Энергия, калории и метаболизм

Солнце — основной источник энергии на Земле
Энергия — это способность совершать работу или выделять тепло. Она не возникает из ниоткуда и не исчезает в никуда. Она лишь переходит из одной формы в другую — и это одна из основ физики (закон сохранения энергии).

Откуда берётся энергия у человека и вообще, энергия на Земле? В основном от Солнца.

Растения, водоросли и некоторые бактерии улавливают солнечное излучение с помощью фотосинтеза и запасают его в виде химических связей органических веществ, особенно углеводов. Кроме того, они выделяют необходимый нам кислород.

В свою очередь, люди получают энергию, употребляя в пищу растения или животных. Травоядные запасают энергию, поедая растения, а хищники — поедая травоядных. В конечном счёте всё это — результат воздействия солнечной энергии.
Метаболизм — это баланс получения и расхода энергии организмом
Совокупность всех химических реакций организма, связанных с обменом веществ и энергии, называют метаболизмом.

Он делится на две взаимосвязанные части:
  • Катаболизм — расщепление молекул с высвобождением энергии.
  • Анаболизм — это синтез молекул, требующий энергии (например, рост мышц, восстановление белков, репликация ДНК).

Единицей измерения биологической энергии является калория.
По определению, 1 калория (кал) — это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1 °C (с 14,5 °C до 15,5 °C).

В физиологии и диетологии используется более крупная единица измерения — килокалория (ккал), равная 1000 калориям. Иногда термин «калория» с заглавной буквы («Кал») используется как синоним термина «килокалория», но «килокалория» более корректна с технической и научной точек зрения.

Когда мы читаем, что кто-то съедает или расходует 3000 кал в день, на самом деле это означает, что этот человек потребляет или расходует 3000 ккал в день.

И это действительно означает, что он использует энергетический эквивалент нагрева трех тонн воды на 1 °C — колоссальный поток энергии, проходящий через тело.
Портативный калориметр COSMED. Используется для измерения расхода калорий, за счет анализа параметров газообмена (O2 / CO2)
(Energy Expenditure/R.Brychta et al., 2010)
Калории — это единицы измерения энергии, но их подсчёт не является абсолютно точным инструментом для определения энергозатрат по нескольким причинам:

Дело в том, что калории усваиваются и расходуются у разных людей по-разному. Это зависит от возраста, пола, состава тела, генетики, уровня физической подготовки и многих других факторов.

Во время тренировок расход энергии зависит от интенсивности, продолжительности и типа мышечной нагрузки, времени отдыха и эффективности движений.

Кроме того, сам организм тратит энергию на усвоение и метаболизм разных продуктов с разной эффективностью. Например, для усвоения белков требуется гораздо больше энергии, чем для усвоения жиров и углеводов.
Да и сам подсчёт калорийности продуктов имеет ограничения и не учитывает все переменные.

Калории — это удобный инструмент для определения общих энергозатрат, но его не следует воспринимать как абсолютно точный.
В конечном счёте энергия, получаемая с пищей, используется не только для поддержания необходимой клеточной активности и температуры тела, но и для обеспечения роста, восстановления тканей и физической активности.

Таким образом, жизнь — это непрерывный процесс преобразования энергии. От того, насколько эффективно организм накапливает, высвобождает и использует энергию, зависят не только спортивные результаты, но и здоровье, долголетие и устойчивость к стрессу.
Основные составляющие энергетического баланса: расход, потребление и набор веса (Energy Expenditure/R.Brychta et al., 2010)
Еще несколько интересных фактов:
  • Около 60–70 % всей энергии, вырабатываемой организмом, преобразуется в тепло, поддерживая температуру тела (термогенез).
  • Остальная часть расходуется на механическую работу, электрическую активность нервной системы и химические реакции.
  • Средняя «скорость обмена энергии» у человека в состоянии покоя составляет около 1 ккал/мин, а у марафонца на дистанции — до 15–20 ккал/мин.
Материал для углубленного изучения
  1. Energy Expenditure: Measurement of Human Metabolism / R.Brychta et al., 2010 (IEEE Eng Med Biol Mag)
  2. Energy metabolism in health and diseases / Hui Liu et al., 2025 (Nature)