Catabolism a process of oxidation
Процесс катаболизма — это, в общем, процесс окисления; то есть кислород добавляется к химическим соединениям, взятым из пищи, которую мы едим, образуя более простые вещества, которые выводятся из организма в качестве продуктов жизнедеятельности. Окисленный углерод в организме образует углекислый газ; водород окисляется до формы воды, в то время как азот покидает организм в более сложном и не полностью окисленном веществе, известном как мочевина, химическая формула которой COH4N2. Небольшая часть азота покидает организм в форме мочевой кислоты, C5H4N4O3.
Why muscular work produces warmth
Процесс анаболизма обычно поглощает энергию или тепло из окружающего материала, в то время как катаболизм производит тепло в результате окисления, как и обычное топливо. Это объясняет, почему мышечная работа согревает тело.
Мы можем изучать метаболизм лучше всего, рассматривая две цели, которым служит пища в организме животного, следующим образом:
ПЕРВОЕ — ПОСТРОЕНИЕ ФАКТИЧЕСКОЙ ТКАНИ ОРГАНИЗМА
Каждый атом, составляющий человеческое тело, построен из пищи. Количество и пропорция различных химических элементов, составляющих тело, хорошо известны, и если бы не тот факт, что тело постоянно выбрасывает старые клетки и продукты жизнедеятельности, проблема питания свелась бы к простому процессу снабжения тела материалами, необходимыми для роста.
Formation of new tissue and destruction of old
Мы могли бы проанализировать взрослого человека и новорожденного младенца и знать, что младенцу, чтобы достичь зрелости, нужно было бы добавить к своему телу столько-то фунтов кислорода, углерода, серы, железа и т. д. Проблема питания, однако, более сложна. Мы должны учитывать не только формирование новой ткани, но и восстановление старой, а также все те процессы жизненной активности, которые включают потребление пищевого материала и разрушение тканей организма. И это допущение нельзя точно пропорционировать на основе анализа тела, потому что различные элементы, составляющие его, меняются не с одинаковой быстротой. Так, человек на поле во время сбора урожая может пропустить через свою кровь за один день десять или пятнадцать фунтов кислорода (в форме воды и углекислого газа), что составило бы десять процентов кислорода, содержащегося в его теле, но если бы он принял кальций или фтор в количестве десяти процентов от того, что содержится в теле, смерть от отравления наступила бы быстро.
Мы можем лучше понять использование продуктов питания и процесс, которому они подвергаются при построении тела, рассматривая отдельно каждый класс пищевого материала с момента его всасывания из пищеварительного тракта до момента его выведения из кишечника, или из легких и почек, или отложения в теле в виде костей, жира или ткани.
ВТОРОЕ — ГЕНЕРАЦИЯ ТЕПЛА И ЭНЕРГИИ
Вторая функция, или, скорее, группа функций, которые следует учитывать при изучении метаболизма, — это генерация тепла и энергии. Если читатель вспомнит то, что было сказано в Уроке II относительно производства тепла в процессе окисления, он сможет более ясно понять метод, с помощью которого тепло производится в организме животного. Однако, поскольку тепло — это лишь одна форма или выражение энергии, эти два предмета — тепло и энергия — должны рассматриваться вместе.
Heat and energy produced by oxidation
Производство тепла и энергии в организме происходит почти полностью за счет окисления пищи. Все три класса продуктов, а именно протеиды, углеводы и жиры, могут быть окислены для производства тепла.
Heat, a measure of energy
Энергия может быть механической, химической, электрической или тепловой. Сохранение энергии, которое является одним из фундаментальных законов науки, учит, что никакая энергия не может быть потеряна, а может только превращаться в другие формы. Поскольку это верно, и поскольку вся энергия может быть превращена в тепло, мы используем тепло как меру энергии.
The "calory," a unit of heat
Единица тепла, и, следовательно, энергии, которая используется учеными, — это «калория», которая представляет собой количество тепла, необходимое для повышения температуры одной тысячи граммов воды на один градус по шкале термометра Цельсия. Энергия в пище измеряется в калориях, как будет изучено из объяснения, данного в уроке под названием «Система измерения пищи Виено».
Liberation of energy through metabolism
Виено — это просто единица, особенно удобная при измерении энергии в пище. Для того чтобы эта энергия могла быть использована или высвобождена в организме, необходимо, чтобы пища прошла через процесс метаболизма, как описано выше.
МЕРА ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Пищу можно рассматривать как склад скрытой или потенциальной энергии.
Intake and outgo of energy accurately determined
Из-за закона сохранения энергии, который показывает, что никакая энергия во Вселенной не может быть потеряна, можно с большой точностью изучать энергию, производимую в человеческом теле и выделяемую им.
Метод, с помощью которого энергия измеряется в точных научных экспериментах, осуществляется с помощью устройства, называемого респираторным калориметром.
How energy is measured
Это устройство представляет собой небольшую комнату, стены которой непроницаемы для передачи как тепла, так и воздуха. В этой комнате человек или животное могут находиться в течение нескольких дней. Вдыхаемый воздух, съеденная пища, выделяемое тепло тела, выведенные продукты жизнедеятельности и выполненная механическая работа — все это измеряется с величайшей научной точностью. Многие интересные результаты были получены в ходе исследований, проведенных с помощью этого замечательного научного устройства. Эти эксперименты не будут подробно описаны в этой работе, но можно отметить, что эксперименты внутри респираторного калориметра абсолютно доказали, что закон «сохранения энергии» работает в человеческом теле так же, как и в лаборатории ученого. Более того, такие эксперименты подтвердили результаты окисления различных продуктов в лаборатории и дали нам данные, из которых можно вычислить запасенную энергию в различных пищевых веществах. Таким образом, было обнаружено, что количество энергии, передаваемое организму из одного грамма протеида, составляет 4,1 калории, а из одного грамма углеводов — 4,1 калории, в то время как один грамм жира, окисленный в организме, дает 9,3 калории, что более чем в два раза превышает количество, передаваемое протеидами и углеводами.
Поскольку было доказано, что законы, установленные в лаборатории, также применимы к человеческому телу, нет необходимости проводить дорогостоящие эксперименты на человеке, чтобы установить количество энергии в каком-то новом продукте. Пища может быть проанализирована химически, и энергия вычислена в соответствии с вышеуказанными цифрами, или образец пищи может быть сожжен с окислителем в лаборатории, и тепло измерено. Этот последний процесс состоит просто из окисления грамма пищи в закрытом стальном цилиндре, который погружен в известное количество воды при известной температуре. Повышение температуры воды, умноженное на вес воды в граммах, дает количество калорий, содержащихся в тестируемом веществе.
МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ
Products formed in the body from digested carbohydrates
Продукты, образующиеся при переваривании углеводов, всасываются из пищеварительного канала в форме глюкозы и меньших количеств левулозы, а также уксусной, масляной и молочной кислот. Эта глюкоза попадает в кровеносные сосуды кишечника. Эти кровеносные сосуды соединяются, образуя воротную вену, которая снабжает кровью печень.
Conversion of glucose into glycogen
Главная функция печени — регулировать сахар, содержащийся в крови. Печень превращает эту глюкозу в гликоген, а также действует как резервуар, в котором углеводы хранятся в форме гликогена до тех пор, пока они не понадобятся организму. Из этого гликогена снова производится глюкоза, или сахар крови, когда потребление из кровообращения больше, чем предложение. Более того, печень обладает способностью производить глюкозу, когда углеводы не употребляются, так как глюкоза может быть произведена из протеидов. Процент глюкозы в крови остается, или должен оставаться, примерно на одном уровне, в среднем 0,15 процента. Поначалу может показаться странным, что количество глюкозы в крови остается почти на одном уровне, когда количество, всасываемое из пищеварительных органов, и количество, используемое в работе, так изменчивы. Контроль сахара в крови имеет очень большое значение в метаболизме организма или жизненных процессах.
Uses of glucose in the body
Главное использование глюкозы и других форм переваренных углеводов — это формирование тепла и энергии. Глюкоза окисляется главным образом в мышцах, производя углекислый газ, воду и некоторое количество молочной кислоты. Другая функция глюкозы в крови — построение или образование жира. Жир — это форма запасенной пищи, которая не так легко доступна для использования, как гликоген и глюкоза.
Используя простую фигуру сравнения, энергопроизводящие вещества человеческого тела — глюкозу, гликоген и жир — можно сравнить с движением товаров в обычной торговле. Мы могли бы сказать, что глюкоза крови — это товар в руках людей, готовый к потреблению. Гликоген печени представлял бы товары в руках розничного торговца, в то время как жир, который хранится в больших количествах, был бы представлен товарами на складах.
Fat produced from carbohydrates
Было проведено много интересных экспериментов, чтобы доказать, что жир может быть произведен из углеводов. Например, в течение определенного периода времени свинью ежедневно кормили пищей, содержащей полфунта жира, и за этот период она набрала девять фунтов жира. Такие факты доказывают вне всякой возможности сомнения, что углеводы превращаются в жир в организме животного.
МЕТАБОЛИЗМ ЖИРА
Жир при всасывании из пищеварительного тракта находится в форме жирных кислот и глицерина, но немедленно рекомбинирует в свою первоначальную форму после того, как проходит через стенки кишечника. Этот жир затем попадает в млечные сосуды, которые соединяются, образуя грудной проток. Этот проток или трубка опорожняет свое содержимое в одну из крупных вен возле сердца, откуда он распределяется по всему организму. Жир крови не регулируется до определенного количества, как содержание сахара. После еды, очень тяжелой по содержанию жира, кровь некоторое время имеет беловатый вид из-за многочисленных крошечных глобул жира, попавших в кровообращение.
Body-fat may be absorbed directly from food
Жир тела может откладываться непосредственно из пищевого жира. Это можно проверить, если животное, которое голодало до тех пор, пока его собственное тело не было сильно истощено, кормить какой-то определенной формой жира. Жир, который будет отложен немедленно, будет иметь специфические характеристики жира, принятого с пищей. Таким образом, голодающая собака, которой давали тяжелую диету из сала, отложит жир, который будет содержать большое количество стеарина и пальмитина и, следовательно, иметь более высокую температуру плавления, чем нормальный собачий жир. Обычный животный жир, как было показано в Уроке IV, состоит из различных жиров, каждый из которых является отдельным химическим соединением.
Human fat not identical with food-fat
Различие между салом, свиным жиром, оливковым маслом и человеческим жиром главным образом обусловлено различными порциями стеарина и олеина, которые составляют смешанный жир. В нормальных случаях, когда жир откладывается с обычной скоростью, жир тела имеет однородный состав независимо от пищевых жиров. Причина, по которой человеческий жир не идентичен пищевому жиру, заключается в том, что тело обладает избирательной способностью при отложении этих жиров. Таким образом, если единственным источником жира, который человек принимает в своей пище, является сало, клетки, откладывающие жир в человеческом теле, откажутся от определенной пропорции стеарина, откладывая больший процент олеина, тем самым давая более мягкий или более жидкий жир, чем тот, который был поставлен с пищей. Избыток стеарина будет потреблен в производстве тепла и мышечной энергии.
Why exercise reduces obesity
Когда потребление глюкозы в мышцах становится больше, чем запас, доступный в крови, и из гликогена печени, должен потребляться жир тела. Это объясняет, почему упражнения уменьшают ожирение.
Метод предотвращения или лечения ожирения — это двойной процесс:
1 Диета подбирается и пропорционируется так, чтобы уменьшить количество потребляемого жира
2 Назначаются упражнения для потребления жира, который накопился
Fat, the chief source of energy
Из всех пищевых материалов жир меньше всего изменяется при пищеварении и не имеет никакой особой функции в жизненных процессах, кроме хранения энергии. Больше энергии тела может быть сохранено в фунте жира тела, чем в любой другой форме.
Из этих выводов очевидно, что углеводы и жиры выполняют очень похожие функции внутри организма и могут в значительной мере заменять друг друга как источник тепла и мышечной энергии.
МЕТАБОЛИЗМ ПРОТЕИДОВ
Importance of proteid or nitrogenous foods
Благодаря тому факту, что ткани нормального тела построены главным образом из протеидов, метаболизм протеидов или азотистых продуктов имеет очень большое значение. Когда мы осознаем тот факт, что мышцы, кровь, мозг, нервы, хрящи, сухожилия, различные внутренние органы и более жесткий материал скелета являются лишь различными формами протеидного материала и должны содержать свои пропорции доступного или органического азота, мы можем понять, почему азотистые продукты образуют отдельный класс, который должен рассматриваться отдельно. Только минеральные отложения костей и зубов, а также глобулы жира, которые откладываются как источник запасенной энергии, представляют собой класс веществ, не содержащих азота, внутри организма животного.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОТЕИДОВ В ОРГАНИЗМЕ
Proteids as tissue-builders
Первое использование, которое природа делает из протеидов в организме, — это фактическое добавление к ткани тела или ее увеличение. Когда истощенный молодой человек из города идет работать на ферму и набирает двадцать фунтов, клетки его мышц фактически увеличились в размере и количестве. Это требует протеидов, которые могут быть получены только из азотистого материала в пище. Рост в раннем возрасте обусловлен фактическим увеличением размера всех органов тела и является лишь накоплением протеидного вещества.
Proteids form the nitrogenous part of the body
Второе использование протеидов, и то, которое в зрелой жизни имеет большее значение, чем те, о которых уже упоминалось, — это формирование различных азотистых продуктов, которые производятся в связи с различными процессами тела и которые разрушаются функцией жизни. Например, пепсин желудочного сока — это азотистое вещество, которое может быть сформировано только из протеидов. Все пищеварительные ферменты и другие вещества в мышцах, нервах и в различных органах по всему телу имеют азотистую природу, и при их формировании и использовании потребляется определенное количество протеидного материала. Когда пищеварительные ферменты формируются из протеидов, они потребляют больше своего собственного веса протеидного материала.
Proteids replace worn-out cells
Третья форма, в которой протеиды могут потребляться в организме, — это фактическая замена изношенных клеток. Кожа, волосы и слизистые или выстилающие мембраны полостей тела постоянно сбрасываются на внешней поверхности, а под ними формируются новые клетки. Когда клетки внутри тела были повреждены или прошли свою полезность, они удаляются фагоцитами или белыми кровяными тельцами и должны быть заменены другими клетками. В случае бактериальных инфекций, таких как опухоли, фурункулы или заразные болезни, бактерии питаются протеидами крови. Белые кровяные тельца разрушаются в конфликте или попытке удалить захватчиков, и все эти вещества должны быть заменены протеидами из пищи.
ДЕЙСТВИЕ И СОСТАВ ПРОТЕИДОВ
Determination of income and outgo of nitrogen
Прирост или потеря протеидов тела указывается приростом или потерей азота. Поступление азота может быть установлено путем анализа пищи. Расход азота вычисляется путем анализа продуктов, выведенных из организма. Если за телом в начале и в конце экспериментального периода внимательно наблюдать, а поступление и расход азота определить, мы можем вычислить количество прироста в теле, которое является азотистой тканью. Другой прирост или потеря веса тела должен быть жиром. Эти расчеты не могут быть сделаны точно из-за количества пищи и воды, которые могут находиться в пищеварительных органах в то время, когда производятся различные взвешивания.
Why proteids are converted into peptones
Мы узнали, что в пищеварительном тракте пища преобразуется в растворимую форму белка, известную как пептон. Цель этого преобразования и тонкого измельчения пищи, осуществляемого различными пищеварительными соками, состоит в том, чтобы довести ее до состояния, в котором она легко пройдет сквозь стенки пищеварительного канала.
Nitrogen and urea
Это было все, что знали о метаболизме белков вплоть до самых последних лет. Ученые старшего поколения прослеживали переваривание белка до стадии растворимого пептона, после чего теряли из виду все химические изменения и процессы, вплоть до момента, когда азот снова выводился почками в виде мочевины.
Ни один ученый не пытался объяснить, как радикально различающиеся белки, такие как яичный альбумин, молочный казеин и пшеничный глютин, могут появляться в организме в виде глобулина крови, лецитина мозга или миозина мышц.
Историю всех этих исследований невозможно полностью изложить здесь, поэтому обсуждение должно быть ограничено тем, что фактически происходит при метаболизме белков.
Composition of proteids
Белки, как помнит учащийся, содержат углерод, водород, кислород и азот, а иногда небольшие количества серы, фосфора или железа. В настоящее время известно, что эти формы белков химически изменяются под воздействием пищеварительных ферментов кишечника, превращаясь в более простые соединения, содержащие те же самые элементы.
How proteids may form body-fats
Эти простые азотистые вещества поступают в печень. Подобно тому как печень регулирует запас сахара в крови, она регулирует и запас азотистых соединений в крови. Определенное количество белковообразующего материала проходит через печень и направляется на выполнение различных функций, для которых белок используется в организме. Весь азотистый материал, превышающий количество, необходимое организму, секретируется печенью, а азот вместе с частью углерода, водорода и кислорода отщепляется, образуя мочевину, которая выводится почками. Оставшаяся часть белкового вещества, лишенная азота, по сути, становится такой же, как углеводы, и идет на образование глюкозы или сахара крови, который, в свою очередь, может образовывать жиры организма.