ОБМЕН ЭНЕРГИИ

    1. Энергетический обмен Все процессы, происходящие в организме, можно разбить на 3 группы: пластические, энергетические, информационные.Использование химической энергии в организме называют энергетическим обменом. В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую.За счет освобождающейся в организме энергии поддерживается определенная постоянная температура тела и совершается внешняя работа. Наиболее емким потреблением энергии в организме можно считать процесс движения, а также сердечную деятельность дыхание, перистальтику кишечника и др.  За счет окислительных процессов в сердечной мышце освобождается энергия, которая используется для сокращения миокарда, которая передается крови что, позволяет ей двигаться по сосудам.

      Каждая живая клетка нашего организма нуждается в поступлении определенного количества энергии, которая необходима для поддержания нормальной структуры(15% – ФТФ), уровня функциональной готовности (50%-АТФ)  и  активности(100%-АТФ), а так же для выполнения специфических функций.

      Часть заключенной в питательных веществах химической энергии преобразуется в другие биологически полезные формы – электрическую, осмотическую, механическую. Основная часть энергии  выделяется  в виде тепла.

      В основе процессов обмена энергии лежат законы термодинамики – взаимных превращений различных видов энергии при переходах ее от одних тел к другим в форме теплоты или работы. С точки зрения термодинамики живые организмы относятся к открытым стационарным неравновесным системам. Это означает, что:

      •  во-первых, они обмениваются с окружающей средой веществом и энергией;

       

      •  во-вторых, способны в течение определенного времени удерживать свои основные параметры, но вместе с тем под влиянием внешней среды переходить из одного стационарного состояния в другое в пределах колебаний жизненно важных констант, допустимых для сохранения жизни;

       

      • в-третьих, благодаря наличию в организме множества градиентов  (диффузионные, температурные) и потенциалов (химические, электрические) и возникающих вследствие их действия потоков (диффузионные, тепловые, метаболические, энергетические) создаются условия для неравновесного распределения вещества и энергии между  живыми системами и окружающей средой.

      Принцип устойчивого  неравновесия живых систем [Бауэр, 1935] гласит:

      «Живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и химии».

      Законы термодинамики

      Первый закон термодинамики закон сохранения и превращения энергии [Ломоносов М.В., 1748]: Энергия не исчезает и не творится вновь, а только переходит из одной формы в другую: механическая работа, кинетическая энергия и теплота могут превращаться друг в  друга.

      Согласно первому закону термодинамики. Количество теплоты, полученное системой, затрачивается на повышение ее внутренней энергии  U и на работу А, совершаемую против действия внешних сил.

      В 1783 г. А. Лавуазье и П. Лаплас показали, что первый закон термодинамики приложим к живым системам. Поместив в изолированную камеру с кусочками льда (ледяная рубашка) морскую свинку, они рассчитали теплопродукцию животного на основе измерения количества талой воды. Общее количество тепла, теряемое животным, оказалось равным количеству тепла, поглощенному водой, затраченному на испарение выдыхаемой с воздухом влаги и влаги выделяемой на поверхности тела, т. е. cкрытой теплоте парообразования.

      Второй закон термодинамики (Больцман, 1880) гласит:

      Если любой вид энергии можно трансформировать в эквивалентное количество тепла, то в случае обратного превращения полная трансформация  невозможна

      Свободная энергия способна к превращениям и к совершению полезной работы. Связанная энергия составляет ту «непроизводительную» часть, которая не переходит в другие формы и рассеивается в виде тепла, характеризуя меру  термодинамической неупорядоченности  системы,  называемую  энтропией.

      Для характеристики функций системы, определяющих ее теплосодержание, пользуются понятием  энтальпией. Все химические реакции в организме сопровождаются изменением энтальпии, выражаемым [Н+]/ Существуют экзотермические реакции и эндотермические.

      Коэффициент полезного действия живой  клетки

      При совершении любого вида работы, значительная часть вырабатываемой энергии теряется в виде теплоты, так при мышечной работе освобождается тепловая и механическая энергия. Отношение механической работы ко всей энергии, затраченной на работу, выраженное в процентах, называется коэффициентом полезного действия (КПД) :

      Внешняя работа

      КПД  =  ————————————х 100%

      Вырабатываемая энергия

      При физическом труде человека КПД колеблется от 16 до 25 %  и в среднем составляет 20 %. При мышечном сокращении, например, 80% энергии теряется в виде теплоты и только 20 %  превращается в механическую работу. КПД изменяется в зависимости от ряда условий. Так, у нетренированных людей он ниже, чем у тренированных, и увеличивается по мере тренировки.

       

      Первичная и вторичная теплота.

      Теплоту, выделяемую организмом, условно делят на два типа.

      Теплообразование в организме имеет 2-х фазный характер. При окислении белка, жира, углеводов одна часть используется для синтеза АТФ, другая превращается в теплоту – это первичная теплота.

      Первичная теплота постоянно высвобождается в  ходе клеточного метаболизма при окислении веществ вне зависимости от  того, совершается внешняя работа или нет. Ее количество является показателем интенсивности основного обмена, обеспечивающего клеточный метаболизм и функционирование жизненно важных органов.

      В нормальных условиях клетки получают энергию главным образом путем окислительного (аэробного) распада питательных веществ.

      Так при окислении углеродов 22,7 % идет на синтез АТФ, 77,3 % в форме первичной теплоты рассеивается в тканях.

      При распаде АТФ тоже выделяется теплота – это вторичная теплота.

      Вторичная теплота выделяется при совершении организмом любой

      работы за счет резерва аккумулированной энергии АТФ, образующегося

      в результате метаболических превращений питательных веществ.

      В физиологических условиях оба вида теплоты находятся в относительном равновесии. Первичная теплота непрерывно рассеивается в окружающую среду, даже если температура последней превышает температуру тела. Это возможно благодаря механизмам саморегуляции, в частности потоотделению и испарению, предотвращающим перегревание организма.

      При переохлаждении же оптимальное для метаболизма количество первичной  теплоты обеспечивается за счет увеличения доли вторичной теплоты вследствие усиления двигательной активности, и особенно при появлении непроизвольной дрожи (дрожательный термогенез).

      Единицы измерения энергетического обмена.

      Энергетические затраты  учитывают по количеству тепла, выделяемого организмом в единицу времени. Единицей измерения энергии в Международной системе единиц (СИ) является джоуль (Дж) или килоджоуль (кДж).

      В физиологических и медицинских исследованиях для определения количества энергии, выделенной организмом, используют внесистемные единицы — калорию (кал) или килокалорию (ккал); 1 кал = 4,19 кДж.

      Калория — количество энергии (тепла), необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1 °С.

      Энергетическая ценность питательных веществ. Сложные органические молекулы, окисляясь в присутствии кислорода (аэробное окисление) до двуокиси углерода и воды, выделяют заключенную в их химических связях энергию.

      Согласно закону Гесса, количество энергии, выделяемое при распаде какого-либо вещества до конечных продуктов, не зависит от числа промежуточных этапов его трансформации. Следовательно, не имеет значения, окисляется ли вещество полностью в организме или сго­рает в специальной камере в присутствии чистого кислорода (калориметрическая бомба Бертло), — 1 моль вещества дает одинаковое количество энергии.

      Энергетический эквивалент пищи ценность пищи

      Количество энергии поступающей с пищей можно измерить в калорической бомбе Бертло – герметически замкнутый сосуд (камера), погруженный в водяную баню. Точно взвешенную пробу помещают в камеру наполненную чистым О2 под давлением – пробы поджигают платиновой проволокой, так что они быстро сгорают. Зная теплоемкость воды и ее объем, и количество выделившейся энергии энергетическую ценность пищи.

      Так при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДж/г или 5,4 ккал, ( а при окислении в организме 17,17 кДж/г, углеводы в среднем 17,17 кДж или 4,1 ккал, а жиры 1 г дает в 2 раза больше энергии, чем 1 г углеводов – 38,94 кДж/г или 9,3 ккал.

      Это — физический энергетический эквивалент указанных веществ

      При аэробном окислении в организме 1 г углеводов и 1 г жиров выделяется такое же количество энергии, что и при их сгорании в калориметричес­кой бомбе. Теплотворная же способность белка в организме, или его физиологическая энергетическая ценность, несколько ниже, чем при сжигании в присутствии чистого кислорода, и составляет 4,1 ккал. Это связано с тем, что белки (в отличие от углеводов и жиров) окисляются в организме не полностью. Часть аминогрупп отщепляется от молекул белка и выводится с мочой в виде азотсодержащих соединений (мочевина, мочевая кислота, креатинин и др.).

      Бертон и Кребс показали, что при окислительном распаде 1 моля глюкозы высвобождается 2883 кДж свободной энергии. При анаэробном распаде выделяется лишь 208 кДж свободной энергии. Для получения одного и того же количества энергии в анаэробных условиях в клетке должно расщепляться в 15 раз больше глюкозы, чем в аэробных.

      Для осуществления такого распада в клетке должно поддерживаться определенное содержание субстратов (углеводов, белков, жиров) и молекулярного кислорода.

      Обмен жиров и углеродов служит главным образом для энергетического обеспечения физиологических функций – функциональный метаболизм.

      Белковый обмен направлен на поддержание и реконструкцию структур организма – структурный метаболизм.

      В организме некоторые вещества могут заменять друг-друга, в соответствии с их калорическим коэфициентом. Например: 1гр жира дает организму 39,1 кДж – его можно заменить 2,3 г углевода или белка, а 1 г белка или 1гр углеводов дают эквивалентное организму 17, 2 кДж, эквивалентные 0,44 г жира. Правило изодинамии учитывает только энергетическое значение питательных веществ, но не следует забывать и о пластической роли питательных веществ.  Запасание энергии в форме жира – самый экономный способ.

      Энергия, затрачиваемая человеком в покое, быстро переходит в теплоту, поэтому общая теплопродукция эквивалентна затрачиваемой энергии. Измерив теплопродукцию, можно определить интенсивность обмена.

      (Первое измерения энергетического обмена провели в 1788 г Ловуазье и Лонлас. Они помещали животное в камеру, окруженную водяной рубашкой со льдом. Сверху камера была покрыта изолирующим слоем. Тепло из вне не проникало. Теплопродукцию определяли по количеству воды образовавшейся в ледяной рубашке.)

       ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ ОРГАНИЗМА

      Согласно закону Гесса, как уже упоминалось, вся энергия, выделяемая при распаде питательных веществ до конечных продуктов, или тепловой эффект химических реакций, зависит только от состояния исходного вещества и конечных продуктов и не зависит от того, через какие промежуточные стадии или пути обмена идет их распад.

      Когда физическая работа не совершается, вся химическая энергия переходит в тепло. Это дает возмож­ность использовать теплопродукцию в качестве показателя интенсивности энергетического обмена.

      Количество тепла, выделяемого или поглощаемого в ходе различных физических и химических процессов, рассчитывают методами прямой и непрямой калориметрии. В физиологии и медицине калориметрия используется для изучения тепловых эффектов, сопровождающих процессы обмена веществ и энергии в покое, при различных видах деятельности и при за­болеваниях.

      Прямая калориметрия

       Прямая калориметрия основана на непосредственном и полном учете количества выделенного организмом тепла. Измерения проводят в специ­альных камерах — биокалориметрах, хорошо герметизированных и тепло­изолированных от окружающей среды. В современных биокалориметрах тепло, выделяемое человеком, нагревает воду в трубах, фиксированных к потолку камеры. Для расчета количества выделенного тепла учитывают теплоемкость жидкости, общий ее объем, протекающий через камеру за единицу времени, разность температур поступающей в камеру и оттекающей от нее воды.

      Количество выделенного тепла равно количеству тепла, поглощенного протекающей водой, и количеству тепла, затраченного на испарение выдыхаемой с воздухом влаги и влаги, выделяемой на поверхности тела, т.е. скрытой теплоты парообразования.

       Для того чтобы знать массу водяных паров, воздух из камеры пропускают через концентрированную серную кислоту, поглощающую воду. При 20° С скрытая теплота парообразования составляет 0,585 ккал на 1 г испарившейся воды. Полученные результаты рассчитывают в ккал за 1 ч (ккал/ч).

      Современные биокалориметры градиентного типа представляют собой костюмы, тесно облегающие тело человека, но позволяющие ему свободно передвигаться. Это скафандры и термокостюмы, применяемые при иссле­дованиях в космосе, под водой, при работах в аварийных условиях, где необходимо точное измерение тепловыделения организмом. Костюмы снабжены термочувствительными датчиками, один из которых плотно прилега­ет к телу, а другой контактирует с внешней средой.

      Непрямая калориметрия

      Для расчета энергообразования у человека применяют метод непрямой калориметрии. Метод основан на определении газометрических показателей обмена — количества потребленного кислорода и выделенной двуоки­си углерода за определенный отрезок времени (полный газовый анализ) или в условиях относительного покоя — только количества поглощенного кислорода (неполный газовый анализ) с последующим расчетом тепло­продукции.

      Полный газовый анализ.

      При окислении питательных веществ погло­щается кислород, выделяется двуокись углерода и определенное количество тепла. Количество кислорода, необходимое для окисления 1 г белков, жиров и углеводов, неодинаково, так же как и количество выделяемой дву­окиси углерода и тепла.

      Первоначально газообмен у человека  и  животных  определяли методом Крога в специальных камерах закрытого типа (респираторная камера М.Н. Шатерникова). В ней непрерывно циркулировал воздух, постоянный состав которого поддерживался благодаря удалению двуокиси углерода и подаче кислорода. Необходимые газометрические показатели (объем поглощенного кислорода и выделенной двуокиси углерода) определялись с высокой степенью точности, но недостатки метода (искусственно создаваемая дыхательная смесь, ограничение движения) доминировали над его преимуществами.

      В настоящее время полный газовый анализ проводят открытым респи­раторным методом Дугласа—Xолдейна. Метод основан на сборе выдыхаемого воздуха в специальный приемник (воздухонепроницаемый мешок) с последующим определением общего его количества и содержания в нем кислорода и двуокиси углерода при помощи газоанализаторов. Зная содержание газов в атмосферном воздухе, можно вычислить, насколько уменьшилось содержание кислорода и насколько увеличилось содержание двуокиси углерода в выдыхаемом воздухе, а затем на основании этих дан­ных определить ДК.

      Дыхательный коэффициент. Отношение объема выделенной двуокиси углерода к объему поглощенного кислорода называется дыха­тельным коэффициентом.

      ДК = С02 (л)/02 (л)

      Дыхательный коэффициент характеризует тип питательных веществ, преимущественно окисляемых в организме на момент его определения. Его рассчитывают, исходя из формул химических окислительных реакций.

      Для углеводов:

      С6Н12О2 + 6О2  = 6СО2 + 6Н2О;

      ДК = (6 объемов СО2)/(6 объемов О2) = 1

      Для жиров:

      2С,5Н48,Об + 145О2 = 102СО2 + 98Н2О;

      ДК = (102 объема СО2)/(145 объемов О2) = 0,703

      Для белков расчет представляет определенную трудность, так как белки в организме окисляются не полностью. Некоторое количество азота в со­ставе мочевины (NН2)2СО2 выводится из организма с мочой, потом и фека­лиями. Поэтому для расчета ДК при окислении белка следует знать количе­ство белка, поступившего с пищей, и количество экскретированных азотсо­держащих «шлаков». Установлено, что для окисления углерода и водорода при катаболизме белка и образования 77,5 объема двуокиси углерода необ­ходимо 96,7 объема кислорода. Следовательно, для белков:

       

      ДК = (77,5 объема СО2)/(96,7 объема О2) = 0,80

       

      При смешанной пище дыхательный коэффициент составляет 0,8 – 0,9.

      Дыхательный коэффициент при мышечной работе. Главным источником энергии при интенсивной мышечной работе являются углеводы. Поэтому во время работы ДК приближается к единице. Сразу по окончании работы ДК может резко повыситься. Это явление отражает компенсаторные про­цессы, направленные на удаление из организма избытка двуокиси углерода, источником которого являются так называемые нелетучие кислоты.

      Последние, особенно молочная кислота, активно продуцируются работающими мышцами. Эти кислоты связываются с буферными системами плазмы и вытесняют из гидрокарбонат-иона (НСОз) двуокись углерода. Таким образом, общее количество выделяемой двуокиси углерода на корот­кое время превышает обычное. Усиленная вентиляция легких в этих случа­ях предотвращает сдвиг рН крови и тканей в кислую сторону.

      Через некоторое время по завершении работы ДК может резко снизиться по сравнению с нормой. Это связано с уменьшением выделения двуокиси углерода легкими вследствие компенсаторной задержки его буферными системами крови, предотвращающими сдвиг рН в основную сторону.

      Примерно через час после завершения работы ДК становится нормаль­ным.

       Неполный газовый анализ

      Неполный газовый анализ основан на определении расхода энергии по количеству кислорода, потребленного в единицу времени. Для этой цели используют приборы спирометаболографы, представляющие замкнутую систему кругомиборота газовой смеси – такие респираторные системы называются закрытыми.Они имеют спирометр и поглотитель двуокиси углерода.

      В соответствии с ритмом дыхания регистрируется кривая дыхательных движений спирограмма. Высота наклона кривой соответствует количеству поглощенного кислорода. Объем системы прибора в процессе вдыхания из него кислорода уменьшается эквивалентно объему поглощенного испытуе­мым кислорода. Испытуемый вдыхает кислород из газометра через трубку с мундштуком и клапаном, СО2 поглощается натронной известью и удаляется из выдыхаемого воздуха до возвращения в газометр. Нос испытуемого зажат специальным зажимом. Время заполнения камеры строго регистрируется.

       

      Принцип открытых  респираторных систем состоит в том, что на пути, по которым следует вдыхаемый и выдыхаемый воздух разделены. Обычно вдыхается атмосферный воздух, на пути выдыхаемого воздуха устанавливается прибор для измерения его объема и концентрации содержащихся в нем СО2 и О2. Так как концентрация соответствующих компонентов вдыхаемого воздуха известны, то можно вычислить, насколько уменьшилось содержание О2 и насколько увеличилось содержание СО2 в выдыхаемом воздухе

      Зная объем поглощенного за 1 мин кислорода (V0;), усредненный дыха­тельный коэффициент (ДК) при употреблении обычной смешанной пищи (0,85) и соответствующий ему калорический эквивалент кислорода (КЭК), равный 4,8 ккал, можно рассчитать энергообмен за любой промежуток вре­мени по формуле:

      å = Vо2 • КЭК = Vо2 • 4,86.

      Калорический эквивалент кислорода. Определенному дыхательному ко­эффициенту соответствует определенный калорический эквивалент кис­лорода, т.е. количество тепла, которое освобождается при полном окислении 1 г питательного вещества (до конечных продуктов) в присутствии 1 л кислорода.

      Дыхательный           Калорический эквивалент

      коэффициент           кислорода  кДж   (ккал)

      0,70                                    19,60    (4.50)

      0,75                                    19,84    (4,73)

      0,80                                    20,10    (4,80)

      0,85                                    20,35    (4,86)

      0,90                                    20,61    (4,92)

      0,91                                    20,87    (4,98)

      1,00                                    21,17    (5,05)

       

      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.

      Основной обмен минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения нормальной жизнедеятельности в условиях относительного физи­ческого и психического покоя. Эта энергия расходуется на процессы клеточного метаболизма, кровообращение, дыхание, выделение, поддержание температуры тела, функционирование жизненно важных нервных центров мозга, постоянную секрецию эндокринных желез.

      Печень потребляет 27 % энергии основного обмена, мозг — 19 %, мышцы — 18 %, почки — 10 %, сердце — 7 %, все остальные органы и ткани — 19 %.

      Любая работа — физическая или умственная, а также прием пищи, колебания температуры окружающей среды и другие внешние и внутренние факторы, изменяющие уровень обменных процессов, влекут за собой уве­личение энерготрат.

      Для того, чтобы соответствующие измерения интенсивности основного обмена были сопоставимы, установлена специальные условия, которые соблюдают при определении основного обмена.

      Основной обмен определяют в строго контролируемых, искус­ственно создаваемых условиях: утром, натощак (через 12—14 ч после по­следнего приема пищи), в положении лежа на спине, при полном расслаб­лении мышц, в состоянии спокойного бодрствования, в условиях темпера­турного комфорта (18—20 °С). За 3 суток до исследования из рациона исключают белковую пищу.

      (Основной обмен – это минимальные энергетические затраты организма в условиях полного физического покоя, измерен утром на тощак и температурного комфорта.)

      (4-и стандартных условиях изменения основного обмена – те факторы, которые могут влиять на интенсивность обмена  веществ у человека.)

      Рассмотрим  эти факторы.

      1. Интенсивность процессов обмена подвергается суточным колебаниям. Она возрастает утром и снижается в ночной период.
      2. В условиях физической и умственной нагрузки интенсивность обменных процессов возрастает. Это связано с увеличением числа мышечных клеток участвующих в работе. При умственной работе происходит рефлекторное увеличение мышечного тонуса.
      3. (Потребление питательных веществ. Связано со специфически-динамическим действием пищи. Увеличение интенсивности обмена веществ после принятия пищи может продолжаться в течении 12 ч, а после потребления белка этот период может достигать 18 ч.) После приема пищи, особенно белковой, отмечено повышение энергообмена и теплопродукции, При употреблении смешанной пищи энергообмен возрастает примерно на 6%; при белковом питании повышение может достигнуть 30-40% общей энергетической ценности всего введенного в организм белка. Повышение энергообмена начинается через 1-2 часа, достигает максимума через 3 ч и продолжается в течении 7-8 ч после приема пищи. Возможно это связано с тем, что синтез АТФ из аминокислот требует больших  энергетически затрат, чем синтез ее из жирных кислот и моносахаридов.
      4. Температура “комфорта”  (18-20о) не вызывающей ощущения холода и жары.

      Величину основного обмена обычно выражают количеством тепла в кДж (ккал) на 1 кг массы тела или на 1 м2 поверхности тела за 1 час

      [1 ккал/(кг • ч)], или за одни сутки. Н-р: для мужчины среднего возраста (35 лет), среднего роста (165 см), средней массы (70 кг) основной обмен = 4,19 кДж на 1 кг массы тела в час или 7117 кДж в сутки у женщин той же массы на 10 % ниже.

      Факторы, определяющие величину основного обмена.

       Основной обмен зависит от возраста, роста, массы тела, пола человека. Самый интенсивный основной обмен в расчете на 1 кг массы тела отмечается у детей (у ново­рожденных — 53 ккал/кг в сутки, у детей первого года жизни — 42 ккал/кг). Средние величины основного обмена у взрослых здоровых мужчин состав­ляют 1300—1600 ккал/сут или 7117 кДж в сутки; у женщин эти величины на 10 % ниже. Это свя­зано с тем, что у женщин меньше масса и поверхность тела. С возрастом величина основного обмена неуклонно снижается. Сред­няя величина основного обмена у здорового человека равна приблизитель­но 1 ккал,/(кг·ч).

       

      Закон поверхности тела Рубнера. Зависимость интенсивности основного обмена от площади поверхности тела была показана немецким физиологом Рубнером для различных животных (кривая «мышь—слон»). Согласно этому правилу, интенсивность основного обмена тесно связана с размерами поверхности тела: у теплокровных организмов, имеющих разные размеры тела, с 1 м2 поверхности рассеивается одинаковое количество тепла.

      Таким образом, закон поверхности тела гласит:

      энергетические затраты теплокровного организма пропорциональны площади поверхности тела.

      Методы определения основного обмена

      Расчет основного обмена по таблицам. Специальные таблицы дают возможность по росту, возрасту и массе тела определить средний уровень основного обмена человека. При сопоставлении этих величин с результатами, полученными при исследовании рабочего обмена с помощью приборов, можно вычислить разницу, эквивалентную затратам энергии для выполнения работы.

      Вычисление основного обмена по гемодинамическим показателям (фор­мула Рида). Расчет основан на взаимосвязи между артериальным давлением, частотой пульса и теплопродукцией организма. Формула дает возможность вычислить процент отклонения величины основного обмена от нормы. Допустимым считается отклонение ±10 %.

      ПО = 0,75 • (ЧСС + ПД – 0,74) – 72,

      где ПО — процент отклонений; ЧСС — частота сердечных сокращений (пульс); ПД — пульсовое давление.

      Для определения соответствия основного обмена нормативным данным по гемодинамическим показателям существуют специальные номограммы.

      Расход энергии в состоянии покоя различными тканями организма неодинаков. Более активно расходуют энергию внутренние органы, менее активно — мышечная ткань. Интенсивность основного обмена в жировой ткани в 3 раза ниже, чем в остальной клеточной массе организма. Люди с низкой массой тела производят больше тепла на 1 кг массы тела, чем с высокой. Если рассчитать энерговыделение на 1 м2 поверхности тела, то эта

      разница почти исчезает. Согласно еще одному правилу Рубнера, основной обмен приблизительно пропорционален поверхности тела для разных видов животных и человека.

      Отмечены сезонные колебания величины основного обмена — повышение его весной и снижение зимой. На величину основного обмена влияют предшествующая мышечная работа, состояние желез внутренней секреции.

       

      Регуляция обмена энергии

      Уровень энергетического обмена находится в тесной зависимости от физической активности, эмоционального напряжения, характера питания, степени напряженности терморегуляции и др. факторов.

      Нейрогуморальные механизмы

      Получены многочисленные факторы, свидетельствующие об условно-рефлекторном изменении потребления кислорода и энергообмена. Так, мышечная деятельность является одним из факторов. У спортсменов в предстартовой ситуации увеличивается потребление кислорода и энергообмен. Гипноз – внушение , что испытуемый выполняет тяжелую работу.

      Все это доказывает о влиянии коры головного мозга. Особая роль отводится гипоталамической области, в которой формируются регуляторные влияния, которые реализуются через вегетативные центры и затем гуморальное звено за счет увеличения секреции эндокринных желез

      РАСХОД ЭНЕРГИИ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ

      Общий расход энергии человеком зависит от состояния организма и мышечной деятельности.

      Мышечная работа сопряжена со значительными затратами энергии, с одной стороны, и увеличением теплопродукции — с другой. У спокойно лежащего человека теплопродукция составляет 35 ккал/(г-м2). Если исследуемый слегка приподнимается и облокачивается о спинку кровати, тепло­продукция повышается на 15 %; если принимает сидячее положение,— на 42 %; в положении стоя — на 70 %, а при спокойной неторопливой ходьбе теплопродукция увеличивается на 180 %. При мышечных нагрузках средней интенсивности КПД работы мышц составляет около 24 %. Из всего количества энергии, расходуемой работающими мышцами, 43 % затрачивается на активацию сокращения, и вся эта энергия переходит в тепло. Только 57 % из общего количества энергии идет на рабочее сокращение.

      Разность между энергозатратами при физической нагрузке и энергозатратами основного обмена составляет рабочую прибавку, которая тем больше, чем интенсивнее работа. Рабочая прибавка — это вся остальная энергия, которую тратит организм в течение суток на физическую и умственную активность.

      Сумма основного обмена и рабочей прибавки составляет валовой обмен.

      Сумма валового обмена и специфического динамического действия пищи называется общим обменом.

      Предельно допустимая по тяжести работа для данного человека, посто­янно выполняемая им в течение длительного времени, не должна превы­шать по энергозатратам уровень основного обмена более чем в 3 раза.

      При кратковременных нагрузках энергия выделяется за счет окисления углеводов. При длительных мышечных нагрузка х в организме расщепляются преимущественно жиры, обеспечивая 80 % потребной энергии. У тренированных спортсменов энергия мышечных со­кращений обеспечивается исключительно за счет окисления жиров. У человека, занимающегося физическим трудом, энергетические затраты возрастают пропорционально интенсивности труда.

      По энергетическим затратам все профессии разделены на несколько групп, каждая из которых характеризуется своим суточным расходом энергии.

      Коэффициент физической активности. Согласно рекомендациям ВОЗ, объективным физическим критерием, определяющим адекватное количество расходования энергии для конкретных профессиональных групп людей, является коэффициент физической активности (отношение общих энерготрат на все виды жизнедеятельности к величине основного обмена, т.е. расходу энергии в состоянии покоя). Величины коэффициента физической активности одинаковы для мужчин и женщин, но в связи с меньшей величиной массы тела у женщин и соответственно основ­ного обмена энерготраты мужчин и женщин в группах с одним и тем же ко­эффициентом физической активности различны.

      Величины энергозатрат в зависимости

      от особенностей профессии

      Группа I — работники преимущественно умственного труда: научные работники, студенты гуманитарных специальностей, операторы ЭВМ, контролеры, педагоги, диспетчеры, работники пульта управления и др. Очень легкая физическая активность; коэффициент физической активности 1,4; расход энергии  9799-10265 кДж; 1800—2450 ккал/сут.

      Группа II — работники, занятые легким физическим трудом: водители трамваев, троллейбусов, работники конвейеров, весовщицы, упаковщицы, работники сферы обслуживания, агрономы, медицинские сестры, сани­тарки, продавцы промышленных товаров и др. Легкая физическая актив­ность; коэффициент физической активности 1,6;

      расход энергии 10475-11732 кДж;  2100— 2800 ккал/сут.

      Группа III — работники средней тяжести труда: слесари, наладчики, настройщики, станочники, буровики, водители экскаваторов и бульдозе­ров, водители автобусов, врачи-хирурги, текстильщики, обувщики, желез­нодорожники, водители угольных комбайнов, продавцы продовольствен­ных товаров, водники, аппаратчики, металлурги-доменщики, работники химических заводов и др. Средняя физическая активность; коэффициент физической активности 1,9; расход энергии  12360-13827 кДж; 2500—3300 ккал/ сут.

      Группа IV — работники тяжелого физического труда: строительные рабочие, помощники буровиков, проходчики, хлопкоробы, основная масса сельскохозяйственных рабочих и механизаторов, доярки, овощеводы, деревообработчики, металлурги, литейщики и др. Высокая физическая актив­ность; коэффициент физической активности 2,2; расход энергии 14246-16130 кДж; 2850— 3850 ккал/сут.

      Группа V — работники особо тяжелого труда, только мужчины: механи­заторы, сельскохозяйственные рабочие в посевной и уборочный периоды, горнорабочие, вальщики леса, бетонщики, каменщики, землекопы, грузчи­ки немеханизированного труда, оленеводы и др. Очень высокая физическая активность; коэффициент физической активности 2,5; расход энергии  16131-17598 кДж; 3750-4200 ккал/сут.

      Для каждой группы труда определены средние величины сбалансированной потребности здорового человека в энергии и пищевых веществах, которые несколько различаются для мужчин и женщин.

       

      Питание

       Древний человек – сыроеды, сухоеды

       

      Сбалансированный рацион

      4-и основных принципа составления пищевых рационов.

      1. 1.             Калорийность суточного рациона должна соответствовать его энергетическим затратам.
      2. 2.             Содержание в рационе белков, жиров и улеводов должно быть равным,  хотя бы минимальным потребностям.
      3. 3.             Содержание в рационе витаминов, солей и микроэлементов должно быть равным минимальной потребности.
      4. И быть ниже токсического уровня.

      В организме некоторые вещества могут заменять друг друга в соответствии с их калорическим коэффициентом.

      Н-р 1 г жира дает организму 39,1 кДж, его можно заменить 2,3 г углерода или белка, а 1 г белка или 1 г углеводов дают организму 17,2 кДж эквивалентно 0,44 г жира. Правило изодинамии учитывает только энергетическое значение питательных веществ, но не следует забывать и о пластической роли питательных веществ.

      При составлении пищевого рациона необходимо ориентироваться на белковый  оптимум, а не минимум. Поэтому, что при минимальном количествах белка понижается сопротивляемость инфекциям. Ежесуточный прием 80-100 г белка полностью удовлетворяет потребностям организма при легкой работе. При средней тяжести – 100-120 г, при тяжелой 130-150 г/сутки.

      Не менее 30 % этого количества (30-40 г) белка должны быть животного происхождения. Пищевой рацион должен включать не менее 70-80 г жира, так как в их состав входят жирорастворимые витамины (А, Д, Е, F, К). При энергозатратах организма 12,560 кДж в сутки рекомендуется принимать с пищей 100 г жира. Из этого количества 30-60 % должны приходиться на жиры животного происхождения. Пища должна содержать углеводы, т.к. энергообмен мозга обеспечивается глюкозой. Минимальное употребление углеводов 100-150, максимальное – 500.

      Лечебное голодание

      Великий Пифагор (VI век до н.э.) голодал по 40 дней и заставлял своих учеников (Держи голову в холоде, брюхо в голоде, а ноги в тепле).

      Греческие философы Сократ и Платон – десятидневные курсы голодания – это помогало достичь высшей степени умственного проникновения.

      Гипократ, Авицена – знаменитые  врачи древности – прописывали голодание.

      Синклер – американский писатель 1911 «Лечение голода».

      Лечебное голодание метод разгрузочно-диетической терапии, кратковрем. (2-4 дня), долговрем. (до 40-5- сут.).

      С лечебной и профилактической  целью(24 часов) однодневное. (еженедельно при остром гастрите, энтерок., заболевания ЖКТ, инфаркте миокарда, избыточном весе).

      Голодом съедаются белки высокодефицитны в том числе и белки лимфы – а следовательно снижаются защитные силы организма на ограниченный срок.