Явления обмена веществ заключаются в поступлении в организм из внешней среды различных веществ, в усвоении и изменении их и в выделении образующихся продуктов распада. При всех этих процессах изменения веществ в организме наблюдается множество различных химических, механических, термических и электрических явлений, непрерывно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений при их расщеплении освобождается и превращается в тепловую, механическую, электрическую. Преимущественно в организме освобождается тепловая и механическая энергия. Количественно ничтожно освобождение электрической энергии, имеющее, однако, весьма важное физиологическое значение в функциях нервной системы. Потенциальная химическая энергия у некоторых организмов превращается также в световую энергию.
Энергия, освобождающаяся в организме, используется не только на поддержание температуры тела и совершение внешней работы, но и на поддержание структуры и жизнедеятельности клеток и на процессы, связанные с их ростом и развитием.
Организм животных постоянно расходует различные вещества, расщепляющиеся в нем, и значительные количества энергии. Поэтому он нуждается в пище, содержащей сложные органические соединения, которые являются источником пластического материала и энергии.
Обмен веществ и превращения энергии неотделимы друг от друга. Не существует изменения вещества без превращения энергии и нет обмена энергии без обмена веществ. Количественно преобладающим результатом энергетических процессов, происходящих в организме, является образование тепла. Определение освободившейся в организме тепловой энергии и пересчет в единицы тепла механической энергии внешней работы могут служить способом количественного выражения энергетических затрат организма и показателем интенсивности процессов обмена. Современная физиология широко использует данные энергетики, теоретические основы термодинамики и ее методы исследования для изучения биологических процессов. Подобное направление исследования возможно ввиду того, что процессы обмена веществ и энергии живого организма протекают согласно величайшему обобщению естествознания — закону сохранения материи и энергии.
В живом организме материя и энергия не создаются и не исчезают, происходит лишь их изменение, поглощение и выделение.
Первые экспериментальные доказательства этого были получены еще A. Л. Лавуазье и П. С. Лапласом в 1781 г. Они определили количество тепла, отданного организмом морской свинки в ледяном калориметре. Одновременно исследовалось выделение животным углекислого газа, что дало возможность установить количество окисленного в организме углерода. Затем Лавуазье и Лаплас определили величину тепловой энергии, освобождающейся при сгорании в калориметре угля в количестве, соответствующем количеству окисленного в теле животного углерода. Оказалось, что результаты обоих родов калориметрических определений совпали. Таким путем было доказано, что освобождение энергии в организме является следствием окислительных процессов.
Выводы Лавуазье и Лапласа многократно проверялись, причем применялась все более совершенная техника исследования и получались аналогичные по их теоретическому значению результаты. Особенно четкие данные были получены М. Рубнером в опытах на собаках и У. Этуотером в исследованиях, проведенных на людях. Несмотря на чрезвычайную сложность эксперимента, исследователи получили удивительно близко совпадающие величины тепловой энергии, выделяемой как при окислении в организме определенных питательных веществ, так и при сжигании их вне организма.
- Ассимиляция и диссимиляция
- Физиологическое значение белков, нуклеиновых кислот и некоторых процессов обмена веществ