Сколько энергии генерирует наш организм и какое топливо для нас самое эффективное
Каждый день наш организм проделывает удивительный трюк: превращает пищу в энергию. Даже в покое он генерирует 80–100 ватт — этой мощности хватило бы, чтобы осветить квартиру светодиодными лампами. Как тело превращает съеденный утром бутерброд в движение, тепло и электричество?
Еда как топливо
Для гурмана еда — источник удовольствия, а для его организма — топливо. Оно делится на три основных типа: углеводы, жиры и белки. Когда пища переваривается, сложные молекулы расщепляются до более простых: углеводы — до глюкозы, жиры — до жирных кислот, белки — до аминокислот.
Глюкоза — это простой сахар, который служит главным источником энергии для живых клеток.
Жирные кислоты — строительные блоки жиров. Они используются организмом для запасания энергии.
Аминокислоты — элементы, из которых строятся белки, важные для роста и восстановления живых тканей.
Почти во всех клетках человеческого организма есть свои «электростанции» — митохондрии. В этих крошечных «внутренних органах» клеток глюкоза и жирные кислоты превращаются в универсальную «валюту» энергии — молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). Эти молекулы — как одноразовые батарейки: они хранят и раздают энергию на нужды организма, а когда «разряжаются», то разрушаются — и нужно запасти новые, обменяв на них питательные вещества из еды.
Главную роль в энергетическом обмене играет кислород. Взаимодействуя с ним, белки, жиры и углеводы превращаются в «батарейки» АТФ. Этот процесс похож на горение, только контролируемое, которое позволяет организму получать максимум энергии из пищи. Без кислорода расщепление питательных веществ тоже происходит, но неэффективно, вырабатывая в десятки раз меньше АТФ.
Например, при интенсивном беге мышцы способны получать энергию в режиме без кислорода — это называется анаэробным дыханием. Однако запас энергии при этом быстро истощается, а в тканях накапливается молочная кислота, вызывая ощущение жжения.
Куда уходит наша энергия
Энергия в организме циркулирует в разных формах: химической (АТФ), тепловой, механической, электрической. Она расходуется на работу внутренних органов, поддержание температуры тела, движение мышц и электрическую активность нервных клеток.
Базовый обмен. Даже если человек отдыхает, его организм работает. Мозг расходует около 20% всей энергии даже во время сна, печень — 25%, сердце — около 10%. Эти органы составляют всего 7% от массы тела, но на их работу уходит до 80% всей энергии.
Движение и мышцы. Мышцы не так «прожорливы», как кажется: они требуют лишь 20–25% энергии, а остальное рассеивается в виде тепла. При физической нагрузке мы разогреваемся и потеем — с помощью пота организм избавляется от излишков тепла, словно автомобиль при помощи радиатора.
Выработка тепла. Чтобы ферменты и клетки работали нормально, организм поддерживает температуру около 36,6 градусов. Если становится холодно, тело активирует механизмы согревания: мышцы незаметно сокращаются, а в мороз мы начинаем дрожать — это экстренный способ обогрева.
Нервные импульсы. Мысли тоже требуют энергии. Передача сигналов между нейронами — это электрический процесс, на который уходит до пятой части всей энергии организма. Когда мы напряженно думаем или решаем сложные задачи, потребление энергии мозгом возрастает иногда до 30%. Усталость после умственного труда связана не с потерей калорий, а с истощением психической энергии и снижением уровня глюкозы в крови.
Если бы вы подключились к собственному нервному сигналу, он выглядел бы как слабый электрический разряд. На этом основан метод электрокардиограммы — электроактивность организма позволяет увидеть биение сердца. Некоторые животные научились выдавать сильные электрические разряды. Например, электрический угорь генерирует разряд до 600 вольт — достаточно, чтобы оглушить добычу.
Эмоции тоже влияют на энергозатраты. В стрессовой ситуации организм вырабатывает гормон адреналин, ускоряя сердцебиение и высвобождая глюкозу, чтобы мгновенно мобилизовать силы: бей или беги! Однако хронический стресс, наоборот, заставляет организм запасать энергию — в том числе в виде жира.
Какое «топливо» лучше
После сытного обеда организм не всегда тратит всю полученную энергию — он умеет ее накапливать. Главный быстрый резерв — гликоген. Это соединение из группы простых сахаров, которое хранится в печени и мышцах. Если уровень сахара в крови падает, гликоген расщепляется до глюкозы и питает клетки. Его запасы невелики: человек расходует гликоген за несколько часов активной работы.
— Быстрые углеводы (сладости, белый хлеб) действуют как экстренная заправка: быстро повышают уровень сахара в крови и дают прилив бодрости. Однако это как топливо некачественное, ведь уровень сахара так же быстро падает — и мы снова становится голодны и вялы, — объясняет нутрициолог, президент Национального союза содействия формированию и развитию культуры здорового питания детей и подростков Ольга Панова. — Чтобы этого избежать, лучше выбирать сложные углеводы (цельнозерновые продукты, овощи) — они расщепляются постепенно, они обеспечивают длительную работоспособность.
Более масштабное хранилище энергии — жировая ткань. Жир запасает энергию эффективнее, чем углеводы, и в голодную пору питает организм дни и даже недели. Благодаря жировым запасам медведи впадают в спячку, верблюды обходятся без пищи в пустыне.
Ученые разрабатывают технологии, способные использовать энергию человеческого организма и питать нательные гаджеты. Например, термоэлектрические браслеты превратят тепло кожи в электричество, а нанопленки помогут генерировать ток от движений.
Жиры — самое энергоемкое топливо для организма: один грамм дает около девяти килокалорий, тогда как углеводы и белки — по четыре килокалории. Однако жир расщепляется медленно, поэтому организм использует его в последнюю очередь. Углеводы — это быстрое топливо: их энергия сразу поступает в кровь и дает мгновенный прилив сил.
С жирами организму приходится повозиться: их расщепление — процесс длительный и сложный, как сложить кубик Рубика. Жиры начинают усваиваться лишь в кишечнике. При этом переваривание углеводов начинается уже во рту — с фермента амилазы.
Ольга Панова
Нутрициолог, президент Национального союза содействия формированию и развитию культуры здорового питания детей и подростков
При этом углеводы и углеводороды — химические родственники: оба состоят из углерода и водорода и выделяют энергию при соединении с кислородом. В этом плане человеческий организм работает по тому же принципу, что и двигатель внутреннего сгорания: мы «сжигаем» глюкозу в клетках, как машина — бензин в цилиндрах, и получаем энергию, углекислый газ и воду.
— Чтобы наша биомашина прослужила как можно дольше, главное — заправлять ее качественным «топливом» и вовремя проводить «техобслуживание», — добавляет Ольга Панова.
