лекция Обмен веществ и энергии Кем ГМА 1

лекция Обмен веществ и энергии Кем. ГМА 1

Растения и листья деревьев – как физически, так и биохимически – оптимальны для того, чтобы производить необходимые для жизни кислород и глюкозу. Широкая поверхность листа нужна для наиболее полного поглощения солнечной энергии, в то время как тонкое поперечное сечение важно для быстрой транспортировки кислорода и углекислоты. Фотосинтезом называют процесс биосинтеза сахаров из углекислого газа, при котором необходимая энергия поглощается из солнечного света

Обмен веществ и энергии - это совокупность процессов превращения веществ и энергии в живом организме (метаболизм) и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой

ЭТАПЫ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ 1)поступление веществ из внешней среды в организм и транспорт веществ к тканям; 2) межуточный обмен (анаболизм-катаболизм); 3) расход веществ и энергии; 4) выделение метаболитов и энергии во внешнюю среду. О 2 СО 2 1 Дыхательная система Пища, вода, минеральные соли ВНЕШНЯЯ СРЕДА 4 Клетка Пищеварительная система питательные вещества 2 Кровеносная и лимфатическая система кислород питательные вещества продукты распада 3 Почки, кожа Непереваренные остатки Вода, мочевина, соли 4 ВНЕШНЯЯ СРЕДА

Ра сх о д Общее представление об обмене веществ и энергии

1 ЭТАП АССИМИЛЯЦИИ Углеводы Белки Жиры ПОЛИМЕРЫ РАСЩЕПЛЕНИЕ МОНОМЕРЫ МОНОСАХАРИДЫ АМИНОКИСЛОТЫ ЖИРНЫЕ К-ТЫ, МОНОГЛИЦЕРИДЫ

АССИМИЛЯЦИЯ 1 эт. Пищеварение 2 эт. Транспорт П РАСЩЕПЛЕНИЕ: 3 эт. Анаболизм ГИДРОЛИЗ БЕЛКОВ, ЖИРОВ, УГЛЕВОДОВ М ВСАСЫВАНИЕ М М П ЖКТ КРОВЬ МЕЖКЛЕТОЧНАЯ ЖИДКОСТЬ КРОВЬ

ДИССИМИЛЯЦИЯ П М М М Анаболизм П ЭНЕРГИЯ Н 2 О, СО 2 расход выделение Диссимиляция Катаболизм процесс “сгорания” М М ЭНЕРГИЯ Н 2 О, СО 2, NH 3 ЖКТ КРОВЬ МЕЖКЛЕТОЧНАЯ ЖИДКОСТЬ КРОВЬ

ОБРАЗОВАНИЕ АТФ АЭРОБНЫЙ КАТАБОЛИЗМ Окисление: А субстрат окисления 30% 70% АН 2 + О ® А + Н 2 О + хим. энергия + первичное тепло Фосфорилирование: 1// АДФ + хим. энергия + КФ ® АТФ АНАЭРОБНЫЙ КАТАБОЛИЗМ КФ ® креатин + фосфат + АТФ Гликоген ® недоокисленные продукты + АТФ 10// 5/

ЭФФЕКТИВНОСТЬ АЭРОБНОГО КАТАБОЛИЗМА УГЛЕВОДОВ

Энергия не может возникнуть ниоткуда или исчезнуть в никуда, она может только превращаться из одного вида в другой. АТФ ® АДФ + КФ + РАБОТА + вторичное тепло Механическая работа Химическая работа Осмотическая работа Электрическая работа тепло Деятельность организма Основной обмен

Пути превращения энергии в живом организме при высокой степени физической активности Внешняя работа Синтез АТФ 50% ТЕПЛО 25% ТЕПЛО 50% 25%

“Хорошо поел – словно шубу надел” Энергия химических связей питательных веществ, подвергшихся окислению Количество тепла, образовавшегося в организме Единицей измерения энергообмена является единица тепла Калория – это количество теплоты, которое необходимо затратить для нагревания 1 мл воды на 1 градус Цельсия 1 кал (4, 19 Дж) 1 ккал (4, 19 к. Дж)

Анаболизм – это совокупность внутриклеточных процессов, обеспечивающих синтез структур и секретов клеток организма. Обеспечивает обновление клеточных структур, восстановление энергетического потенциала, рост развивающегося организма Катаболизм – это совокупность процессов расщепления мономеров и других соединений, попадающих в клетку из крови до конечных продуктов метаболизма с высвобождением энергии

РОСТ ДИНАМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ ПОТЕРИ ТКАНИ А>К А=К А<К • ДЕТСКИЙ И ЮНОШЕСКИЙ ВОЗРАСТ • ВЗРОСЛЫЙ • ПОЖИЛОЙ И СТАРЧЕСКИЙ ВОЗРАСТ • ПОСЛЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ • ЗДОРОВЫЙ • ЗАБОЛЕВАНИЕ • ПОСЛЕ ГОЛОДАНИЯ • ГОЛОДАНИЕ • ПОСЛЕ СТРЕССА • СТРЕСС • БЕРЕМЕННОСТЬ • ВЕЧЕР • УТРО • ЗИМА • ЛЕТО

Биоритмологические особенности обмена веществ и энергией вечер утро зима лето день менструального цикла

Методы определения прихода энергии 1. Физическая калориметрия – сжигание навески пищевых веществ П. Бертло (Франция) в 1881 г. изобрел калориметр для определения энергетической ценности пищевых продуктов «бомба Бертло» Калориметр Бертло 1 — проба пищи; 2 — камера, заполненная кислородом; 3 — запал; 4 — вода; 5 — мешалка; 6 — термометр

Методы определения прихода энергии 2. Определение калорийности принимаемых пищевых веществ Калорический коэффициент пищевых веществ Физическая калорийность 1 г, в ккал Физиологическая калорийность 1 г, в ккал УГЛЕВОДЫ 4, 1 ЖИРЫ 9, 3 БЕЛКИ 5, 9 4, 1 Органические кислоты (уксусная, яблочная, молочная, лимонная) – 3 ккал в 1 г Этиловый спирт – 7 ккал в 1 грамм

Q 4, 1 х У 9, 3 х Ж поправка на усвоение 90% 4, 1 х Б

Методы определения расхода энергии

Прямая калориметрия В 1892 г. В. В. Пашутин и А. А. Лихачев (Россия) создали калориметр для человека. Количество тепла, выделяемого организмом человека, оценивалось по степени нагревания воды. Камера герметизирована и теплоизолирована. Кислород подаётся постоянно, поглотители углекислого газа и паров воды не показаны.

НЕПРЯМАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ Метод полного газового анализа Наиболее распространен метод Дугласа — Холдена, при котором в течение 10— 15 мин собирают выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа), укрепляемый на спине обследуемого. Обследуемый свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок Дугласа. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в котором газоанализатором определяют количество О 2 и СО 2.

НЕПРЯМАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ Метод полного газового анализа Респираторная камера М. Н. Шатерникова

НЕПРЯМАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ Метод неполного газового анализа Количество поглощенного О 2, литры СПИРОГРАФИЯ 0, 4 0, 2 0 Пересечение пунктирных линий показывает количество поглощенного О 2, за 1 мин Принцип работы спирографа

НЕПРЯМАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ Метод неполного газового анализа Газоанализатор “Спиролит– 2” комплексный прибор для регистрации потребления кислорода

Методы определения расхода энергии НЕПРЯМАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ ДЫХАТЕЛЬНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ - отношение объема выделенного углекислого газа к объему потребленного кислорода СО 2 выд. ДК = ---------О 2 погл.

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ • для углеводов ДК = 1 С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 = 6 СО 2 + 6 Н 2 О + Q ДК углеводов = 6 СО 2 / 6 О 2 = 1 • для жиров ДК = 0, 7 С 6 Н 12 О 2 + 8 О 2 = 6 СО 2 + 6 Н 2 О + Q ДК жиров = 6 СО 2 / 8 О 2 = 0, 7 • для белков ДК = 0, 8 • • при смешанной пище ДК = от 0, 7 до 1, 0, в среднем ДК = 0, 85

Изменение дыхательного коэффициента во время и после физической нагрузки На графике представлены данные четырех (1 - 4) наблюдений

Калорический эквивалент кислорода количество тепла, которое выделяется при потреблении организмом 1 л кислорода Дыхательный коэффициент 0, 75 0, 85 0, 95 1, 0 Калорический эквивалент кислорода (к. Дж) 19, 6 19, 8 20, 1 20, 3 20, 6 20, 8 21, 1

Этапы определения энергорасхода методом непрямой калориметрии 1. Определение ДК в зависимости от характера питания. 2. Определение КЭК по величине ДК. 3. Определение объема потребленного О 2. Qрасход = КЭК х VО 2

БАЛАНС ПРИХОДА И РАСХОДА ВЕЩЕСТВ Азотистый баланс - разность между количеством азота, поступившего с пищей, и количеством азота, выделяемого из организма в виде конечных метаболитов. В белке содержится около 16% азота – каждые 1 г азота соответствуют 6, 25 г белка приход N 2 пищи – N 2 кала АБ = = расход N 2 мочи + N 2 пота ВИДЫ АЗОТИСТОГО БАЛАНСА Равновесный Положительный Отрицательный

Белковый минимум – минимальное количество белка в пищевом рационе 25 – 35 г белка в сутки Белковый оптимум – оптимальное количество белка в пищевом рационе 100 – 120 г белка в сутки

Вы считаете, что Ваш организм тратит энергию во время отдыха, в состоянии покоя?

Компоненты общего энергорасхода 1700 ккал/сут Основной обмен Адаптивный обмен - минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения гомеостаза в условиях покоя - энергетические траты организма в условиях терморегуляторной, эмоциональной, пищевой и рабочей нагрузок

Энергия основного обмена необходима для: 1) обеспечения базального уровня обмена веществ в каждой клетке; 2) поддержания деятельности жизненно-важных органов в состоянии покоя (ЦНС, сердце, почки, дыхательная мускулатура); 3) поддержания постоянной температуры тела; 4) поддержания постоянной секреции эндокринных желёз; 5) поддержание тонуса скелетных мышц.

Энерготраты в условиях основного обмена внутренние органы > мышцы > жировая ткань Печень потребляет 27% энергии; Мозг — 19%; Почки — 10%; Сердце — 7%; Мышцы — 18%; Остальные органы и ткани — 19%

УСЛОВИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНОГО ОБМЕНА ð УТРОМ ð НАТОЩАК ð ПОЛОЖЕНИЕ ЛЕЖА ð СОСТОЯНИЕ БОДРСТВОВАНИЯ ð СОСТОЯНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО И ЭМОЦИОНАЛЬНОГО ПОКОЯ ð ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ КОМФОРТА РЕКОМЕНДАЦИИ ð не пить ð не курить ð не употреблять наркотические средства ð не употреблять лекарственные вещества ð ограничить накануне белковую пищу

Величина основного обмена зависит от: - пола; - возраста; - массы тела; - роста 1 ккал/кг/час 25 Объект исследования Масса тела, кг Теплопродукция за 24 ч, ккал на 1 кг массы тела Мышь 0, 02 654, 0 Человек 64, 3 32, 1 Бык 391, 0 19, 1

Понятие о должном основном обмене - это минимальное количество энергии, которое необходимо для поддержания жизнедеятельности у человека определенного пола, возраста, с конкретными росто-весовыми показателями Уравнения для расчета должной величины основного обмена

Понятие о должном основном обмене Нормой считается, когда фактическая величина ОО не отличается от должной величины ОО на ± 15% НОРМА 1445 1700 1955 ккал/сут ДОО

Компоненты адаптивного обмена ЭНЕРГОРАСХОД Основной обмен Адаптивный обмен Рабочая прибавка Терморегуляторная прибавка Эмоциональная прибавка Специфическое динамическое действие пищи

РАБОЧАЯ ПРИБАВКА -определяется энергозатратами на мышечную деятельность; -величина зависит от вида труда ГРУППЫ РАБОТНИКОВ ПО ЭНЕРГОТРАТАМ ГРУППА ОСОБЕННОСТИ ПРОФЕССИИ СУТОЧНЫЙ РАСХОД ЭНЕРГИИ, ккал Первая Умственный труд 2200 -2500 Вторая Механизированный труд 2700 -3000 Третья Механизированный труд со значительными физическими усилиями 3000 -3400 Четвертая Немеханизированный труд 3400 -3900 Пятая Очень тяжелый физический труд 3900 -4800

“Тощий живот ни в пляску, ни в работу” Расход энергии при различных видах деятельности Ручное шитьё Вязание Пение Одевание и раздевание 110 120 120

Специфическое динамическое действие пищи - увеличение уровня энерготрат спустя 1 - 3 часа после приема пищи Ø для белков – на 30%; Ø для жиров – на 13% Ø для углеводов – на 6% Ø смешанное питание – на 10%

ТЕОРИИ, ОБЪЯСНЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМ СПЕЦИФИЧЕСКОГО ДИНАМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ПИЩИ Увеличение энерготрат, после приема пищи связанно: 1) с возрастанием функции ЖКТ, увеличиваются процессы моторики и секреции; 2) с прямым воздействием продуктов гидролиза Б, Ж, У (мономеров) на клетки; 3) с затратой энергии на превращение аминокислот в белки, а глюкозы в гликоген (А. Е. Браунштейн, 1952); 4) 60% величины СДДП приходится на условно-рефлекторный компонент (доказывается опытом мнимого кормления); 5) после приема пищи в организме вырабатываются вещества гормональной природы, которые опосредованно через ГТ увеличивают расход энергии (А. М. Уголев, 1958).

Терморегуляторная прибавка - охлаждение организма (температура, влажность, скорость движения воздуха), - сезон года, - климат Эмоциональная прибавка до 90% ОО ≈200% ОО ≈300% ОО

24 000 ккал 1 600 ккал в виде гликогена в форме мобилизуемого белка 135 000 ккал окисление триглицеридов 160 – 170 ТЫСЯЧ КИЛОКАЛОРИЙ СУММАРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ ОРГАНИЗМА 48

УРОВНИ РЕГУЛЯЦИИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ Ü КЛЕТОЧНЫЙ Ü ТКАНЕВОЙ Ü ОРГАННЫЙ Ü ОРГАНИЗМЕННЫЙ

КЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ РЕГУЛЯЦИИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ СИНТЕЗ БЕЛКОВ МИТОХОНДРИЙ АТФ ® АДФ + КФ

НЕРВНЫЙ МЕХАНИЗМ РЕГУЛЯЦИИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ Афферентное звено Все виды рецепто ров: термо проприо осмо - и т. д. Центральное звено Все отделы ЦНС: - КБП, Эфферентное звено ↑катаболизма Симпатический отдел ВНС -гипоталамус эрготропные реакции главный НЦ, -средний мозг, продолговаты й мозг, -спиной мозг ↑анаболизма Парасимпатический отдел ВНС трофотропные реакции

НЕЙРОГОРМОНАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ РЕГУЛЯЦИИ БЕЛКОВОГО ОБМЕНА ГИПОТАЛАМУС ГФ Пг Анаболизм Гк Катаболизм ТГ - ТРОПНЫЕ ГОРМОНЫ ГИПОФИЗА, СТГ - СОМАТОТРОПНЫЙ ГОРМОН, Ин - ИНСУЛИН, Пг – ПОЛОВЫЕ ГОРМОНЫ, Тк – ТИРОКСИН, Адр – АДРЕНАЛИН, Гк - ГЛЮКОКОРТИКОИДЫ

НЕЙРОГОРМОНАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ РЕГУЛЯЦИИ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА ГИПОТАЛАМУС “контринсулярные” гормоны стг Анаболизм симпатические влияния парасимпатические влияния ГФ Катаболизм Гликогенез Гликогенолиз Глюкоза Гликогенез Гликоген ТГ - ТРОПНЫЕ ГОРМОНЫ ГИПОФИЗА, Ин – ИНСУЛИН, Гкг – ГЛЮКАГОН, Адр – АДРЕНАЛИН, Гк – ГЛЮКОКОРТИКОИДЫ, СТГ - СОМАТОТРОПНЫЙ ГОРМОН, Тк – ТИРОКСИН

НЕЙРОГОРМОНАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ РЕГУЛЯЦИИ ЛИПИДНОГО ОБМЕНА ГИПОТАЛАМУС ГФ стг Гк Анаболизм Катаболизм Лс Кс ТГ - ТРОПНЫЕ ГОРМОНЫ ГИПОФИЗА, Ин - ИНСУЛИН, СТГ - СОМАТОТРОПНЫЙ ГОРМОН, Тк – ТИРОКСИН, Адр – АДРЕНАЛИН, Гк – ГЛЮКОКОРТИКОИДЫ, Кс – кровеносный сосуд, Лс – лимфатический сосуд

Для чего будущему врачу необходимо знать энергетические траты организма?

Почему? Объясните почему скорость теплообразования и параметры газообмена при дыхании можно использовать для точного определения интенсивности энергетического обмена? На чашу весов помещают мышь под металлическую сетку и уравновешивают весы. Животное активно перемещается по чашке, карабкается по сетке. Почему примерно через 30 минут после начала опыта чашка с мышью поднялась вверх?

ГОРМОНАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ РЕГУЛЯЦИИ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА печень, мышцы АНАБОЛИЗМ КАТАБОЛИЗМ инсулин+ тироксин- г ли г ко е ен з гликоген ког глюкоза ен глюкагон, + адреналин ол из глюкоза е ог + з не гл ик не ко ол из ю гл глюкокортикоиды, + СТГ, тироксин жирные кислоты, жиры белки аминокислоты АТФ тироксин