Przemiana materii, czyli inaczej metabolizm, obejmuje wszystkie zachodzące w tkankach procesy chemiczne, które są źródłem energii koniecznej do normalnego wykonywania czynności życiowych organizmu. Są to zarówno procesy rozpadu, zwane katabolizmem, powodujące rozkład na substancje prostsze, jak i syntezy — anabolizmu — związanej na przykład z budową protoplazmy. Niektóre z tych reakcji są endotermiczne, czyli zachodzi w nich pobieranie ciepła. Większość jednak stanowią reakcje polegające na utlenianiu, podczas których ciepło się uwalnia. W procesach przemiany materii, jak widzimy, mamy nieustannie do czynienia z pobieraniem i wytwarzaniem energii. Wiadomo na przykład, że gdy pokarm jest utleniany, w organizmie wytwarza się energia cieplna. Skąd jednak wzięła się ta energia? Przypomnijmy sobie zjawisko fotosyntezy. Zachodzi w świecie roślin, a polega na wytwarzaniu przez nie cukrów prostych przy wykorzystaniu do tego celu energii słonecznej. W tym procesie energia świetlna, kinetyczna w swej naturze, jest przemieniana w energię potencjalną i magazynowana w cząsteczce cukru. Zwierzęta jednakże nie mają zdolności zużytkowania energii słonecznej. Uwalniana w ten sposób energia zużywana jest do wielu czynności które odbywają się w komórkach zwierzęcych, a więc i człowieka. Wy mienimy tu dla przykładu skurcz mięśni, przyswajanie pokarmu i utrzymywanie temperatury ciała. Wszystkie wymienione czynności nie mogą się odbywać bez dostarczenia energii, którą jak powiedzieliśmy czerpiemy z pożywienia. Wiemy już, że utlenianie pociąga za sob wytwarzanie się ciepła. Mierzymy je w jednostkach zwanych kaloria mi. Dla przypomnienia podajemy, że jedna kaloria mała jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1 g wody o 1°C. Istnieją dwie met mierzenia ciepła wytworzonego przez organizm; tak zwana metoda b pośrednia i pośrednia. Pierwsza z nich polega na umieszczeniu zwierzęcia w specjalnym aparacie i mierzeniu wytwarzanej przez nie ilości ciepła. Aparat ten ma skomplikowaną budowę i jest kosztowny, posłuj gujemy się więc metodą tańszą, tak zwaną pośrednią. Do tego celu używamy aparatu, w którym ilość wytwarzanego przez organizm ciepła jest obliczana na podstawie zużytego przez nie tlenu. Na podstawie praw fizyki i chemii możemy łatwo obliczyć, jaką wartość przedstawia ten stosunek przy zużyciu przez organizm każdego składnika pokarmowego. Są to dość długie obliczenia, nie będziemy więc się nimi zajmować. Podamy jedynie, że stosunek ten przy spalaniu węglowodanów wynosi 1, białek — 0,806, tłuszczów natomiast — 0,704. Przy zwyczajnej, mieszanej diecie wynosi on około 0,85. Jaka stąd praktyczna korzyść? Taka, że ze względu na różną jego wartość dla poszczególnych składników pożywienia łatwo możemy określić, czy w organizmie spalaniu ulegają tłuszcze, czy też węglowodany. Gdy wartość stosunku wynosi około 1, stwierdzamy, że zużywane są głównie węglowodany, gdy zbliża się do 0,7, wiemy, że spalane są tłuszcze, gdy przekracza 1, mamy dowód, że z nadmiaru węglowodanów wytwarza się tłuszcz. Wielokrotnie wspominaliśmy, że organizm potrzebuje do pełnienia swoich funkcji życiowych odpowiedniej ilości energii, która dostarczana mu jest w pożywieniu. Jaką wielkością jednak określane są jego-potrzeby kaloryczne? Nie jest to wcale proste do obliczenia, gdyż zależy przede wszystkim od aktywności danego organizmu. Nasuwa się wobec tego pytanie, jaką ilość energii potrzebuje człowiek jedynie do utrzymania akcji serca, ruchów oddechowych, trawienia, ciepłoty itp. Jest to tak zwana podstawowa przemiana materii, czyi; ilość ciepła wytwarzanego przez organizm w zupełnym spoczynku, 12—18 godzin po ostatnim posiłku. Mierzymy ją w specjalnym, znanym nam już aparacie. Obliczono, że równa się ona 1 kalorii na 1 kg wagi ciała w ciągu 1 godziny. Dla człowieka o wadze 70 kg wynosi więc ona na dobę 1680 kalorii. Nie jest to jednak wielkość stała, gdyż zależy od wielu czynników takich, jak np. wielkość powierzchni ciała, wiek, płeć, temperatura zewnętrzna i wewnętrzna, ciąża, zjawiska patologiczne (między innymi nadczynność tarczycy). Zdajemy sobie sprawę, że człowiek bez przerwy wykonuje jakąś pracę i w związku z tym zużywa więcej energii. To ogólne całodzienne zapotrzebowanie energetyczne nazywamy całkowitą przemianą materii. U ludzi ciężko pracujących może ona być nawet kilka razy większa od podstawowej. Na przykład ciężka praca fizyczna może wymagać około 5000 kalorii na dobę. Poznajmy teraz wartość kaloryczną poszczególnych składników pożywienia. 1 gram tłuszczu daje 9,3 kalorii, 1 gram węglowodanów — 4,1 kalorii i 1 gram białka również 4,1 kalorii. Poza organizmem 1 gram białka daje 5,3 kalorii. W organizmie jednak nie zostaje ono całkowicie utlenione, gdyż część azotowa zostaje z niego wydalona, stąd mniejsza zawartość liczbowa. Zastanówmy się teraz, jak przedstawia się przemiana materii poszczególnych składników pokarmowych, aby się dowiedzieć, co dzieje się w organizmie z wchłoniętymi w jelicie białkami, węglowodanami i tłuszczami. Białka — wchłaniane pod postacią aminokwasów wraz z krwią — dostają się przez żyłę wrotną do wątroby lub przenoszone są częściowo do wszystkich tkanek organizmu. Komórki ich mogą zużywać je do budowy protoplazmy lub wytwarzania wydzieliny (enzymów i hormonów). Nadmiar aminokwasów nie może być magazynowany w ustroju. Nie zużyte białka są dezaminowane głównie w wątrobie w następujący sposób. W drodze utleniania grupy aminowe l(NH2) odszczepiane są od aminokwasów, wskutek czego powstaje wtedy amoniak, który łączy się z dwutlenkiem węgla, tworząc mocznik. Powstała po dezaminac" aminokwasu reszta może ulegać utlenianiu, dostarczając organizmi energii, albo przekształcać się w glikozę, która może być z kolei zmagazynowana w postaci glikogenu bądź przemienić się w tłuszcz. Należy dodać, że białka ulegają również innemu procesowi — tak zwanej transaminacji — polegającemu na przenoszeniu grupy NH2 z jednych aminokwasów do drugich. W wyniku doświadczeń z izotopami promieniotwórczymi przekonano się, że taka przemiana białek trwa nieustannie i umożliwia w organizmie syntezę poszczególnych ich związków. I Węglowodany, wchłaniane w jelicie w postaci cukrów prostych (glikoza, fruktoza, galaktoza), dostają się z prądem krwi przez żyłę wrotną również do wątroby, gdzie fruktoza i galaktoza ulega przekształceniu na glikozę. Gdy ilość glikozy przekracza normę zapewniającą organizmowi odpowiednią ilość energii, nadmiar jej zostaje zmagazynowan w postaci glikogenu w wątrobie i mięśniach. W normalnych warunkac w wątrobie znajduje się 100 gramów glikogenu; jest to ilość zużywana w organizmie w przeciągu 5 godzin. Stała zawartość cukru we krwi wynosi 0,1%. Stężenie to regulowane jest przez hormony trzustki, przy sadki mózgowej i tarczycy. Mechanizm ten omówiliśmy częściowo prz opisywaniu trzustki. Nadmienić należy, że jeśli zdolność magazynów nia glikozy pod postacią glikogenu zostaje przekroczona, węglowodany ten ulega przekształceniu w tłuszcze. Tłuszcze dostają się do krwiobiegu bezpośrednio lub z naczyń limf tycznych (limfa wlewa się do krwiobiegu z przewodu piersiowego). W krwi krążą one pod postacią mikroskopijnych cząstek, zwanych chyl mikronami. Większość tłuszczów, między innymi fosfolipidy i cholesterol, powstaje w wątrobie, w której też głównie wytwarzane są z węglowodanów kwasy tłuszczowe. Tłuszcze stanowią podstawowy materiał energetyczny, ale muszą wówczas ulec spaleniu do dwutlenku węgla i wody. Tłuszcze wchodzą również w skład cytoplazmy komórki oraz. stanowią część wydzieliny takich gruczołów, jak łojowy czy mlekowy. Nadmiar ich ulega magazynowaniu w tkance tłuszczowej i w wątrobie. Normalnie ilość zmagazynowanego tłuszczu wynosi 8 kg, co odpowiada 72 000 kalorii. Na podstawie badań izotopowych przekonano się ostatnio, że każda tkanka tłuszczowa organizmu (nawet zapasy) ulega stałej odnowie i przemianie.