لاوازيه و لاپلاس درست در سالهاى قبل از انقلاب فرانسه (١٧٨٩)، براى شناخت مكانيسم حرارتى بدن دست به تجربه اى زدند. در اين تجربه خرسى ازگونه گينيا رادر محفظه كوچكى كه اطراف آن را يخ پوشانيده بود، قرار دادند. بعد از ١٠ ساعت مقدار يخ آب شده و همزمان با آن مقدار اكسيد دوكربن آزاد شده از حيوان، اندازه گيرى شد. بدين ترتيب آنها متوجه شدند كه بين حرارت توليد شده از بدن حيوان و تبادلات تنفسى او رابطه اى برقرار است. در همين رابطه لاوازيه نيز مقدار اكسيژن مصرفى افراد را اندازه گيرى كرد و نشان دادكه مقدار آن بعد از خوردن غذا و تمرينات بدنى افزايش مى يابد. لاوازيه با انجام اين تجربه علمى، پايه گذار علم تغذيه ناميده شد. سالها بعد از اعدام او با گيوتين افراد علاقه مند ديگرى اين تجربه راتكرار كردندو توانستند كالرى مترى بسازند كه حيوانات آزمايشگاهى راساعتها وحتى روزها درآن نگه دارند تا متابوليسم بدن آنها را مطالعه كنند. اين افراد در پاريس و در مونیخ موفق به ساختن اتاق تنفسی برای انسان شدند و توانستند مقدار پروتثين متابوليزه شده در بدن رابا اندازه گيرى ازت ادرار، و چربى مصرف شده در بدن رابا اندازه گيرى اكسيد دوكربن بازدم (البته بعد ازكسر كربن سوخته شده در پروتئين و با قبول اين فرض كه تغييرى در ذخيره كربوهيدرات بدن داده نشده است) محاسبه كنند. در اين تجربه تفاوت بين ميزان اكسيژن دريافتى، و مقدارى كه آنها براى سوخت و عمل متابوليسم بدن حساب كرده بودند فقط ٦/٢% بود و اين تفاوت كم نشان مى دادركه محاسبه آنها با دقت انجام شده است.
افراد ديگرى در سوئد و سويیس به تجربيات مشابه دست زدند، ولى بالاخره يک نفر آمريكايى به نام Awater كه شاگرد Voit در مونيخ بود، موفق به انجام تجربه اى شد كه نتيجه كار او پايه اطلاعات اساسى فيزيولوژيک براى تعيين انرژى مورد نياز بدن انسان گرديد.
آتواتر توانست با دستگاه كالرى متر خود گرماى توليد شده از بدن رابا دقت ٠/١% اندازه گيرى كند ودر نتيجه موفق به تكميل تجربيات خود در زمينه نياز بدن به انرژى شد. بعد از كشف ويتامين ها توسط Hopkins تا مدتى توجه دانشمندان از اين مسئله به نياز بدن به ويتامين ها معطوف گرديد. مجدداً در سالهايى كه اروپا با كمبود مواد غذايى روبه رو شده بود، تعيين نياز بدن به انرژى، نظر دانشمندان را به خود جلب كرد و پيشرفت صنعت و كاهش فعاليت بدنى، بازار اين مسئله راهمؤنان گرم نگه داشت.
امروزكه وجود تلويزيون و تماشاى ورزشهاى ميدانى و در نتيجه كاهش فعاليت بدنى غرب بيش ازپيش افزايش يافته است و مردم غرب نيز حاضر به محدود كردن انرژى دريافتى خود نمى باشند، با مشكلى به نام چاقى روبه رو هستند كه شايد دليل خوبى براى ارزيابى مجدد نياز فيزيولوژيک آنها باشد.
دراين قسمت به بررسى روشهاى كلاسيک تبادلات انرژى مى پردازيم. مطالبى كه در اين مبحث مورد بررسى قرار مى گيرند، اصولى است كه احتمال نمى رود درآينده نزديک مشمول تغييرات اساسى گردد.
فيزيولوژى
اشكال مختلف انرژى :
در حال حاضر زيست شناسان با پنج شكل از اشكال مختلف انرژى (خورشيدى، شيميايى، مكانيكى، حرارتى والكتريكى ) بيش از همه سر وكار دارند.
- اشكال مختلف انرژى به طور كمى در گياهان و حيوانات قابل تبديل به يكديگرند.
آزمايشات نشان داده اندكه موجودات زنده مانند جامدات قادر به توليد يا تخريب نيستند و فقط انرژى را از شكلى به شكل ديگر تبديل مي كنند. بدين ترتيب اولين قانون ترموديناميک كه مبناى آن اصل بقاء انرژى است رعايت مى گردد.
فرق حيوانات با گياهان اين است كه حيوانات قادر به استفاده مستقيم از انرژى خور شيدى نيستند. در حالى كه گياهان سبز مى توانند از موادغير آلى ساده (مانند SO4 ،NH3 ،H2O ،CO2) تركيبات پيچيده اى نظير كربوهيدرات، پروتئين وچربى را سنتز كنند. در اين مراحل كه فتوسنتز ناميده مى شود، انرژى خورشيدى مورد استفاده قرار مى گيرد، كه پس از تبديل به
انرژى شيميايى در گياه ذخيره مى شود. بدين ترتيب گياهان با زندگى مستقل از حيوانات تميز داده مى شوند. ولى ممكن است درآينده، اكر شيميدان ها موفق به ساختن غذاهاى سنتتيكك در مقادير زياد شوند، واقعيت طور ديگرى بيان شود.
حيوانات انرژى مورد نياز خود را از گياهان به شكل انرژى شيميايى مستقيم يا غير مستقيم دريافت مى كنند. اين انرژى در مولكول هاى كربوهيدرات، چربى، و پروتئين محبوس و ذخيره است.
انرژى موجود در غذا در بدن به مصرف كار مكانيكى (فعاليت)، حفظ نسوج و تأمين رشد، مى رسد.
تبديل اشكال مختلف انرژى و به ويژه انرژى شيميايى به مكانيكى يک واكنش باصرفه نيست زيرا بيشتر آن به صورت انرژى حرارتى تلف مى شود. يک فرد حداكثر ٢٥% انرژى غذارا به كار مكانيكى تبديل مى كند.
كمتر از ١٠٪ انرژى مورد نياز براى حفاظت نسوج صرف كار مكانيكى اعضاى داخل بدن مى گردد. براى مثال در ضربان قلب و حركت اعضاى تنفسى، بيش از ٩٠% صرف پمپاژ استتيک مى گردد، كه مسئول حفظ تعادل غلظت الكتروليتهاى مايع داخل و خارج سلولى است، و يا صرف سنتز پروتئين و مولكوله اى بزرگئديگر مى گردد. اين سنتز به طور دائم، در سلول صورت مى گيرد و سرعت آن در كودكان در حال رشد افزايش مى يابد.
انرژى موجود در غذا در نهايت به حرارت تبديل مى شود وبدن با اتلاف آن حرارت خود را تنظيم مى كند. بجز در مواردى كه هوا سرد است در بقيه موارد بدن با كمترين فعاليت عضلانى مى تواند براى حفظ حرارت خود انرژى توليد كند، واين عمل بخصوص در مواردى كه بدن پوشش كافى دارد عملي تر است زيرا انرژى كمترى تلف مى گردد. حرارت اضافى ايجاد شده در نتيجه انجام كار سخت مكانيكى بايستى براى حفظ تعادل حرارتى بدن به صورت عرق دفع گردد.
