Энергозатраты организма складываются из 2-х частей: основного и рабочего обмена.

Некоторое количество энергии тратится в организме на поддержание самого процесса жизни: активный транспорт веществ (например, на работу натрий калиевого насоса), сокращения сердца, перистальтику кишечника, дыхательные движения и др. Таким образом, энергетические затраты, идущие на поддержание жизни организма в покое, называются основным обменом, а на различные процессы его жизнедеятельности (передвижение в пространстве, выполнение работы) - рабочим обменом. Интенсивность энергообмена зависит от характера деятельности.

Для мужчины с массой тела 70 кг это примерно 1600—1700 ккал/сут. Снижение основного обмена происходит только при длительном голодании. Усиление же метаболизма могут вызвать многочисленные факторы. Самым сильным из них является специфическое динамическое действие пищи, прием смешанной пищи увеличивает основной обмен примерно на 5 – 20%, белковой – больше.

Мощным влиянием на величину основного обмена организма обладают гормоны щитовидной железы трийодтиронин и тироксин. При гиперфункции щитовидной железы (тиреотоксикоз) основной обмен может возрасти на 50% и более. Гипофункция железы (микседема) вызывает снижение основного обмена в среднем на 30 %. Возбуждение симпатического отдела автономной нервной системы также усиливает метаболизм благодаря высвобождению адреналина из мозгового вещества надпочечников и непосредственному действию симпатических нервов на термопродукцию.

Обмен в покое и при мышечной работе

Основной потребитель энергии в организме высших животных и человека – скелетные мышцы. Показано, что у сидящего человека энерготраты на 40 %, а у стоящего на 70 % выше величины основного обмена. Этот уровень энергозатрат называют обменом покоя. Легкий труд увеличивает расход энергии вдвое, ходьба в среднем темпе – втрое, бег трусцой – в 8 раз. Кратковременные физические нагрузки могут увеличивать скорость метаболизма в 20 раз. Для компенсации затрат энергии питанием необходимо знать величину суточного расхода энергии.

Энерготраты должны компенсироваться поступлением энергии с пищей. Правильное (рациональное, сбалансированное) питание должно включать в себя белки, жиры и углеводы в соотношении 1:1:4. При этом белки покрывают 15% суточной потребности в энергии, жиры – 30% и углеводы – 55%. При недостатке одного из пищевых энергоносителей его можно заменять другим с учетом их энергетической ценности (правило изодинамии). Так, 1 г белков можно заменить 1 г углеводов или 0,5 г жиров.

Запасы энергии

Наиболее мобильным запасом энергии считается глюкоза, растворенная в крови. Ее существенным достоинством как источника энергии является то, что она может быть использована не только в аэробном, но и в анаэробном дыхании, т.е., может давать небольшое количество энергии и в отсутствие кислорода (в отличие от жиров). Однако ее количества, содержащегося в крови (20 г), достаточно для поддержания жизни только в течение 1 ч. Запасание большего количества энергии в виде глюкозы невозможно: это привело бы к резкому увеличению либо осмотического давления, либо массы тела.

Окисление 1 г глюкозы дает 4,1 ккал энергии. Для обеспечения жизни человека необходимы, по меньшей мере, 2000 ккал/сут, или примерно 500 г глюкозы. Изотонический раствор такого количества глюкозы имел бы объем 10 л, что сопоставимо с объемом всей межклеточной жидкости.

Однако и у высших животных сохранились структуры, для которых глюкоза остается главным источником энергии: центральная нервная система; эритроциты (не имеющие митохондрий); клетки мозгового вещества почек (работающие в условиях низкого напряжения кислорода и потому нуждающиеся в глюкозе для получения энергии анаэробным путем). Мозг потребляет почти исключительно глюкозу. Только после 4 – 5 сут полного голодания концентрация кетоновых тел в крови становится достаточной, чтобы обеспечить часть потребностей мозга в энергии, но и после нескольких недель голодания мозг половину своей потребности в энергии удовлетворяет за счет глюкозы.

Полимеризация глюкозы до гликогена облегчает запасание энергии, но не решает проблему полностью. Возможности накопления гликогена также ограничены: он хранится в теле только в присутствии значительного количества воды. Чтобы поститься в течение 1 сут, человеку требуется 1 кг «мокрого» гликогена (500 г собственно гликогена + 500 г воды). Двухмесячный запас составил бы 60 кг. Реальное количество гликогена в человеческом организме (около 100 г в печени и около 200 г в мышцах) достаточно для голодания в течение менее чем 1 сут.

Скелетные мышцы используют гликоген в случаях недостаточного снабжения их кислородом. Таким образом, гликоген является вторым по очередности использования (после глюкозы) и более емким запасом энергии. Избыток глюкозы превращается в жиры – самый емкий, но еще менее мобильный запас энергии.

В организме млекопитающих имеется особая ткань, выполняющая сугубо специфическую роль в липидном обмене, жировая ткань. Она состоит из жировых клеток, или адипоцитов. Она распространена по всему организму – под кожей, в брюшной полости, образует жировые прослойки вокруг отдельных органов. Ее количество в организме воистину огромно. У мужчины со средней массой тела суммарный вес жировой ткани составляет от 10 до 20 кг! А у тучных людей на десятки килограммов больше. Выделяют так называемые белую и бурую жировые ткани. Около 65 % массы жировой ткани приходится на долю отложенных в ней триацилглицеролов (ТАГ), что составляет примерно 95 % всех ТАГ в организме. Последние представляют собой форму запасания энергии и выполняют в обмене жиров такую же функцию, как гликоген печени в обмене углеводов.

ТАГ являются самыми высококалорийными веществами живых организмов. При полном их окислении выход энергии составляет 9,5 ккал/г. Высокая энергетическая ценность ТАГ объясняется тем, что входящие в их состав ЖК – высоковосстановленные соединения. Кроме того, благодаря выраженной гидрофобности, ТГ резервируются в жировой ткани в почти обезвоженной форме. Поэтому количество энергии, запасенной в 1 г такого обезвоженного жира, намного превышает энергию 1 г гидратированного гликогена.

Белки также обладают энергетической ценностью. При необходимости часть аминокислот, образующихся при расщеплении белков, используется не для повторного синтеза белка, а для образования глюкозы. Однако животные не способны накапливать дополнительные количества белка в качестве запаса энергии, и специального органа для хранения белков не существует.

Теплота сгорания - это количество тепла, которое выделяется при окислении 1 грамма вещества. Так при окислении 1 г жира выделяется 9,3 ккал; 1 г углеводов - 4,1 ккал и белка - 4,1 ккал тепла. В пересчете на Дж: при расщеплении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии; жиров - 38,9 кДж; белков - 17.2 кДж.

При условии ежедневного использования 2000 ккал запасы энергии содержащиеся в теле человека, достаточны для 7 недель голодания (глюкозы и гликогена – на 1 сут, жиров — более чем на 40 сут и белков — примерно на 6 сут). При голодании происходит постепенное и поочередное использование запасов энергии: сначала используются глюкоза и гликоген, затем жиры и, наконец, белки. В первые дни ограниченного питания масса тела снижается относительно быстро за счет расщепления гликогена и выведения связанной с ним воды. Затем наступает очередь жиров, и снижение массы тела замедляется.