Обмен 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 кДж)
• 1 г белков – 4,1 ккал (17,16 кДж)
• 1 г жиров – 9,3 ккал (38,9 кДж)
• Энергетическая ценность белков выше (1 г белков содержит
5,4 ккал или 22,61 кДж), 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.СО2/поглощ.О2
• ДК углеводов = 1,00
• ДК жиров = 0,70
• ДК белков = 0,81
• С6Н12О6+6О2 = 6СО2 + 6Н2О
• 2С3Н5(С15Н31СОО)3 + 145О2 = 102 СО2 + 98О2
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 О2 очень мала (в отличие от
СО2), 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 (22-24о С), исключающей
терморегуляцию.
За стандартную величину интенсивности обмена веществ в
организме принимают 4,2 кДж / кг*ч (1 ккал / (кг*ч), т.е за сутки
7100 кДж или 1700 ккал.
Формулы расчета величины основного
обмена с учетом возраста и массы тела
Обменные процессы при нагрузке
Ступенчатая энергетическая шкала
Вид физической
деятельности
Ккал/сутки
1 ступень
относительный 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 Мостеллера1987:
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
.О2,
мл/ч
Уд.
потребл.
О2,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
383300
0
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 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 оС,
для обнаженного тела – 28оС.
• 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