Основа жизни - обмен веществ и энергии



ОРГАНИЗМ СОСТОИТ ИЗ КЛЕТОК, ТКАНЕЙ И ОРГАНОВ
В теле человека имеются разнообразные органы, каждый из них выполняет определенные функции. Так, например, скелет и мускулы - это органы опоры и движения, сердце и кровеносные сосуды - органы, обеспечивающие постоянное движение крови. Деятельность разных органов объединяется главным образом нервной системой, поэтому все они в живом организме работают согласованно.
Органы тела человека, как и органы всех животных, образуются из тканей, которые состоят из огромного количества различных клеток. Каждая клетка настолько мала, что ее можно видеть только с помощью микроскопа. Большинство клеток имеет тело и ядро, у некоторых клеток есть один или несколько отростков. Тело любой клетки состоит из студенистого вещества сложного химического состава, которое называется протоплазмой.
Значительное число клеток, объединенных в единую систему общим происхождением и строением и выполняющих определенную функцию, вместе с веществом, находящимся в промежутках между этими клетками, называют тканью. Различают эпителиальную, соединительную, мышечную, нервную и другие ткани. Все они отличаются друг от друга своим строением и той ролью, которую играет каждая из них в жизни организма. Но все они имеют одно общее свойство - в них постоянно происходит обмен веществ и энергии.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ МЕЖДУ ОРГАНИЗМОМ И ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ
Еще в XIX столетии Ф. Энгельс писал: «Жизнь-это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой». Действительно, в любой живой организм постоянно поступают из внешней среды различные вещества и из организма выделяются в окружающую среду вещества, уже ненужные организму и вредные для него. У высших животных и у человека при дыхании в организм поступает кислород и удаляется углекислый газ, с пищей поступают необходимые для жизни питательные вещества, а через почки (с мочой), через кожу (с потом), через кишечник (с калом) выводятся из организма ненужные ему вещества. Прекращение этого обмена веществ неизбежно ведет к прекращению жизни, к смерти.

РАЗРУШЕНИЕ И СОЗИДАНИЕ ВЕЩЕСТВ В ТЕЛЕ ЧЕЛОВЕКА
В течение всей жизни в теле человека и днем в часы бодрствования и труда, и ночью в глубоком сне происходит не всегда заметная, но непрерывная работа. Примерно каждую секунду сокращается мышца сердца, обеспечивая постоянное движение крови по всему телу. Приблизительно 16-20 раз в минуту ритмично расширяется и сжимается грудная клетка, то засасывая воздух в легкие, то выдавливая его наружу. Все время находится в деятельном состоянии нервная система. Большую механическую работу производят мышцы. Известно, что всякая работа связана с расходом энергии. Откуда же берется энергия, необходимая для работы мышц и других органов?
Эта энергия освобождается в нашем теле тогда, когда сложные по своему химическому строению вещества распадаются на более простые. Такого рода химические превращения называются диссимиляцией, они постоянно происходят в живом организме. Неразрывно с ними связаны и всегда совершаются в живом организме и процессы ассимиляции, т. е. химические превращения, ведущие к созданию сложных по своему химическому строению веществ из более простых.
При процессах диссимиляции так называемая химическая, или потенциальная, энергия переходит в тепловую, электрическую и механическую, необходимые для работы мышц и других органов, а также для поддержания постоянной температуры тела. При процессах ассимиляции накопляется потенциальная энергия.
Таким образом, обмен веществ в живом организме неразрывно связан с обменом энергии, т. е. с переходом одного вида энергии в другой.
Основную массу нашего тела, если не считать воды, составляют белки, жиры и углеводы. Это очень сложные по своему химическому строению вещества, при распаде которых освобождается энергия. Белки, жиры и углеводы поступают в организм с пищей. Поэтому можно сказать, что пища служит для нас источником энергии.

ВЕЩЕСТВА, ИЗ КОТОРЫХ СОСТОИТ НАШЕ ТЕЛО, ПОСТОЯННО ОБНОВЛЯЮТСЯ
В нашем теле каждую секунду разрушается огромное количество молекул различных веществ, из которых состоит тело, и одновременно синтезируются, т. е. образуются из более простых веществ, новые молекулы. Мы не замечаем этих непрерывных изменений, но они все время происходят. И хотя каждый из нас остается самим собой сегодня, завтра, через месяц и через год, молекулы веществ, входящих в состав нашего тела, замещаются за это время другими, новыми молекулами. С этой точки зрения живой организм можно сравнить с беспрестанно катящей свои воды рекой. И сегодня, и через месяц, и через год это все та же самая река, хотя каждому ясно, что капельки речной воды, которые мы видим сегодня, завтра будут находиться на много километров ниже по течению, многие из них превратятся в пар, а их место займут новые из верховьев реки.
Так и в нашем теле происходит непрерывная замена одних молекул другими, хотя отдельные органы и организм в целом кажутся неизменными. Обмен веществ и связанный с ним обмен энергии не прекращаются, пока жив человек.
В последние годы успехи в изучении внутриатомной энергии позволили точнее проследить судьбу молекул белков, углеводов и других веществ в живом организме. Ученые с этой целью использовали метод меченых атомов.
Он заключается в том, что в состав отдельных молекул вводят радиоактивные изотопы-• так называют разновидности различных химических элементов (углерода, фосфора, серы и др.), обладающие радиоактивными свойствами. Меченые атомы легко обнаружить при помощи специального прибора. Таким образом можно проследить их судьбу в организме. При этом наглядно обнаруживаются непрекращающиеся процессы обмена веществ, при которых одни молекулы разрушаются, а другие вновь создаются.
Длительность существования молекул в организме невелика. Например, молекулы отдельных белков разрушаются через несколько суток после их образования, а за 3 месяца обновляется больше половины всех белков нашего тела. Таким образом непрерывно обновляются все вещества, из которых состоят живые клетки.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В РАЗНЫХ УСЛОВИЯХ
Энергия, содержащаяся в скрытом виде в таких сложных химических соединениях, как углеводы, белки и жиры нашего тела, при их окислении переходит в разные виды энергии, но преимущественно в тепло. Вот почему эта энергия обычно измеряется в больших калориях - так называют количество тепла, которое может нагреть 1 л воды на 1 градус.
Специальными исследованиями установлено, что при окислении в нашем теле 1 г углеводов или 1 г белков освобождается 4,1 большой калории, а при окислении 1 г жира-9,3 большой калории. В теле взрослого человека весом 60-65 кг за сутки, если человек находится в полном покое, расходуется около 1500 больших калорий. Чтобы яснее было, насколько велика эта цифра, укажем, что 1500 больших калорий достаточно для нагревания 50 л воды на 30 градусов. Но мы обычно не находимся весь день в полном покое, и потому суточный расход энергии в нашем организме значительно больше.
Обмен веществ и связанный с ним обмен энергии значительно изменяются в зависимости от того, отдыхаем ли мы, работаем, сидим, ходим и т. д. Особенно резко увеличиваются расход энергии и обмен веществ во время работы мышц. Вот почему пища работников физического труда и спортсменов должна состоять из большего количества продуктов, освобождающих в организме больше энергии.

ПОТЕРИ ТЕПЛА В ОКРУЖАЮЩЕЕ ПРОСТРАНСТВО
Значительная часть энергии, освобождающейся в организме при процессах диссимиляции, тратится на поддержание постоянной температуры тела, на возмещение тепла, которое теряется нашим телом в окружающее пространство. Наше тело непрерывно излучает тепло. Если, например, значительное количество людей скопляется в каком-либо закрытом, плохо проветриваемом помещении, то через некоторое время там становится заметно теплее, потому что каждый человек за 1 минуту отдает в пространство в среднем около 1 большой, калории.
Этим же объясняется и то, что мы согреваемся, натянув на себя теплое одеяло или закутавшись в теплую одежду. Одеяло или одежда «греют» потому, что задерживают отдачу нашим телом тепла в окружающее пространство. «Теплая» одежда отличается от «холодной» тем, что первая больше препятствует потере тепла.

ПОЧЕМУ ТЕЛО ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА ВСЕГДА ИМЕЕТ ПОСТОЯННУЮ ТЕМПЕРАТУРУ
Всем известно, что температура тела здорового человека колеблется очень незначительно, в пределах 0,5-1 градуса. Какова бы ни была температура окружающей среды - высокая в жаркое лето или низкая в холодную зиму, температура тела человека остается более или менее постоянной. Это объясняется не только разными свойствами летней и зимней одежды, но и тем, что наш организм обладает чрезвычайно совершенной системой регуляции температуры тела.
Стоит только начаться охлаждению поверхности тела, как тотчас же возникают раздражения специальных нервных окончаний в коже, воспринимающих холод. В этих нервных окончаниях возникает возбуждение, которое по нервам направляется в мозг. Из мозга возбуждение передается по другим нервам к различным органам, где усиливается обмен веществ и ускоряется распад углеводов, жиров и белков. Кроме того, когда нам холодно, мы стараемся больше двигаться, тем самым усиливая работу наших мышц. Благодаря всему этому увеличивается освобождение энергии в нашем теле и образование тепла. В результате температура тела остается на прежнем, обычном уровне.
Но вот в окружающей среде температура резко поднялась, что может грозить перегреванием тела. Сейчас же под влиянием нервной системы интенсивность обмена веществ в организме уменьшается, распад веществ замедляется, а потому уменьшается количество освобождающейся энергии и выработка тепла в теле.
Организм человека обладает и другими, не менее мощными «механизмами», позволяющими сохранять постоянную температуру тела. В жаркую погоду увеличивается потеря тепла, главным образом за счет усиленного потоотделения. Потовые железы при воздействии тепла на кожу под влиянием нервной системы выделяют больше пота, а вода, из которой главным образом состоит пот, постепенно испаряется. Напомним, что превращение каждого грамма воды в водяные пары при испарении сопровождается поглощением 0,58 большой калории тепла. Поэтому при испарении пота температура кожи понижается. Обычно за сутки незаметно выделяется до 0,5 л пота; в жаркий день, особенно при усиленной физической работе, выделяется значительно больше пота.
При высокой температуре окружающего воздуха кожа человека заметно краснеет, так как значительно расширяются кровеносные сосуды кожи. Теперь больше крови протекает через кожные сосуды. Температура кожи обычно на 2-4 градуса ниже температуры глубоко расположенных органов тела. Поэтому кровь, притекающая из глубины тела, где температура выше, к расширенным сосудам кожи, где температура ниже, несколько охлаждается; в результате организм теряет тепло.
Все эти сложные, регулируемые нервной системой процессы, вместе взятые, ведут к тому, что и при повышении, и при понижении температуры окружающей среды температура тела остается более или менее постоянной.
Способность регулировать температуру тела и поддерживать ее на постоянном уровне при разной температуре окружающей среды, или, как говорят, способность к теплорегуляции, может совершенствоваться. Для сохранения здоровья, особенно для предохранения от простудных заболеваний, очень важно развивать эту способность, тренировать физиологические механизмы теплорегуляции. Человек, который сначала с трудом переносит низкую или высокую температуру, постепенно привыкает к ней, приспосабливается к новым условиям. Мы очень часто встречаемся в жизни с такими явлениями, например при переезде из района с холодным климатом в жаркий или из жаркого в холодный, а также при работе в горячих цехах. Чем чаще человек тренируется в приспособлении к охлаждению, например чем чаще он купается, обливается или обтирается прохладной водой, тем лучше он потом переносит низкую температуру. Постепенное привыкание к колебаниям температуры ведет к закаливанию организма.

ФЕРМЕНТЫ И ЖИЗНЬ
В неживой природе существуют вещества, так называемые катализаторы, обладающие способностью резко ускорять химические реакции. Такого рода катализаторы химических процессов в живом веществе называются ферментами. Они представляют собой белки сложного химического состава. Присутствуя в очень малых количествах, ферменты способны ускорять химические реакции в тысячи и миллионы раз. Одна молекула фермента за 1 минуту вызывает расщепление сотен тысяч других молекул, например 1 мг специального фермента может вызвать свертывание около 100 л молока.
Разнообразные ферменты обеспечивают все сложнейшие химические превращения, которые постоянно происходят в нашем теле. Без ферментов они были бы невозможны, а следовательно, была бы невозможна и жизнь.
Ферменты необходимы и для тех химических реакций, которые происходят в желудке и кишечнике при пищеварении.