Transcript 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 белки.
• Воды – 56 т • Белков – 2,5 т • Жиров – 2,5 т ) • Источником энергии в организме являются углеводы, жиры и • В течение жизни человек потребляет 75 т продуктов: • Углеводов – 14 т
• Калория (единица измерения энергии) – это количество энергии, которая необходима для повышения температуры 1 г воды на 1 С о . • 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.СО 2 /поглощ.О 2 • ДК углеводов = 1,00 • ДК жиров = 0,70 • ДК белков = 0,81 • С 6 Н 12 О 6 +6О 2 = 6СО 2 • 2С 3 Н 5 (С 15 Н 31 СОО) 3 + 6Н 2 О + 145О 2 = 102 СО 2 + 98О 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 СО 2 2 очень мала (в отличие от организма.
Для расчета результаты приводят к стандартным условиям: 0 0 температура, 760 мм рт.ст., сухой воздух
Параметры обменных процессов в организме
• Общий энергетический обмен • Основной обмен физиологического покоя.
терморегуляцию.
(валовый обмен) состоит из основного обмена, рабочей прибавки к основному обмену и величины специфически-динамического действия пищи.
– это энерготраты организма в условиях • Из этого количества 27 % расходуется печенью, 19 % мозгом, 10 % почками, 18 % мышцами, остальные 19 % расходуются на • 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 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
1 ступень Вид физической деятельности относительный покой Ккал/сутки 1700+500 2 ступень легкая работа 1700+1000 3 ступень 4 ступень 5 ступень умеренно тяжелая тяжелая физическая максимально возможная 1700+1500 1700+2000 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 Землер ойка Масса тела, г 4,8 Общее потребл .О 2 , мл/ч 35,5 Уд.
потребл.
О 2 ,мл/г* ч 1 7,40 Мышь 25 41,0 1,65 Собака 117000 3870 0,33 Человек 70000 14760 0,21 Удвоение длины при сохранении пропорций сопровождается 4-х кратным увеличением поверхности тела и 8-и кратным увеличением массы.
слон 383300 0 268000 0,07
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 • Гомойотермия – состояние организма при котором температура тела меняется в широких пределах в зависимости от температуры внешней среды (все беспозвоночные, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся).
- 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 о С, для обнаженного тела – 28 процессов, бурый жир).
400 – 500 %.
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 Тяжелая мышечная работа увеличивает теплообразование на
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 • Физическая терморегуляция (сужение сосудов, потоотделение) контролируется передней частью гипоталамуса – гипоталамуса – центр теплоотдачи .
• Химическая терморегуляция – каудальной частью центр теплопродукции .
• Температурные рецепторы (тепловые и холодовые) в коже представлены свободными нервными окончаниями, образующими тепловые пятна.
Холодовых в 10 раз больше.