ТЕМА 7. Обмін речовин і енергії.

Сутність обміну речовин.Усі процеси життєдіяльності клітин здійснюються з використан­ням енергії. Вона витрачається на створення цілісності клітинних структур, підтримку іонних градієнтів, біосинтетичних процесів, забезпечення специфічних форм клітинної активності (скорочення, проведення нервового імпульсу, секрецію) тощо. У процесі творен­ня енергоємких макроергів частина енергії відразу виділяється у вигляді тепла — це первинне тепло. Після використання АТФ частина енергії трансформується у тепло, що зветься вторинним. Уся енергія, яку виробляє організм за одиницю часу, є сумою енергії, потрібної для виконання праці, енергії, витраченої на теп­лотворення, і запасів енергії.

Виходячи з цього, можна визначити ККД (коефіцієнт корисної дії) клітин:

Теоретично для будь-якої клітини можна виділити три метабо­лічні рівні—активності, готовності та підтримання цілості. Рі­вень активності—інтенсивність процесів обміну при ви­конанні специфічної функції клітини (секреція клітин, скорочення м'яза тощо). Рівень готовності—метаболічний рівень, який неактивна у даний момент клітина повинна підтримувати, щоб у будь-який момент бути готовою почати функціонувати. Рі­вень підтримання цілості — це мінімум, якого досить для збереження клітинної структури. Для цього треба зберегти в клі­тині не менше як 15 % енергії рівня активності. При меншому рів­ні енергії вона загине. Так, якщо при інтенсивній фізичній праці макроергів буде витрачено більше, ніж цей критичний рівень, то організм може не відновитися і загинути (один із наслідків ви­користання допінгу, що затримує появу втоми).

Витрачені енергетичні ресурси організм має постійно відновлю­вати за рахунок їжі. Білки, жири, вуглеводи та інші сполуки, які надходять з їжою, використовуються для відновлення структур організму, поповнення енергетичних витрат. Зниження інтенсив­ності цих процесів або їх припинення призводить до загибелі цих структур. Передусім організм страждає від порушення енергетич­ного обміну. Це треба враховувати при порушенні процесів обміну, отруєннях, утрудненні доставки кисню. Тривалість зберігання жит­тєдіяльності при порушенні доставки енергії в різних органах за­лежить від особливостей утворення в них енергії, відносного рівня метаболізму та філогенетичної зрілості структур.

Одиниці вимірювання енергетичного обміну.Традиційною одиницею вимірювання енергетичного обміну є калорія (кал).1 кал – це така кількість енергії, необхідної для підвищення температури 1г води на 1С⁰. В системі СІ використовують 1 Дж, що дорівнює 4,187кал.

Енергетична цінність вуглеводів, білків та жиріврізна. При окисленні вуглеводів виділяється 17,16 кДж/г (4,1 ккал/г), окисленні білків—17,17 кДж/г (4,1 ккал/г) енергії. Але при згоранні білків до кінцевих продуктів ця величина перевищує 22,61 кДж/г (5,6 ккал/г). Максимальну енергетичну цінність мають жири—38,94 кДж/г (9,3 ккал/г).

Загальний обмін

При фізичній і розумовій праці, після їжі, при зміні пози тіла, емоціях процеси обміну стають інтенсивнішими. Рівень обміну в звичайних умовах називається загальним обміном. Його приріст залежить від інтенсивності скорочення м'язів. Має значення і ро­зумова активність; якщо вона супроводжується емоціями, то обмін активізується значною мірою. Це пояснюється активізацією про­цесів творення ряду гормонів, які посилюють процеси обміну.

Специфічно-динамічний вплив їжі. Підвищення обміну спосте­рігається протягом багатьох годин після їжі (до 10—12 год). У даному випадку енергія витрачається не тільки на сам процес травлення (секреція, моторика, всмоктування). Проявляється так звана специфічно-динамічна дія їжі. Вона значною мірою обумов­люється активізацією процесів обміну продуктами травлення. Особливо цей вплив виражений при надходженні білків. Вже через 1 год і протягом наступних 3—12 год (тривалість залежить від кількості прийнятої їжі) при надходженні білків активність про­цесів енерготворення зростає до ЗО % від рівня загального обміну. При надходженні вуглеводів та жирів цей приріст становить не більше 15 %.

Вплив температури. Інтенсивність процесів обміну збільшує­ться при відхиленнях температури навколишнього середовища від комфортного рівня. Найбільше це проявляється при зниженні тем­ператури, оскільки для збереження постійної температури тіла енергія інших видів переходить у теплову.

Обмін енергії при трудовій діяльності. Найбільший приріст енерговитрат обумовлюється скороченням скелетних м'язів. Тому рівень процесів обміну в першу чергу, залежить від фізичної актив­ності людини. Доросле населення за рівнем загального обміну, може бути поділено на п'ять груп:

1-ша—ті, що зайняті переважно розумовою працею;

2-га — зайняті легкою фізичною працею;

3-тя — ті, хто виконує середньої важкості фізичну роботу;

4-та — зайняті важкою фізичною працею;

5-та — зайняті дуже важкою фізичною працею.

Дихальний коефіцієнт (ДК) — відношення об'єму виділеного СО₂ до вжитого О₂:

ДК=VС0₂/V0₂.

Величина ДК різна при окисленні білків, вуглеводів чи жирів.