Основной обмен (определяющие факторы, расчёт). Факторы, влияющие на основной обмен

Лекция 14 Тема: Энергетический баланс организма Терморегуляция. Общие понятия об обмене энергии. Основной обмен и факторы, влияющие на его величину. Температура тело человека. Процессы теплопродукции и теплопередачи. Физическая и химическая терморегуляция.

Живой организм характеризуется постоянным обменов веществ, а именно поступлением, усвоением, изменением и выделением. При этом происходит превращение потенциальной энергии питательных веществ в кинетическую энергию (механическую, тепловую, электрическую).

Белки в организме выполняют пластическую и энергетическую роль (4,1 ккал). Белки не депонируются (азотистое равновесие), ха 3 суток выводится 30% принятого белка. Учитываются принятые и разрушенные количество белков путем определения азотистого баланса. В белке 16% азота. Белки имеют видовую специфичность...

Липиды в организме выполняют энергетическую (9,3 ккал) и пластическую роль. В организме липиды (10-20%) находятся в клетках, а также в жировой ткани. Жиры поступают в лимфу, имеют видовую специфичность, могут образовываться из углеводов. Различают заменимые и незаменимые жиры, которые должны поступать извне.

В организме главную энергетическую функцию выполняют углеводы (4,1 ккал). В крови количество глюкозы постоянна мл гр. % и она поддерживается на постоянном уровне функциональной системой поддержания постоянства глюкозы. Наблюдается гипогликемия, гипергликемия (с глюкозурией).

Энергия для организма поступает с пищей, она аккумулирована в сложных химических связях белков, жиров, углеводов. Освобождение этой энергии происходит поэтапно гидролизом, окислением. При гидролизе выделяется 0,5% энергии, при анаэробном окислении выделяется 5% энергии, а основная масса энергии 94% выделяется аэробным окислением в цикле Кребса.

В процессе аэробного окисления энергия высвобождается постепенно и большая часть этой энергии (55%) аккумулируется в энергии макроэрга (АТФ), которая в конечном итоге переходит в тепловую энергию. Таким образом, вся свободная энергия, которая высвобождается при окислении питательных веществ превращается в тепловую энергию.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН -1 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС: Образование Э. = Э. работы + Э.теплопотерь + Э.запас. УРОВНИ ИНТЕНСИВНОСТИ ЭНЕРГООБМЕНА КЛЕТКИ: 1) Уровень поддержания целостности клетки - 15% 2) Уровень функциональной готовности клетки - 50% 3) Уровень функциональной активности клетки - 100%

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН -2 1-й закон термодинамики Гельмгольца, Томсона и Клазиуса: «Если теплота превращается в рабо-ту, то количество работы, произведенной систе-мой, эквивалентно количеству поглощенного тепла » Закон Гесса: «Тепловой эффект процесса, раз-вивающегося через ряд последовательных ста- дий, зависит от теплосодержания начальных и конечных продуктов химической реакции, но не зависит от путей их химических превращений»

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН - 3 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6H 2 O + 6CO ккал Аэробный распад: использует 65% энергии Гликолиз: использует 5% энергии Аэробные организмы или процессы расхо-дуют в 13 раз меньше глюкозы, чем анаэроб-ные, т.е. Жизнь в 13 раз дешевле

ЗАПАСАЕМАЯ ЭНЕРГИЯ 1 молекула глюкозы дает 38 молекул АТФ: -- при гликолизе до ПВК - 8 молекул АТФ -- при окислении - 30 молекул АТФ 1 моль пальмитиновой кислоты дает 140 молекул АТФ В сутки в организме взрослого человека образуется и распадается около 70 кг АТФ

Определение количества тепловой энергии, выделенной из организма отражает количества энерготрат организма. Интенсивность обмена веществ отражается в потреблении О 2 и выделении СО 2, т.к. в результате окисления углеводов, белков и жиров образуется СО 2 и Н 2 О. Таким образом, количества О 2 потребленное организмом и выделенное количество СО 2 отражают количество выделенного тепла и энергии.

Определив объем потребленного О 2 и выделенного СО 2 за 5 минут, можно определить на основе вычисления ДК (СО 2 /О 2), что окисляются (углеводы, белки, жиры), и тем самым определить калорический эквивалент О 2 и на его основе рассчитать количество освобожденной энергии. Эти методы называются прямыми и косвенными методами биокалориметрии.

Основной обмен - минимальный (базисный) уровень энерготрат, необходимый для поддержания жизнедеятелньости организма в условиях физического и эмоционального покоя Условия основного обмена: утро, положение лежа, состояние бодрствования, мышцы расслаблены, натощак. температура среды около Условные нормы основного обмена: у мужчин среднего возраста - 1 ккал/кг/час у женщин среднего возраста - 0,9 ккал/кг/час у детей 7 лет - 1,8 ккал/кг/час; 12 лет - 1,3 ккал/кг/ч у стариков - 0,7 ккал/кг/час

Энергетическая ценность или калорический коэф-фициент вещества - количество тепла, образуемого при сгорании 1 г вещества в атмосфере чистого кислорода: ЖИРЫ - 9,3 ккал; БЕЛКИ и УГЛЕВОДЫ - 4,1 ккал Калорический эквивалент кислорода - количество тепла, освобождающегося в организме от сгорания 1 г вещества при потреблении 1 литра кислорода: ЖИРЫ - 4,69; БЕЛКИ - 4,46; УГЛЕВОДЫ - 5,05 ккал/л

В реальной жизни энерготраты складываются из различных составляющих. Энерготраты при всех видах деятельности превышают основной обмен в определенное число раз и в итоге составляют 2500 ккал/сутки (рабочая прибавка – РП) Общий обмен = ОО + РП + СДДП (СДДП – специфическо-динамическое действие пищи) При приеме пищи ОО повышается (белки- 30%, углеводы-10%, жиры-15%). Рабочий расход энергии примерно можно определить по частоте пульса (ЧП) 0,2хЧП – 11,3/2.

Тепловая энергия продуцируемая в результате обмена веществ идет на нагревание тела. Удельная теплоемкость человека (количество тепла для нагревания тела на 1 о С) равна в среднем 0,83 ккал/кг. В среднем для нагрева на 1 о тела необходимо 58,1 ккал (0,83х70). В условиях покоя тело выделяет 72 ккал тепла. Это тепло выделяется теплоотдачей. Т.о. в теле существует равновесие теплопродукции и теплоотдачи.

Существуют пойкилотермные и гомойотермные животные. Млекопитающие и человек относятся к гомойотермным, у которых изотермия постоянная температура тела и она относительна (2-2,5 о С). В целом средняя t о тела 37 о С, которая определяется процессами теплопродукции и теплоотдачи. В условиях комфорта (27-32 о С) существует баланс между теплопродукцией и теплоотдачей. В условиях холода увеличивается теплопродукция, а при жаре увеличивается теплоотдача, но t о тела сохраняется на постоянном уровне.

Постоянство t о тела осуществляется специализированными механизмами терморегуляции в режиме слежения или рассогласования. Центр терморегуляции получает информацию от терморецепторов и вырабатывает команды, благодаря которым деятельность органов теплопродукции и теплоотдачи изменяются, в результате которого t о тела сохраняется на постоянном уровне.

ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ Верхняя граница диапазона - граница гипертермии- тепловая смерть С Нижняя граница диапазона - граница гипотермии - холодовая смерть: естественная С искусственная С Термонейтральная зона - без ощутимого потоотделения и регуляторной теплопродукции С

ТЕРМОГЕНЕЗ (ТЕПЛОПРОДУКЦИЯ) 1) БАЗИСНЫЙ 2) РЕГУЛЯТОРНЫЙ: СОКРАТИТЕЛЬНЫЙ -МЫШЕЧНАЯ ДРОЖЬ -МЫШЕЧНЫЙ ТОНУС -ПРОИЗВОЛЬНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ НЕСОКРАТИТЕЛЬНЫЙ -АКТИВАЦИЯ ОКИСЛЕНИЯ -РАЗОБЩЕНИЕ ОКИСЛЕНИЯ И ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ ТЕПЛООТДАЧА -ВЛАЖНАЯ (ИСПАРЕНИЕ) --ОЩУТИМАЯ --НЕОЩУТИМАЯ -СУХАЯ --ТЕПЛОИЗЛУЧЕНИЕ --ТЕПЛОПРОВЕДЕНИЕ --КОНВЕКЦИЯ: а)естественная, б)форсированнная

Терморецепторы расположены во всех органах. Холодовые на глубине 0,17 мм, всего, а тепловые на глубине 0,3 мм, всего их Информация от терморецепторов через спинной мозг поступает к ядрам таламуса, гипоталамуса, лимбическую систему и в кору. Основную роль в терморегуляции играют ядра гипоталамуса – центр теплоотдачи и теплопродукции (тепловой укол К. Бернара). ГРУППЫ РАБОТНИКОВ ПО ЭНЕРГОТРАТАМ 1. Работники, преимущественно умственного труда: инженерный состав, врачи(кроме хирургов), работники науки и искусства, литературы, руководители и т.п ккал/сут 2. Работники легкого физического труда: инженерно- технический состав, работники связи, радиоэлектронной промышлен- ности, медсестры, санитарки и т.п ккал/сут 3. Работники труда средней тяжести: токари, слесари, железнодорожники, врачи-хирурги, водители автотранспорта, продавцы продуктов, водники ккал/сут 4. Работники тяжелого физического труда: строительные рабочие, металлурги и литейщики, механизаторы, плотники, нефтяники и газовики, сельхозрабочие ккал/сут 5. Работники особого тяжелого труда: шахтеры, сталевары, вальщики леса, землекопы, грузчики ккал/сут

Основной обмен.

Основные понятия и определения физиологии обмена веществ и энергии.

Энергетическая ценность пищевых веществ.

Энергетическая ценность пищевых веществ оценивается при помощи специальных устройств – оксикалориметрах. Установлено, что при полном окислении 1 г. углеводов выделяется 4,1 ккал (1 ккал=4187 Дж.), 1 г. жиров - 9.45 ккал., 1 г. белков – 5,65 ккал. Следует добавить, что часть пищевых веществ, поступающих в организм, не усваивается. Например, в среднем не усваивается около 2% углеводов, 5% жиров и до 8% белков. К тому же, не все пищевые вещества в организме расщепляются до конечных продуктов – углекислого газа (диоксида углерода) и воды. Например, часть продуктов неполного расщепления белков в виде мочевины выделяется с мочой.

С учетом вышеизложенного можно отметить, что реальная энерге-тическая ценность пищевых веществ несколько ниже, чем установлен-ная в экспериментальных условиях. Реальная энергетическая ценность 1 г. углеводов составляет 4,0 ккал, 1 г. жиров – 9,0 ккал, 1 г. белков – 4,0 ккал.

Интегральной (общей) характеристикой энергетического обмена организма человека являются суммарные энергетические траты или валовый энергетические траты.

Валовые энергетические траты организма - совокупность энергетических трат организма в течение суток в условиях его обычного (естественного) существования. Валовые энергетические траты включают три компонента: основной обмен, специфическое динамическое действие пищи и рабочую прибавку. Валовые энергетические траты оценивают в кдж/кг/сутки или ккал/кг/сутки(1 кдж=0,239 ккал).

Начало учению об основном обмене положили работы ученых Тартусского университета Биддера и Шмидта (Bidder and Schmidt, 1852).

Основной обмен – минимальный уровень энергетических трат, необходимый для поддержания жизнедеятельности организма.

Представление об основном обмене, как минимальном уровне энергетических трат организма предъявляет и ряд требований к условиям, в которых должен оцениваться данный показатель.

Условия, в которых должен оцениваться основной обмен:

1) состояние полного физического и психического покоя (желательно в положении лежа);

2) температура комфорта окружающей среды (18-20 градусов по Цельсию);

3) спустя 10 – 12 часов после последнего приема пищи, чтобы избежать увеличения энергетического обмена, связанного с приемом пищи.

Основной обмен зависит от возраста, роста, массы тела и половой принадлежности.

Влияние возраста на основной обмен.

Самый высокий основной обмен в пересчете на 1 кг. Массы тела у новорожденных (50-54 ккал/кг/сутки), самый низкий у пожилых людей (после 70 лет основной обмен составляет в среднем 30 ккал/кг/сутки). На постоянный уровень основной обмен выходит к моменту полового созревания к 12 – 14 годам и остается стабильным до 30-35 лет (около 40 ккал/кг/сутки).

Влияние роста и массы тела на основной обмен.

Между массой тела и основным обменом существует практически линейная, прямая зависимость – чем больше масса тела, тем больше уровень основного обмена. Однако, эта зависимость не абсолютна. При повышении массы тела за счет мышечной ткани указанная зависимость практически линейна, однако, если увеличение массы тела связано с увеличением количества жировой ткани эта зависимость приобретает нелинейный характер.

Поскольку масса тела при прочих равных условиях зависит от роста (чем больше рост – тем больше масса тела), между ростом и основным обменом существует прямая зависимость – чем больше рост, тем больше основной обмен.

Учитывая тот факт, что рост и масса тела влияют на общую площадь тела, М. Рубнер (M.Rubner) сформулировал закон, в соответствии с которым основной обмен зависит от площади тела: чем больше площадь тела, тем больше основной обмен. Однако, указанный закон практически перестает работать в условиях, когда температура окружающей среды равна температуре тела. Кроме того, неодинаковая волосистость кожи существенно изменяет теплообмен между организмом и окружающей средой и поэтому закон Рубнера в этих условиях также имеет ограничения.

Влияние половой принадлежности на уровень основного обмена.

У мужчин уровень основного обмена на 5-6% выше, чем у женщин. Это объясняется различным соотношением жировой и мышечной ткани на 1 кг массы тела, а также различным уровнем метаболизма в связи с различиями химической структуры половых гормонов и их физиологическими эффектами.

Более подробно данные процессы вы рассмотрите на лекциях и занятиях, которые будут проводить с вами преподаватели кафедры биохимии.

Энергетическая ценность пищевых веществ.

2. Основные понятия и определения физиологии обмена веществ и энергии.

Валовые энергетические траты организма - совокупность энергетических трат организма в течение суток в условиях его обычного (естественного) существования. Валовые энергетические траты включают три компонента: основной обмен, специфическое динамическое действие пищи и рабочую прибавку. Валовые энергетические траты оценивают в кдж/кг/сутки или ккал/кг/сутки(1 кдж=0,239 ккал).

Основной обмен.

Условия, в которых должен оцениваться основной обмен:

1) состояние полного физического и психического покоя (желательно в положении лежа);

2) температура комфорта окружающей среды (18-20 градусов по Цельсию);

Факторы, влияющие на основной обмен.

Основной обмен зависит от возраста, роста, массы тела и половой принадлежности.

Влияние возраста на основной обмен.

Влияние роста и массы тела на основной обмен.

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, работы центров мозга.

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 энергозатрат. Основной обмен зависит от возраста, роста, массы тела, пола человека.

Мышечная работа сопряжена со значительными затратами энергии и увеличением теплопродукции. При мышечных нагрузках средней интенсивности КПД работы мышцы составляет »24 %. Из всего количества энергии, расходуемой работающими мышцами, 43 % затрачивается на активизацию сокращения, и вся эта энергия переходит в тепло. Только 57 % из общего количество энергии идет на рабочее сокращение.

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, а при длительных – жиров (спортсмены).

11. Специфически-динамическое действие питательных веществ.

После приема пищи интенсивность обмена веществ и энерготраты организма увеличиваются по сравнению с их уровнем в условиях основного обмена. Увеличение обмена веществ и энергии начинается через час, достигает максимума через 3 ч после приема пищи и сохраняется в течение нескольких часов. Влияние приема пищи, усиливающее обмен веществ и энергетические затраты, получило название специфического динамического действия пищи.

При белковой пище оно наиболее велико: обмен увеличивается в среднем на 30 %. При питании жирами и углеводами обмен увеличивается у человека на 14-15 %.

12. Роль рецепторов полости рта в проявлении специфически-динамического действия пищи.

Вкусовая рецепция у позвоночных связана с функционированием вкусовых почек, или луковиц – специальных эпителиальных образований, расположенных в толще многослойного эпителия языка. Клетки вкусовых луковиц проходят через всю толщу эпителия, перпендикулярно к нему, достигая базальными концами базальной мембраны, а в апикальной части образуя вкусовой канал, соединенный с ротовой полостью через вкусовую пору. Вкусовая луковица включает 30-80 уплощенных, вытянутых веретенообразных клеток, тесно прилегающих друг к другу наподобие долек апельсина.

Эпителиальные структуры вкусовой луковицы тесно связаны с нервными элементами. После перерезки волокон, иннервирующих вкусовую луковицу, наблюдается полная ее дегенерация и исчезновение. Регенерация нерва ведет к восстановлению вкусовой луковицы.

У человека вкусовые луковицы расположены преимущественно на дорсальной поверхности грибовидных, в желобках листовидных, канавках желобоватых сосочков языка, а также в значительно меньших количествах в слизистой неба, глотки, гортани, миндалин, небной занавески. Каждый грибовидный сосочек содержит 3-4 луковицы. У детей вкусовые луковицы распространены более широко, чем у взрослых, по твердому и мягкому небу, на гортани, надгортаннике, грибовидных сосочках середины спинки языка. У взрослого человека насчитывают 9-10 тысяч вкусовых луковиц. После 45 лет часть вкусовых луковиц атрофируется.

Показано, что число вкусовых луковиц связано с характером питания: у хищников их меньше, чем у растительноядных.

У большинства позвоночных и человека сигнализация о химическом составе веществ, находящихся в ротовой полости, поступает в ЦНС по волокнам лицевого, языкоглоточного, блуждающего и тройничного нервов. Все вкусовые волокна, вступающие в мозговой ствол, заканчиваются в ядре одиночного пучка, проходящего на всем протяжении продолговатого мозга в дорзо-латеральной части покрышки. Вопрос о локализации центров вкуса в коре окончательно не решен, однако принято считать наиболее тесно связанными с вкусовой чувствительностью следующие районы коры: нижний конец центральной извилины около сильвиевой борозды, прараинсулярную область и область покрышки. Изменения вкуса наблюдаются также при повреждении основания височной доли, оперкулярной зоны и др.

Ощущение вкуса возникает лишь в том случае, когда вещество, входящее в контакт со вкусовой луковицей, растворено в воде. Так, сухой сахар, положенный на осушенный фильтровальной бумагой язык, представляется безвкусным.

В естественных условиях вкусовое ощущение весьма сложно, и зависит от сочетания четырех первичных вкусовых качеств, возникающих при раздражении вкусовых рецепторов – сладкого, соленого, горького и кислого .

Наиболее чувствителен к сладкому кончик, к горькому – корень, к кислому – края, соленому – кончик и края языка. Зоны, чувствительные к каждому из этих раздражителей, перекрывают друг друга, и любое вкусовое ощущение может быть вызвано с различных областей языка. При этом, однако, приходится варьировать концентрации растворов. Так, ощущение сладкого с корня языка возникает при больших концентрациях, чем с его кончика.