Обмен веществ и энергии. Биоэнергетика. 1. Понятие и стадии обмена веществ. 2. Основной и общий обмен организма. Методы определения. 3. Механизмы терморегуляции. 4. Процессы теплопродукции и теплоотдачи. 5. Обмен белков, жиров и углеводов и их регуляция. 6. Роль воды, витаминов и минеральных солей в организме.
Понятие и стадии обмена веществ. • Обмен веществ – совокупность процессов, обеспечивающих превращение питательных веществ, поступивших с пищей, в характерные для данного организма более простые или сложные вещества. • 3 стадии обмена веществ: ь всасывание питательных веществ из желудочнокишечного тракта; ь диссимиляция и ассимиляция (расщепление питательных веществ до мономеров и синтез новых характерных для данного организма веществ); ь выведение продуктов метаболизма из организма.
Виды обмена веществ • Основной обмен – энерготраты организма в состоянии физического и эмоционального покоя, лежа, утром натощак, через 12 -14 час. последнего приема пищи, при температуре воздуха 20 -21 о. С (~1700 ккал/сутки). • 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 • РАБОЧИЙ ОБМЕН - величина энергетического обмена, характерная для определенного вида трудовой деятельности. • Рабочая прибавка - разница между рабочим и основным обменом. • Общий обмен - энерготраты организма в условиях физиологической активности (~ 3400 ккал/сутки). Общий обмен = основной обмен + рабочая прибавка
Расчет обмена веществ • Основной обмен (ОО) зависит от возраста, пола, размеров тела (массы и длины). • Должный основной обмен (ДОО)(номограммы). Женщины 18 -30 лет: ДОО = 14, 7 массы + 496 ккал. Мужчины 18 -30 лет: ДОО = 15, 3 массы + 679 ккал. Общий обмен в зависимости от тяжести труда Легкий труд Мужчины Женщины 1, 7 х ОО Средний труд Тяжелый труд 2, 7 х ОО 2, 2 х ОО 3, 8 х ОО 2, 8 х ОО
ГРУППЫ РАБОТНИКОВ ПО ЭНЕРГОТРАТАМ • 1. Работники, преимущественно умственного труда: инженерный состав, врачи(кроме хирургов), работники науки и искусства, литературы, руководители и т. п. - 2500 -2800 ккал/сут • 2. Работники легкого физического труда: инженерно-технический состав, работники связи, радиоэлектронной промышлен- ности, медсестры, санитарки и т. п. - 2800 -3000 ккал/сут • 3. Работники труда средней тяжести: токари, слесари, железнодорожники, врачи-хирурги, водители автотранспорта, продавцы продуктов, водники - 3000 - 3200 ккал/сут • 4. Работники тяжелого физического труда: строительные рабочие, металлурги и литейщики, механизаторы, плотники, нефтяники и газовики, сельхозрабочие - 3400 - 3700 ккал/сут • 5. Работники особого тяжелого труда: шахтеры, сталевары, вальщики леса, землекопы, грузчики - 3900 - 4500 ккал/сут
Методы определения обмена веществ 1. Прямая калориметрия (Нагревание воды в термосе-камере). Энергетическая ценность или калорический коэффициент вещества - количество тепла, образуемого при сгорании 1 г вещества в атмосфере чистого кислорода: ЖИРЫ - 9, 3 ккал (38, 94 кдж); БЕЛКИ и УГЛЕВОДЫ - 4, 1 ккал (17, 17 кдж) 2. Косвенная калориметрия (калорические коэффициенты). Калорический эквивалент кислорода (КЭК) - количество тепла, освобождающегося в организме от сгорания 1 г вещества при потреблении 1 литра кислорода: ЖИРЫ - 4, 69 ккал/л; БЕЛКИ - 4, 46 ккал/л; УГЛЕВОДЫ - 5, 05 ккал/л Дыхательный коэффициент (ДК) - отношение объема выделенного углекислого газа к объему потребленного кислорода ДК для углеводов = 1, 0 ДК для белков = 0, 8 ДК для жиров = 0, 7
Источники образования энергии • 0, 5% - гидролиз питательных веществ в желудочно-кишечном тракте (для нагревания); • ~5% - анаэробное окисление глюкозы в молочную кислоту (для мышечного сокращения, работы Na, K-АТФаз); • ~94, 5% - аэробное окисление в цикле Кребса: глюкозы - до СО 2 , Н 2 О, пировиноградной кислоты; аминокислот и жирных кислот – до ацетилкоэнзима А (половина запасается в АТФ макроэргах, остальное – в тепло).
Соотношение аэробного и анаэробного гидролиза глюкозы C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 = 6 H 2 O + 6 CO 2 + 675 ккал • Аэробный распад: использует 65% энергии • Гликолиз: использует 5% энергии Аэробные организмы или процессы расходуют в 13 раз меньше глюкозы, чем анаэробные.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН • Закон Гесса: «Тепловой эффект процесса, развивающегося через ряд последовательных стадий, зависит от теплосодержания начальных и конечных продуктов химической реакции, но не зависит от путей их химических превращений» • 1 -й закон термодинамики Гельмгольца, Томсона и Клазиуса: «Если теплота превращается в работу, то количество работы, произведенной системой, эквивалентно количеству поглощенного тепла »
Превращение энергии в организме Химическая энергия (химические связи органических веществ пищи) Окисление органических веществ Электрическая (передача информации по нервным волокнам с помощью импульса) Химическая (биосинтез АТФ, белков, жиров и углеводов) Механическая (сокращение скелетных мышц, сердца, диафрагмы) Тепловая (поддержание постоянной температуры тела, выделение избытка тепла в окружающую среду)
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН 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%
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГОМЕОСТАЗИС ПОЙКИЛОТЕРМИЯ ГОМОЙОТЕРМИЯ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ ХИМИЧЕСКАЯ (ТЕПЛОПРОДУКЦИЯ) зависит от мышечной деятельности, приема пищи (динамическое действие пищи) ФИЗИЧЕСКАЯ (ТЕПЛООТДАЧА) зависит от температуры среды, ВЛАЖНОСТИ, СКОРОСТИ ВЕТРА ТЕРМОИЗОЛИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ТКАНЕЙ
Специфически-динамическое действие пищи - увеличение уровней энерготрат спустя 1 -3 часа после приема пищи: для белков - на 30%; для углеводов и жиров - на 15%
РОЛЬ ЯДРА И ОБОЛОЧКИ В ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ ЯДРО ОБОЛОЧКА Температура окружающей среды
ТЕРМОРЕЦЕПТОРЫ • ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ В ОБОЛОЧКЕ (коже) (ХОЛОДОВЫЕ – поверхностные ~ 250 тыс. to = 10 -34 o. C ТЕПЛОВЫЕ – более глубокие, ~30 тыс. , to = 20 -50 o. C ) • ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ В ЯДРЕ (ТЕПЛОВЫЕ И ХОЛОДОВЫЕ) • ЦЕНТРАЛЬНЫЕ (ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ НЕЙРОНЫ)
Регуляция теплопродукции Сенсомоторная зона коры Вентробазальные ядра гипоталамуса Спинноталамический путь Мотонейроны спинного мозга Терморецепторы Симпатические нервы Т 3, Т 4 Гликогенолиз Липолиз бурого жира Скелетные мышцы (сократительный термогенез) катехоламины (несократительный термогенез)
ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ ТЕРМОГЕНЕЗ (ТЕПЛОПРОДУКЦИЯ) 1) БАЗИСНЫЙ 2) РЕГУЛЯТОРНЫЙ: • СОКРАТИТЕЛЬНЫЙ - МЫШЕЧНАЯ ДРОЖЬ; - МЫШЕЧНЫЙ ТОНУС ; - ПРОИЗВОЛЬНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ. • НЕСОКРАТИТЕЛЬНЫЙ АКТИВАЦИЯ ОКИСЛЕНИЯ ; - РАЗОБЩЕНИЕ ОКИСЛЕНИЯ И ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ ТЕПЛООТДАЧА • ВЛАЖНАЯ (ИСПАРЕНИЕ) - ОЩУТИМАЯ - НЕОЩУТИМАЯ • СУХАЯ - ТЕПЛОИЗЛУЧЕНИЕ ; - ТЕПЛОПРОВЕДЕНИЕ ; - КОНВЕКЦИЯ: а)естественная, б)форсированнная
Регуляция теплоотдачи • Влажная (Испарение): - ощутимая (пот, слюна); - неощутимая (со слизистых дыхательных путей и кожи) • Сухая: - Теплоизлучение (градиент температур, площадь открытых участков тела) - Теплопроведение (контакт с телом с более низкой температурой) - Конвекция (перемещение теплого и холодного воздуха)
ПРОТИВОТОЧНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК 370 360 350 340 330 320 артериола капилляры венула 370 360 350 340 330 320
СУТОЧНЫЕ КОЛЕБАНИЯ РЕКТАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ • Верхняя граница диапазона - граница гипертермии- тепловая смерть - 42 -430 С • Нижняя граница диапазона - граница гипотермии - холодовая смерть: • естественная - 260 С • искусственная - 24 -230 С • Термонейтральная зона - без ощутимого потоотделения и регуляторной теплопродукции - 24 - 270 С
Обмен белков и его регуляция. Белки в организме выполняют следующие функции: • • • Пластическую (основа всех клеток); Энергетическую (11 -13% энергии); Регуляторную (ферменты, гормоны). Азот выделенный с мочой Азотистый баланс = ------------------Азот поступивший с пищей Азотистое равновесие, положительный и отрицательный баланс. Белки животного и растительного происхождения: Полноценные (содержат все незаменимые аминокислоты: метионин, лизин, триптофан, фенилаланин, лейцин, изолейцин, треонин, валин, гистидин, аргинин), перевариваются ферментами желудочно-кишечного тракта); Неполноценные (имеет место дефицит одной или нескольких незаменимых аминокислот). Нормы белков в суточном рационе: 55 -60% - животного происхождения; Для взрослых: 1, 5 -2 г/кг массы, для детей и беременных: 2, 5 -4 г/кг массы (белковый оптимум) Белковый минимум (0, 75 г/кг); белковая недостаточность ≤ 0, 7 г/кг.
Схема белкового обмена Пищеварительный тракт Печень Белок Аминокислоты Дезаминирование NH 3 Безазотистый остаток Белок Глюкоза Аминокислоты Мочевина Гликоген Мочевина СО 2+Н 2 О Почки Ткани
Ассимиляция Синтез белка. мочевины Катехоламины Симпатические влияния Т 3, Т 4 Андрогены Инсулин Тропные гормоны Глюкокортикоиды АКТГ СТГ Парасимпатические влияния Регуляция белкового обмена Диссимиляция Дезаминирование Ткани, печень
Обмен жиров и его регуляция. Жиры в организме выполняют следующие функции: • Пластическую (мембраны, стероидные гормоны); • Энергетическую (33% энергии); • Защитную; • Регуляторную (витамины, гормоны). Содержатся в структурном (протоплазматическом) и резервном (жировые депо) виде. Жиры животного и растительного происхождения содержат: Насыщенные жирные кислоты (стеариновая, пальмитиновая) – твердые жиры (животного происхождения) Ненасыщенные жирные незаменимые кислоты (олеиновая, линолевая, арахидоновая, линоленовая, т. д), фосфатиды – масла (растительного происхождения). Нормы жиров в суточном рационе: 50 -60% – масло 1, 5 -2 г/кг массы тела
Схема жирового обмена Пищеварительный тракт ЖИР Жирные кислоты Глицерин Крахмал Жировые депо ЖИР Глюкоза Гликоген СО 2 + Н 2 О Ткани Гликоген Глюкоза Печень
Ассимиляция Синтез жира (липогенез) Катехоламины СТГ Т 3, Т 4 β-липотропин Пролактин Тропные гормоны Симпатические влияния АКТГ Инсулин Глюкокортикоиды Парасимпатические влияния Регуляция жирового обмена Диссимиляция Окисление жиров (липолиз) Жировое депо, печень
Обмен углеводов и его регуляция. Углеводы в организме выполняют следующие функции: • • Энергетическую (более 55% энергии); Пластическую; Защитную (балластные компоненты пищи); Регуляторную (мембранные рецепторы). Углеводы растительного (80 -90% крахмал, клетчатка) и животного происхождения содержат моно- и полисахариды. Нормы углеводов в суточном рационе: 8 -10 г/кг массы тела
Схема углеводного обмена Печень Пищеварительный тракт Крахмал Глюкоза Гликоген Жирные кислоты ЖИР Глицерин Глюкоза Бел ок Аминокислоты Гликоген Ткани СО 2+Н 2 О
Ассимиляция Синтез гликогена (гликогенез, гликонеогенез) Катехоламины Симпатические влияния Глюкагон Т 3, Т 4 Тропные гормоны СТГ Глюкокортикоиды АКТГ Инсулин Парасимпатические влияния Регуляция углеводного обмена Диссимиляция Гликогенолиз Окисление глюкозы (гликолиз) Печень, мышцы, ткани
Роль печени в процессах метаболизма Белковый обмен Дезаминирование Переаминирование Образование мочевины Синтез белков крови Углеводный обмен Жировой обмен Гликогенез Гликогенолиз Глюконеогенез Липолиз Печень Участие в усвоении витаминов Участие в минеральном обмене Депонирование крови Разрушение гормонов Желчеобразование и желчевыведение
Витамины Водорастворимые (суточные нормы) С (аскорбиновая кислота) - 50 -100 мг В 1 (тиамин) ~ 2 мг В 2 (рибофлавин) -1, 5 -3 мг РР (никотиновая кислота)- 15 -25 мг В 6 (пиридоксин) – 2 -3 мг В 12 (цианкобаламин) – 2 -5 мкг В 3 (пантотеновая кислота) - 5 -10 мг Вс (фолиевая кислота) – 0, 2 мг Н (биотин) – 150 мг В 15 (пангамовая кислота) В 13 (оротовая кислота) В 4 (холин) – 250 -600 мг В 8 (инозит) – 1, 5 мг Вт (карнитин) U (метилметионин-сульфоний) Жирорастворимые А (ретинол) – 1, 5 -2, 5 мг Д (кальциферолы) – 2, 5 мг Е (токоферолы) – 12 -15 мг К (филлохиноны) - 0, 2 мг
Физиология питания Принципы организации питания: • Соотношение питательных веществ в пище: Б: Ж: У = 1: 1: 4; • Полноценный количественный и качественный состав пищи; • Регулярность приема пищи – режим питания; • Дробность приема пищи; • Физиологическое распределение пищи в течение суток.
Классификация пищи • Нутриенты: белки, пептиды, аминокислоты, углеводы, липиды, жирные кислоты, витамины. • Непищевые вещества: - Балластные соединения (целлюлоза, пектин); - Защитные компоненты пищевых продуктов (антиканцерогенные: витамины А, С, К, Е, балластные; противомикробные: фитонциды; улучшающие детоксикационную функцию печени: витамин U, В 12, В 15, С, РР, В 2, т. д. ; обеспечивающие функцию барьерных тканей: витамины А, С, Р, В, Е. , т. д. ) - Вкусовые и ароматические вещества; - Антипищевые компоненты (антиферменты, антивитамины, деминерализующие вещества); - Токсические, канцерогенные вещества (лектины, гликозиды, цианогенные амины, соланин, т. д. ).
Теории питания 1. Теория сбалансированного питания: • Поступление питательных веществ должно соответствовать их расходу; • В организм всасываются нутриенты-полезные вещества, необходимые для энергетических и пластических нужд; • Утилизация пищи осуществляется самим организмом; • Пища состоит из нутриентов, балластных веществ и вредных, токсичных соединений; • Метаболизм веществ определяется уровнем мономеров (аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, витаминов и солей); • Многие нутриенты образуются за счет полостного и пристеночного пищеварения путем ферментативного гидролиза. 2. Теория адекватного питания (по А. М. Уголеву): • Питание возмещает энергетические и пластические расходы организма; • Необходимыми компонентами пищи являются не только нутриенты, но и балластные вещества; • Нормальное питание обусловлено несколькими потоками из желудочнокишечного тракта: нутриентов, экзогенных физиологически активных веществ и гормонов, бактериальных метаболитов; • Существует эндоэкология организма-хозяина, которая образуется микрофлорой его кишечника; • Баланс пищевых веществ достигается образованием нутриентов из из пищи и синтезом новых веществ.
Скачать презентацию Обмен веществ и энергии Биоэнергетика 1 Понятие и
Обмен веществ и энергии 2 лекции.ppt