«Энергетический обмен»

Энергетический обмен представляет собой наиболее интегральную функцию организма. Любые синтезы, деятельность любого органа, любая функциональная активность неминуемо отражается на энергетическом метаболизме, поскольку по закону сохранения, не имеющему исключений, любой акт, связанный с преобразованием вещества, сопровождается расходованием энергии. 

Энергозатраты организма складываются из трех неравных частей базального метаболизма, энергообеспечения функций, а также энергозатрат на рост, развитие и адаптивные процессы. Соотношение между этими частями определяется этапом индивидуального развития и конкретными условиями. 

Базальный метаболизм – это тот минимальный уровень энергопродукции, который существует всегда, вне зависимости от функциональной активности органов и систем, и никогда не равен нулю. Базальный метаболизм складывается из трех основных видов энергозатрат: минимальный уровень функций, футильные циклы и репаративные процессы. 

Минимальная потребность организма в энергии. Вопрос о минимальном уровне функций достаточно очевиден: даже в условиях полного покоя (например, спокойного сна), когда на организм никакие активирующие факторы не действуют, необходимо поддержание определенной активности головного мозга и желез внутренней секреции, печени и желудочно-кишечного тракта, сердца и сосудов, дыхательных мышц и легочной ткани, тонической и гладкой мускулатуры, и т.п.

Футильные циклы. Менее известно, что в каждой клетке тела непрерывно происходят миллионы циклических биохимических реакций, в результате которых ничего не производится, но на их осуществление необходимо определенное количество энергии. Это так называемые футильные циклы, процессы, сохраняющие «боеспособность» клеточных структур при отсутствии реальной функциональной задачи. Как вращающийся волчок, футильные циклы придают стабильность клетке и всем ее структурам. Расход энергии на поддержание каждого из футильных циклов невелик, но их множество, и в итоге это выливается в достаточно заметную долю базальных энергозатрат.

Репаративные процессы. Многочисленные сложно организованные молекулы, участвующие в метаболических процессах, рано или поздно начинают повреждаться, теряя свои функциональные свойства или даже приобретая токсические. Необходимы непрерывные «ремонтно-восстановительные работы», убирающие из клетки поврежденные молекулы и синтезирующие на их месте новые, идентичные прежним. Такие репаративные процессы происходят постоянно в каждой клетке, так как время жизни любой белковой молекулы обычно не превышает 1–2 нед, а их в любой клетке сотни миллионов. Факторы внешней среды – неблагоприятная температура, повышенный радиационный фон, воздействия токсических веществ и многое другое – способны существенно укоротить жизнь сложных молекул и, как следствие, повысить напряжение репаративных процессов.

Минимальный уровень функционирования тканей многоклеточного организма. Функционирование клетки – это всегда некая внешняя работа. Для мышечной клетки это ее сокращение, для нервной клетки – выработка и проведение электрического импульса, для железистой клетки – выработка секрета и акт секретирования, для эпителиальной клетки – пиноцитоз или другая форма взаимодействия с окружающими ее тканями и биологическими жидкостями. Естественно, что любая работа не может осуществляться без затрат энергии на ее реализацию. Но любая работа, кроме того, приводит к изменению внутренней среды организма, так как продукты жизнедеятельности активной клетки могут быть небезразличны для других клеток и тканей. Поэтому второй эшелон энергозатрат при выполнении функции связан с активным поддержанием гомеостаза, на что порой расходуется весьма значительная часть энергии. Между тем не только состав внутренней среды меняется по ходу выполнения функциональных задач, нередко меняются и структуры, причем часто в сторону разрушения. Так, при сокращении скелетных мышц (даже небольшой интенсивности) всегда происходят разрывы мышечных волокон, т.е. нарушается целостность формы. Организм располагает специальными механизмами поддержания постоянства формы (гомеоморфоз), обеспечивающими скорейшее восстановление поврежденных или измененных структур, но на это опять же расходуется энергия. И, наконец, для развивающегося организма очень важно сохранить главные тенденции своего развития, независимо от того, какие функции приходится активировать в результате воздействия конкретных условий. Поддержание неизменности направления и каналов развития (гомеорез) – еще одна форма энергозатрат при активации функций.

Для развивающегося организма важной статьей энергозатрат является собственно рост и развитие. Впрочем, для любого, в том числе зрелого организма, не менее энергоемкими по объему и весьма близкими по существу являются процессы адаптивных перестроек. Здесь расходы энергии направлены на активацию генома, деструкцию устаревших структур (катаболизм) и синтезы (анаболизм).

Затраты на базальный метаболизм и затраты на рост и развитие с возрастом существенно снижаются, а затраты на осуществление функций становятся качественно иными. Поскольку методически крайне трудно разделить базальные энергозатраты и расход энергии на процессы роста и развития, их обычно рассматривают совместно под названием «основной обмен».

Возрастные изменения обмена веществ сопровождаются весьма значительной перестройкой биоэнергетики. В процессе индивидуального развития изменяется интенсивность окислительных процессов, перестраиваются пути преобразования энергии, совершенствуются механизмы терморегуляции. Наиболее четким показателем обмена энергии является основной обмен, характеризующий интенсивность метаболизма при стандартных условиях.

Основной обмен. Величина основного обмена у новорожденного примерно в 2 раза выше, чем у взрослого. Основной обмен начинает повышаться со 2-го дня жизни и достигает максимума к концу первого года, находится на этом уровне до 2 лет, после чего начинает снижаться. В период полового созревания основной обмен продолжает оставаться в 1,5 раза выше, чем у взрослого. Существуют четкие различия величин основного обмена у мальчиков и девочек. У первых величины основного обмена на 8–10% больше. Полагают, что такие изменения основного обмена, особенно в первые годы жизни, обусловлены повышением мышечного тонуса и реализацией позы стояния.

Для обеспечения энергетики ребенка большое значение имеет использование эндогенных источников энергии. 8 первые часы после рождения ребенок использует гликоген. Через несколько часов происходит изменение эндогенного источника энергии – используются жиры. При этом происходит падение дыхательного коэффициента до 0,73. Спустя сутки вновь происходит использование углеродов и дыхательный коэффициент увеличивается до 0,9.

Рабочий обмен складывается из основного обмена и расхода энергии, обеспечивающего жизнедеятельность организма в различных условиях (общий расход энергии). Общий расход энергии у ребенка и взрослого распределяется следующим образом: основной обмен у ребенка – 60% (у взрослого также 60%), затраты энергии на рост и депонирование веществ – 15% (у взрослого 0%), на работу мышц – 15% (у взрослого 25%); специфически динамическое действие пищи – 0-5% (у взрослого 10%), энергопотери с экскрементами – 5-10% (у взрослого 5%).

Следует отметить, что энергозатраты ребенка на достижение полезного результата выше, чем у взрослого, что связано с недостаточным развитием нервной системы и, следовательно, недостаточной координацией движений.

Источником энергии у новорожденных детей служат жиры (80-90% энергетической ценности рациона). В грудном возрасте за счет жиров покрывается 50% потребности в энергии, за счет углеводов – 40%, остальное – белки. С возрастом эти соотношения меняются в пользу углеводов.

В раннем онтогенезе необходимо отметить недостаточную функциональную зрелость мышечного аппарата, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, что существенно суживает диапазон адаптивных изменений энергетического обмена при физических нагрузках. Адаптивные возможности энергетического обмена существенным образом зависят от созревания в постнатальном онтогенезе системы терморегуляции, которая в свою очередь тесно связана с созреванием механизмов нейроэндокринной регуляции и реализацией позы стояния (т.е. со скелетной мускулатурой).