25.4.5.1. Основной обмен
Интенсивность окислительных процессов и превращение энергии зависят от индивидуальных особенностей организма (пола, возраста, массы тела и роста, условий и характера питания, мышечной работы, состояния эндокринных желез, нервной системы и внутренних органов — печени, почек, пищеварительного тракта и др.), а также от условий внешней среды (температуры, барометрического давления, влажности воздуха и его состава, воздействия лучистой энергии и т.д.).
Для определения присущего данному организму уровня окислительных процессов и энергетических затрат проводят исследование в определенных стандартных условиях. При этом стремятся исключить влияние факторов, которые существенно сказываются на интенсивности энергетических затрат, а именно мышечную работу, прием пищи, влияние температуры окружающей среды. Энерготраты организма в таких стандартных условиях получили название основного обмена.
Энерготраты в условиях основного обмена связаны с поддержанием минимально необходимого для жизни клеток уровня окислительных процессов и с деятельностью постоянно работающих органов и систем — дыхательной мускулатуры, сердца, почек, печени. Некоторая часть энерготрат в условиях основного обмена связана с поддержанием мышечного тонуса. Освобождение в ходе всех этих процессов тепловой энергии обеспечивает ту теплопродукцию, которая необходима для поддержания температуры тела на постоянном уровне, как правило, превышающем температуру внешней среды.
Интенсивность основного обмена. Обычно предусматриваются следующие четыре условия для измерения интенсивности основного обмена: утром, в покое (в лежачем положении), натощак и в условиях температурного комфорта.
Четыре стандартных условия измерения основного обмена приняты с учетом следующих факторов, способных влиять на интенсивность процессов обмена веществ у человека.
1. Интенсивность процессов обмена подвергается суточным колебаниям — возрастает утром и снижается в ночной период.
2. Интенсивность процессов обмена возрастает в условиях физической и умственной нагрузки, что связано с увеличением числа клеток, интенсивность метаболизма в которых превышает уровень готовности. В обоих указанных случаях основным органом, определяющим интенсивность обмена веществ, являются мышцы.
3. Интенсивность процессов обмена повышается во время приема пищи и ее последующего переваривания, особенно если пища была белковой. Этот эффект называют специфическим динамическим действием пищи. Возрастание интенсивности метаболизма после еды связано не только с пищеварительной активностью, но и с последующими процессами обмена веществ; оно может продолжаться в течение 12 ч, а в случае потребления большого количества белка этот период может достигать 18 ч.
4. Интенсивность обмена веществ возрастает, если температура окружающей среды отклоняется от комфортной (выходит за пределы диапазона нейтральной температуры, или термонейтральной зоны; см. далее); сдвиги в сторону охлаждения приводят к большему усилению обмена веществ, чем сдвиги в сторону повышения температуры. Процессы изменений температуры тела подчиняются закону Вант-Гоффа.
Интенсивность основного обмена наполовину обусловлена метаболизмом печени и покоящейся скелетной мускулатуры. В связи с тем что во время сна мышечный тонус снижается, интенсивность обмена веществ у спящего или находящегося в состоянии наркоза человека может оказаться ниже основного уровня. В условиях голодания интенсивность процессов обмена также может падать ниже стандартного значения вследствие ослабления работы печени.
Нормальные величины основного обмена. Значения интенсивности основного обмена у здоровых людей, измеренные даже в строго стандартных условиях, варьируют. Вариабельность связана с влиянием таких факторов, как возраст, пол, рост и масса тела.
Основной обмен определяют в состоянии бодрствования. Во время сна уровень окислительных процессов и, следовательно, энергетических затрат организма на 8–10% ниже, чем в состоянии покоя при бодрствовании.
Величину основного обмена обычно выражают количеством тепла в килоджоулях (килокалориях) на 1 кг массы тела или на 1 м2 поверхности тела за 1 ч или за одни сутки.
Для мужчины среднего возраста (примерно 35 лет), среднего роста (примерно 165 см) и со средней массой тела (примерно 70 кг) основной обмен равен 4,19 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела в час, или 7117 кДж (1700 ккал) в сутки. У женщин той же массы он примерно на 10% ниже.
Интенсивность основного обмена, пересчитанная на 1 кг массы тела, у детей значительно выше, чем у взрослых. Величина основного обмена человека в возрасте 20–40 лет сохраняется на довольно постоянном уровне. В пожилом возрасте основной обмен снижается.
Согласно формуле Дрейера суточная величина основного обмена в килокалориях (H) составляет:
(25.4)
где m — масса тела, г; А — возраст человека, лет; K — константа, равная для мужчины 0,1015, а для женщины — 0,1129.
В условиях шока (при критическом падении АД, например, в результате сильной кровопотери) интенсивность обменных процессов падает ниже уровня основного обмена из-за недостаточности кровотока в периферических областях. Возникает кислородный долг; во многих клетках организма уровень метаболизма перестает обеспечивать их нормальное функциональное состояние. По мере усиления периферического кровотока при ослаблении шока интенсивность обменных процессов возрастает; таким образом, по изменению интенсивности обмена веществ можно судить о тяжести шокового состояния.
В случаях травм, ожогов и при высокой температуре интенсивность обмена существенно увеличивается, при этом в результате усиления белкового обмена количество азота, выделяемого с мочой, возрастает в четыре раза или более. Нарушения функции щитовидной железы также отражаются на уровне обмена веществ: если ее активность чрезмерно высока (гипертиреоз), интенсивность основного обмена повышается, а если активность щитовидной железы чрезмерно низка (гипотиреоз), интенсивность обмена снижается. В отдельных случаях интенсивность обмена веществ может отклоняться более чем на +100 или –40% от нормального уровня.