Енергетичний обмін організму.

Дослідження енергетичного обміну і терморегуляції.

Організм є відкритою термодинамічною системою, яка обмінюється з зовнішнім середовищем речовинами та енергією. Джерелами енергії в організмі є поживні речовини – білки, жири, вуглеводи, які гідролізуються у травному каналі до амінокислот, моносахаридів, жирних кислот та гліцерину; останні всмоктуються у внутрішнє середовище організму і транспортуються до клітин організм, де приймають участь у метаболізмі у присутності кисню, який надходить до організму завдяки диханню.

В процесі метаболізму утворюються високо енергетичні (макроергічні) фосфатні сполуки: аденозинтрифосфат (АТФ), креатин фосфат (КФ) та інші. Так при повному окисленні 1 мол глюкози теоретично може утворитись 38 моль АТФ:

С₆Н₁₂О₆ + 38АДФ + 38Фн→ 6СО₂ + 6Н₂О +38 АТФ

Беручи до уваги, що на утворення АТФ йде 8000кал/моль, а молекула глюкози містить 673 000 кал/моль загальної енергії, то на утворення АТФ з глюкози витрачається:

38 х 8000/ 673000 х 100 = 45% загальної енергії. Решта енергії виділяється у вигляді первинного тепла.

Здебільшого 90% спожитого кисню використовуються в процесах, що відбуваються в мітохондріях, а 80% цієї кількості – для синтезування АТФ.

Енергія високо енергетичних сполук використовується для здійснення фізіологічних функцій організму, в тому числі близько 27% АТФ використовується для синтезування білків, 24%: Na⁺- K⁺ - АТФ-азою мембранних насосів для підтримання іонної асиметрії; 9% - для глюконеогенезу; 6% - Са²⁺-АТФ-азою, 3% - для синтезування сечовини; решта – на скорочення м’язів, секрецію, та інші фізіологічні функції. В процесі здійснення функцій утворюється вторинне тепло. Таким чином, всі види енергії в організмі перетворюються на тепло, що може бути виміряне методами калориметрі. В процесі метаболізму з організму виділяються продукти метаболізму.

Методи вимірювання енергетичних витрат організму

Пряма калориметрія: це безпосереднє вимірювання тепла, що витрачає організм, за допомогою спеціальної камери – калориметра, який є ізольованою термодинамічною системою (не обмінюється з зовнішнім середовищем енергією). Застосовується в наші дні переважно в експериментах, бо потребує тривалого часу перебування об’єкта в калориметрі.

Прикладом калориметра для хімічних речовин є калориметрична бомба, яка заповнюється поживними речовинами (вуглеводами, білками, або жирами), що спалюються електричною іскрою. Бомба занурена у воду, зміна температури води становить міру утворення тепла. Таким чином виміряли енергетичну характеристику основних харчових речовин, вона становить для вуглеводів – 4,1 ккал/г, для білків з поправкою на окислення до сечовини – 4,1 ккал/г; для жирів – 9,3/ккал/г.

Непряма калориметрія: заснована на вимірюванні кількості кисню, спожитого організмом за певний час, бо вона характеризує інтенсивність метаболізму. Вироблення енергії в процесі метаболізму залежить від того, які речовини переважно окислюються, бо при цьому утворюється різна кількість енергії. Про те, окислення яких речовин здійснюється в організмі, свідчить величина дихального коефіцієнту (ДК). ДК – це співвідношення об’єму вуглекислого газу (VСО₂), що виділений з організму, до об’єму спожитого кисню (VО₂):

ДК = (VСО₂)/(VО₂)

При окисленні вуглеводів він становить 1:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О

6 х 22,4л = 134,4 л; ДК =134,4 л/134,4 л = 1

ДК при окисленні білків – 0,82.

ДК при окисленні жирів – 0,7:

2С₅₁Н₉₆О₆ + 145 О₂ → 102 СО₂ + 98Н₂О;

ДК = 102 х 134,4л/ 145 х 134,4л =0,703

Скільки енергії утворюється при споживанні 1л кисню при окисленні певних поживних речовин визначає калоричний коефіцієнт кисню (ККО₂): наприклад маса 1 моля глюкози – 180 г., при окисленні 1г глюкози утворюється 4,1 ккал, а 180 г : 180 х 4,1 = 738 ккал; споживається кисню 134,4 л. ККО₂ = 738 ккал /134,4 л = 5,49 ккал/л. Це дозволяє вирахувати енергетичні витрати за певний час, якщо визначити кількість спожитого кисню.

Енергетичні витрати людини за добу визначають методом непрямої калориметрії з метою: 1) підтримання енергетичного балансу організму завдяки харчовому раціону, адекватному енергетичним витратам; 2) щоб виявити, чи нормальна інтенсивність метаболізму – визначення основного обміну (ОО).

Основний обмін – це енергетичні витрати людини у стандартних умовах: вранці після пробудження, натще, лежачі, в емоційному спокої, при температурі комфорту.

Всі зазначені чинники впливають на інтенсивність метаболізму: після вживання білкової їжі інтенсивність метаболізму збільшується на 30% і може тривати до 12-18 годин; фізична робота та психічна діяльність також збільшують величину ОО; зниження температури навколишнього середовища призводить до збільшення інтенсивності метаболізму.

Визначений ОО порівнюють з його належними величинами (стандартним ОО), які визначають за таблицями, що враховують масу тіла, ріст і вік, стать , бо від цих чинників залежить інтенсивність метаболізму. При умові, що визначений ОО збігається зі стандартним ОО в межах +,- 10%, його величина є нормальною, що свідчить про нормальну інтенсивність метаболізму.