Обмен веществ и энергия в организме

Для измерения энергообмена используют методы калориметрии. Прямая калориметрия основана на прямом измерении выделяемой теплоты, непрямая — на измерении количества потребления кислорода, ибо потребление кислорода пропорционально энергообмену.

Выделяют так называемый основной обмен — минимальный энергообмен в состоянии покоя. Физическая и (или) умственная нагрузки ведут к росту энергообмена (рабочая прибавка).

Эффект «специфического  динамического воздействия» основных элементов питания (белков, жиров, углеводов) заключается в том, что сложные  углеводы требуют для своего переваривания  всего 4-7 процентов от собственной  калорийности, а белки – целых 30 процентов.

Жизнь организма зависит от протекания химических реакций с превращением всех видов энергии в тепловую. Скорость химических реакций, а следовательно, и энергообмена зависит от температуры тканей. Теплота как конечное превращение энергии способна переходить из области более высокой температуры в область более низкой. Температура тканей определяется соотношением скорости метаболической теплопродукции их клеточных структур и скорости рассеивания образующейся теплоты в окружающую среду. Следовательно, теплообмен между организмом и внешней средой является неотъемлемым условием существования животных организмов. Для поддержания нормальной (оптимальной) температуры тела у животных организмов имеется система регуляции теплообмена со средой.

Животные организмы подразделяются на пойкилотермные и гомойотермные. Пойкилотермные (стоящие на более низких ступенях филогенетической лестницы) обладают несовершенными, но все же достаточно эффективными механизмами терморегуляции. Эти механизмы включают химическую систему температурной компенсации, позволяющую удерживать устойчивый энергообмен при значительных перепадах температуры тела, терморегуляцию поведением (выбор оптимальной температуры среды) и температурный гистерезис (способность захватывать теплоту из внешней среды быстрее, чем ее терять).

Гомойотермия — более позднее приобретение эволюции животного мира. К истинно гомойотермным животным относят птиц и млекопитающих, так как эти животные способны поддерживать постоянную в пределах 2 °С температуру тела при сравнительно широких колебаниях температуры внешней среды.

В основе гомойотермии лежит более высокий, чем у пойкилотермных животных, уровень энергообмена за счет усиления роли тиреоидных гормонов, стимулирующих работу клеточного натриевого насоса. Высокий энергообмен привел к формированию совершенных механизмов регуляции тепловой энергии в организме.

Для поддержания постоянной температуры  тела гомойотермные животные обладают химической и физической терморегуляцией. Физическая терморегуляция осуществляется изменением теплопроводности покровных тканей тела (изменение кровотока кожи, пилоэрекция, испарение влаги с поверхности тела или ротовой полости).

Химическая терморегуляция осуществляется путем увеличения теплообразования в организме. Выделяют два основных источника химической терморегуляции (регулируемого теплообразования): сократительный термогенез за счет терморегуляционного тонуса и дрожи мышц и несократительный термогенез за счет бурой жировой ткани.

Управление теплообменом осуществляется активностью терморецепторов, информация от которых поступает в центр терморегуляции гипоталамуса, управляющий реакциями химической и физической терморегуляции.

Длительное пребывание в условиях высокой или низкой температуры  окружающей среды приводит к существенным изменениям свойств организма, повышающих его устойчивость к действию соответствующих температурных факторов.

Построение и обновление тканей тела, а также покрытие энерготрат организма должны обеспечиваться адекватным питанием. В обмене веществ и энергии различают два направленных процесса: анаболизм и катаболизм. Под анаболизмом понимают совокупность процессов, направленных на построение структур организма главным образом через синтез сложных органических веществ. Катаболизм — это совокупность процессов распада сложных органических веществ с целью высвобождения энергии. В основе анаболизма и катаболизма лежат соответственно процессы ассимиляции и диссимиляции, которые взаимосвязаны и сбалансированы.

Пищевые потребности животных достаточно однородны: необходимые вещества для  энергообмена (белки, жиры, углеводы), вещества для построения сложных белковых молекул и клеточных структур (аминокислоты, пурины, липиды, углеводы), специальные катализаторы обмена (витамины) и стабилизаторы клеточных мембран (антиоксиданты), неорганические ионы и универсальный биологический растворитель вода.

Энергетическую ценность пищи определяют по количеству тепловой энергии, высвобождаемой при сгорании 1 г пищевого вещества (физиологическая теплота сгорания).

Сбалансированное питание должно включать белки, жиры и углеводы в  массовой пропорции, примерно 1:1:4. В  качественном отношении пища должна быть полноценной, т.е. содержать белки (включающие незаменимые аминокислоты), незаменимые жирные кислоты (так  называемый витамин F), витамины, в большинстве  входящие в состав катализирующих систем, и большую группу витаминоподобных веществ, неорганических элементов и воду.

Использованная  литература

1. Бартон А, Эдхолм О. Человек в условиях холода. М, 1957.
2. Мак-Мюрей В. Обмен веществ у человека. М., 1980.
3. Основы физиологии / Под ред. П. Стерки. М., 1984.
4. Слонам А.Д. Эволюция терморегуляции. Л., 1986.
5. Сравнительная физиология животных / Под ред. Л. Проссера. М., 1973. Т. 2.
6. Физиология терморегуляции: Руководство по физиологии / Под ред. К.П. Иванова. Л., 1984.
7. Физиология человека / Под ред. Р. Шмидта, Г. Тевса. М., 1986. Т. 4.
8. Шмидт-Ниельсон К. Физиология животных. Приспособление и среда. М., 1982. Кн. 1.