Обмяна на енергията

Обмяната на енергията включва всички процеси на освобождаване, изразходване и складиране на енергия в организма. Основният източник на енергия са хранителните вещества (въглехидрати, мазнини и белтъци), които се внасят отвън с приетата храна. При разграждането им се освобождава енергията на химичните им връзки. Освободената енергия се изразходва за поддържане на основните жизнени функции на организма в състояние на покой или с други думи за поддържането на основната обмяна, за двигателната активност и за усвояване на приетата храна. Изразходването на енергията в организма е непрекъснато, а приемането на храна е периодично. По тази причина съществува необходимост приетите хранителни вещества да се складират в депа, от които енергията да се доставя в периодите между храненията. За поддържане на енергийното равновесие в организма е необходимо изразходената за определен период от време енергия (за 24 часа) да е равна на количеството внесена енергия чрез хранителните вещества за същия период от време. Ако това равновесие е спазено, телесната маса се поддържа постоянна. Ако индивидът получава повече енергия, отколкото изразходва, той ще увеличи телесната си маса. Положителен енергиен баланс имат здравите деца по време на растежа си. Когато енергийният внос е по-малък от разхода, енергийният баланс е отрицателен. В този случай индивидът губи от телесната си маса, защото за доставянето на енергия се изразходват складираните хранителни вещества в депата. Поддържането на енергийното равновесие в организма се осъществява от регулаторни механизми, които регулират приема на храна и енергоразхода, като по този начин поддържат техния баланс.

Доставяне и освобождаване на енергия от организма

Съществуването на живите организми не би било възможно, ако те не си доставят енергия от външната среда. Тази енергия се доставя чрез приеманите хранителни вещества – въглехидрати, мазнини и белтъци. При правилно хранене въглехидратите доставят около 55-60% от енергията, мазнините – 25-30%, а белтъците – 10-15%. Част от енергията, която се освобождава при разграждането на хранителните вещества, се отделя като топлина, която има значение за поддържане на нормалната телесна температура. Друга част се използва за синтез на макроергични фосфатни съединения, в частност на аденозин трифосфат (АТФ). АТФ се синтезира по аеробен и по анаеробен път. Аеробният път на синтезата му е много по-ефективен. При окислението на хранителните вещества се използва кислород и се образува въглероден диоксид. Отношението между образувания CO₂ и използвания O₂ се означава като респираторен квотиент. Той не е идентичен с дихателното обемно отношение, което представлява отношението между обема издишан CO₂ и обема консумиран O₂ за определен период от време. Количеството енергия, която се освобождава при консумирането на един литър кислород за окислението на хранителните вещества, се означава като енергиен еквивалент на кислорода.

Складиране и изразходване на енергията

Част от приетите с храната хранителни вещества не се подлагат на окисление, а се складират в организма след ресинтез на високомолекулни съединения, които служат като енергиен резерв. Въглехидратите се складират под формата на гликоген, който представлява по-малко от 1% от общите енергийни резерви в организма. Гликогенните депа се намират в черния дроб и в мускулите. Мазнините се складират под формата на триацилглицероли, които съставляват 75% от общите енергийни резерви в организма. Те се намират основно в подкожната мастна тъкан, в мускулите и във вътрешните органи. Депата от белтъци са около 25%. Белтъците имат структурно важна роля. По тази причина те не могат да бъдат използвани като главен източник на енергия дори по време на продължително гладуване. Балансът между складирането и разграждането на хранителните вещества се повлиява от:

• нивото на хранителните субстрати в кръвта;
• влиянието на вегетативната нервна система;
• влиянието на ендокринната система.

При разграждането на хранителни вещества се получава енергия, която се изразходва в три основни направления:

1. За поддържане на основните жизнени функции на основната обмяна. Основната обмяна представлява минималният енергоразход в будно състояние, необходим за поддържане на основните жизнени функции. Тя зависи от някои фактори като възраст, пол, състав на тялото, телесна температура, хормонални влияния. Основната обмяна се увеличава по време на бременност и лактация и намалява по време на сън.
2. Енергоразход за двигателна активност – енергията, която се изразходва по време на мускулно съкращение е различна. Тя зависи от типа, интензивността и силата на мускулните съкращения.
3. Енергоразход от усвояване на храната – той се увеличава след нахранване. Това се означава като термогенен ефект на храната или специфично динамично действие на храната.

За определяне на енергоразхода се използват различни методи – пряка калориметрия, непряка калориметрия и дилуционни методи. При пряката калориметрия се определя количеството топлина, което се отделя от тялото за определено време. При непряката калориметрия се определят обемите консумиран O₂ и отделен CO₂ за определен период от време. При дилуционите методи в организма се вкарва двойно белязана вода ¹Н₂¹⁸О, която се използва за определяне на скоростта на образуване на въглероден диоксид. Методите за предвиждане на енергоразхода са широко разпространени. Те се основават на математически формули, от които най-известно е уравнението на Harris-Benedict:

основна обмяна мъже = 66 + (13,7 Х т.м) + (5 Х ръст) – (6,8 Х възраст);

основна обмяна жени = 665 + (9,6 Х т.м) + (1,8 Х ръст) – (4,7 Х възраст);

където т.м е телесната маса в килограми, ръстът е в сантиметри, а възрастта е в години.

Поддържане на постоянна телесна маса

Енергийният баланс в организма съществува тогава когато между приетата енергия и изразходената енергия за известен период от време съществува равенство. Израз на това равновесие е поддържането на постоянна телесна маса. Ключова роля заема хипоталамусът, който участва в регулацията на приема на храна и на енергоразхода. За оценка на телесната маса широко се използва Индексът на телесна маса (ИТМ). Той се изчислява по следната формула:

ИТМ = телесна маса (кг) / ръст (м²)

Нормалните стойности на този показател са 18,5-24,9. Индивиди със стойности на ИТМ