Баланс энергии

В организме насчитывается пять форм энергии: химическая, механическая, осмотическая, электрическая и тепловая. Клетки тела способны использовать энергию только из одного источника — химическую энергию, выделяющуюся при экзергонических реакциях. Химическая энергия организма может превращаться во все другие формы энергии (рис. 21–1Б).

В соответствии с первым законом термодинамики энергия не может возникать из ничего и исчезать бесследно. Этот закон применим к живым системам в том смысле, что энергия, получаемая организмом, должна быть сопоставимой с энергией, выделяемой им. Взаимоотношения между компонентами, вовлекаемыми в баланс между получаемой и затраченной энергией, могут быть представлены уравнением:

химическая энергия пищи = тепловая энергия
+ энергия работы (затраты на физическую активность)
± химический запас энергии

Отсюда вытекают следующие позиции.

Количество энергии, выделяемой в единицу времени, определяет уровень метаболической активности.

Вся энергия организма поступает из одного источника — химической энергии пищи. Значительная часть энергии выделяется в виде тепла, скорость образования которого варьирует в зависимости от обстоятельств. Например, скорость теплопродукции выше у работающего человека, чем в состоянии покоя. Потребление пищи повышает теплообразование по сравнению с периодом голодания. Теплообразование подвержено влиянию окружающей температуры, зависит от уровня циркулирующих гормонов, возраста, пола и других факторов. Запасы химической энергии в организме растущих детей связаны с увеличением массы тела за счёт накопления белков. У взрослых людей, склонных к полноте, химическая энергия запасается преимущественно в виде отложений жира. Напротив, при недостаточном питании химическая энергия организма уменьшается. В начале голодания эндогенные запасы химической энергии снижаются за счёт катаболизма жиров. Если голодание продолжается, то как источник энергии используются белки. Даже в течение одного дня происходят колебания запасов химической энергии.

Если потребление энергии пищи больше затрат энергии на образование тепла и на мышечную работу, то запасы энергии тела увеличиваются (в уравнении баланса энергии показатель химического запаса энергии имеет положительный знак). Если большее количество энергии выделяется в виде тепла и используется на мышечную работу, чем поступает с пищей, то запасы энергии в организме уменьшаются (в уравнении баланса энергии показатель химического запаса энергии имеет отрицательный знак).

Практически определение баланса энергии производится в условиях, когда исключаются переменные факторы — потребляемая пища и физическая активность. Можно сказать, что запасы химической энергии равны запасам тепловой энергии. В этих (идеальных!) условиях химическая энергия организма полностью используется для поддержания жизненной активности (главным образом, для обеспечения функции дыхания и работы сердца).

Стандартная единица энергии в международной системе единиц (СИ) — джоуль (Дж, размерность — м² ´ кг ´ с^–2), но издавна применяется и не входящая в СИ единица тепловой энергии — калория (кал), а в физиологии и медицине — килокалория (ккал). Калорию определяют как количество тепла, необходимое для нагрева 1 г воды на 1 градус Цельсия (1 калория = 4,187 Дж).

Дата добавления: 2015-07-13