорода, теплопродукция при этом также различна. Количество тепла, освобождающегося после потребления организмом 1л кислорода, называется калориметрическим эквивалентом кислорода (КЭК).

Таблица № 1Потребление кислорода и высвобождение тепла при окислении различных веществ в организме.

Обратите внимание на тот факт, что на окисление 1г углеводов требуется меньше кислорода, чем на окисление 1г белков. Больше всего кислорода расходуется на окисление 1г жиров. Поскольку в организме одновременно могут окисляться белки, жиры и углеводы, значит, по количеству усвоенного им кислорода, невозможно определить, какие питательные вещества окислялись и сколько образовалось тепла.

Известно, что при окислении различных питательных веществ, клетки выделяют разное количество углекислого газа. Узнав объем выделенного углекислого газа и потребленного кислорода, можно определить, какие питательные вещества окислялись. Для этого вводится понятие дыхательного коэффициента (ДК).

Дыхательным коэффициентом называется отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода.

Рассмотрим, для примера, каким будет ДК при окислении глюкозы:

С 6 Н 12 О 2 + 6 О 2 = 6СО 2 + 6Н 2О, следовательно, ДК= 6СО 2/ 6О 2 равен 1.

Мы уже обращали Ваше внимание, что на окисление 1г белков и особенно жиров требуется больше кислорода(в молекулах белков и жиров кислорода содержится меньше). ДК при окислении белков -0,8. ДК при окислении жиров еще ниже - 0,7. При смешанном питании ДК обычно равен 0,85 – 0,89. Определенному дыхательному коэффициенту соответствует определенный калорический эквивалент кислорода. Таким образом, определив ДК и соответствующий ему калорический эквивалент кислорода, можно рассчитать общую теплопродукцию организма за час, сутки.