Обмен веществ и энергии.

Обмен веществ и энергии – это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в организме человека и обмен веществ и энергии между организмом и окружающей средой. Непрерывно идет; существенный признак жизни.

В основе обмена веществ и энергии лежат 2 взаимосвязанных процесса:

1. анаболизм – обеспечивает рост организма, обновление структур. Это процессы ассимиляции, синтеза веществ.

2. катаболизм – это совокупность процессов расщепления сложных структур или пищевых компонентов до простых составляющих.

Энергетический обмен – продукция тепла и его использования в организме.

Характерные черты этих процессов:

1. их взаимная противоположная направленность;

2. неразрывная связь;

3. взаимная уравновешенность.

Анаболизм преобладает у растущего организма, беременных, спортсменов, наращивающих мышечную массу, после болезни.

Катаболизм преобладает у больных, пожилых людей, при неполноценном питании.

В процессе жизнедеятельности лежат метаболические процессы, а в их основе – превращение энергии. Энергию организм получает в результате расщепления веществ в организма, поступающих с пищей.

Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅≠ Q_II (вторичная теплота) Q₁

ОО (основной обмен) – это энергозатраты организма в стандартных условиях за сутки. Стандартные условии, при которых берутся показания:

1. утром натощак (через 12-16 часов после приема пищи);

2. в состоянии бодрствования;

3. лежа с максимально расслабленной мускулатурой;

4. при температуре комфорта (20°С)

5. в отсутствии эмоциан Ра. 1 ккал на кг веса в час.

Мужчина средних лет с 70 кг тратит 1700 ккал в сутки; женщины на 10% меньше – 1500 ккал.

Энергия тратиться:

1. синтетические процессы (50% на синтез АТФ; синтез белков, жиров, - 20-23%) Суммарно 70-73%;

2. на поддержание различных градиентов – 12%;

3. на работу органов в стандартных условиях.

Величина основного обмена зависит от следующих факторов:

1. пол (у мужчин на 10%>);

2. возраста (в старческом возрасте ↓);

3. состояния нейро-эндокринной системы (гормоны щитовидки ↑ ОО; гормоны надпочечников и половые гормоны ↑); симпатическая ↑, парасимпатическая НС ↓;

4. от антропометрических данных (вес, рост);

5. характера питания (при питании белковой пищей обмен ↑);

6. сезонно-климатических факторов и циркадных ритмов; (весной и утром ↑);

7. степени физической активности.

Существуют нормативы, благодаря которым можно рассчитать должный ОО:

1. по таблицам Гариса-Бенедикта;

2. по S поверхности тела (монограмма Бедуа);

3. формулы Дрейера

,

А – возраст;

К – константа (мужчина – 0, 1015; женщина – 0, 1129)

Норма - ±10%

Рабочая прибавка (РП) – энергозатраты, связанные с различными видами активной деятельности человека.

Спокойное сидение ↑ обмен на 20%; + если писать, то уже на 30%; быстрый бег – 700-1000%; ходьба – 150%; плавание – 600-800%, умственная работа 2-3%, если связана с эмоциями – 10-20%.

По энергозатратам в зависимости от видов труда людей делят на 5 категорий.

Специфическое динамическое действие пищи. Прием пищи вызывает ↑ энергозатраты организма, ↑ интенсивность обменных процессов – СДД.

ОО ↑ через час после приема пищи; максимум – через 3 часа и продолжается ≈ 12 часов.

Прием углеводов приводит к ↑ ОО на 4-7%; жиров – 13-15%, белков – 20-30%, смешанной пищи – 6-15%.

Причины, обуславливающие СДД:

1. затраты энергии на переваривание пищи;

2. всасывание веществ;

3. ↑ метаболизм некоторые активные вещества, поступающие с пищей и образованные в результате превращений.

4. активация иммунных процессов в результате поступления чужеродных белков.

Методы определения ОО:

Каллориметрия – это метод количественной оценки энергетической емкости питательных веществ или энергозатрат живого организма.

Виды:

1. физическая;

2. химическая;

3. физиологическая.

Физическая каллориметрия – метод определения энергетической ценности питательных веществ путем сжигания их в каллометрической бомбе Бертло. При сжигании 1гр: белки – 2 ккал, углеводы – 4 ккал, жиры – 9 ккал.

В организме выделяется столько же тепла при окислении вещества.

Закон Гесса: суммарный тепловой эффект химической реакции зависит от исходных и конечных продуктов и не зависит от промежуточных этапов реакции.

Но в организме не все белки расщепляются до конечных продуктов.

Химическая каллориметрия - определение энергетической ценности продуктов на основе излучения тепла, которое выделяется в ходе химической реакции.

Физиологическая каллориметрия – определение энергозатрат живого организма.

1. прямая (измерение количества тепла, выделяемого в камерах);

2. непрямая:

- с полным газовым анализатором (СО₂, О₂);

- с неполным газовым анализатором (О₂).

Прямая каллориментрия.

Конечный этап превращения веществ в организме – выделение тепла.

Метод точный, но громоздкий => не используется.

Непрямая каллориметрия.

Основан на том, что необходимая для организма энергия выделяется в окружающую среду в ходе окислительных реакций, а эти реакции протекают с участием О₂, т.е. косвенно судят по затратам О₂ (+ еще СО₂) об энергозатратах.

Показателем, связывающим потребление О₂ и выделение энергии, служит каллорический эквивалент О₂ (КЭО₂) – это то количество тепла, которое выделяется организмам при употреблении 1л О₂.

Для окисления жиров – 4, 69 ккал/л, белков – 4, 60 ккал/л, углеводов – 5, 05 ккал/л.

Для того, чтобы знать, что преимущественно окисляется в организме рассчитывается дыхательных коэффициент; т.е. это соотношение объема выделяемого СО₂ к объему О₂.

, при окислении углеродов ДК= 1, жиров – 0, 7, белков – 0, 8, смешанной пищи – 0, 85-0, 9.

Зная дыхательный коэффициент и зная, что окисляется в организме по таблицам рассчитывается КЭО₂. Зная КЭО₂ вычисляем энергозатраты.

КЭО₂*VО₂ (в метрах)= энергозатраты организма.

Методика.

а) с полным газовым анализом – метод Дугласа-Холдейна. Испытуемого усаживают, на лицо одевают маску, имеющую 2 клапана (1 – для вдоха, 2 – для выдоха в мешок) → через 5 минут анализируют.

Рассчитываем:

1. объем О₂ утилизированного и СО₂, который выдохнули;

2. ДК;

3. по таблицам КЭО₂;

4. энергозатраты за сутки.

б) с неполным газовым анализом – метод Крога.

Пациент вдыхает и выдыхает в камеру, заполненную О₂ => % СО₂ там ↑, чтобы не было воздух очищают от СО₂, т.к. пациент вдыхает через 1 шлаг, выдыхает в другой, затем пишется спирограммы => определяем утилизированный О₂.

Рассчитывается: объем утилизированного О₂ по спирограмме. Берем для расчета КЭО₂ при питании смешанной пищей (4, 86) и его умножаем на объем О₂ → пересчитываем на сутки.

Правило поверхности:

Если пересчитать энергозатраты на кг веса, то результаты у различных животных резко отличаются; если пересчитать на м² поверхность – различия не столь явные.

Затраты энергии теплокровными животными пропорционально площади поверхности тела.

Ежедневная продукция тепла на 1 м² у человека – 850-1250 ккал.

Суточный расход энергии.

Регуляция обмена веществ и энергии:

Нейрогуморальный механизм.

Симпатическая НС ↑ энергозатраты; парасимпатическая НС ↓. Но есть и корковый контроль, ед. у спортсменов обмен ↑ перед стартом;

Во время гипноза можем изменить уровень обмена.

Гормоны: щитовидной железы, половые, надпочечников.

Обмен веществ при физической нагрузке – энергия идет на тепловую и механическую работу. Отношение механической энергии ко всей энергии, выраженной в % называется КПД (коэффициент полезного действия).

Для человека КПД = 16-25%. Причем чем люди > тренируются, тем КПД>.