Страница 37 из 57
Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии. В простой формулировке он звучит так: — энергия в изолированной системе не может возникнуть из ниоткуда, и не может исчезнуть в никуда, она может лишь трансформироваться из одного вида в другой, при этом общее её количество будет оставаться величиной постоянной. Было доказано экспериментально, что этот закон применим к процессам, которые происходят в любых биологических системах.
Этот закон гласит, что любые процессы в биологических системах, обязательно сопровождаются рассеянием некоторой части энергии в теплоту. Все формы энергии — механическая, химическая, электрическая и прочие, могут быть превращены в теплоту без остатка. Однако сама теплота не может полностью превращаться в другие формы энергии, поскольку тепловое движение молекул является хаотическим процессом, и часть энергии всегда будет уходить на столкновение этих молекул между собой.
Эти два фундаментальных научных закона «запрещают» возможность создания вечного двигателя, а также обрекают на провал любые другие попытки получения работы без затраты энергии. И именно с позиции этих незыблемых принципов Мироздания мы и будем рассматривать питание физического тела человека, как непрерывный процесс потребления энергии и трансформации её из одних форм в другие.
Важнейшим свойством живых организмов, является их способность превращать и хранить энергию в виде специальных веществ — аккумуляторов энергии. Так в процессе фотосинтеза растения могут накапливать получаемую извне энергию солнца в виде наиболее универсального аккумулятора энергии — молекулы аденозинтрифосфор-ной кислоты. Связи между атомами в этой молекуле при необходимости легко разрываются с выделением большого количества энергии, которая, в свою очередь, может использоваться как источник энергии для всех процессов в любой живой клетке. С помощью АТФ растения осуществляют синтез разнообразных органических веществ — белков, жиров и углеводов.
Животные, в свою очередь, приспособились использовать эти накопленные растениями питательные вещества для поддержания своих жизненных функций и синтеза всё тех же молекул АТФ. При умеренных физических нагрузках в организме взрослого человека ежедневно синтезируется около 75 кг АТФ. Но реально в теле человека его содержится всего около 50 гр. С чем связан этот парадокс?
А с тем, что в организме человека АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ, потому как непрерывно используется клетками в самых разнообразных процессах жизнедеятельности. Мудрая природа сделала так, что живые организмы, вместо того чтобы накапливать АТФ в больших количествах в тканях, постоянно ресинтезируют его в своих клетках. Из этого следует, что нашему организму не требуется постоянный приток АТФ с пищей, ему необходимы лишь энергия и определённые условия для восстановления уже имеющихся в его запасе ресурсов этого вещества.
Итак, значит прежде всего организму нужна энергия. Но для того чтобы понять, насколько эффективно человек может использовать и сохранять энергию в своём теле, мы с вами должны выяснить из чего складывается её баланс в живом организме. Для этого перечислим основные пути поступления и отдачи энергии.
Факторами повышающим расход энергии являются:
1. Прием и переваривание пищи
2. Физическая активность
3. Терморегуляция организма
К источникам, обеспечивающим приток энергии можно отнести:
1. Энергию пищи
2. Источники теплового излучения
3. Акустические и световые волны
Главным условием гарантированного выживания человека будет компенсация всех энергозатрат его организма с помощью перечисленных выше источников энергии. Далее в главе будет дано объяснение, почему именно пища является неотъемлемым условием активной физической деятельности человека. Также в ней, будет раскрыто, как за счёт внешних второстепенных источников энергии человеческий организм может настолько снижать свои энергозатраты, что для обеспечения нормального выживания его потребность в пище сводится к минимуму.
Как известно энергия высвобождается из пищевых продуктов в процессе их биологического окисления, при этом основными отличиями этого процесса от обычного горения, являются: его большая протяжённость во времени и многоступенчатость биохимических реакций.
Пищевые вещества окисляются вплоть до конечных продуктов, которые выделяются из организма. Например, углеводы окисляются в организме до углекислого газа и воды. Такие же конечные продукты образуются при сжигании углеводов в особой печи — калориметре. При этом величина энергии, высвобождаемой из каждого грамма глюкозы в этой реакции, составляет чуть более четырёх килокалорий. Но несмотря на то, что процесс окисления глюкозы в живых клетках, является многоступенчатым процессом, его суммарный выход энергии будет точно такой же. И как было сказано ранее, именно эта энергия используется организмом для синтеза АТФ. Аналогичным образом, с помощью калориметра, получили среднюю величину физиологически доступной энергии и для других веществ пищи. Например, в белках и углеводах содержится — 4,1ккал; жире — 9,3 ккал. Но у пищи, кроме сухих цифр о её химическом составе и энергетическом потенциале, есть ещё целый ряд интересных свойств.
Например, то, что пища помимо поставки энергии организму, является фактором, усиливающим его энергопотребление. С помощью специального измерительного оборудования были получены данные, что после приема пищи интенсивность метаболизма у человека увеличивается на 10-20% по сравнению с его уровнем в состоянии покоя. И сохраняется это повышение обмена веществ в организме до десяти часов. Эти энергетические затраты связаны с приемом, перевариванием и усвоением пищи, так как все эти процессы, начиная с пережевывания еды, и заканчивая, её эвакуацией из организма требуют энергию.
Количество энергии расходуемой на пищеварение зависит, прежде всего, от химического состава потребляемой пищи. Максимум энергозатрат на переваривание наблюдается у белка, особенно животного происхождения, на его усвоение может расходоваться до 40% от общей калорийности принятой белковой пищи. Для углеводов этот показатель находится в пределах 4-7%, а у жиров 4-14%. Удивительно, не правда ли? Ведь получается, что привычная для нас пища, совсем не безвозмездно отдаёт нам свою энергию.
Более того, пища не просто пассивный энергетический ресурс, она является ещё и морфообразующими фактором, то есть влияет на особенности строения живых организмов как в индивидуальном, так и в их историческом развитии. Четырёх-камерный желудок у жвачных, строение ротового аппарата муравьеда, различные пропорции желудочно-кишечного тракта у хищников и травоядных, а также множество других адаптационных приспособлений у разных видов животных, всё это, есть нечто иное, как результаты воздействия определённых пищевых предпочтений на эволюцию живых организмов. Пока пища поступает в организм, пищеварительная система востребована, но стоит убрать этот беспрерывный поток, и в теле человека незамедлительно начнут происходить различные перестройки внутренних органов направленные на уменьшение их энергопотребления.
Помимо всего прочего, употребление пищи предопределяет интенсивную циркуляцию веществ в организме. Распадаются и вновь синтезируются различные ферменты и гормоны, в пищеварительном тракте активизируются иммунные клетки, в печени нейтрализуются десятки токсичных соединений, повышается нагрузка на выделительную систему. Всё это обуславливает специфическое распределение энергопотребления в организме человека, и лидирующее место в нём принадлежит именно пищеварительной системе. Даже при отсутствии активных процессов переваривания пищи, у находящегося в состоянии покоя человека около 50% всех энергозатрат приходится на органы связанные с пищеварением, по 20% на скелетные мышцы и центральную нервную систему и около 10% на работу органов дыхания и кровообращения.