เมตาโบลิซึมของพลังงาน

(Energy Metabolism)
สิ่งมีชีวิตทั้งหลายไม่ว่าพืชหรือสัตว์จะต้องกินอาหาร แล้วเปลี่ยนแปลงอาหารนั้นไปใช้ในการดำรงชีวิตทั้งด้านการเจริญเติบโตและก่อให้เกิดพลังงาน พืชนั้นสามารถเปลี่ยนแปลงความร้อนและแสงสว่างจากดวงอาทิตย์มาไว้ในรูปของพลังงานศักย์ (Potential Chemical Energy) ด้วยวิธีการสังเคราะห์แสง (Photosynthesis) แล้วสัตว์นำกลับไปใช้เป็นความร้อนและพลังงานด้วยวิธีการเมตาโบลิซึม (Metabolism) พืชนั้นสามารถสะสมพลังงานไว้ได้มากในรูปของคาร์โบไฮเดรต ส่วนสัตว์สามารถสะสมพลังงานไว้ได้มากในรูปของไขมัน

การเปลี่ยนแปลงอาหารที่กินเข้าไปให้เป็นสิ่งใหม่ที่มีรูปต่างไปจากเดิมหลังจากดูดซึมเข้าสู่ร่างกายแล้ว ยังให้ความร้อนและพลังงานแก่ร่างกายด้วย เรียกว่า เมตาโบลิซึมของพลังงาน (Energy Metabolism)

เมตาโบลิซึม (Metabolism) หมายถึงการเปลี่ยนแปลงทางเคมี และฟิสิกส์ทั้งหมดที่เกิดขึ้นกับสารอาหารภายในเซลล์และเนื้อเยื่ออวัยวะของร่างกายสิ่งมีชีวิต

กระบวนการเมตาโบลิซึม เริ่มต้นกันอย่างจริงจังตั้งแต่สารอาหารถูกดูดซึมจากทางเดินอาหารเข้าสู่ร่างกาย แล้วเกิดปฏิกิริยาเคมีเปลี่ยนแปลงสารเหล่านั้นไปใช้ในการเจริญเติบโตของร่างกาย และซ่อมแซมเซลล์เนื้อเยื่อที่ชำรุดทางหนึ่ง อีกทางหนึ่งก่อให้เกิดพลังงานในการทำงาน และให้ความอบอุ่นแก่ร่างกาย นอกจากนี้ยังนำสารเคมีหรือสารอาหารนั้นๆ ไปใช้ในการควบคุมขบวนการเปลี่ยนแปลง และควบคุมการทำงานของเซลล์และอวัยวะต่างๆ รวมทั้งการขับสารที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงแต่ร่างกายใช้ประโยชน์ไม่ได้ออกจากร่างกายด้วย

กระบวนการเมตาโบลิซึม มี 2 ลักษณะ คือ
1. กระบวนการสร้าง (Anabolism) คือ การนำเอาสารอาหารซึ่งเป็นสารต้นมีอณูเล็กมาสร้างหรือสังเคราะห์เข้าด้วยกันให้เป็นสารเคมีชนิดใหม่ที่มีอณูใหญ่ขึ้นกว่าเดิม เช่น เอากรดอะมิโนมาสร้างเป็นโปรตีน เอากลูโคสมาสร้างเป็นไกลโคเจน เป็นต้น กระบวนการนี้ต้องอาศัยพลังงานที่ได้จากการสลายสารอาหารด้วยเสมอ กระบวนการสร้างนี้จึงอาจเรียกเป็นศัพท์เทคนิคได้ว่า กระบวนการสังเคราะห์

ผลิตผลที่ได้จากกระบวนการสร้าง นำไปใช้ในการเสริมสร้างความเจริญเติบโตของเนื้อเยื่ออวัยวะต่างๆ และซ่อมแซมอวัยวะส่วนที่สึกหรอให้กลับสู่สภาพดีดังเดิม หรือเพื่อเป็นแหล่งพลังงานที่ร่างกายจะได้นำไปใช้เมื่อคราวที่ขาดแคลน
2. กระบวนการสลาย (Catabolism) คือ การทำให้สารอาหารซึ่งเป็นสารต้นมีอณูใหญ่สลายให้กลายเป็นสารเคมีชนิดใหม่ที่มีอณูเล็ก เช่น กลูโคสสลายจะให้คาร์บอนไดอ๊อกไซด์ น้ำ และพลังงาน หรือการสลายตัวของกรดอะมิโนให้คาร์บอนไดอ๊อกไซด์ น้ำ และสารประกอบ พวกไนโตรเจน เช่นแอมโมเนีย ยูเรีย ซึ่งสารเคมีต่างๆ ที่เกิดจากการสลายนี้หากไม่มีประโยชน์ต่อร่างกาย หรือร่างกายไม่ได้นำไปใช้ก็จะถูกกำจัดหรือขับถ่ายออกจากร่างกายโดยทางใดทางหนึ่ง เช่นทางลมหายใจ เหงี่อ ปัสสาวะ และอุจจาระ

ผลสำคัญที่ได้จากการสลายคือพลังงาน พลังงานที่ได้มี 2 สภาพ คือ
(1) พลังงานที่เป็นความร้อน ซึ่งทำให้ร่างกายเกิดความอบอุ่น
(2) พลังงานที่ใช้งานได้ (Mechanical Energy) เป็นพลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนไหว และประกอบกิจการงานต่างๆ

กระบวนการสลายนี้ บางทีเรียกว่าการเผาผลาญ (Oxidation) ซึ่งเป็นกระบวนการที่อาจเทียบและเรียกเป็นศัพท์เทคนิคได้ว่า กระบวนการวิเคราะห์

ทั้งกระบวนการสร้างและกระบวนการสลาย เกิดขึ้นในร่างกายของคนกลับไปกลับมาอยู่ตลอดเวลาที่ยังมีชีวิตอยู่ ทั้งนี้เพื่อให้เกิดความเจริญเติบโต ซ่อมแซมส่วนที่สึกหรอ การสืบพันธุ์ การเคลื่อนไหว การทำงาน และอื่นๆ ฉะนั้นหากเมื่อใดที่ขบวนการเมตาโบลิซึมบกพร่อง เราจะรู้สึกไม่สบายทันที หนักเบาตามความบกพร่องของเมตาโบลิซึม และหากกระบวนการเมตาโบลิซึมติดขัดถึงขั้นผิดพลาดจนไม่สามารถแก้ให้กลับคืนสู่สภาพเดิมได้ ก็หมายความว่าจะต้องตายแน่นอน หรืออาจพูดในเชิงกลับกันได้ว่า คนตายคือคนที่กระบวนการเมตาโบลิซึมหยุดทำงาน

พลังงาน (Energy) คือความสามารถในการทำงาน (The Power to work) เช่น คนยกของขึ้นจากพื้นได้ก็เพราะคนนั้นมีพลังงาน ถ้ายกของหนัก 1 กิโลกรัมขึ้นได้สูง 10 เซนติเมตร ก็ใช้พลังงานจำนวนหนึ่ง ถ้ายกขึ้นได้สูง 20 เซนติเมตร ก็ต้องใช้พลังงานเพิ่มขึ้นอีกเท่าตัว คน เดินทาง 100 เมตร ก็ใช้พลังงานจำนวนหนึ่ง ถ้าต้องเดิน 200 เมตร ก็ต้องใช้พลังงานเป็นสองเท่า ถ้าไม่มีพลังงานพอก็เดินได้ไม่ถึง 200 เมตร เป็นต้น

ส่วนงานที่ได้จากการทำงานนั้นจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับแรงที่ออกไปคูณด้วยระยะทางที่ใช้แรงนั้น

พลังงานในร่างกายได้มาจากการเผาผลาญ (Oxidation) สารอาหารในกระบวนการสลาย (Catabolism) ของเมตาโบลิซึม จนเกิดเป็นคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ น้ำ พลังงาน และความร้อน ในกระบวนการนี้ร่างกายต้องดึงเอาคาร์บอน และไฮโดรเจนจากสารเคมีที่เป็นส่วนประ- กอบในอาหารที่รับประทานเข้าไป ได้แก่จาก คาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีนออกไปใช้ตลอดเวลา ทั้งนี้เนื่องจากคนต่างจากพืชตรงที่ไม่สามารถนำเอาพลังงานจากดวงอาทิตย์มาใช้ได้เหมือนดังกับพืช จึงจำเป็นต้องได้จากอาหารดังกล่าวเพราะอาหารเหล่านั้นมีพลังงานสะสมอยู่แล้ว ร่างกายเราเป็นแต่เพียงนำมาเปลี่ยนให้เป็นพลังงานอีกรูปหนึ่งเท่านั้น

พลังงานโดยทั่วๆ ไปมีหน่วยเป็นเอิร์ก (Erg) แต่พลังงานในคนนั้นสามารถเปลี่ยนแปลง เป็นพลังงานรูปอื่นได้ จึงแสดงในรูปของความร้อน หน่วยที่ใช้จึงเป็นแคลอรีด้วยเหตุนี้ แทนที่จะเบนเอิร์ก

ในทางฟิสิกส์  1 แคลอรี คือปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำ 1 ลบ.ซม. ร้อนขึ้น 1 องศาเซลเซียส หน่วยแคลอรีในทางฟิสิกส์ เรียกว่าแคลอรีเล็ก

ส่วนในทางโภชนศาสตร์หน่วยของความร้อนเป็น แคลอรีใหญ่ ซึ่งถ้าจะเรียกกันให้เต็มยศแล้วต้องเรียกว่า กิโลกรมแคลอรี (Kilogram-calorie) หรือ กิโลแคลอรี แต่เนื่องจากหน่วยวัดความร้อนในทางโภชนศาสตร์หมายถึง แคลอรีใหญ่อย่างเดียวเท่านั้น จงมักใช้คำว่า แคลอรีเฉยๆ ก็เป็นที่เข้าใจกัน

ในทางโภชนศาสตร์ 1 กิโลกรัมแคลอรีหรือแคลอรี คือปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำ 1 กิโลกรัม มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 องศาเซลเซียส

ในการหาพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นจากการเผาผลาญอาหารนี้ เขาใช้เครื่องมือพิเศษชนิดหนึ่งมาวัด เครื่องมือนั้นเรียกว่า แคลอรีมิเตอร์(Calorimeter)

การใช้พลังงานของร่างกาย พลังงานที่ได้จากการเผาผลาญอาหารนี้ ร่างกายนำ ไปใช้ประโยชน์ 3 ทางคือ

1. ใช้เป็นพลังงาน เพื่อการเคลื่อนไหวด้วยการยืดหดของกล้ามเนื้อ โดยเฉพาะกล้ามเนื้อลาย ซึ่งผลจากการยืดหดของกล้ามเนื้อลายช่วยในการยกของ และการออกกำลังกาย นอกจากนี้ยังทำให้มีการหลั่งสารต่างๆ ของพวกเซลล์ขับน้ำหลั่ง (Secreting Cells) ด้วย

2. ใช้เป็นความร้อน จากการเผาผลาญอาหาร ซึ่งเป็นขบวนการที่ค่อยเป็นค่อยไปอย่างช้าๆ เป็นขั้นๆ ก็จะปล่อยพลังงานความร้อนออกมาทีละน้อยๆ ไม่ฮวบฮาบจนร่างกายทนไม่ ได้ ร่างกายก็จะนำความร้อนที่ได้นี้ไปใช้ในการสร้างความอบอุ่นให้แก่ร่างกาย ส่วนพลังงานความร้อนที่เกินความต้องการของร่างกาย จะถูกเก็บสะสมไว้ในรูปของสารเคมีเฉพาะ ซึ่งร่างกายจะได้นำมาใช้ตามความต้องการต่อไป ความร้อนที่ใช้ในกรณีนี้มีปริมาณมากกว่าที่ใช้เป็นพลังงาน ถึง 4 เท่า

3. ใช้ในการทำสารเคมี ด้วยการใช้พลังงานความร้อนสร้างสารใหม่ขึ้นจากสารที่มีสภาพไม่คงทนให้เป็นสารที่มีสภาพคงทน เหมาะที่ร่างกายจะเก็บรักษาไว้ใช้ คราใดที่ร่างกายต้องการสารเดิมที่ไม่คงทนอีกก็จะเปลี่ยนกลับไปได้ดังเดิม ซึ่งการเปลี่ยนแปลงนี้ต้องใช้พลังงานเสมอ ขาดเสียไม่ได้

ที่มา:ค้วน  ขาวหนู
วท.บ.(สุขศึกษา).ค.ม.