Энергетический баланс включает в себя все процессы высвобождения, потребления и накопления энергии в организме. Главным источником энергии являются биологические вещества (углеводы, жиры и белки), которые поступают извне с принятием пищи. Когда они перерабатываются, получается энергия. Высвобождаемая энергия расходуется на обеспечение обмена веществ, активности и т.д.
Что такое энергетический баланс
Потребление энергии в организме является непрерывным, а потребление пищи - периодическим. По этой причине существует необходимость сохранения и удержания питательных веществ в депо, откуда энергия подается в периоды между приемами пищи. Чтобы поддерживать энергетический баланс в организме, энергия, потребляемая в течение определенного периода времени (в течение 24 часов), должна быть равна количеству энергии, поступающей через питательные элементы за тот же период времени. Если этот баланс соблюдается, масса тела поддерживается постоянной. Если человек получает больше энергии, чем потребляет, он увеличит свой вес.
Здоровые дети имеют положительный энергетический баланс во время своего роста. Когда импорт энергии ниже затрат, энергетический баланс отрицателен. В этом случае человек теряет вес, потому что питательные элементы, потребляемые из депо, постоянно используются для доставки энергии. Поддержка энергетического баланса в организме осуществляется определенными механизмами, которые регулируют потребление пищи и расход энергии, тем самым поддерживая их баланс.
Доставка и высвобождение энергии
Существование живых организмов было бы невозможно, если бы они не брали энергию из внешней среды. Эта энергия поступает через питательные вещества - углеводы, жиры и белки. При правильном питании углеводы обеспечивают около 55-60% энергии, жиры - 25-30%, а белки - 10-15%. Часть энергии, выделяемой при переработке питательных элементов, выделяется в виде тепла, что важно для поддержания нормальной температуры тела. Другая часть применяется для синтеза макроэнергетических фосфатных соединений, в частности аденозинтрифосфата (АТФ).
АТФ синтезируется аэробно и анаэробно. Аэробный путь его синтеза гораздо эффективнее. При окислении питательных элементов используется кислород и образуется углекислый газ. Соотношение между образованным CO 2 и используемым O2 называется коэффициентом дыхания. Он не идентичен отношению объема дыхания, которое представляет собой отношение объема выдыхаемого CO 2 к объему, потребляемому O2 за период времени.
Количество энергии, выделяемой, когда один литр кислорода расходуется на окисление питательных веществ, называется энергетическим эквивалентом кислорода.
Большая часть энергии идет на синтез белка и, по крайней мере, на синтез триацилглицерина. На поддержание баланса между сохранением и использованием питательных элементов оказывают влияние следующие условия:
- уровень питательных веществ в крови - при высоких уровнях глюкозы, жирных кислот и аминокислот баланс смещается на их сохранение, а на низком уровне - на взятие из депо;
- влияние вегетативной нервной системы - парасимпатически стимулируется сохранение и симпатически – использование энергетического депо;
- эндокринные эффекты - инсулин стимулирует сохранение энергии, а глюкагон, адреналин, гормоны роста и глюкокортикоиды - использование.
Процессы сохранения питательных веществ преобладают после еды, а использование энергетических депо наблюдается во время голодания и стресса.
Потребление энергии
Высвобождаемая энергия при переработке питательных элементов расходуется в трех основных направлениях:
1. Для поддержки базовых жизненных функций организма в состоянии покоя (базовый обмен) - 60-70% энергии. Здесь основным способом сохранения энергетического баланса является минимальное потребление энергии при пробуждении. Более низкое потребление энергии может быть измерено только после сна. Для определения основного обмена необходимо соблюдать следующие условия - исследование следует проводить утром после спокойного сна, при этом исследователь не принимал пищу в течение 12 часов, исследование должно проводиться в термонейтральной среде, исследование должно быть реализовано в физической и психической норме. В этих условиях энергия расходуется только на поддержание функций жизненно важных органов, таких как сердце (10% энергии), мозг (19%), почки (7%), печень (27%), скелетные мышцы (18%). Базовый обмен варьируется от человека к человеку, что требует его стандартизации.
Поддержание стандартизированного энергетического баланса зависит от нескольких факторов:
- возраст - основной обмен самый высокий в детстве и постепенно уменьшается с возрастом;
- пол - у женщин базовый показатель примерно на 5% ниже, чем у мужчин;
- состав тела - с увеличением доли жировой ткани основной метаболизм уменьшается;
- температура тела - повышение температуры тела приводит к увеличению основного обмена. Это связано с повышенной скоростью метаболических процессов. Когда температура тела повышается на 1 ° C, основной метаболизм увеличивается на 14%;
- эффекты гормонов - некоторые гормоны, такие как щитовидная железа и гормоны надпочечников, оказывают стимулирующее влияние на основной обмен веществ. При максимальной секреции гормонов щитовидной железы основной метаболизм может быть увеличен на 100%, а в случае отсутствия секреции он снижается на 40-60%. Тестостерон и гормон роста оказывают более слабое стимулирующее влияние на основной обмен веществ. Они могут увеличить его на 10-15%. Во время лютеиновой фазы менструального цикла у женщин основной метаболизм увеличивается на 5%. Вероятно это обусловлено более высокими уровнями прогестерона в течение этого периода;
- генетические факторы - они ответственны примерно за 15% различий в базовом обмене между разными людьми одного возраста, пола и состава организма;
- основные изменения обмена веществ в некоторых физиологических состояниях - он увеличивается во время беременности и кормления грудью и уменьшается во время сна;
- основной обмен уменьшается при длительном голодании, что объясняет, почему диеты для похудения имеют наибольший эффект в начале их применения.
2. Энергетические расходы на двигательную активность - энергия, которая потребляется при сокращении поперечных мышц, выполняющих двигательную активность. Это потребление энергии также сильно варьируется между людьми и зависит главным образом от типа, интенсивности и продолжительности мышечных сокращений. Для людей, ведущих сидячий образ жизни, затраты энергии на двигательную активность могут составлять всего 10% от базовой скорости метаболизма.
3. Расход энергии на поглощение и обработку пищи (термогенный эффект) - после принятия пищи потребление энергии организмом увеличивается. Это называется термогенным эффектом пищи или специфическим динамическим действием пищи. Увеличение энергопотребления обусловлено процессами переваривания пищи, ее поглощения и хранения в виде высокомолекулярных соединений. Наиболее длительным и большим является термогенный эффект белков. Они могут увеличить потребление энергии на 20-30%. Эффект углеводов ниже, а жира - слабее. При ожирении термогенный эффект пищи снижается, что связано с инсулинорезистентностью.
Потребление энергии может увеличиться в результате адаптивного (химического) термогенеза. Он представляет собой увеличенную выработку тепла из-за уменьшенной эффективности процессов окисления (производится меньше АТФ). Химический термогенез может наблюдаться в двух случаях - при воздействии холода и при питании. Он имеет место у новорожденных, у которых воздействие холода приводит к увеличению выделения тепла в жировой ткани.
В заключение можно сказать, что основной (базовый) обмен, коим является минимальное потребление энергии при бодрствовании, необходим для поддержки базовых жизненно важных функций. Энергетический баланс в организме возможен при условии равенства между потребляемой энергией и энергией, израсходованной за некоторый период времени. Внешним выражением этого равновесия является наличие постоянного веса тела. Ключевую роль в данном процессе играет гипоталамус, который участвует в регулировании потребления пищи и расхода энергии.
