Занимательная химия для детей и взрослых - Илья Леенсон

Вернемся теперь к формуле, изображенной на собаке и волке. Пеницилламин (3,3-диметилцистеин HS–C(CH3)2–CH(NH2)– –COOH) – довольно простое производное аминокислоты цистеина HS–CH2–CH(NH2)–COOH. Это вещество применяют при острых и хронических отравлениях медью, ртутью, свинцом, другими тяжелыми металлами, так как оно обладает способностью давать прочные комплексы с ионами этих металлов; образующиеся комплексы удаляются почками. Применяют пеницилламин также при различных формах ревматоидного артрита, в ряде других случаев. При этом применяют только S -форму препарата, так как R-изомер токсичен и может привести к слепоте.

Легко ли сбросить лишние килограммы? Этот вопрос волнует многих людей, даже молодых. Можно ли доверять рекламе, которая обещает быстро и намного похудеть? Лишний вес – проблема не только эмоциональная. Если подняться на пятый этаж без лифта или успеть добежать до стоящего на остановке автобуса для человека проблема – это уже серьезно. Причем с возрастом отрицательные последствия лишнего веса лишь нарастают, так что беречь свою фигуру надо с молодости.

А теперь конкретно: можно ли быстро похудеть? Например, со скоростью 5 кг в месяц? Оказывается, можно. И даже еще быстрее. В американском издании Книги рекордов Гиннесса приведен такой факт. Цирковая артистка-толстушка Селеста Гейер (настоящее имя Долли Димплс), весившая 553 фунта (1 фунт = 0,41 кг) и названная за свой вес «фэт-леди», смогла за 14 месяцев похудеть до 152 фунтов, т. е. почти на 182 кг! Это означает, что она худела со средней скоростью 13 кг в месяц, или 426 г в сутки, или 18 г/ч! Как же ей это удалось?

Чтобы ответить на этот вопрос, поговорим сначала об энергетическом балансе организма, т. е. приходе и расходе энергии. Каждый человек должен хотя бы приблизительно представлять, сколько энергии поступает в его организм с пищей (а других источников энергии у него нет) и сколько расходуется в течение суток. С первым вопросом, пожалуй, проще: подробные данные о составе и калорийности пищевых продуктов можно найти в справочниках, книгах по домоводству и кулинарии, научно-популярных журналах. На этикетках продуктов питания сейчас печатают сведения не только об их составе, но и о калорийности. И хотя в науке принята единица энергии джоуль, энергетическую ценность пищевых продуктов (как правило, в расчете на 100 г) по традиции приводят в калориях (точнее, в тысячах калорий – килокалориях, так как калория – слишком мелкая единица). Например, 100 г сливочного мороженого – это примерно 180 ккал, а 100 г молочного шоколада – 550 ккал. Возможно, использование старых единиц связано и с термином «калорийность» продукта, поскольку слова «джоулийность» пока не придумали. Пересчитать одни единицы в другие довольно просто даже в уме, если использовать приближенное равенство: 1 ккал = 4 кДж (точнее, 4,18 кДж).

Конечно, продукты питания снабжают человека не только энергией, но и «строительным материалом», так как ткани организма постоянно обновляются. Кроме того, для жизнедеятельности организма необходимы минеральные соли (их часто неправильно называют минералами), клетчатка, витамины. Основные компоненты питательных веществ – жиры, белки и углеводы. Максимальное количество энергии дают жиры, минимальное – белки. Однако белки в основном расходуются не на получение энергии, а на создание новых тканей взамен «отработавших». Углеводы же дают энергию быстрее всего. Недаром хорошее подспорье для спортсмена при длительных нагрузках – раствор глюкозы.

Энергетическую ценность пищевых продуктов можно определить в лаборатории путем сжигания известного количества продукта в чистом кислороде; реакцию проводят в специальном приборе – калориметре, в котором энергия сгорания расходуется на нагрев определенного объема воды. Точное измерение повышения температуры воды дает возможность рассчитать теплоту сгорания (т. е. энергетическую ценность) данного продукта.

Остановимся теперь подробнее на расходе энергии. Он, конечно, сильно зависит от пола, веса, а главное – образа жизни. Например, мужчины, занятые на тяжелой физической работе (шахтеры, лесорубы, бетонщики и т. п.), тратят в день около 4500 ккал энергии и должны поэтому хорошо и калорийно питаться, чтобы возместить энергопотери. А, например, работа женщины, не связанная с большими физическими нагрузками (секретарь, бухгалтер и т. п.), требует поступления в организм лишь до 2100 ккал в сутки. Но даже во сне человек расходует энергию на поддержание постоянной температуры своего тела (попросту – на обогрев), на механическую работу различных органов и на синтез новых химических соединений. Это так называемый основной обмен, который составляет для взрослого человека среднего возраста около 1500 ккал в сутки; в единицах мощности это соответствует примерно 70 Вт (1 Вт = 1 Дж/с). Конечно, это значение сильно зависит от пола, возраста и особенностей организма. При этом на скелетные мышцы приходится около четверти всех энергозатрат организма, столько же – на печень, на сердце – 9 % и т. д. При умственном труде и малоподвижном образе жизни суточные энергозатраты обычно не превышают 2000–2500 ккал. И если вес человека со временем не меняется, то примерно столько же энергии поступает в его организм в результате «химической переработки» продуктов питания.

Давным-давно, в ходе эволюции, природа позаботилась о том, чтобы излишние калории в пище (а когда-то они доставались нашим предкам с трудом и нерегулярно) организм откладывал про запас; именно жировые прослойки позволяют запасти максимум энергии на единицу массы. Вот где скрывается ресурс для желающих похудеть: надо просто уменьшить поступление калорий с пищей и увеличить их расход!

Теперь начнем считать. Например, человек хочет за месяц похудеть на 5 кг. Потеря 1 г жира соответствует примерно 9 ккал дополнительно потраченной энергии. «Дополнительно» – это значит, что кроме обычных энергозатрат необходимо изыскивать дополнительные. А можно ли, как иногда обещает реклама, с помощью таблеток сжечь жир без этих дополнительных усилий? Химики еще во времена Лавуазье установили: чтобы сжечь какое-либо вещество, в том числе и жир, необходимо затратить определенное количество кислорода. При этом неважно, где происходит сгорание – в лабораторном приборе или в клетках организма, куда кровь доставляет из кишечника нужные питательные вещества, а из легких – кислород. Разница лишь в том, что в клетках организма питательные вещества сгорают не так, как в калориметре: процесс идет при температуре тела, через много промежуточных стадий. Но, как установил еще в 1840 г. Г. И. Гесс, теплота сгорания, как и любой другой реакции, не зависит от ее механизма. А главное – в теле человека питательные вещества сгорают медленно. Иначе даже не очень сытный обед вызвал бы сильнейший нагрев организма! Подсчитать калорийность обеда непросто, а вот одна плитка шоколада – это более 500 ккал. И если эта энергия у съевшего шоколад человека массой 50 кг выделилась бы сразу, она нагрела бы его тело с 36,6 до 46,6 °С!

Итак, сгорание питательных веществ в клетках идет постепенно, энергия выделяется по мере необходимости, а регулируют этот процесс множество ферментов. При этом выделяющаяся в теле человека теплота успевает рассеяться в окружающем пространстве. Экспериментально расход человеком энергии проще всего определить по количеству потребленного им кислорода; эта методика используется физиологами очень давно.