Обмін речовин і енергії

Обмін речовин і енергії (метаболізм) - перетворення речовин і енергії, що лежать в основі життєдіяльності організмів. Отримуючи з навколишнього середовища різні органічні і неорганічні речовини (переважно харчові), організм засвоює їх, т. Е. Переробляє в специфічні для себе речовини. Ця сторона обміну речовин і енергії позначається як асиміляція.

Процес руйнування органічних речовин - дисиміляція - є протилежною асиміляції стороною обміну речовин і енергії. Асиміляція і дисиміляція нерозривно пов'язані один з одним. Ріст, розвиток, розмноження завжди характеризуються переважанням асиміляції, що проявляється у збільшенні загальної маси організму, в утворенні нових тканин і органів, в їх зростанні і ступеня диференціації. При деяких патологічних станах, а також при голодуванні переважає дисиміляція, що виражається звичайно в зменшенні маси живого тіла.

Інтенсивність обміну речовин і енергії в цілому залежить від взаємин організму з навколишнім середовищем. У вищих тварин і людини процеси обміну речовин і енергії, у тому числі співвідношення асиміляції і дисиміляції, регулюються центральною нервовою системою.

Поняття обміну речовин і енергії включає як переробку організмом харчових речовин, так і перетворення тих речовин, які входять до складу організму.

Процеси перетворення речовин в тканинах і органах, включаючи освіту і розщеплення проміжних продуктів, називають проміжним обміном. Вивчення проміжного обміну дає уявлення про послідовність біохімічних перетворень всередині організму, про їх локалізації в певних органах і тканинах, про взаємозв'язок різних хімічних реакцій в єдиному процесі обміну речовин і енергії цілісного організму.

Процеси обміну речовин і енергії діляться на анаболічні і катаболічні. Терміном «анаболизм» позначають ті хімічні реакції, при яких більш прості речовини, взаємодіючи між собою, утворюють більш складні, що призводить до побудови нової протоплазми клітин, до загального зростання живого організму. Анаболічні процеси лежать в основі асиміляції, катаболические - в основі дисиміляції. Катаболізм являє собою розщеплення органічних речовин не тільки харчових, але і тканинних, що призводить до витрачання протоплазми клітин. Анаболічні і катаболические процеси протікають безупинно, перебуваючи в складній динамічній взаімосвязі- їх неможливо відділити одне від одного. Речовини, що виходять в результаті катаболічних процесів, не тільки виводяться з організму у вигляді кінцевих продуктів обміну, але можуть і залучатися до анаболічні процеси: складні з'єднання при цьому розщеплюються, а їх складові частини, з'єднуючись в різних комбінаціях, утворюють нові речовини. Так, синтезу тканинних білків, жирів і вуглеводів передує розпад харчових білків, жирів і вуглеводів (див. Азотистий обмін, Жировий обмін, Вуглеводний обмін).

Найважливішою функцією катаболізму є вивільнення енергії, укладеної в органічних сполуках, що надходять в організм або відкладаються в ньому в якості запасних речовин. Енергія використовується для оновлення та перебудови тканин-витрачається при функціонуванні органів (наприклад, м'язова робота, передача нервових імпульсів та ін.) - Витрачається в процесах синтезу органічних сполук, у тому числі ферментів- частина її звільняється у вигляді тепла.

Катаболическими процесами, що дають енергію, є бродіння у рослин і мікроорганізмів, гліколіз у тварин або окислення органічних речовин до CO₂ і H₂О, що поширене як у тварин, так і рослинних тканинах. Якщо окисленню піддаються вуглеводи, то при поглинанні 1 л кисню вивільняється 5,05 ккал енергії, якщо жири і білки, - відповідно 4,7 і 4,8 ккал. Кожному з цих речовин відповідає певна величина дихального коефіцієнта (Rq), т. Е. Величина відношення обсягу CO₂, виділеного за даний проміжок часу, до обсягу кисню, поглиненого організмом за цей інтервал часу. При окисленні вуглеводів Rq дорівнює 1, жирів - 0,7, білків - 0,8. Оскільки розщеплення різних харчових речовин в організмі відбувається одночасно, величина Rq може варіювати. Середнє значення Rq для людини в нормі знаходиться в межах 0,83- 0,87. Визначивши Rq дослідним шляхом, за допомогою спеціальних таблиць встановлюють кількість звільняється енергії в калоріях. Енергетика обміну, таким чином, може служити показником інтенсивності обмінних процесів в організмі і характеризується величиною балансового (сумарного) обміну.

У клінічній практиці для порівняння інтенсивності обміну речовин і енергії у різних людей і виявлення його відхилень від норми спочатку визначають рівень основного обміну, т. Е. Кількість енергії, що витрачається тільки на підтримку життя в стані спокою, натщесерце, яке характеризується у одного і того ж організму значним постійністю.

На підставі численних визначень основного обміну у людей складені таблиці нормальних величин цього показника в залежності від віку, статі та загальної поверхні тіла. У цих таблицях величини основного обміну наводяться у великих калоріях (ккал) на 1 м² поверхні тіла за 1 годину. У осіб однієї статі, зросту, ваги і віку основний обмін приблизно однаковий і коливається в межах ± 10-15%. Фактори зовнішнього середовища (клімат, температура, барометричний тиск), різні форми трудової діяльності, заняття спортом, режим і тип харчування, функціональний стан організму викликають в ньому досить значні відхилення від норми. Великий вплив на основний обмін роблять зміни в гормональній функції організму. Особливо виражене дію щитовидної залози: При її гіперфункції основний обмін може перевищувати нормальний рівень на 80%, при гіпофункції основний обмін може бути нижче норми на 40%. Випадання функції передньої долі гіпофіза або кори надниркових залоз тягне за собою зниження основного обміну. Збудження симпатичної нервової системи, посилене утворення або введення адреналіну ззовні підсилюють основний обмін. У клініці дослідження основного обміну проводять натщесерце, т. Е. Через 12-16 годину. після прийому їжі, визначаючи газообмін протягом 10-15 хв. Температура приміщення - від 20 до 22 °. Величини основного обміну прийнято давати у відсотках відхилень від норми.

Див. Також Окислення біологічне.