Обмен веществ

Обмен веществ, основное явление жизни, состоящее в том, что через живой организм непрерывно проходит поток материи из внешней среды в виде пищевых веществ. Войдя в живой организм, пищевые начала претерпевают ряд химических превращений в пищеварительных органах и в результате этих превращений уподобляются или ассимилируются организмом, т. е. превращаются в соединения, по составу и строению тождественные с нормальными составными частями тела. Вслед за ассимиляцией начинается разложение пищевых начал. Сперва они претерпевают ряд химических превращений, в результате которых образуются новые тела, менее сложного состава, однако еще принадлежащие к органическим соединениям, т. е. способные гореть, соединяться с кислородом. Это превращение пищевых начал в ряд более простых органических соединений носит название промежуточного обмена веществ. Наконец, поглощая кислород, описанные более простые органические соединения подвергаются окончательному окислению, причем из углеводов и жиров образуются углекислота и вода, а из белков, кроме углекислоты и воды, еще мочевина и серная кислота. Эти т. н. «продукты обмен веществ» выделяются из организма отчасти через легкие, отчасти через почки. Физиологическая задача обмена веществ состоит в доставке организму энергии, необходимой: 1) для самого жизненного процесса, 2) для разного рода работы, выполняемой в организме. Опыты показывают, что даже при полном отсутствии какой бы то ни было работы в теле все же происходит сгорание пищевых веществ в довольно значительном размере. Этот процесс, очевидно, неразрывно связан с самым процессом жизни. Поэтому тот обмен, который не угасает даже после полного прекращения (мышечной, пищеварительной и проч.) работы, носит название основного обмен веществ. Всякого рода работа (например, механическая работа, работа, затрачиваемая на переваривание пищевых начал) тотчас же вызывает усиленное сгорание веществ в теле, увеличивает затрату энергии.

Пищевые начала, превращаясь в продукты обмен веществ, выделяются из организма. Из вещества, из материи пищевых начал в организме не остается ничего. Остается в теле только та энергия, которую пищевые начала отдают, превращаясь в продукты обмен веществ. Известно, что жир, сгорая, выделяет тепло. Равным образом выделяется тепло и при сгорании сахара, белка и проч. Когда эти вещества сгорают в теле, они выделяют столько же тепла, как и при сгорании вне организма.

Тепло, выделяемое пищевым началом при его горении, и является мерой энергии, которую это пищевое начало может отдать организму. Вся энергия пищевого начала при горении вне тела выделяется в форме тепла. В живом организме тепловая энергия может быть превращена и действительно превращается в другие формы энергии (механическая, электрическая и проч.). Однако это превращение происходит согласно точным количественным законам; следовательно, каким бы превращениям ни подвергалась в теле энергия пищевых начал, все равно общая сумма энергии, извлекаемой организмом из пищи, не превышает того количества энергии (выраженной в тепловых единицах), которое получается при сгорании данного вещества в теле. Согласно сказанному, пища для живого организма имеет лишь значение источника энергии; обмен веществ есть, в сущности, обмен энергии, а вещество служит только носителем энергии. Поэтому, между прочим, в явлениях обмен веществ различные пищевые начала могут заступать друг друга. Эта замена одного пищевого начала другим происходит в т. н. «изодинамических» количествах. Изодинамическими количествами пищевых начал называется такие их количества, которые отдают телу одинаковый запас тепла. При сгорании в теле:

1 г белка отдает 4 100 мал. кал.

1 г углеводов « 4 100 « «

1 г жира « 9 300 « «

Поэтому, если мы хотим исключить из пищи часть белка и заменить его углеводом, притом так, чтобы питание организма не пострадало, мы должны вместо каждого грамма белка, исключенного из пищи, прибавить к пище 1 грамм углевода. Наоборот, при замене белка жиром взамен одного грамма белка нужно брать меньше 1 грамма жира, а именно 0,44 грамма жира, так как именно это количество доставляет организму столько же энергии, сколько 1 г белка.  Описанный процесс составляет одну (притом количественно преобладающую) часть обмена веществ. Это — т. н. энергетический обмен, имеющий целью доставить организму не материю, а энергию. Но, кроме того, организм нуждается и в притоке материи, как таковой. Именно, организму необходимо доставлять некоторое количество белка для замены разрушающегося белка органов. В этом случае белок входит в состав тела и остается некоторое время в составе организма. Здесь белок играет роль строительного материала, он служит для ремонта живой машины, для замены утраченных частей. И как нельзя для починки фабричной машины взять другого материала, кроме стали, так же и для ремонта живого тела нельзя взять другого материала, кроме того, из которого построена живая машина, т. е. белка. По этой причине исключить белок из состава пищи совсем нельзя: в пище должно содержаться некоторое минимальное количество белка. Этот белок служит не для доставки энергии, а для замены утраченных составных частей тела; поэтому ни жиром, ни углеводами этот белок заменить невозможно. За исключением этого минимального количества белка, все остальное, потребное организму количество пищевых начал можно варьировать качественно как угодно — лишь бы общее количество энергии, заключающейся в пище, соответствовало потребностям тела. Это необходимое для организма количество энергии выяснено специальными опытами. Результаты их сопоставлены в таблице:

Потребность в энергии у человека, весом 70 кг (большие калории):

Основной обмен – 1625;

То же – пищеварительная работа – 1800;

Обмен при постельном режиме – 2000;

Обмен при комнатном режиме без работы – 2230;

Обмен при легкой профессиональной работе – 2600;

Обмен при средней работе – 3100.

Что касается минимального количества белка, необходимого для человека, — этот вопрос в последние годы был подвергнут основательному пересмотру. Согласно диете Фойта, количество белка в ежедневной пище определяется в 118 г. Однако новейшие наблюдения значительно понизили эту цифру. По утверждению некоторых ученых, человеку достаточно потреблять ежедневно 40 г белка. Однако большинство специалистов по обмену веществ не решается принять столь низкую белковую норму, опасаясь, что при продолжительном потреблении пищи, столь бедной белками, могут развиться тяжелые атрофические явления. Впрочем, Читтенден произвел ряд опытов, продолжавшихся несколько месяцев, на людях, принадлежащих к различным социальным классам. Всем лицам, участвующим в опыте, было предоставлено выбирать себе пищу по желанию, с одним лишь условием — ограничивать количество белка. По окончании опыта (через 9 месяцев) все его участники чувствовали себя очень хорошо и многие даже и после этого остались на той же диете, какая была во время опыта. В среднем ежедневный белковый рацион в опытах Читтендена составлял:

в группе ученых . . 47,7 г

« « санитаров. 49,2 «

« « атлетов . . 55,3 «

На основании этих и других подобных же опытов в настоящее время цифра белкового минимума единогласно понижена до 80 г в сутки. В том случае, если организм получает белка больше этой минимальной цифры, даже если много больше, весь избыток белка подвергается в теле разложению. Сколько бы ни вводилось белка в тело, весь введенный белок в течение суток сгорает и превращается в конечные продукты обмена. Задержать, накопить белок в теле одним усиленным скармливанием белка не удается. Это объясняется тем особенным состоянием, в котором белок находится в организме. Белок в теле находится: 1) в виде живого белка в составе клеток тела (большая часть) и 2) в виде мертвого белка (в составе крови и лимфы). В крови и лимфе содержится вообще небольшое количество белка (около 5 фунтов); конечно, содержание белка в крови и в лимфе может быть несколько увеличено. Но, во-первых, эта запасная емкость крови для белка и вообще невелика, — вообще нельзя значительно увеличить против нормы содержание белковых веществ в кровяной и лимфатической жидкости, а кроме того, всякое повышение содержания белка в крови вызывает усиленный распад белка в органах тела. Словом, если и можно отложить белок в составе крови и лимфы, то количество отложенного здесь белка может быть очень незначительно (согласно опытам, обычно не свыше 100 г). Отложить же белок в организме в форме живого белка одним усиленным белковым кормлением совершенно невозможно. Дело в том, что накопление белка в клетках тела связано с образованием новых количеств протоплазмы, а этот процесс определяется: 1) наследственностью, 2) физиологическим состоянием клетки в данный момент. Наибольшую по весу массу органов составляют мышцы. Увеличить по произволу размеры мышц одним скармливанием белка нельзя; для этого необходимо: 1) выбрать соответствующую расу животного, которая отличалась бы хорошо развитой мускулатурой, 2) надо упражнять мышцы работой. Первое условие дает теоретическую возможность осуществить наследственный тип с хорошо развитыми мышцами; второе условие повышает жизнедеятельность самого мышечного волокна и вызывает в нем явление т. н. рабочей гипертрофии. По этой причине при откармливании животных на мясо необходимо, главным образом, удачно подобрать породу животного. По этой же причине нельзя совершенно рассчитывать развить у себя мышцы одним усиленным белковым питанием, без упражнения. Весь скормленный белок в этом случае будет превращаться в продукты распада и, следовательно, для организма пропадет. Накопить белок в теле одним усиленным кормлением невозможно. Наоборот, безазотистый питательный материал очень легко отлагается в организме при усиленном кормлении, образуя запасы питательных веществ. Таких запасных питательных начал в организме мы встречаем две категории: 1) гликоген (углевод) и 2) жир. Запасы гликогена не могут достигать очень значительных величин. Самая большая цифра гликогена в теле животного, найденная до сих пор, равна 40 г на килограмм веса  тела животного. Следовательно, для человека весом в 70 килограммов гликогенные запасы составят maximum 2 800 г, т. е. около 7 фунтов. Наоборот, жир может скопляться в организме в огромных количествах.  Описаны случаи, когда вес человека достигал 11 пудов. Считая, что нормальный вес здорового человека равен 4 пудам, нужно признать, что в этих случаях в человеческом теле накоплялось до 7 пудов жира. Возможность накопления столь больших количеств жира объясняется тем, что жир не входит в организацию клетки, и хотя жировые капли располагаются внутри жировых клеток, но они лежат не в составе протоплазмы, а лишь рядом с протоплазмой; жир тела — столь же мертвый жир, как и жир в кладовой. Отложение жира в теле происходит во всех тех случаях, когда организм получает избыточное питание, когда приход превышает расход. Не существует пищи, которая качественно, по своему составу была бы исключительно пригодна для образования жира в теле. Опыты показывают, что жир в теле может образоваться как на счет жирной, так и на счет углеводной и на счет белковой пищи. Правда, обычно жир развивается в особенно больших количествах на счет углеводной (мучной и сладкой) пищи. Но это зависит уже от побочных причин, именно от отношения пищеварительных органов к разным сортам пищи. Переваривание углеводов требует наименьшего напряжения со стороны пищеварительных органов. Поэтому углеводной пищей можно злоупотреблять в гораздо большей степени, чем жирами и белками, и обратно, при полном исключении углеводов из диеты (не есть ничего мучного и ничего сладкого) организм очень быстро освобождается от скопленных в его теле запасов жира. Это потому, что в средней диете углеводы количественно преобладают над всеми другими составными частями пищи.

В. Завьялов.

Болезни обмена веществ. Процессы распадения и последовательного окисления (процессы дезассимиляции могут замедляться и расстраиваться; расстройства эти зависят от целого ряда условий: 1) функционирование клеток, в сущности, является лишь внешним проявлением процессов дезассимиляции так, мышечные сокращения являются результатом освобождения внутримолекулярной энергии при процессах распадения веществ; деятельность железистых клеток представляет собой процессы распадения веществ и выделения тех или иных продуктов распадения в протоки желез; внутренняя секреция железистых клеток представляет собой такое же выделение продуктов распадения (продуктов обмена веществ) в лимфу и далее в кровь; деятельность нервных клеток представляет собой переход энергии из скрытого состояния в явное, а в основе такого освобождения энергии также лежат процессы дезассимиляции. Если клетки функционируют недостаточно, например, при недостаточной мышечной деятельности, при малоподвижном образе жизни, тогда процессы дезассимиляции могут быть замедлены, в организме будет больше промежуточных продуктов  распадения, недостаточно окисленных, неокисленных и даже недостаточно распавшихся; в результате — отравление организма промежуточными продуктами обмена веществ; 2) достаточная иннервация клеток необходима для правильного их функционирования и, следовательно, для достаточной интенсивности процессов дезассимиляции: если клетки иннервируются недостаточно, вследствие, например, общего упадка иннервации (что нередко является результатом переутомлений нервной системы или недостаточности возбуждений с периферии, например, при недостаточных мышечных сокращениях, при отсутствии бодрящих впечатлений), то и процессы дезассимиляции идут более вяло, более медленно; тогда также легко возникает перегружение организма промежуточными продуктами обмена веществ; 3) при избыточном питании клеток и, следовательно, при повышенных процессах ассимиляции, в организме может оказаться так много материала для процессов распадения и окисления, что даже при нормальной иннервации и нормальном функционировании органов, они все же будут не в  силах доводить процессы распадения и окисления до конца; и, следовательно, легко будет возникать перегружение организма промежуточными продуктами обмена; 4) при поступлении в организм различных ядовитых  веществ, или извне, или образующихся в кишечнике (продукты кишечного брожения), эти ядовитые вещества могут вредно действовать на клетки организма, замедляя процессы дезассимиляции и, следовательно, также способствуя перегружению организма ядовитыми продуктами обмена веществ; сюда относятся - хронические инфекции (например, сифилис) или хронические отравления (например, алкоголь, различные закуски, содержащие продукты ферментного распадения белков, и пр.). В условиях жизни более высших слоев населения все такие условия нередко сочетаются вместе: избыточное питание, недостаточная мышечная деятельность, переутомление нервной системы, стоящее в связи с чрезмерной умственной работой или с различными излишествами, наконец, отравления (злоупотребления алкоголем). Вот почему условия жизни высших классов особенно располагают к так называемым общим расстройствам обмена веществ, к артритическому диатезу или, короче, к артриту. Проявления артритического диатеза могут быть различны, прежде всего — смотря по тому, расстроены ли по преимуществу процессы распадения белков, или жиров, или углеводов; расстройства обмена белков в организме проявляются в виде подагры, в виде наклонности к хроническим ревматическим заболеваниям, образованию почечных, печеночных камней и пр.; расстройства обмена углеводов проявляются в виде диабета (сахарное мочеизнурение); расстройства обмена жиров (и углеводов) - в виде ожирения. Общие расстройства обмена веществ, являющиеся, в сущности, хроническим отравлением организма продуктами обмена веществ, повышают запрос  на деятельность сердца и сосудов, так как для уравновешивающей (компенсирующей) деятельности организма, в целях устранения вредного влияния ядовитых продуктов обмена, требуется повышенная деятельность тех или иных органов (например, почек и потовых желез кожи для удаления ядовитых продуктов из организма, некоторых желез, например, печени, для повышения процесс, распадения и окисления, и пр.), а для повышенной деятельности тех или иных органов прежде всего требуется повышенное кровообращение в этих органах, и, следовательно, повышенная деятельность сердца и сосудов: кроме того, ядовитые продукты, находясь в крови, и непосредственно вредно действуют на сердечнососудистую систему; кроме того, при артрите предъявляется повышенный запрос на деятельность почек, печени, желез кожи и пр.; сюда же относится и непосредственное действие ядовитых  веществ на почки, при их выделении из организма, на печень, при их поступлении из кишечника в организм, и пр. Все это может вести к последовательному истощению этих органов. Вот почему различные заболевания, являющиеся выражением артритического диатеза, нередко последовательно ведут к заболеваниям почечным, сердечнососудистым печеночным, кожным и пр., или, как иначе говорят, заболевания сердечнососудистые, почечные и пр. нередко развиваются на почве артритического диатеза, и это — как у самих больных, так  и в рядах поколений, т. о. от родителей артритиков могут происходить дети с значительной наклонностью к заболеваниям сердца, сосудов, почек и пр. В целях борьбы с артритическим диатезом и, следовательно, в целях повышения и урегулирования процессов дезассимиляции, необходимо правильное питание (умеренное питание, в особенности же умеренное потребление мяса, рыбы, отсутствие в типовом режиме закусок, острого и пр.), достаточная мышечная деятельность (достаточно подвижной образ жизни, мышечный труд, подвижные игры, гимнастика, прогулки, путешествия пешком и пр.), достаточная иннервация организма (с одной стороны — устранение переутомлений нервной системы и всяких излишеств, с другой — деятельная разнообразная жизнь, достаточно богатая разнообразными и яркими впечатлениями): устранение отравлений (алкоголь, табак, закуски и пр.): в целях же повышения и урегулирования обмена имеют значение также питье минеральных вод, (повышаются процессы распадении и окисления), водолечение в различных формах (повышается иннервация организма, деятельность сердечнососудистой системы и пр.), свежий воздух (воздух  лесов, полей, морской, горный — как источник  периферических возбуждений центральной нервной системы) и пр.

Н. Кабанов.