stofskifte

Hjertemusklerne nedbryder fx under pumpearbejdet tilført eller oplagret brændstof i form af glukose og glykogen. En del af energien heri tilføres det udpumpede blod som potentiel energi og en del som bevægelsesenergi, men eftersom koblingen mellem det samlede slagarbejde og energiindholdet i den omsatte mængde brændstof (nyttevirkningen) langtfra er fuldstændig, men blot af størrelsesordenen 20%, resulterer størstedelen af hjertets energiomsætning i varmedannelse.

Under passagen gennem karsystemet mister blodet mekanisk energi, som dels går til overvindelse af strømningsmodstanden i karrene (som bl.a. skyldes blodets viskose egenskaber), dels til den mekaniske strækning af den elastiske karvæg (pulsbølgens udbredelse). Ved begge disse processer omdannes den mekaniske energi til varme. Energiomsætningen vil således kunne bestemmes ved måling af varmedannelsen i organismen (med tillæg af et evt. ydre arbejde).

Bestemmelse af varmedannelsen, kalorimetri, foregår i kalorimetre, som er apparater, hvori den afgivne varmemængde kan måles, fx ved måling af opvarmningen af en mængde vand, der omslutter et indre kammer i kalorimetret. Der er udviklet meget nøjagtige og følsomme kalorimetre til bestemmelse af energiomsætningen hos mennesker.

Energiomsætningen ville også kunne måles ved måling af energiindholdet i føden over en længere periode. Herfra skal dog trækkes energiindholdet i ekskreterne (urin og afføring), og det er en forudsætning, at der ikke sker ændringer af energidepoternes størrelse i perioden, dvs. at der skal opretholdes en konstant vægt.

Ingen af ovennævnte metoder er egnede til bestemmelse af energiomsætningen i korte perioder. Hertil anvendes indirekte kalorimetri, dvs. en måling af iltoptagelseshastigheden. De mængdemæssigt mest betydende nettoenergiomsætninger er nemlig forbrændingen af fedt, kulhydrat og (i mindre omfang) proteiner. Hertil medgår en kendt mængde ilt (O₂) pr. enhed forbrændt stof. Iltmængden er ganske vist ikke den samme for de forskellige stofgrupper, men den udviklede energi er omtrent den samme pr. liter ilt forbrugt ved forbrændingen (ca. 4,8 kcal pr. l ilt eller 0,45 kJ pr. mmol). Ved at multiplicere iltoptagelseshastigheden med dette tal fås et mål for energiomsætningen.

Menneskets energiomsætning i hvile er af størrelsesordenen 4 kJ pr. kg pr. time, men afhænger af alder og legemsoverflade og kan øges til det tyvedobbelte under sværere muskelarbejde. Hvileenergiomsætningens størrelse hos det enkelte individ afgøres af størrelsen af hhv. den fedtfrie legemsmasse og fedtmassen. Aktiviteten af hormoner med virkning på energiomsætningen har langt mindre betydning. Restvariationen i energiomsætningen (den del, der ikke kan forklares af de nævnte kendte faktorer) er overordentlig beskeden. Det er således ikke uforklarede forskelle i den basale energiomsætning, der er ansvarlige for forskelle i deponering af energi, dvs. fedme. Se også celle og mitokondrie.

Planter er i stand til at udføre fotosyntese, dvs. syntetisere kulhydrater som glukose, sucrose og stivelse med atmosfærens kuldioxid som eneste kulstofkilde og sollys som energikilde. De fotosyntetiske processer fører samtidig til frigivelse af ilt.

Planter kan ud fra nitrat eller ammonium og i visse tilfælde også ud fra atmosfærens nitrogen syntetisere et utal af nitrogenforbindelser (se også nitrogenfiksering, bakterieknolde og kvælstofkredsløb). Således syntetiserer planter selv samtlige de aminosyrer, der indgår i proteiner, altså også de aminosyrer, der er essentielle for dyr og mennesker, og som vi kun kan skaffe os ved at spise plantemateriale. Planter er derudover i stand til at syntetisere et utal af organiske forbindelser, bl.a. de for mennesker og dyr nødvendige vitaminer. Planters evne til at udføre fotosyntese og syntetisere disse aminosyrer og vitaminer er således af altafgørende betydning for opretholdelse af Jordens stofkredsløb.

Ved fotosyntese dannes årlig ca. 200 mia. t organiske forbindelser. Det svarer til, at al atmosfærens kuldioxid i løbet af en periode på 300 år omdannes til organisk stof, og at al atmosfærens ilt fornyes i løbet af 2000 år. Når atmosfærens indhold af ilt og kuldioxid alligevel holder sig næsten konstant, skyldes det, at alle levende organismer, der ikke kan udføre fotosyntese, kræver energi tilført i form af næringsstoffer for at kunne opretholde livsfunktionerne. Næringsstofferne stammer fra fotosyntesen, og energien frigives gennem ånding (respiration), der fører til nedbrydning af næringsstofferne til kuldioxid og vand under forbrug af ilt. Også planter og alger nedbryder konstant organiske forbindelser ved åndingsprocesser, men i lys overstiger fotosyntesen respirationen, således at planters og algers stofskifte samlet set udgør en nettostofproduktion.