Энергетический обмен. Энергетическая ценность пищевых веществ.
Все пищевые вещества обладают определенным запасом энергии. Организм называют трансформатором энергии, ибо в нем постоянно происходят специфические превращения питательных веществ, приводящие к освобождению энергии и переходу ее из одного вида в другой.
Соотношение между количеством энергии, получаемой с пищей, и количеством затрачиваемой энергии носит название энергетического баланса организма. Для его изучения необходимо определение энергетической ценности пищи.
Исследования показали, что каждый грамм полисахаридов и белков дает 17,2 кДж. При распаде жиров освобождается 38,96 кДж. Отсюда следует, что энергетическая ценность различных пищевых веществ неодинакова и зависит от того, какие в данном веществе содержатся питательные вещества. Так, например, энергетическая ценность орехов оказывается равной 2723,5 кДж, сливочного масла - 3322,2 кДж и т.д. Энергетическая ценность пищевых веществ не всегда совпадает с их физиологической ценностью, ибо последняя еще определяется способностью к усвоению. Пищевые вещества животного происхождения усваиваются лучше, чем растительного.
Методы определения обмена веществ.
Количество энергии, освобождающееся в организме, зависит от химических превращений веществ в нем, т.е. от обменных процессов. Отсюда следует, что количество тепла, выделенное организмом, может служить показателем обмена веществ. Определение количества тепла, т.е. количества калорий, выделенных организмом, дает всю сумму энергетических превращений в виде конечного теплового итога. Такой способ определения энергии носит название прямой калориметрии. Определение количества калорий методом прямой калориметрии производится с помощью калориметрической камеры, или калориметра. Этот метод определения энергетического баланса трудоемкий.
Все эти определения можно произвести гораздо проще, изучая газообмен. Определение количества энергии, выделенной организмом, с помощью изучения газообмена, получило название непрямой калориметрии. Зная, что все количество энергии, выделяемой в организме, есть результат распада белков, жиров и углеводов, зная также, какое количество энергии выделяется при распаде этих веществ и какое количество их подверглось распаду за определенный промежуток времени, можно вычислить количество освобождающейся энергии. Для того, чтобы определить, какие вещества подверглись в организме окислению - белки, жиры или углеводы, вычисляют дыхательный коэффициент. Под дыхательным коэффициентом понимают отношение объема выделенной углекислоты к объему поглощенного кислорода. Дыхательный коэффициент оказывается различным при окислении белков, жиров и углеводов. Суммарная формула распада углеводов выражается следующим уравнением:
(C6H10O5)n + 6nO2 = 6nCO2 + 5nH2O.
Отсюда CO2/O2 = 6/6 = 1.
Для жиров дыхательный коэффициент равен 0,7.
Зная величину дыхательного коэффициента, по таблицам можно определить тепловой эквивалент кислорода, которым называют количество освобождаемой энергии на каждый литр потребленного кислорода. Тепловой эквивалент кислорода неодинаков при разных значениях дыхательного коэффициента. Для определения количества потребленного кислорода и выделенной углекислоты пользуются методом Дугласа-Холдена. Испытуемый берет в рот мундштук, нос закрывает, и весь выдыхаемый за определенный промежуток времени воздух собирается в резиновый мешок. Объем выдохнутого воздуха определяется с помощью газовых часов. Из мешка берут пробу воздуха и определяют в ней содержание кислорода и углекислого газа; вдыхаемый воздух содержит определенное их количество. Отсюда по разности в процентах вычисляют количество потребленного кислорода, выделенного углекислого газа и дыхательный коэффициент. Затем находят соответствующий его величине тепловой эквивалент кислорода, который умножают на количество литров потребленного кислорода. При этом получают величину обмена за тот промежуток времени, в течение которого производилось определение газообмена. Затем переводят эту величину на сутки.
Основной и общий обмен веществ.
Различают общий обмен веществ и обмен веществ при полном покое. Обмен веществ в покое организма называют основным. Его определяют при следующих условиях: человек получает последний раз пищу за 12 ч до опыта. Испытуемого укладывают в постель и спустя 30 мин начинают определение газообмена. В этих условиях энергия тратится на работу сердца, дыхание, поддержание температуры тела и т.д. Но эта затрата энергии невелика. Главные затраты при определении основного обмена связаны с химическими процессами, всегда имеющими место в живых клетках. Величина основного обмена составляет от 4200 до 8400 кДж в сутки для мужчин и от 4200 до 7140 кДж - для женщин.
Обмен веществ может значительно изменяться при различных условиях. Так, например, во время сна обмен оказывается значительно меньшим. Интенсивность основного обмена во время сна уменьшается на 8-10% по сравнению с исследованием во время бодрствования. Во время работы, при мышечной нагрузке, наоборот, обмен значительно увеличивается. Увеличение обмена тем значительней, чем интенсивнее была мышечная нагрузка. В связи с этим работники различных профессий тратят неодинаковое количество энергии в сутки (от 12600 до 21000 кДж). Умственная работа вызывает незначительное повышение обмена веществ: всего на 2-3%. Всякие эмоциональные возбуждения неизбежно приводят к повышению обмена веществ. Обмен веществ изменяется и под влиянием приема пищи. После приема пищи обмен возрастает на 10-40%. Влияние пищи на обмен веществ не зависит от деятельности желудочно-кишечного тракта, оно обусловлено специфическим действием пищи на обмен. В связи с этим и принято говорить о специфическо-динамическом действии пищи на обмен, понимая под этим его увеличение после принятия пищи.
