Обмен энергии в организме челове­ка происходит в соответствии с фундаментальными законами рав­новесия в открытой саморегулирующейся системе. У человека имеется сложный механизм поддержания энергетического равно­весия, который зависит от уровня поступления энергии с пита­нием. Обмен происходит в рамках двух основных метаболических процессов: катаболизма (диссимиляции) и анаболизма (ассими­ляции). Эти процессы осуществляются у взрослого здорового че­ловека в относительном равновесии. Дисбаланс метаболизма яв­ляется прямой причиной развития различных функциональных нарушений, а со временем - патологических процессов (заболе­ваний).

Интенсивность обменных процессов имеет генетическую де­терминацию на видовом и индивидуальном уровнях.

Преобладание ассимиляции над диссимиляцией наблюдается у здорового человека в период роста и развития организма - в сред­нем до 25 лет. Обратная картина отмечается у лиц в возрастной группе после 60 лет (престарелый и старческий возраст).

Энергетический баланс.

Под энергетическим балансом следует понимать равновесное состояние между поступающей с пищей энергией и ее затратами в процессе поддержания оптимального гомеостаза. Проявлениями энергетического баланса у детей явля­ются оптимальные показатели роста и развития, а у взрослых - стабильность массы тела.

Основными энергонесушими нутриентами являются белки, жиры и углеводы. При диссимиляции 1 г белка организм аккуму­лирует 4 ккал энергии (1 ккал = 4,18 кДж). При диссимиляции 1 г углеводов также высвобождается 4 ккал энергии. Жиры имеют более существенный энергетический потенциал - распад 1 г жира со­ответствует 9 ккал. Энергию несут также органические кислоты (уксусная, яблочная, молочная, лимонная) - около 3 ккал в 1 г и алкоголь - 1 г этилового спирта может принести организму 7 ккал. При этом органические кислоты из-за своего малого коли­чества в среднем рационе питания не имеют существенного прак­тического значения, а алкоголь в силу физиологически неполно­ценного использования выделяющейся энергии не может рассмат­риваться в качестве адекватного пищевого источника энергии (хотя его чрезмерное употребление следует учитывать при оценке об­щего энергобаланса).

В наибольшей степени организм использует с энергетически­ми целями углеводы и жиры. При выраженном дефиците двух этих макронутриентов в качестве источника энергии кратковременно может быть использован белок пищи. В организме человека энер­гия запасается главным образом в виде жира (различные депо) и белка (в первую очередь в виде мышечной массы). Запасы углево­дов у человека практически отсутствуют (за исключением неболь­шого количества гликогена) - все они оперативно трансфор­мируются в метаболических процессах, а их излишки превраща­ются в жиры.

С гигиенической позиции энергия различных видов пищевых продуктов характеризуется по-разному. В питании целесообразно использовать продукты (в том числе и высокоэнергетические), содержащие значимые количества незаменимых аминокислот и микронутриентов (витаминов и минеральных веществ) - основ­ных структурных и регуляторных компонентов макроэргических процессов. В этом случае в организме будет протекать физиологи­чески полноценный обмен веществ.

Чем больше в продукте веществ, не несущих для организма энергии (воды, пищевых волокон), тем меньше его калорийность. Продукты, содержащие преимущественно жиры, моно- и дисаха-риды (в том числе так называемые «скрытые»), а также алкоголь относятся к высококалорийным и способствуют синтезу и депо­нированию в организме жира (с нарушением жирового и углевод­ного обменов) с параллельными затратами дефицитных микро­нутриентов, участвующих в энергетическом обмене, и напряже­нием гормональных механизмов, отвечающих за ассимиляцию. Традиционные порции наиболее употребляемых продуктов име­ют следующую энергетическую ценность, ккал:

Смотрите также

Обмен информацией и создание единой информационной сети
В больницах и в целой сети различных лечебных учреждений многочисленный медицинский персонал занимается сбором и переработкой огромного количества данных; о каждом пациенте заботится множество люде...

Агент, вызывающий у дроздофилы чувствительность к СО.
Важная серия исследований была посвящена изучению трансмиссивного агента, контролирующего чувствительность к СО некоторых рас дроздофилы. При концентрации СО, вызывающей у устойчивых мух лишь обр...

Белки и их значение в питании
Белки (протеины) - это сложные высокомолекулярные азот­содержащие соединения, состоящие из ос-аминокислот. Белки орга­низма человека выполняют жизненно важные функции: пласти­ческую, энергетическую...

Лекция 9. Обмен веществ и энергии в организме. Питание Пластический и энергетический обмен. Обмен энергии в организме. Обмен белков. Азотистое равновесие. Обмен жиров и углеводов. Водно-солевой обмен. Питание. Нормы питания.

Обмен веществ, или метаболизм, — лежащий в основе жизни закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; совокупность всех химических реакций, протекающих в организме. Ф. Энгельс, определяя жизнь, указывал, что ее важнейшим свойством является постоянный ОВ с окружающей внешней природой, с прекращением которого прекращается и жизнь. Т. о. , ОВ — существеннейший и непременный признак жизни.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ Питательные вещества: Белки Жиры Углеводы витамины минеральные вещества Н 2 О О 2 Продукты обмена: СО 2 мочевина и т. д. Н 2 О Тепло. Организм человека Процессы ассимиляции (анаболизма) и диссимиляции (катаболизма)Окружающая среда→ →

Две стороны обмена веществ: Пластический обмен – процессы, направленные на рост и обновление структур организма Энергетический обмен – процессы, направленные на энергообеспечение функций организма (в том числе пластического обмена)

Энергетический обмен включает: энергетический катаболизм – распад субстратов для выработки энергии; энергетический анаболизм – синтез субстратов для запасания энергии. Пластический обмен включает: пластический катаболизм – распад старых структур для их обновления; пластический анаболизм – построение новых структур.

УРОВНИ ИНТЕНСИВНОСТИ ЭНЕРГООБМЕНА КЛЕТКИ: Уровень поддержания целостности клетки — 15% Уровень функциональной готовности клетки — 50% Уровень функциональной активности клетки — 100% ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС: Образование Э. = Э. работы + Э. теплопотерь + Э. запас.

Энергетический баланс – это соотношение между количеством энергии, поступающей с пищей, и энергией, расходуемой организмом. Энергетическое равновесие Положительный энергетический баланс Отрицательный энергетический баланс

Общий обмен (ОО) – это суточные энергозатраты на все виды деятельности Общий обмен складывается из: основного обмена (Ос. О) специфически динамического действия пищи (СДДП) рабочей прибавки (РП)

Основной обмен — это суточные энергозатраты организма в условиях покоя. Ос. О определяется в стандартных условиях: — бодрствование — физический (лежа) и психический покой — натощак – через 12 -14 ч после приема пищи (белки исключаются за 2 -3 дня) — в условиях температурного комфорта (18 -20 о С)

ОСНОВНОЙ ОБМЕН – должный и фактический Должный Ос. О – это величина Ос. О, которая должна быть у человека с учетом пола, роста, массы тела и возраста. Определяют: — по таблицам Гарриса и Бенедикта — по формулам Гарриса и Бенедикта — по приближенной формуле (на 1 кг массы тела расходуется 1 ккал в час) ДОс. О = 1 ккал × масса тела × 24 час. — по площади поверхности тела

ОСНОВНОЙ ОБМЕН – должный и фактический Фактический Ос. О — это величина Ос. О, которая имеется у человека в действительности. Определяется методом калориметрии. Определяют % отклонения ФОс. О от ДОс. О. Отклонения ФОс. О от ДОс. О ± 10% норма.

Расходы энергии основного обмена: — на работу мозга (18%), — печени (26%), — почек (7%), — сердца (9%), — мышечный тонус (26%) — работу других органов (14%).

Специфически динамическое действие пищи (СДДП) СДДП – это дополнительные к величине Ос. О энергозатраты, связанные с приемом пищи. СДДП зависит от вида принимаемой пищи: белки + 28 -30%, жиры + 12 -14%, углеводы + 7 -8%. смешнное питание + 15%.

Основной обмен зависит от возраста пола роста массы тела функции эндокринных желез

Рабочая прибавка — это дополнительные к величине Ос. О энергозатраты, связанные с выполнением различных видов работ Работа Физическая Умственная Суточные энергозатраты (общий обмен) = Ос. О × КФА (коэффициент физической активности)

Классификация работающих в зависимости от вида трудовой деятельности 1 группа – работники преимущественно умственного труда, (научные работники, студенты гуманитарных специальностей, операторы ЭВМ, педагоги и др.) Коэффициент физической активности (КФА) – 1,

Классификация работающих в зависимости от вида трудовой деятельности 2 группа – работники, занятые легким трудом, КФА – 1, 6 (водители трамваев, троллейбусов, агрономы, врачи, медсестры, работники сферы обслуживания и др.) 3 группа – работники средней тяжести труда, КФА – 1, 9 (слесари, станочники, водители автобусов, врачи-хирурги, металлурги-доменщики и др.)

Классификация работающих в зависимости от вида трудовой деятельности 4 группа – работники тяжелого физического труда, КФА – 2, 2 (строительные рабочие, механизаторы, металлурги и литейщики и др.) 5 группа – работники особо тяжелого физического труда, КФА – 2, 5 (горнорабочие, вальщики леса, землекопы и др.)

Расчет энергетического баланса Расчет энергозатрат: определение количества тепла, выделяемого из организма. методы калориметрии: Прямая Непрямая (газовый анализ)

Непрямая калориметрия Полный газовый анализ- определение энергозатрат организма на основании потребленного О 2 и выделенного СО 2.

Ассимиляция – совокупность процессов создания структур организма с накоплением энергии. Поступление из внешней среды веществ, необходимых для организма; превращение питательных веществ в соединения, которые могут использоваться клетками и тканями; синтез структурных элементов клеток, ферментов и т. д. , замена устаревших новыми; синтез более сложных соединений из более простых; отложение запасов.

Диссимиляция – совокупность процессов распада живой материи с выделением энергии. Мобилизация запасов организма; Расщепление сложных органических соединений до более простых; распад устаревших тканевых и клеточных элементов; Расщепление богатых энергией соединений с освобождением энергии; Выведение продуктов распада из организма.

Эндокринная регуляция обменных процессов Гормоны, регулирующие преимущественно энергетический обмен: адреналин глюкагон глюкокортикоиды инсулин

Основные механизмы действия гормонов на метаболизм ГОРМОН УГЛЕВОДЫ ЛИПИДЫ БЕЛКИ АДРЕНАЛИН ГЛИКОГЕНОЛИЗА (В ПЕЧЕНИ И МЫШЦАХ) ЛИПОЛИЗА — ГЛЮКОКОРТИ- КОИДЫ ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА ЛИПОЛИЗА ↓ СИНТЕЗА РАСПАДА ГЛЮКАГОН ГЛИКОГЕНОЛИЗА (В ПЕЧЕНИ, НО НЕ В МЫШЦАХ) — — ИНСУЛИН ТРАНСПОРТА В КЛЕТКИ, ОСОБЕННО МЫШЦ И ПЕЧЕНИ ↓ ГЛИКОГЕНОЛИЗА ↓ ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА ГЛИКОГЕНЕЗА ЛИПОГЕНЕЗА ИЗ УГЛЕВОДОВ ↓ ЛИПОЛИЗА СИНТЕЗА ↓ РАСПАДА

Эндокринная регуляция обменных процессов Гормоны, регулирующие иные обменные процессы (пластический обмен, терморегуляцию) и, как следствие – энергетический обмен: тиреоидные гормоны соматотропный гормон тестостерон эстрогены

Основные механизмы действия гормонов на метаболизм ГОРМОН Углеводы Липиды Белки ТИРЕОИДНЫЕ ГОРМОНЫ УСИЛИВАЮТ МНОЖЕСТВО ПРОЦЕССОВ МЕТАБОЛИЗМА С ПРЕОБЛАДАНИЕМ СИНТЕЗА БЕЛКА И РАСПАДА ЛИПИДОВ И УГЛЕВОДОВ СТГ ↓ ТРАНСПОРТА В КЛЕТКИ, ОСОБЕННО МЫШЦ И ПЕЧЕНИ ЛИПОЛИЗА СИНТЕЗА ТЕСТОСТЕРО Н — — СИНТЕЗА, В ОСНОВНОМ В МЫШЦАХ ЭСТРОГЕНЫ — ЛИПОГЕНЕЗА В ХАРАКТЕРНЫХ МЕСТАХ СИНТЕЗА

Энергетические субстраты различаются по: скорости высвобождения энергии в процессе катаболизма; емкости депо (величине запасов). Чем выше скорость высвобождения энергии субстрата, тем меньше его запасы.

Энергетические субстраты Углеводы – это субстрат с быстрым высвобождением энергии, но малыми резервами («быстрое топливо» организма); Липиды – это субстрат с медленным высвобождением энергии, но большими резервами («резервное топливо» организма).

Характеристика углеводов Быстрый энергетический субстрат. растворимы в воде могут достигать высокой концентрации в крови; поставка У к работающим тканям может быть быстрой и значительной служат энергетическим субстратом для тканей с быстрым использованием энергии.

Значение углеводов Нервная ткань использует почти исключительно углеводы. Мелкие молекулы углеводов осмотически активны. Уровень глюкозы в крови должен поддерживаться на постоянном уровне.

Характеристика липидов Молекулы Л: крупные, жирорастворимые (гидрофобные), обладают относительно низким содержанием атомов кислорода. обладают малой растворимостью. Л – медленный энергетический субстрат. Не могут достигать высокой концентрации в крови — не могут служить энергетическим субстратом для тканей с быстрым использованием энергии.

Пути превращений энергетических субстратов Расходование и депонирование (так как потребности в энергии постоянно изменяются). Переход на преимущественное использование того или другого субстрата (в зависимости от вида нагрузки, питания, некоторых других условий). Взаимное превращение субстратов.

Расчет энергетического баланса 1. Определение количества энергии, поступившей в организм: Количество белков, жиров и углеводов Калорические коэффициенты питательных веществ: при окислении – 1 г белка — 4, 1 ккал – 1 г жира — 9, 3 ккал – 1 г углеводов – 4, 1 ккал = 4, 19 к. Дж.

Распределение количества энергии, получаемой за счет белков, жиров и углеводов углеводы (55 -60%)жиры (30%)белки (10 -15%)

Органические вещества Функции Белки (полноценные, неполноценные) Строительная (пластическая), ферментативная, регуляторная, двигательная, защитная, транспортная, энергетическая Жиры (эссенциальные ЖК) Строительная, защитная, энергетическая, терморегуляторная, всасывание витаминов Углеводы («быстрые» , «медленные») Строительная, энергетическая, защитная (глюкуроновая к-та)

Обмен белков Резерв белков = 45 г (альбумины крови). При безбелковой диете в организме разрушается около 23 г белка (абсолютный белковый минимум). Физиологический белковый минимум — ~ 30 — 40 г в день. Белковый оптимум: ВЗРОСЛЫЙ ЧЕЛОВЕК — 1 г белка на кг массы тела. ПОЖИЛЫЕ ЛЮДИ И ДЕТИ – 1, 5 г белка на кг массы тела. ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЕ, БЕРЕМЕННОСТИ, ТЯЖЕЛЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ — 2 г белка на кг массы тел а.

Азотистый баланс Это отношение количества азота, поступившего с пищей, к количеству азота, выделенного из организма. 100 г белка содержит 16 г азота (1 г азота соответствует 6, 25 г белка). Азотистый баланс: — равновесие — положительный — отрицательный

Азотистое равновесие – расход азота равен приходу (норма). Отрицательный азотистый баланс –расход азота больше прихода (при недостаточном приходе белка или усиленном его распаде, например, при опухолевом росте), так как: белки ни из чего не образуются; резервов белков практически нет; белки обязательно расходуются, даже если они не поступают. Б – преимущественно пластический субстрат.

Положительный азотистый баланс – приход азота больше расхода. Это наблюдается при усиленном образовании новых структур: росте; беременности; наращивании мышечной массы; после голодания при выздоровлении после изнуряющих болезней при условии, что поступление белка достаточно.

Обмен жиров Функции жиров: энергетическая пластическая защитная всасывание витаминов терморегуляция Суточная потребность – 1 -1, 2 г на 1 кг массы тела Биологическая ценность незаменимые жирные кислоты — полиненасыщенные: линолевая, линоленовая арахидоновая заменимые жирные кислоты

Характеристика липидов Липиды – пластический материал (основа биологических мембран). Липиды способствуют всасыванию в кишечнике жирорастворимых веществ (напр. , жирорастворимых витаминов). Подкожная жировая клетчатка — теплоизолятор. Отложения липидов выполняют важную механическую функцию (п/кожная ЖК смягчает механические травмы, жировые капсулы фиксируют внутренние органы) Липиды входят в состав или служат источником многих важных веществ (стероидные гормоны, желчные кислоты, простагландины и др.)

Обмен углеводов Функции углеводов: 1. энергетическая 2. пластическая 3. защитная (глюкуроновая к-та) Депо углеводов 300 – 400 гр. Моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза) Полисахариды: — перевариваемые (крахмал, гликоген)- 80% — неперевариваемые (целлюлоза, пектиновые вещества)

Водно-солевой обмен совокупность процессов: всасывания, распределения, потребления, выделения воды и солей. Обеспечивает гомеостаз: постоянство осмотической концентрации, ионного состава, КЩР внутренней среды организма.

Функции воды в организме Функция растворителя — все вещества перед всасыванием растворяются в воде; транспортная – переносит питательные вещества к клеткам и уносит продукты распада; участие в окислительных процессах и других химических реакциях; терморегуляторная; входит в состав пищеварительных соков.

Водные пространства организма (классификация J. S. Edelman, J. Leibman 1959) Интрацеллюлярная жидкость (пространство) Экстрацеллюлярная жидкость (пространство): внутрисосудистая жидкость межклеточная жидкость (собственно интерстициальная) ● Трансцеллюлярная жидкость – вода в составе секретов желез ЖКТ и других, мочи, ликвора, жидкости полости глаз, отделяемого серозных оболочек, синовиальной жидкости

Интерстициальный (межклеточный) водный сектор, содержит 1/4 всей воды организма (15% массы тела); является наиболее подвижным, меняющим объем при избытке или недостатке воды в теле. Вся вода организма обновляется примерно раз в месяц; внеклеточное водное пространство — еженедельно.

«Третье пространство» Скопления внеклеточной жидкости, в которых не действуют физиологические механизмы регуляции водно-электролитного баланса, обозначают термином «третье пространство» ; это воды полостей тела: брюшной, плевральной и т. д.

Система регуляций водного баланса обеспечивает основные жизненные процессы: поддержание постоянства общего объема жидкости в организме, оптимальное распределение воды между водными пространствами и секторами организма. Факторы поддержания относительного водного постоянства: деятельность почек и других органов выделения, питьевое поведение и жажда.

Активация Р AA Ишемия почек. Симпатическая нервная система A ДГ ЖАЖДА Натриевый/Водный баланс Осмоляльность плазмы. Регуляция обмена натрия и объема внеклеточной жидкости Количество и тоничность жидкости. Уровень альдостерон а Гиповолеми я. Вазоконстрикция Гипотензи я ПНП

Гипергидратация – избыточное поступление и образование воды при неадекватно малом ее выделении из организма, ведущее к ее накоплению. Вода в основном накапливается в интерстициальном водном секторе. Значительная степень гипергидратации проявляется водной интоксикацией (возбуждение нервных центров и мышечные судороги).

Дегидратация – недостаточное поступление и образование воды или чрезмерно большое ее выделение, приводящее к уменьшению водных пространств, г. о. , интерстициального сектора. Сопровождается сгущением крови, ухудшением ее свойств и нарушением гемодинамики. Снижение количества воды до 20% массы тела ведет к летальному исходу.

Поступление воды Потребность человека в воде составляет в сутки 2 -2, 5 л. Источники: вода в составе питья (900 -1200 мл) и пищи (900 -1000 мл); вода эндогенная (300 -350 мл). Воду удаляют почки, потовые железы, легкие и кишечник. Почки за сутки удаляет 1 -1, 5 л воды в виде мочи. Потовые железы выделяют 500 -1000 мл в обычных условиях.

Выведение воды Через кишечник с калом выделяется 100 -150 мл воды. Потребленная вода / выведенная вода = водный баланс. Приход воды должен полностью покрывать расход, иначе наступают серьезные нарушения жизнедеятельности. Легкими в виде водяных паров выдыхается 350 -400 мл воды. При углублении и учащении дыхания за сутки может выделиться до 800 мл воды.

Питание. Основные принципы составления пищевого рациона Питание должно быть рациональным и сбалансированным, чтобы обеспечить сохранение здоровья, высокую работоспособность. Физиологические нормы питания зависят от возраста, пола, массы тела, климата, характера выполняемой работы и функционального состояния организма.

Требования, предъявляемые к пищевому рациону: ◘ Энергетическая достаточность; ◘ достаточность и сбалансированность поступления ◘ белков; ◘ жиров; ◘ углеводов; ◘ соотношение в пищевом рационе белков, жиров и углеводов; ◘ достаточность содержания витаминов и минеральных солей; ◘ кратность приема пищи и %-ное распределение приема пищи.

Энергетическая достаточность пищевого рациона Определение энергетической ценности пищевого рациона с учетом усвояемости питательных веществ. Усвояемость — животной пищи — 95% — растительной — 80% — смешанной — 85 -90% ПРАВИЛО ИЗОДИНАМИИ – ПИТАТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА, КАК ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ, ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМЫ В СООТВЕТСТВИИ С ИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТЬЮ.

Прямая и непрямая калориметрия. и энергии, по существу, единый процесс. В итоге сложных превращений, совершающихся в организме, образуется тепло.

Определить количество освобождающейся в организме энергии можно методами прямой и непрямой калориметрии.

Рис. 103. Схема калориметра.

Продуцируемое организмом человека тепло измеряется с помощью термометров 1 и2 по нагреванию воды, протекающей по трубам в камере 4. Количество протекающей воды измеряют в баке 3. Через окно 5 подают пищу и удаляют экскременты. Посредством насоса 6 воздух извлекают из камеры и прогоняют через баки с серной кислотой (7 и 9) для поглощения воды и с натронной известью (8) для поглощения углекислого газа. подают в камеру из баллона 10 через газовые часы 11. Давление воздуха в камере поддерживают на постоянном уровне посредством сосуда с резиновой мембраной (12)

Прямую калориметрию производят с помощью специальных аппаратов - калориметрических камер (рис. 103).

Вкамере стенки не проводят тепло. По потолку камеры проходит система трубок с водой. Человека на определенное время помещают в такую камеру. Тепло, выделяемое организмом, нагревает воду в системе трубок. Измеряют температуру поступающей и вытекающей из камеры воды; определяют разность температур и количество протекшей воды. Это дает возможность прямо получить данные о количестве энергии, выделенной организмом в единицу времени.

Показатели, полученные методом прямой калориметрии, точные. Но метод этот весьма сложен, громоздок, а главное - не дает возможности измерять энергетические затраты организма при любых видах деятельности человека (езда на велосипеде^ работа у доменной печи и др.).

Проще производить расчеты расхода энергии методом непря мой калориметрии. Источником энергии в организме служат окислительные процессы, при которых потребляется и образуется углекислый газ. Чем больше организм освобождает, энергии, тем интенсивнее в нем идут окислительные процессы. Следовательно, тем больше организм потребляет кислорода и выделяет углекислого газа. Поэтому об энергетических процессах в организме можно судить не только по количеству энергии, отдаваемой в окружающую среду, как это делают при прямой калориметрии, но и по количеству поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа, т. е. по величине газообмена.

Для определения количества поглощенного кислорода и выделившегося углекислого газа пользуются различными приспособлениями. В производственных и учебных условиях для этой цели используют маски. Маска через систему клапанов соединена с мешком из воздухонепроницаемой ткани (рис. 104), укрепляемым на теле испытуемого. Клапаны дают возможность свободно вдыхать атмосферный воздух, а выдыхаемый воздух направляется в мешок. Выдохнутый воздух из мешка пропускают через газовые часы для определения его объема, а затем химическим путем определяют в нем процентное содержание кислорода и углекислоты.

Поглощаемый организмом идет на окисление белков, жиров и углеводов. Для окисления 1 г белка, жира или углеводов требуется разное количество кислорода, а следовательно, при этом освобождается и разное количество энергии (табл. 19).

Таблица 19

Образование энергии при окислении веществ в организме

Из таблицы видно, что потребление 1 л кислорода и выделение 1 л углекислого газа сопровождается образованием определенного количества энергии. Однако при этом необходимо знать, какие вещества-белки, жиры или - окислялись в организме. Для этого определяют величину дыхательного коэффициента.

Рис. 104.

Дыхательным коэффициентом называют отношение объема выделенного организмом углекислого газа к объему поглощен ного кислорода. Дыхательный коэффициент различен при окислении белков, жиров и углеводов. Окисление углеводов (глюкозы, например) можно выразить формулой

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 = 6СО 2 + 6Н 2 О

Из уравнения видно, что при окислении глюкозы числа молекул образовавшегося углекислого газа и поглощенного кислорода равны. Следовательно, дыхательный коэффициент при оки слении углеводов равен единице (6СО 2: 6О 2 = 1)

В молекуле жира мало внутримолекулярного кислорода, поэтому на окисление ее требуется больше кислорода. Дыхательный коэффициент в этом случае меньше 1 (0,7). При окислении белков дыхательный коэффициент равен 0,8. При смешанной пище, которую обычно употребляет человек, дыхательный коэффициент составляет 0,85-0,9.

При окислении белков, жиров и углеводов (при потребления 1 л кислорода) освобождается разное количество энергии. Следовательно, при разном дыхательном коэффициенте количество освобождающейся энергии при поглощении 1 л кислорода будет различным.

Эта зависимость видна из таблицы 20.

Таблица 20

Зависимость количества энергии, освобождаемой при окислении, от величины дыхательного коэффициента

Зная величину газообмена, можно вычислить расход энергии в организме. Поступают при этом так.

По количеству потребленного кислорода и выделившегося углекислого газа определяют дыхательный коэффициент. Затем по таблицам устанавливают количество энергии, образующейся при поглощении 1 л кислорода (или при выделении 1 л углекислого газа) при данном дыхательном коэффициенте. Полученную величину умножают на количество литров поглощенного кислорода. Таким образом определяют количество энергии, выделенной человеком за определенное время.

Метод назван непрямой калориметрией потому, что мы о количестве энергии; выделенной организмом, судим по количеству поглощенного кислорода (или выделившегося углекислого газа) в единицу времени.

Основной обмен. Даже в условиях полного покоя человек расходует некоторое количество энергии. В организме непрерывно тратится энергия на физиологические процессы, которые не останавливаются ни на минуту.

Минимальный для организма уровень обмена веществ и энергетических затрат называют основным обменом. Основной обмен определяют у человека в состоянии мышечного покоя - лежа, натощак, т. е. через 12-16 ч после еды, при температуре окружающей среды 18-20°С (температура комфорта). У человека среднего возраста основной обмен составляет 4187 Дж на 1 кг массы в 1 ч. В среднем это 7 140000-7560000 Дж в сутки. Для каждого человека величина основного обмена относительно постоянна.

Основной обмен у детей интенсивнее, чем у взрослых, так как на единицу массы у них приходится относительно большая поверхность тела, чем у взрослого человека. Значительно преобладают также процессы ассимиляции над процессами диссимиляции.

Энергетические затраты на рост тем больше, чем моложе ребенок. Так, расход энергии, связанный с ростом, в возрасте трех месяцев составляет 36%, в возрасте шести месяцев-26%, девяти месяцев-21% общей калорийности пищи.

Колебания основного обмена и большая его интенсивность в младшем возрасте ясно выражены при расчете как на единицу массы, так и на единицу поверхности (табл. 21).

Таблица 21

Изменение основного обмена у детей

Основной обмен на 1 кг массы у взрослого человека составляет 96600 Дж. Таким образом, у детей 8 -10 лет основной обмен в 2-2,5 раза выше, чем у взрослых.

Величина основного обмена у девочек несколько ниже, чем у мальчиков. Это различие начинает проявляться уже во второй половине первого года жизни.

Выполняемая работа у мальчиков влечет более высокий расход энергии, чем у девочек.

Определение величины основного обмена часто имеет диагностическое значение. Повышается основной обмен при избыточной функции щитовидной железы и некоторых других заболеваниях. При недостаточности функции щитовидной железы, гипофиза, половых желез основной обмен снижается.

Расход энергии при мышечной деятельности

Чем тяжелее мышечная работа, тем больше энергии тратит человек. У школьников подготовка к уроку, урок в школе требуют энергий на 20-50% выше, чем энергия основного обмена.

При лабораторных занятиях, ручном труде, несложной гимнастике, играх средней подвижности затраты энергии на 75- 125% превышают величины основного обмена.

При ходьбе затраты энергии на 150-170% превышают основной обмен. При беге, подъеме по лестнице затраты энергии в 3-4 раза превышают основной обмен.

Тренировка организма значительно сокращает расход энергии на выполняемую работу. Это связано с уменьшением числа мышц, принимающих участие в работе, а также с изменениями дыхания и кровообращения.

При механизации труда в сельском хозяйстве и промышленности, внедрении машинной техники снижаются затраты энергии работающими людьми. При умственном труде энергетические затраты ниже, чем при физическом.

Ведение

Обмен веществ является главным, характерным свойством живого организма. Сущность его состоит в постоянном обмене веществами между организмом и внешней средой.

Животные организмы нуждаются в постоянном притоке кислорода, сложных органических соединений: белков, жиров и углеводов, а также минеральных солей, витаминов и воды. В организме непрерывно происходят образование, разрушение и обновление клеточных структур и межклеточного вещества. Восстановление, синтез (созидание), усвоение веществ клетками, превращение в себе подобное называется процессом ассимиляции. Одновременно с ним происходит процесс диссимиляции -- расщепление, распад веществ, входящих в состав клеток. При этом образуются конечные продукты распада СО 2 , Н 2 О и NH 3 (аммиак), которые удаляются из организма. Совокупность всех химических превращений в организме, т. е. процессов ассимиляции и диссимиляции, называют обменом веществ.

Обмен энергии

Для жизнедеятельности организма необходима энергия. Она освобождается в процессе диссимиляции сложных органических соединений: белков, жиров и углеводов, потенциальная энергия которых при этом переходит в кинетические виды энергии, в основном в тепловую, механическую и частично в электрическую. Расщепление идет путем присоединения кислорода -- окисления. При окислении 1 г жира в организме выделяется 9,3 ккал тепла, 1 г углеводов -- 4,1 ккал, 1 г белка -- 4,1 ккал. То количество тепла, которое выделяется при окислении в организме 1 г вещества, называется теплотой сгорания. Часть освобождающейся энергии используется для синтетических процессов -- восстановления изнашиваемых и построения новых клеток и тканей, часть потребляется в процессе функционирования органов и тканей: сокращения мышц, проведения нервных импульсов, синтеза ферментов и гормонов и др. Большая часть химической энергии переходит в тепло, которое идет на поддержание постоянной температуры тела.

Основной обмен. Обмен энергии человека, или так называемый общий обмен, складывается из основного обмена и рабочей прибавки. Если человек находится в состоянии возможного полного мышечного покоя: лежа с расслабленной мускулатурой, натощак (через 14 ч после последнего приема пищи), при температуре комфорта (18--22°С), то расход энергии составляет примерно 1700 ккал в сутки и называется основным обменом. В условиях основного обмена энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности организма, работу внутренних органов (сердце, дыхательный аппарат и др.), а также на поддержание температуры тела. Основной обмен характеризует интенсивность процессов окисления, свойственных данному организму. Величина его зависит от пола, возраста, массы тела и роста. У женщин основной обмен на 5--10% ниже, чем у мужчин тех же массы и роста. У детей он выше, чем у взрослых. К старости основной обмен снижается.

Основной обмен нарушается при заболевании эндокринных желез. При гиперфункции щитовидной железы (базедова болезнь) он может повышаться до 150%, при этом человек много ест, но неудержимо худеет; при недостаточности гипофиза основной обмен понижается -- наступает гипофизарное ожирение. На основной обмен влияют также половые гормоны; после удаления половых желез (например, у кабанов) усиливается отложение жира.

В клинике для определения основного обмена пользуются простым и быстрым способом Крога. Так как освобождение энергии происходит при окислении кислородом белков, жиров и углеводов, то количество образовавшегося тепла пропорционально объему поглощенного кислорода. В опытах установлено, что при потреблении 1 л О 2 в организме животных и человека освобождается 4,8 ккал тепла. Это количество тепла является калорическим коэффициентом О 2 . Если определить объем потребленного испытуемым О 2 , то, помножив его на 4,8 (калорический коэффициент О 2), можно рассчитать расход энергии за 1 мин, за 1 ч и за сутки.

Рабочая прибавка. Повышение энергетического обмена сверх основного обмена называют рабочей прибавкой. Факторами, повышающими расход энергии, являются прием пищи, низкая или высокая (выше 30°С) внешняя темпера тура и мышечная работа.

Прием пищи увеличивает расход энергии в покое в среднем до 2200 ккал (белки до 30%, углеводы и жиры на 4--15%). Эта способность пищи повышать энергозатраты называется специфически динамическим действием пищи. Механизм его до сих пор неясен, однако его нельзя объяснить только работой пищеварительного тракта.

При понижении окружающей температуры возрастает теплоотдача тела и соответственно увеличивается выработка тепла, необходимого для сохранения постоянства температуры тела. Если окружающая температура выше 30°С, энергия расходуется на охлаждение тела (потоотделение, усиление кожного кровообращения). Мышечная работа значительно увеличивает расход энергии.

Умственный труд не сопровождается большой затратой энергии. Если спокойно лежащего человека заставить решать в уме трудные математические задачи, то расход энергии возрастет всего на несколько процентов. Таким образом, общий расход энергии зависит от профессии человека и характера его отдыха (занятия спортом, туризмом). Люди умственного труда расходуют около 3000 ккал в сутки, а выполняющие тяжелую мышечную работу (грузчики, пильщики) -- свыше 4000 ккал. При спортивных состязаниях (велогонки, плавание) расход энергии может достигать 7000 ккал.