Лекция 9-10. Обмен веществ. Терморегуляция.ppt
- Количество слайдов: 27
Схема аэробного дыхания
Пути превращения энергии в живом организме при высокой степени физической активности (числовые значения округлены)
Пути метаболизма питательных веществ
Уравнение энергетического баланса: Е = А + Н + S, Е — общее количество энергии, получаемое с пищей; А — внешняя (полезная) работа; Н — теплоотдача; S — запасенная энергия. Для определения баланса веществ необходимы достаточно точные химические методы и знание путей, по которым различные вещества выделяются из организма. Главными пищевыми веществами являются белки, липиды и углеводы. Для оценки содержания белков достаточно определить количество азота, т. к. практически весь азот пищи находится в белках, в т. ч. в нуклеопротеинах. Определение липидов и углеводов в пищевых продуктах требует специфических методов: конечные продуктов их обмена почти исключительно СО 2 и вода.
Ассимиляция: Гипоталамус – Гипофиз (СТГ, АКТГ) – Надпочечники (глюкокортикоиды) - ПЖЖ (инсулин) – Печень (Гликонеогенез, Гликогенез) – Запас глюкозы (гликоген) Диссимиляция: Гипоталамус Гипофиз (АКТГ, ТТГ) – ЩЖ (Тироксин) - Надпочечники (глюкокортикоиды, катехоламины) - ПЖЖ (глюкагон) - Печень (Гликогенолиз) – Расщепление глюкозы
Ассимиляция: Гипоталамус (ПНС) – Гипофиз (СТГ) – ПЖЖ (инсулин) – Ткани (синтез белка) - Печень (деаминиро-вание, синтез мочевины) Диссимиляция: Гипоталамус (СНС) - Гипофиз (АКТГ, ТТГ) – ЩЖ (Тироксин) - Надпочечники (адреналин, кортикостероиды) - Печень (деаминирование) – Ткани – Аминосодержащие метаболиты
Ассимиляция: Гипоталамус (ПСНС) – Гипофиз (СТГ) – ПЖЖ (инсулин) – Печень – Депонирование жиров Диссимиляция: Гипоталамус (СНС) - Гипофиз (АКТГ, ТТГ) – ЩЖ (Тироксин) – Надпочечники (адреналин, кортикостероиды) – Половые железы (простагландины) Печень – Окисление жиров
Прямая калориметрия основана на непосредственном учете в биокалориметрах количества тепла, выделенного пищевым продуктом или организмом. Калориметр ( «бомба» ) Бертло 1— проба пищи; 2 — камера, 3 - заполненная кислородом; запал; 4 — вода; 5 — мешалка; 6 — термометр.
Биокалориметр представляет собой герметизированную и хорошо теплоизолированную от внешней среды камеру. В камере по трубкам циркулирует вода. Тепло, выделяемое находящимся в камере человеком или животным, нагревает циркулирующую воду. По количеству протекающей воды и изменению ее температуры рассчитывают количество выделенного организмом тепла.
Продуцируемое организмом человека тепло измеряют с помощью термометров (1, 2) по нагреванию воды, протекающей по трубкам в камере. Количество протекающей воды измеряют в баке (3). Через окно (4) подают пищу и удаляют экскременты. С помощью насоса (5) воздух извлекают из камеры и прогоняют через баки с серной кислотой (6 и 8) — для поглощения воды и с натронной известью (7) — для поглощения СО 2. О 2 подают в камеру из баллона (10) через газовые часы (11). Давление воздуха в камере поддерживают на постоянном уровне с помощью сосуда с резиновой мембраной (9).
Методы прямой калориметрии очень громоздки и сложны. Учитывая, что в основе теплообразования в организме лежат окислительные процессы, при которых потребляется О 2 и образуется СО 2, можно использовать косвенное, непрямое, определение теплообразования в организме по его газообмену — учету количества потребленного О 2 и выделенного СО 2 с последующим расчетом теплопродукции организма – непрямая калориметрия. Для длительных исследований газообмена используют специальные респираторные камеры (закрытые способы непрямой калориметрии). Кратковременное определение газообмена в условиях лечебных учреждений и производства проводят более простыми, не камерными, методами (открытые способы калориметрии). Наиболее распространен способ Дугласа — Холдейна, при котором в течение 10 — 15 мин собирают выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа), укрепляемый на спине обследуемого. Он дышит через загубник, взятый в рот, или резиновую маску, надетую на лицо. В загубнике и маске имеются клапаны, устроенные так, что обследуемый свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок Дугласа. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в котором определяют количество О 2 и СО 2.
Кислород, поглощаемый организмом, используется для окисления белков, жиров и углеводов. Окислительный распад 1 г каждого из этих веществ требует неодинакового количества О 2 и сопровождается освобождением различного количества тепла. При потреблении организмом 1 л О 2 освобождается разное количество тепла в зависимости, на окисление каких веществ используется О 2. Энергетическая ценность. Количество вырабатываемой энергии выражают в соответствии с массой субстрата; например, масса 1 М глюкозы равна 180 г, полное окисление 1 М глюкозы сопровождается выделением 2826 к. Дж/180 = 15, 7 к. Дж, то есть энергетическая ценность глюкозы составляет 15, 7 к. Дж/г. Удельное теплообразование (ккал/г) основных компонентов пищи Компоненты пищи В калориметре В организме Углеводы 4, 3 4, 1 Жиры 9, 5 9, 3 Белки 5, 3 4, 1
Энергетический эквивалент ( «калорический эквивалент» ) выражает количество вырабатываемой энергии в соответствии с 1 л поглощенного О 2. В случае приведенного выше примера эта величина равна 21, 0 к. Дж на 1 л O 2. Поскольку смесь углеводов имеет несколько более высокую энергетическую ценность по сравнению с глюкозой, энергетический эквивалент окисления углеводов составляет 21, 1 к. Дж на 1 л О 2. Зная общее количество О 2, использованное организмом, можно вычислить энергетические затраты только в том случае, если известно, какие вещества — белки, жиры или углеводы, окислились в теле. Показателем этого может служить дыхательный коэффициент.
Дыхательный коэффициент (ДК) соотношение объемов выделенного углекислого газа и поглощенного за то же время кислорода: ДК = Vco 2/Vo 2 ДК различен при окислении белков, жиров и углеводов. Для примера рассмотрим, ДК при окислении глюкозы. Общий итог окисления молекулы глюкозы: С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 = 6 СО 2 + 6 Н 2 О ДК = 6/6 = 1 Число молекул образовавшегося СО 2 = числу молекул поглощенного О 2. Равное количество молекул газа при одной и той же температуре и одном и том же давлении занимает один и тот же объем (закон Авогадро— Жерара). Следовательно, ДК при окислении глюкозы и других углеводов равен единице.
В процессе окисления белков часть поглощенного О 2 не выходит затем с выдыхаемым воздухом, но образует соединения с азотом и выводится с мочой. В этом случае ДК принимает значения ниже единицы (примерно 0, 81). При окислении жиров (например, трипальмитата): 2 C 51 H 9806 + 145 02 → 102 С 02 + 98 Н 20 ДК= 102/145 = 0, 70 При смешанной пище у человека ДК равен 0, 85 – 0, 89. Определенному ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода
Принцип системы для измерения поглощения кислорода. Испытуемый вдыхает кислород из колообразного газометра: СO 2 поглощается натронной известью и удаляется из выдыхаемого воздуха. Проведя линию через нижние точки кривой и определив угол наклона, можно найти значение скорости поглощения О 2 (здесь 0, 5 л/мин). Определив количество О 2 и приняв усредненный ДК равным 0, 85, можно рассчитать энергообразование в организме; калорический эквивалент 1 л кислорода при данном дыхательном коэффициенте равен 20, 356 к. Дж, т. е. 4, 862 ккал. Способ неполного газового анализа благодаря своей простоте получил широкое распространение.
Средняя температура по формуле Вите: Температура различных областей тела человека при низкой (А) и высокой (Б) внешней температуре. Тср = 33 -34 градуса: 0, 07 Тстопы + 0, 32 Тноги + 0, 18 Тгруди + 0, 17 Тспины + 0, 14 Тплеча + 0, 05 Ткисти + 0, 71 Тлба
Механизмы физической и химической терморегуляции
Механизмы потери тепла в покое: -Тепловое излучение – 60% - Испарение (дыхание и потоотделение) – 22% - Конвекция – 15% Основные эффекторные механизмы включающиеся на повышение температуры: - Массивная вазодилатация в коже (вазомоторный ответ) - Потообразование - Подавление всех механизмов теплообразования
К термочувствительным образованиям относятся: - Прямая кишка - Пищевод - Барабанная перепонка - Правое предсердие
Основные физиологические механизмы терморегуляции 1 - периферические терморецепторы (2 - воздействие температуры крови на термочувствительные нейроны) 17 — спинной мозг 5 — РФ (6 — КБП) 4 — таламус и 3 — гипоталамус (ТЛ — тиреолиберин) 7 — гипофиз (ТТГ — тиреотропный гормон) 8 — щитовидная железа (T 3/T 4 — гормоны щитовидной железы) 11 — симпатические ганглии (10 — надпочечники (А — адреналин)) 9 — ткани тела; 12 — сосуды (артериолы) ядра тела и 13 — сосуды (артерио—венозные анастомозы) оболочки тела; 14 — потовые железы; 15 — поверхность кожи и слизистых оболочек; 16 — скелетные мышцы
ВЕХИ ИСТОРИИ: 1775— 1785 — А. Лавуазье выяснил роль кислорода в процессах дыхания, разработал метод прямой калориметрии. 1845— 1847 — Г. Гельмгольц обосновал закон сохранения энергии и приложил его к процессу теплообразования в мышце. 1852 — Ф. Биддер исследовал общий баланс питательных веществ и интенсивность обмена. 1869 — Р. Клаузиус ввел понятие «энтропия» . 1880 — Н. И. Лунин впервые заявил, что в молоке, помимо жиров, белков и углеводов, должны содержаться некие вещества, необходимые для жизни. 1881 — П. Бертло изобрел калориметр для определения энергетической ценности пищевых продуктов. 1892— 1893 — В. В. Пашутин и А. А. Лихачев (Россия) создали калориметр для человека. 1894 — М. Рубнер (М. Rubner, Германия) сравнил результаты прямой и алиментарной калориметрии. 1895 — М. Рубнер, а также Ч. Дуглас и Дж. Холдейн создали метод непрямой калориметрии. 1904— 1915 — Ф. Бенедикт создал большой калориметр для определения энерготрат при физических нагрузках и таблицы для определения должных значений основного обмена человека в зависимости от пола, возраста, веса и роста. 1912 — К. Функ (К. Funk, Польша) выделил из рисовых отрубей вещество, излечивающее от заболевания бери— бери, и назвал его «витамином» ; ввел термин «авитаминоз» . 1922 — А. Хилл — Нобелевская премия за описание скрытого теплообразования в мышцах. О. Мейергоф — за открытие законов регуляции поглощения кислорода мышцей и образования в ней молочной кислоты. 1929 — X. Эйкман и Ф. Хопкинс - Нобелевская премия за открытие витаминов. 1935 — М. Н. Шатерников начал разработку физиологических норм питания для различных профессиональных и возрастных групп населения. 1937 — А. Сент—Дьердьи фон Нагираполт — Нобелевская премия за исследование функции витамина С. 1943 — X. Дам и Э. Дойзи — Нобелевская премия за открытие витамина К и его химической структуры. 1947 — К. Кори и Г. Кори — Нобелевская премия за описание обмена гликогена. 1953 — Г. Кребс — Нобелевская премия за открытие цикла трикарбоновых кислот (цикл Кребса). 1953 — Ф. Липман — Нобелевская премия за открытие коэнзима А. 1955 — X. Теорелль — Нобелевская премия за исследования механизма действия окислительных ферментов. 1964 — К. Блох , Ф. Линен - Нобелевская премия (за механизм регуляции обмена холестерина и жирных кислот). 1970—е — А. М. Уголев (СССР) сформулировал теорию адекватного питания.
Лекция 9-10. Обмен веществ. Терморегуляция.ppt