Организм человека постоянно нуждается в энергии, и внутри нас работает собственная «станция», которая ее производит. Этот процесс — часть сложной системы обмена веществ и энергии, где пища служит топливом для нашего внутреннего «реактора».
Когда человек ест, питательные вещества из пищи (белки, жиры и углеводы) расщепляются на более мелкие молекулы. Из них клетки получают особое вещество под названием АТФ (аденозинтрифосфат) — главный «энергетический аккумулятор» нашего тела. В АТФ энергия хранится в прочных химических связях между фосфатными группами.
Как только организм человека «разрывает» одну из этих связей (АТФ превращается в АДФ — аденозиндифосфат), высвобождается энергия. Клетки тут же используют ее для самых разных задач: от работы мышц и синтеза белков до множества других процессов обмена, которые поддерживают нашу жизнь.
Процессы обмена у каждого человека разные. На них влияет множество факторов: телосложение и развитость мышц, уровень стресса, а также объем ежедневной активности и работы. Другими словами, на расход энергии оказывает воздействие практически все.
При этом у каждого формируется собственный энергетический баланс — то количество энергии, которое необходимо именно его организму для поддержания жизненных функций при определённом образе жизни и физических особенностях.
При избытке поступающей энергии её излишки откладываются в виде жировых запасов, а при дефиците организм начинает использовать накопленные резервы, усиливая обмен.
Как работает пищеварительная система
Когда мы едим, продукты проходят процесс переваривания, чтобы из них можно было извлечь питательные компоненты и энергетический ресурс для процессов обмена. Всё лишнее и непереработанное выводится организмом человека в виде фекалий.
Переваривание включает в себя как механическое измельчение пищи, так и ее химическое разложение с помощью ферментов, а затем — всасывание полученных простых составляющих в кровь и лимфу.
Основная часть питательных веществ всасывается в тонком кишечнике, главным образом в тощей и подвздошной кишке. Толстый кишечник отвечает в основном за поглощение воды.
Продукты расщепления белков и углеводов сначала поступают в воротную вену, а оттуда — в печень, где проходят дальнейшую обработку. Жиры и жирорастворимые витамины всасываются по другому пути: они попадают в лимфатические сосуды человека, затем в грудной лимфатический проток и только после этого — в общий кровоток.
Переваривание и усвоение пищи являются первым этапом энергетического обмена веществ в организме, который превращает питательные вещества в топливо для жизни.
Энергетическая ценность пищи
Калорийность, или энергетическая ценность пищи, — это количество энергии, которое тело человека получает из продуктов. Белки и углеводы дают примерно по 4 ккал на грамм, а жиры — около 9 ккал на грамм.
Пищеварение играет ключевую роль, ведь именно благодаря ему организм человека получает необходимые питательные вещества для нормальной работы и поддержания здоровья. Кроме белков, жиров, углеводов в организм поступают витамины, минералы и вода. Пищеварительная система расщепляет всё это на частицы настолько маленькие, чтобы тело могло их усвоить и использовать для энергетического обмена, роста и восстановления клеток.
Главными продуктами, которые организм усваивает после переваривания пищи, являются: моносахариды (прежде всего глюкоза — из углеводов), моноацилглицеролы и длинноцепочечные жирные кислоты (из жиров), а также аминокислоты и короткие пептиды (из белков). Попав в кровоток, они поступают в разные клетки, где подвергаются обмену. Жизнедеятельность становится возможной благодаря тому, что потенциальная химическая энергия молекул топлива в клетках, при участии кислорода, преобразуется в другие формы — химическую, тепловую и кинетическую энергию.
Каждый отдел ЖКТ человека выполняет свою задачу: перемещает пищу, механически и химически её измельчает, а затем обеспечивает всасывание полезных веществ. Когда частицы становятся достаточно маленькими, организм распределяет их туда, где они нужны для процессов обмена. Толстый кишечник при этом забирает воду, а из оставшихся отходов формируется стул. Весь процесс обмена контролируется слаженной работой нервной системы и гормонов.
Этапы энергетического обмена
Энергетический обмен (катаболизм) — процесс, в ходе которого сложные питательные вещества расщепляются с выделением энергии. Энергетический обмен проходит в несколько этапов.
- Сначала идет подготовительный этап, когда белки, углеводы и жиры разбиваются на более простые составляющие: белки превращаются в аминокислоты, углеводы — в глюкозу, жиры — в глицерин и жирные кислоты. На этом этапе энергия выделяется в виде тепла, но молекулы АТФ ещё не образуются.
- Далее следует анаэробный этап, или гликолиз, который проходит в цитоплазме клетки и не требует кислорода. Здесь глюкоза расщепляется на две молекулы пирувата с образованием 2 молекул АТФ и 2 молекул НАДН.
- Заключительный — аэробный этап, или клеточное дыхание, — протекает в митохондриях. Пируват преобразуется в ацетил-КоА и вступает в цикл Кребса, где дополнительно образуются 2 молекулы АТФ, углекислый газ и восстановленные коферменты НАДН и ФАДН₂. Основная выработка энергии происходит в электрон-транспортной цепи митохондрий, где за счет окислительного фосфорилирования синтезируется еще около 34 молекул АТФ.
Справка! Восстановленные коферменты НАДН и ФАДН₂ — это активные формы молекул никотинамидадениндинуклеотида (НАД⁺) и флавинадениндинуклеотида (ФАД), которые участвуют в биохимических реакциях переноса электронов в клетке.
- НАДН (NADH) — восстановленная форма НАД⁺, переносит электроны и протоны, обеспечивая работу дыхательной цепи в митохондриях.
- ФАДН₂ (FADH₂) — восстановленная форма ФАД, также является переносчиком электронов, но вступает в дыхательную цепь на другом этапе, чем НАДН.
Обе молекулы образуются в процессах гликолиза, цикла Кребса и β-окисления жирных кислот. Их основная роль — доставка электронов в электрон-транспортную цепь, где энергия этих электронов используется для синтеза АТФ — универсальной «энергетической валюты» клетки.
Фосфорилирование — это процесс присоединения фосфатной группы (PO₄²⁻) к молекуле. Упрощенно его можно представить как включение «энергии» внутри клетки: после добавления фосфатной группы молекула активируется и способна участвовать в новых биохимических реакциях. Такие преобразования происходят при участии ферментов, которые ускоряют реакции и позволяют клетке экономно расходовать энергию.
Энергия и ее хранение в организме
АТФ можно представить как миниатюрные аккумуляторы, которые напрямую снабжают энергией мышечные волокна для сокращения. Запасы АТФ в клетках невелики и быстро расходуются, поэтому тело непрерывно восполняет их, чтобы поддерживать работу мышц, органов и общую физическую активность.
Основным и наиболее доступным источником энергии служат углеводы. Поступая с пищей в виде сахаров и крахмала, они расщепляются до глюкозы. Часть глюкозы используется сразу, а излишки превращаются в гликоген, который откладывается в печени и мышцах человека. Печеночный гликоген поддерживает стабильный уровень сахара в крови, а мышечный используется только самими мышцами во время работы. При нагрузке мышцы получают топливо как из собственных запасов гликогена, так и из глюкозы, циркулирующей в крови. Тело непрерывно расходует и восполняет запасы гликогена. Их уровень зависит как от количества углеводов в рационе, так и от характера и интенсивности тренировок. Для мозга глюкоза остается ключевым источником энергии как в покое, так и при активности.
Жиры — наиболее концентрированное топливо, дают в два раза больше энергии по сравнению с белками и углеводами: около 9 калорий на грамм против 4 калорий. Они хранятся в виде триглицеридов в жировой ткани, а при необходимости расщепляются до жирных кислот и доставляются в мышцы с кровью. Процесс их мобилизации медленнее, чем использование углеводов, но жировые резервы практически неисчерпаемы — даже у худого человека их достаточно для обеспечения энергией в течение многих суток. Жир служит более энергоемким топливом. Особенность углеводов в том, что они накапливаются в организме вместе с водой. Если бы нам приходилось хранить эквивалентное количество энергии в форме гликогена (и связанной с ним воды), масса тела увеличилась бы вдвое. При этом запасы жира у большинства людей достаточно велики, чтобы обеспечить организм энергией надолго. К тому же лишние калории из любых источников — белков, углеводов или жиров — организм с лёгкостью превращает в жировую ткань.
Белки в первую очередь служат строительным материалом для тканей, ферментов и гормонов, а не источником энергии. В норме они обеспечивают лишь около 5% энергопотребностей человека. Однако при истощении запасов гликогена и дефиците калорий организм начинает расщеплять мышечный белок, превращая аминокислоты в глюкозу для поддержания жизненно важных функций, включая работу мозга. Такое расходование необходимо для получения отдельных аминокислот — строительных элементов белка, которые организм способен преобразовывать в глюкозу.
Таким образом, энергия хранится в трех формах:
- АТФ — мгновенный, но быстро исчерпаемый резерв;
- гликоген — быстрый запас в печени и мышцах, рассчитанный на несколько часов интенсивной работы;
- жир — долговременное и емкое хранилище, способное обеспечивать энергией на протяжении длительного времени.
Белки в качестве топлива используются только в крайних ситуациях, когда остальные источники исчерпаны.
Почему мы начинаем больше есть
Организм всегда стремится к выживанию и не расходует запасы без необходимости. При дефиците энергии он реагирует снижением общего энергопотребления, экономя ресурсы.
В такой ситуации человек ощущает постоянную усталость, сонливость и отсутствие желания что-либо делать. Нередко можно услышать жалобы: „не хватает сил“, „всё время чувствую усталость“, „это похоже на хроническое истощение“. Важно понимать, что подобные признаки — повод обратиться к врачу, ведь хроническая усталость нередко связана с нарушениями в работе организма.
Если при отсутствии заболеваний человек регулярно ощущает сонливость и усталость, несмотря на обычный режим питания, возникает вопрос, куда расходуется энергия. Организм в условиях дефицита пытается снизить энергопотребление, однако повседневные задачи — работа, уход за домом и детьми, выполнение профессиональных и социальных обязанностей — требуют сохранения активности. В такой ситуации естественный механизм экономии ресурсов оказывается недостаточным, и необходимо искать эффективные способы поддержания энергетического баланса.
Организм запускает механизм усиленного поиска и потребления простых углеводов, так как они обеспечивают быстрый приток энергии при минимальных затратах на усвоение. На практике это выражается в повышенном аппетите и тяге к сладкому и мучному. Употребление таких продуктов не только покрывает текущие энергетические потребности, но и способствует откладыванию излишков в виде жировых запасов.
Сохранение энергетического баланса — это результат гармонии между питанием, физической активностью, отдыхом и психологическим состоянием. Чтобы поддерживать его, важно обеспечивать организм достаточным количеством качественных питательных веществ, уделять внимание регулярному движению, соблюдать режим сна и не игнорировать сигналы усталости. Только комплексный подход позволяет сохранить стабильный уровень энергии, предотвратить её ненужные потери и обеспечить основу для полноценного обмена.
Каждый день, выбирая те или иные продукты, мы снабжаем тело запасом потенциальной энергии, необходимой для его полноценной работы. От того, насколько сбалансированы эти источники, зависит не только уровень нашей активности, но и эффективность работы всех систем, поскольку всё это — часть обмена веществ в организме человека.
