Обмен энергии Общее представление об обмене веществ

Обмен энергии

Общее представление об обмене веществ и энергии

• Использование химической энергии в организме называют энергетическим обменом. • Энергия выделяется в результате катаболизма, т. е. распада химических соединений и клеточных структур организма (диссимиляция) • Источником энергии в организме являются углеводы, жиры и белки. • В течение жизни человек потребляет 75 т продуктов: • Воды – 56 т • Углеводов – 14 т • Белков – 2, 5 т • Жиров – 2, 5 т

• Калория (единица измерения энергии) – это количество энергии, которая необходима для повышения температуры 1 г воды на 1 Со. • 1 кал = 0, 001 ккал; 1 ккал = 1000 кал. • 1 кал = 4, 19 Дж; • 1 Дж = 0, 239 кал.

Коэффициент полезного действия • 100% энергии не может быть преобразовано в работу, т. к. согласно 2 -му закону термодинамики, в системе при преобразовании увеличивается энтропия. • КПД(коэффициент полезного действия) представлен той частью вырабатываемой энергии, которая затрачивается на внешнюю работу. • КПД =Внешняя работа/Вырабатываемая энергия * 100 • Например, КПД мышц = 20 %, не более 25 %.

Энергетический эквивалент пищи • Количество энергии, выделяемой при сгорании какого-либо вещества, не зависит от числа промежуточных этапов его распада, а зависит только от теплосодержания его начальных и конечных продуктов реакции (закон Гесса). • При сгорании в организме 1 г углеводов выделяется 4, 1 ккал (17, 16 к. Дж) • 1 г белков – 4, 1 ккал (17, 16 к. Дж) • 1 г жиров – 9, 3 ккал (38, 9 к. Дж) • Энергетическая ценность белков выше (1 г белков содержит 5, 4 ккал или 22, 61 к. Дж), т. к. при биохимических реакциях в организме белки окисляются не полностью.

Дыхательный коэффициент • ДК характеризует тип использования пищевых продуктов в обмене веществ. • ДК – это соотношение объема выделенного углекислого газа к объему потребленного кислорода. • ДК= выд. СО 2/поглощ. О 2 • ДК углеводов = 1, 00 • ДК жиров = 0, 70 • ДК белков = 0, 81 • С 6 Н 12 О 6+6 О 2 = 6 СО 2 + 6 Н 2 О • 2 С 3 Н 5(С 15 Н 31 СОО)3 + 145 О 2 = 102 СО 2 + 98 О 2

Значения дыхательных коэффициентов и энергетических эквивалентов кислорода при окислении различных пищевых веществ Энергетический (калорический) эквивалент кислорода означает количество энергии, которое высвобождается при потреблении организмом 1 л кислорода для полного окисления какого-нибудь субстрата.

Определение интенсивности обменных процессов в организме • Общая теплопродукция эквивалентна затраченной энергии. • Измерив теплопродукцию, можно определить интенсивность обмена. • Потери тепла можно измерять как прямым способом, так и не прямым (косвенным).

Прямое измерение интенсивности обмена Респирационный аппарат Шатерникова Биокалоримент Этуотера-Бенедикта

Непрямое измерение интенсивности обменных процессов • • Для этого измеряют поглощение кислорода в единицу времени, используя закрытые и открытые респираторные системы. Способность организма к накоплению О 2 очень мала (в отличие от СО 2), поэтому поглощенный кислород является хорошей мерой того его количества, которое было использовано тканями организма. Для расчета результаты приводят к стандартным условиям: 00 температура, 760 мм рт. ст. , сухой воздух

Параметры обменных процессов в организме • • • Общий энергетический обмен (валовый обмен) состоит из основного обмена, рабочей прибавки к основному обмену и величины специфически-динамического действия пищи. Основной обмен – это энерготраты организма в условиях физиологического покоя. Из этого количества 27 % расходуется печенью, 19 % мозгом, 10 % почками, 18 % мышцами, остальные 19 % расходуются на терморегуляцию. Основной обмен определяют при условиях: 1)утром; 2)в покое (лежа); 3) натощак, через 12 часов после еды; 4) при температуре комфорта (22 -24 о С), исключающей терморегуляцию. За стандартную величину интенсивности обмена веществ в организме принимают 4, 2 к. Дж / кг*ч (1 ккал / (кг*ч), т. е за сутки 7100 к. Дж или 1700 ккал.

Формулы расчета величины основного обмена с учетом возраста и массы тела

Обменные процессы при нагрузке Ступенчатая энергетическая шкала Вид Ккал/сутк физическ и ой деятельно сти 1 ступень относительн ый покой 1700+500 2 ступень легкая работа 1700+1000 3 ступень умеренно тяжелая 1700+1500 4 ступень тяжелая физическая 1700+2000 5 ступень максимально возможная 1700+2500

Специфическое динамическое действие пищи • - это усиление обмена веществ после приема пищи по сравнению с уровнем основного обмена. Повышение обмена начинается через 30 -60 мин после приема пищи и продолжается до нескольких часов (это затраты на переваривание, всасывание, транспорт и усвоение) • Белковая пища увеличивает обмен на 30 %, углеводная и жировая – на 15 %.

Площадь поверхности тела • Нормальное значение" ППТ обычно составляет 1, 73 м² для взрослых. • Формула Мостеллера 1987: BSA = sqr {(W · H) / 3600}, • Оценка BSA используется при стандартизации результатов измерений, основного обмена, скорости фильтрации в клубочках почек, индекса Кетле, сердечного индекса, многих биохимических показателей, доз применяемых медикаментов и др.

Зависимость между массой тела млекопитающих и интенсивностью обмена в состоянии покоя • Правило Рубнера Животн ое Масса тела, г Общее потребл. О 2, мл/ч Уд. потребл. О 2, мл/г* ч1 Землер ойка 4, 8 35, 5 7, 40 Мышь 25 41, 0 1, 65 Собака 117000 3870 0, 33 Человек 70000 14760 0, 21 3833000 268000 0, 07 Удвоение длины при сохранении пропорций слон сопровождается 4 -х кратным увеличением поверхности тела и 8 -и кратным увеличением массы.

Теплообмен и регуляция температуры тела

Терморегуляция • Совокупность физиологических реакций организма, поддерживающая постоянство температуры тела. • В основе терморегуляции лежат процессы регуляции теплопродукции и теплоотдачи. • Терморегуляцию разделяют на: химическую и физическую.

• Пойкилотермия – состояние организма при котором температура тела меняется в широких пределах в зависимости от температуры внешней среды (все беспозвоночные, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся). • Гомойотермия - способность поддерживать постоянной температуру тела независимо от температуры внешней среды. • Механизмы терморегуляции у холоднокровных несовершенны, т. к. интенсивность обменных процессов у них в 20— 30 раз медленнее, чем у теплокровных животных

Образование и потеря тепла • Теплообразование является результатом экзотермических реакций. • Наибольшее количество тепла дают мышцы, печень, почки. • Потеря тепла зависит от местоположения органа.

Циркадианный ритм. Среднесуточные изменения температуры тела у пробандов утреннего и вечернего типов

Базальная температура – один из показателей овуляции • Нормальный график базальной температуры

Химическая терморегуляция Оптимальная температура (зона комфорта) в легкой одежде – 18 -20 о. С, для обнаженного тела – 28 о. С. • Химическая терморегуляция осуществляется путем усиления или ослабления образования тепла, т. е. изменением интенсивности обмена веществ. • Особо важна Х. Т. В условиях охлаждения. Способы осуществления термогенеза: - произвольная активность мышц; - непроизвольная активность мышц - феномен дрожи; - недрожательный термогенез (ускорение обменных процессов, бурый жир). Тяжелая мышечная работа увеличивает теплообразование на 400 – 500 %.

Физическая терморегуляция • Особо важна Ф. Т. В условиях повышенной температуры. • Физическая терморегуляция осуществляется путем изменения интенсивности отдачи тепла телом. • Пути теплоотдачи: - теплоизлучение (радиация); - конвекция (движение и перемешивание нагреваемого телом воздуха); - теплопроведение (отдача тепла предметам, соприкасающимся с телом); - испарение. • На испарение 1 мл воды расходуется 0, 58 ккал. • За сутки в нормальных условиях с поверхности тела испаряется 700 – 850 мл воды.

Регуляция температуры тела • Главный центр терморегуляции – гипоталамус. • Температурные рецепторы в ЦНС находятся в спинном мозге, ретикулярной формации и в гипоталамусе. • Физическая терморегуляция (сужение сосудов, потоотделение) контролируется передней частью гипоталамуса – центр теплоотдачи. • Химическая терморегуляция – каудальной частью гипоталамуса – центр теплопродукции. • Температурные рецепторы (тепловые и холодовые) в коже представлены свободными нервными окончаниями, образующими тепловые пятна. Холодовых в 10 раз больше.

Схема терморегуляции