Was nennt man den Atmungskoeffizienten? Atmungskoeffizient

Zu den Methoden zur Bestimmung des Energieverbrauchs gehören: direkte und indirekte Kalorimetrie.

Direkte Kalorimetrie

Die direkte Kalorimetrie basiert auf der direkten Erfassung der vom Körper abgegebenen Wärmemenge in Biokalorimetern. Das Biokalorimeter ist versiegelt und gut isoliert Außenumgebung Kamera. Wasser zirkuliert durch Rohre in der Kammer. Die von der Person oder dem Tier in der Kammer erzeugte Wärme erwärmt das zirkulierende Wasser. Aus der Menge des fließenden Wassers und der Änderung seiner Temperatur wird die vom Körper abgegebene Wärmemenge berechnet.

Gleichzeitig wird dem Biokalorimeter O2 zugeführt und überschüssiges CO2 und Wasserdampf absorbiert. Die vom menschlichen Körper erzeugte Wärme wird mit Thermometern (1,2) gemessen, indem das durch die Rohre in der Kammer fließende Wasser erhitzt wird. Im Tank (3) wird die fließende Wassermenge gemessen. Durch das Fenster (4) erfolgt die Nahrungszufuhr und der Abtransport von Exkrementen. Mit einer Pumpe (5) wird Luft aus der Kammer entfernt und durch Tanks mit Schwefelsäure (6 und 8) zur Aufnahme von Wasser und mit Natronkalk (7) zur Aufnahme von CO2 getrieben. O2 wird der Kammer von einem Zylinder (10) über eine Gasuhr (11) zugeführt. Der Luftdruck in der Kammer wird durch einen Behälter mit Gummimembran (9) auf einem konstanten Niveau gehalten.

Indirekte Kalorimetrie

Direkte Kalorimetrieverfahren sind sehr umständlich und komplex. Wenn man bedenkt, dass die Wärmeerzeugung im Körper auf oxidativen Prozessen beruht, bei denen O2 verbraucht und CO2 gebildet wird, ist eine indirekte, indirekte Bestimmung der Wärmeerzeugung im Körper durch seinen Gasaustausch möglich – unter Berücksichtigung der Menge an Verbrauchtes O2 und freigesetztes CO2, anschließend Berechnung der Wärmeproduktion des Körpers.

Für Langzeitstudien des Gasaustausches werden spezielle Atemkammern verwendet (geschlossene Methoden der indirekten Kalorimetrie) (Abb. 10.2). Die kurzfristige Bestimmung des Gasaustausches unter den Bedingungen medizinischer Einrichtungen und Produktion erfolgt mit einfacheren Nichtkammermethoden ( offene Methoden Kalorimetrie).

Die gebräuchlichste Methode ist die Douglas-Haldane-Methode, bei der die ausgeatmete Luft 10–15 Minuten lang in einem Beutel aus luftdichtem Stoff (Douglas-Beutel) gesammelt wird, der auf dem Rücken des Probanden befestigt wird (Abb. 10.3.). Er atmet durch ein Mundstück in seinem Mund oder eine Gummimaske, die er über sein Gesicht legt. Das Mundstück und die Maske verfügen über Ventile, die so gestaltet sind, dass der Proband frei einatmen kann atmosphärische Luft und atmet Luft in Douglas' Beutel aus. Beim Füllen des Beutels wird das Volumen der ausgeatmeten Luft gemessen und daraus die Menge an O2 und CO2 bestimmt.

Die Wärmemenge, die nach der Aufnahme von 1 Liter O2 vom Körper freigesetzt wird, wird als Kalorienäquivalent von Sauerstoff bezeichnet. Wenn man die Gesamtmenge an O2 kennt, die der Körper verbraucht, ist es nur dann möglich, die Energiekosten zu berechnen, wenn bekannt ist, welche Stoffe – Proteine, Fette oder Kohlenhydrate – im Körper oxidiert wurden. Ein Indikator hierfür kann der Atemkoeffizient sein.

Der respiratorische Koeffizient (RC) ist das Verhältnis des freigesetzten CO2-Volumens zum absorbierten O2-Volumen. Der Atmungskoeffizient ist bei der Oxidation von Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten unterschiedlich

Atmungskoeffizient nennt man das Verhältnis zwischen dem Volumen des freigesetzten Kohlendioxids und dem aufgenommenen Sauerstoff. Der Atmungskoeffizient ist bei der Oxidation von Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten unterschiedlich.

Lassen Sie uns zunächst überlegen, wie es sein wird respiratorischer Quotient wenn der Körper Kohlenhydrate zu sich nimmt. Nehmen wir als Beispiel Glukose. Das Gesamtergebnis der Oxidation eines Glucosemoleküls kann durch die Formel ausgedrückt werden:

C 6 H 12 O 6 +6O2=6CO 2 +6H 2 O

Wie aus der Reaktionsgleichung ersichtlich ist, nimmt bei der Oxidation von Glucose die Anzahl der gebildeten Moleküle zu Kohlendioxid und verbrauchter (absorbierter) Sauerstoff sind gleich. Eine gleiche Anzahl von Gasmolekülen mit gleicher Temperatur und gleichem Druck nehmen den gleichen Raum ein (Avogadro-Gerard-Gesetz). Folglich ist der Atmungskoeffizient (CO 2 /O 2-Verhältnis) während der Glukoseoxidation gleich eins. Dieser Koeffizient ist derselbe für die Oxidation anderer Kohlenhydrate.

Atmungskoeffizient wird während der Oxidation von Proteinen unter Eins liegen. Bei der Fettoxidation beträgt der Atmungskoeffizient 0,7. Dies kann anhand des Ergebnisses der Oxidation von etwas Fett überprüft werden. Wir veranschaulichen dies am Beispiel der Tripalmitin-Oxidation:

2C 3 H 5 (C 15 H 31 COO) 3 + 145 O 2 = 102 CO 2 + 98 H 2 O.

Das Verhältnis zwischen den Volumina von Kohlendioxid und Sauerstoff ist in diesem Fall gleich:

102 CO 2 /145 O 2 = 0,703.

Ähnliche Berechnungen können für Proteine ​​durchgeführt werden; Wenn sie im Körper oxidiert werden, beträgt der Atmungskoeffizient 0,8.

Bei gemischter Nahrung beträgt der Atemkoeffizient einer Person normalerweise 0,85-0,9.

Da die Anzahl der bei der Sauerstoffaufnahme freigesetzten Kalorien unterschiedlich ist, je nachdem, ob Proteine, Fette oder Kohlenhydrate im Körper oxidiert werden, ist es klar, dass sie auch abhängig vom Wert des Atemkoeffizienten, der ein Indikator dafür ist, welche Stoffe vorhanden sind, unterschiedlich sein sollte werden im Körper oxidiert.

Einem bestimmten Atemkoeffizienten entspricht ein bestimmtes Kalorienäquivalent an Sauerstoff, wie aus der folgenden Tabelle ersichtlich ist:

Unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise am Ende intensiver Muskelarbeit, spiegelt der über einen kurzen Zeitraum ermittelte Wert des Atemkoeffizienten nicht die Aufnahme von Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten wider.

Atmungsquotient bei der Arbeit

Bei intensiver Muskelarbeit steigt der Atemkoeffizient und nähert sich in den meisten Fällen dem Wert Eins an. Dies erklärt sich dadurch, dass die Hauptenergiequelle bei intensiver Arbeit die Oxidation von Kohlenhydraten ist. Am Ende der Arbeit steigt der Atemkoeffizient in den ersten Minuten, der sogenannten Erholungsphase, stark an und kann eins überschreiten. In der nächsten Periode sinkt der Atemkoeffizient stark auf Werte, die unter den ursprünglichen Werten liegen, und kann erst nach 30-50 Minuten nach zwei Stunden harter Arbeit auf normale Werte zurückkehren. Diese Veränderungen im Atemquotienten zeigen sich Reis. 98.

Änderungen des Atemquotienten am Ende der Arbeit spiegeln nicht die wahre Beziehung zwischen den dieser Moment Sauerstoff und freigesetztes Kohlendioxid. Der Atmungskoeffizient zu Beginn der Erholungsphase steigt aus folgendem Grund: Während der Arbeit reichert sich Milchsäure in den Muskeln an, für deren Oxidation während der Arbeit nicht genügend Sauerstoff vorhanden war ( ). Diese Milchsäure gelangt ins Blut und verdrängt Kohlendioxid aus Bikarbonaten, wodurch Basen gebunden werden. Dadurch wird mehr Kohlendioxid freigesetzt als derzeit im Gewebe gebildet wird.

Methoden zur Messung des Energieverbrauchs (direkte und indirekte Kalorimetrie).

Bildung und Energieverbrauch.

Beim Zerfall freigesetzte Energie organische Substanz, reichert sich in Form von ATP an, dessen Menge im Gewebe des Körpers konstant gehalten wird hohes Level. ATP kommt in jeder Zelle des Körpers vor. Größte Menge es findet sich in Skelettmuskeln- 0,2-0,5 %. Jede Zellaktivität fällt immer zeitlich genau mit dem Abbau von ATP zusammen.

Die zerstörten ATP-Moleküle müssen wiederhergestellt werden. Dies geschieht aufgrund der Energie, die beim Abbau von Kohlenhydraten und anderen Stoffen freigesetzt wird.

Wie viel Energie der Körper verbraucht, lässt sich anhand der Wärmemenge beurteilen, die er an die äußere Umgebung abgibt.

Direkte Kalorimetrie basiert auf der direkten Bestimmung der im Laufe des Lebens vom Körper abgegebenen Wärme. Eine Person wird in eine spezielle kalorimetrische Kammer gebracht, in der die gesamte vom menschlichen Körper abgegebene Wärmemenge berücksichtigt wird. Die vom Körper erzeugte Wärme wird von Wasser absorbiert, das durch ein zwischen den Wänden der Kammer verlegtes Rohrsystem fließt. Die Methode ist sehr aufwendig und kann in speziellen wissenschaftlichen Einrichtungen eingesetzt werden. Daher finden sie in der praktischen Medizin breite Anwendung. Methode der indirekten Kalorimetrie. Der Kern dieser Methode besteht darin, dass zunächst das Volumen der Lungenbeatmung und dann die Menge an absorbiertem Sauerstoff und freigesetztem Kohlendioxid bestimmt wird. Man nennt das Verhältnis des freigesetzten Kohlendioxidvolumens zum aufgenommenen Sauerstoffvolumen respiratorischer Quotient . Der Wert des Atmungskoeffizienten kann zur Beurteilung der Beschaffenheit oxidierter Substanzen im Körper herangezogen werden.

Bei der Oxidation von Kohlenhydraten beträgt der Atmungskoeffizient 1, da für die vollständige Oxidation von 1 Molekül Glucose zu Kohlendioxid und Wasser 6 Moleküle Sauerstoff benötigt werden und 6 Moleküle Kohlendioxid freigesetzt werden:

С 6 Н12О 6 +60 2 =6С0 2 +6Н 2 0

Der Atmungskoeffizient für die Proteinoxidation beträgt 0,8, für die Fettoxidation 0,7.

Ermittlung des Energieverbrauchs durch Gasaustausch. Die im Körper freigesetzte Wärmemenge, wenn 1 Liter Sauerstoff verbraucht wird – Kalorienäquivalent von Sauerstoff - hängt von der Oxidation der verwendeten Stoffe Sauerstoff ab. Das Kalorienäquivalent von Sauerstoff bei der Oxidation von Kohlenhydraten beträgt 21,13 kJ (5,05 kcal), Proteine ​​– 20,1 kJ (4,8 kcal), Fette – 19,62 kJ (4,686 kcal).

Energieverbraucheine Person ist bestimmt auf die folgende Weise. Die Person atmet 5 Minuten lang durch ein Mundstück im Mund. Das Mundstück, verbunden mit einem Beutel aus gummiertem Stoff, verfügt über Ventile. Sie sind so konzipiert, dass eine Person atmosphärische Luft ungehindert einatmen und Luft in den Beutel ausatmen kann. Mithilfe einer Gasuhr wird das Volumen der ausgeatmeten Luft gemessen. Die Indikatoren des Gasanalysators bestimmen den Anteil von Sauerstoff und Kohlendioxid in der von einer Person ein- und ausgeatmeten Luft. Anschließend werden die Menge des aufgenommenen Sauerstoffs und des freigesetzten Kohlendioxids sowie der Atmungsquotient berechnet. Anhand der entsprechenden Tabelle wird das Kalorienäquivalent von Sauerstoff anhand des Atemkoeffizienten ermittelt und der Energieverbrauch ermittelt.

Das Verhältnis des freigesetzten Kohlendioxidvolumens zum aufgenommenen Sauerstoffvolumen wird als Atmungskoeffizient bezeichnet.

DK = CO 2 (l)/O 2 (l)

Der Atmungskoeffizient charakterisiert die Art der Nährstoffe, die zum Zeitpunkt seiner Bestimmung im Körper überwiegend oxidiert sind. Sie wird anhand der Formeln chemischer Oxidationsreaktionen berechnet.

Für Kohlenhydrate:

C 6 H 12 O 2 + 6 O 2 o – 6 CO 2 + 6 H 2 O;

DC = (6 Volumina CO 2)/(6 Volumina O 2) = 1

Für Fette:

2C 15 H48,O 6 + 145O 2 o - 102CO 2 + 98H 2 O;

DK = (102 Volumina CO 2)/(145 Volumina O 2) = 0,703

Für Proteine Die Berechnung ist etwas schwierig, da Proteine ​​im Körper nicht vollständig oxidiert werden. Ein Teil des Stickstoffs im Harnstoff (NH 2) 2 CO 2 wird vom Körper über Urin, Schweiß und Kot ausgeschieden. Um den DC während der Proteinoxidation zu berechnen, sollten Sie daher die aus der Nahrung aufgenommene Proteinmenge und die Menge der ausgeschiedenen stickstoffhaltigen „Abfälle“ kennen. Es wurde festgestellt, dass für die Oxidation von Kohlenstoff und Wasserstoff während des Proteinkatabolismus und die Bildung von 77,5 Volumina Kohlendioxid 96,7 Volumina Sauerstoff erforderlich sind. Daher gilt für Proteine:

DC = (77,5 Volumina CO 2)/(96,7 Volumina O2) = 0,80

Mit Mischfutter der Atmungskoeffizient beträgt 0,8-0,9.

Atmungskoeffizient bei Muskelarbeit. Die Hauptenergiequelle bei intensiver Muskelarbeit sind Kohlenhydrate. Deshalb Während der Arbeit DC nähert sich der Einheit.

Unmittelbar nach Abschluss der Arbeiten DK kann stark ansteigen. Dieses Phänomen spiegelt kompensatorische Prozesse wider, die darauf abzielen, überschüssiges Kohlendioxid aus dem Körper zu entfernen, dessen Quelle die sogenannten nichtflüchtigen Säuren sind.

Im Laufe der Zeit nach Abschluss der Arbeiten Der Gleichstrom kann im Vergleich zum Normalwert stark abfallen. Dies ist auf eine Verringerung der Kohlendioxidfreisetzung durch die Lunge aufgrund einer kompensatorischen Verzögerung zurückzuführen Puffersysteme Blut und verhindert so eine Verschiebung des pH-Wertes zur Hauptseite hin.

In ungefähr einer Stunde Nach Abschluss der Arbeiten wird der Gleichstrom normal.

Kalorienäquivalent von Sauerstoff. Ein bestimmter Atemkoeffizient entspricht einem bestimmten Kalorienäquivalent an Sauerstoff, d. h. Wärmemenge, die bei vollständiger Oxidation freigesetzt wird 1g Nährstoff(zu den Endprodukten) in Gegenwart von 1 Liter Sauerstoff.

Das Kalorienäquivalent von Sauerstoff bei der Oxidation von Proteinen beträgt 4,8 kcal (20,1 kJ), Fett – 4,7 kcal (19,619 kJ), Kohlenhydrate – 5,05 kcal (21,2 kJ).

Ursprünglich wurde der Gasaustausch bei Mensch und Tier mit der Krogh-Methode bestimmt Spezialkameras geschlossener Typ(Atemkammer von M.N. Shaternikov).

Derzeit wird die vollständige Gasanalyse mit der offenen Atemmethode nach Douglas-Haldane durchgeführt. Die Methode basiert auf dem Sammeln der ausgeatmeten Luft in einem speziellen Behälter (einem luftdichten Beutel) und der anschließenden Bestimmung ihrer Gesamtmenge sowie des darin enthaltenen Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalts mithilfe von Gasanalysatoren.

Nr. 51 Grundstoffwechsel und Methoden zu seiner Bestimmung. Bedingungen zur Bestimmung des Grundstoffwechsels und Faktoren, die seinen Wert beeinflussen. Spezifische dynamische Wirkung von Lebensmitteln. Das Oberflächengesetz von M. Rubner.

BX- die minimale Energiemenge, die erforderlich ist, um eine normale Lebensaktivität unter Bedingungen relativer körperlicher und geistiger Ruhe zu gewährleisten. Diese Energie wird für zelluläre Stoffwechselprozesse, Blutzirkulation, Atmung, Ausscheidung, Aufrechterhaltung der Körpertemperatur, die Funktion lebenswichtiger Nervenzentren des Gehirns und die ständige Sekretion endokriner Drüsen aufgewendet.

Die Leber verbraucht 27 % der Grundstoffwechselenergie, das Gehirn – 19 %, Muskeln – 18 %, Nieren – 10 %, Herz – 7 %, alle anderen Organe und Gewebe – 19 %.

Methoden zur Bestimmung des Grundstoffwechsels.

Berechnung des Grundumsatzes anhand von Tabellen. Spezielle Tabellen ermöglichen die Bestimmung von Größe, Alter und Körpergewicht Durchschnittsniveau Grundumsatz des Menschen. Durch den Vergleich dieser Werte mit den Ergebnissen der Untersuchung des Arbeitsaustauschs mithilfe von Instrumenten ist es möglich, die Differenz zu berechnen, die dem Energieaufwand für die Ausführung der Arbeit entspricht.

Berechnung des Grundstoffwechsels anhand hämodynamischer Parameter (Reed-Formel). Die Berechnung basiert auf dem Zusammenhang zwischen Blutdruck, Pulsfrequenz und Körperwärmeproduktion. Die Formel ermöglicht es, den Prozentsatz der Abweichung des Grundumsatzes von der Norm zu berechnen. Die zulässige Abweichung beträgt ±10 %.

PO = 0,75 (HR + PP 0,74) – 72,

wobei PO der Prozentsatz der Abweichungen ist; HR – Herzfrequenz

(Impuls); PP – Pulsdruck.

Um die Übereinstimmung des Basalaustauschs mit normativen Daten zu hämodynamischen Parametern zu bestimmen, gibt es spezielle Nomogramme.

Der Energieverbrauch verschiedener Körpergewebe im Ruhezustand ist nicht gleich. Innere Organe verbrauchen Energie aktiver, Muskelgewebe weniger aktiv. Die Intensität des Grundstoffwechsels im Fettgewebe ist dreimal geringer als im Rest der Zellmasse des Körpers. Menschen mit geringem Körpergewicht produzieren mehr Wärme pro kg Körpergewicht als Menschen mit hohem Körpergewicht. Wenn wir die Energiefreisetzung pro 1 m2 Körperoberfläche berechnen, verschwindet dieser Unterschied fast. Laut einem anderen Rubners Regel, Der Grundumsatz ist ungefähr proportional zur Körperoberfläche verschiedene Typen Tiere und Menschen.

Es wurden saisonale Schwankungen im Wert des Grundstoffwechsels festgestellt – sein Anstieg im Frühling und sein Rückgang im Winter. Die Höhe des Grundstoffwechsels wird durch die bisherige Muskelarbeit und den Zustand der endokrinen Drüsen beeinflusst.

Bedingungen zur Bestimmung des Grundumsatzes.

Jede Arbeit – körperlich oder geistig, sowie Essen, Temperaturschwankungen Umfeld und andere externe und interne Faktoren, die das Niveau der Stoffwechselprozesse verändern, führen zu einem Anstieg des Energieverbrauchs.

Daher wird der Grundstoffwechsel unter streng kontrollierten, künstlich geschaffenen Bedingungen bestimmt: morgens auf nüchternen Magen (12-14 Stunden nach der letzten Mahlzeit), in Rückenlage, bei völliger Muskelentspannung, im Zustand ruhiger Wachheit, bei angenehmen Temperaturbedingungen (18–18–20 °C). 3 Tage vor der Studie werden proteinhaltige Lebensmittel vom Speiseplan ausgeschlossen. Der Grundstoffwechsel wird durch die verbrauchte Energiemenge von 1 kcal pro 1 kg Körpergewicht pro Stunde ausgedrückt.

Faktoren, die die Menge des Grundstoffwechsels bestimmen. Der Grundstoffwechsel hängt vom Alter, der Größe, dem Körpergewicht und dem Geschlecht einer Person ab. Der intensivste Grundstoffwechsel pro 1 kg Körpergewicht wird bei Kindern beobachtet (bei Neugeborenen - 53 kcal/kg pro Tag, bei Kindern im ersten Lebensjahr - 42 kcal/kg). Der durchschnittliche Grundumsatz bei erwachsenen gesunden Männern beträgt 1300-1600 kcal/Tag; bei Frauen sind diese Werte um 10 % niedriger. Dies liegt daran, dass Frauen weniger Masse und Körperoberfläche haben.

Spezifische dynamische Wirkung von Lebensmitteln- eine Erhöhung des Energieverbrauchs des Körpers aufgrund der Aufnahme, Verdauung und Assimilation von Nahrungsmitteln. Die spezifische dynamische Wirkung der Nahrung besteht darin, dass auch bei fehlender Muskelaktivität Energie für die Nahrungsverdauung verbraucht wird. In diesem Fall entsteht der größte Verbrauch durch die Verdauung von Proteinen. Proteine ​​haben eine maximal steigernde Wirkung auf den Stoffwechsel, sie steigern ihn um 40 %, Kohlenhydrate und Fette steigern ihn nur um 5 %. Bei normaler Ernährung beträgt der tägliche Verbrauch für die spezifische dynamische Wirkung von Nahrungsmitteln bei einem Erwachsenen etwa 200 Kalorien.

Rubners Körperoberflächengesetz. Die Abhängigkeit des Grundumsatzes von der Körperoberfläche wurde vom deutschen Physiologen Rubner für verschiedene Tiere nachgewiesen. Nach dieser Regel hängt die Intensität des Grundumsatzes eng mit der Größe der Körperoberfläche zusammen: Bei Warmblütern mit unterschiedlicher Körpergröße wird auf 1 m 2 Oberfläche die gleiche Wärmemenge abgegeben.

Das Gesetz der Körperoberfläche besagt also: Der Energieaufwand eines Warmblüters ist proportional zur Körperoberfläche.

Mit zunehmendem Alter nimmt der Grundumsatz stetig ab. Der durchschnittliche Grundumsatz eines gesunden Menschen beträgt etwa 1 kcal/(kg-h).

Nr. 52 Funktionierender Energiestoffwechsel. Energieverbrauch des Körpers während verschiedene Arten Arbeit. Methoden zur Bestimmung des Arbeitsaustauschs.

Der Gesamtenergieverbrauch eines Menschen hängt vom Zustand des Körpers und der Muskelaktivität ab.

Muskelarbeit erfordert einen erheblichen Energieaufwand ( funktionierender Energiestoffwechsel) einerseits und eine Steigerung der Wärmeproduktion andererseits. Bei einer ruhig liegenden Person beträgt die Wärmeproduktion 35 kcal/(gm 2). Wenn der Proband eine sitzende Position einnimmt – um 42 %; im Stehen – um 70 % und bei ruhigem, gemächlichem Gehen steigt die Wärmeproduktion um 180 %. Bei Muskelbelastungen mittlerer Intensität liegt die Effizienz der Muskelarbeit bei etwa 24 %. Von der Gesamtenergie, die die arbeitenden Muskeln verbrauchen, werden 43 % für die Aktivierung der Kontraktion aufgewendet und die gesamte Energie wird in Wärme umgewandelt. Nur 57 % der gesamten Energie fließen in die Arbeitsreduzierung.

Der Unterschied zwischen dem Energieverbrauch bei physische Aktivität und der Energieverbrauch des Grundstoffwechsels stellt einen Arbeitszuwachs dar, der umso größer ist, je intensiver die Arbeit ist. Unter Arbeitsgewinn versteht man die gesamte verbleibende Energie, die der Körper tagsüber für körperliche und geistige Aktivität aufwendet.

Die Summe aus Grundaustausch und Arbeitszuwachs bildet den Bruttoaustausch. Die Summe aus Bruttostoffwechsel und der spezifischen dynamischen Wirkung der Nahrung wird als Gesamtstoffwechsel bezeichnet. Die maximal zulässige Arbeitsbelastung für diese Person Die von ihm über einen längeren Zeitraum kontinuierlich durchgeführten Übungen sollten den Energieverbrauch des Grundumsatzes nicht um mehr als das Dreifache überschreiten. Bei kurzfristiger Belastung wird durch die Oxidation von Kohlenhydraten Energie freigesetzt.

Bei längerem Muskeltraining baut der Körper hauptsächlich Fette ab und stellt 80 % der benötigten Energie bereit. Bei trainierten Sportlern wird die Energie der Muskelkontraktionen ausschließlich durch Fettoxidation bereitgestellt. Für eine körperlich arbeitende Person steigen die Energiekosten proportional zur Arbeitsintensität.

Basierend auf den Energiekosten werden alle Berufe in mehrere Gruppen eingeteilt, die sich jeweils durch einen eigenen täglichen Energieverbrauch auszeichnen.

Körperliche Aktivitätsrate. Ein objektives physikalisches Kriterium, das die angemessene Höhe des Energieverbrauchs für bestimmte Berufsgruppen von Menschen bestimmt, ist der körperliche Aktivitätskoeffizient (das Verhältnis des gesamten Energieverbrauchs für alle Arten von Lebensaktivitäten zum Wert des Grundumsatzes, d. h. des Energieverbrauchs im Ruhezustand). Die Werte des körperlichen Aktivitätskoeffizienten sind für Männer und Frauen gleich, aufgrund des geringeren Körpergewichts bei Frauen und dementsprechend des Grundumsatzes beträgt der Energieverbrauch von Männern und Frauen jedoch in Gruppen mit demselben körperlichen Aktivitätskoeffizienten anders.

Gruppe I- Arbeiter, die hauptsächlich geistig arbeiten: Wissenschaftler, Studenten der Geisteswissenschaften. Sehr leichte körperliche Aktivität; körperlicher Aktivitätskoeffizient 1,4; Energieverbrauch 1800-2450 kcal/Tag.

Gruppe II- Arbeiter, die leichte körperliche Arbeit verrichten: Fahrer von Straßenbahnen, Oberleitungsbussen, Servicekräfte, Krankenschwestern, Krankenschwestern. Leicht körperlich Aktivität; körperlicher Aktivitätskoeffizient 1,6; Energieverbrauch 2100-2800 kcal/Tag.

Gruppe III- mittelschwere Arbeiter: Mechaniker, Einsteller, Busfahrer, Chirurgen. Durchschnittliche körperliche Aktivität; körperlicher Aktivitätskoeffizient 1,9; Energieverbrauch 2500-3300 kcal/Tag.

Gruppe IV- schwere Arbeiter Physiklabor: Bauarbeiter, Metallurgen. Hohe körperliche Aktivität; körperlicher Aktivitätskoeffizient 2,2; Energieverbrauch 2850-3850 kcal/Tag.

Gruppe V- Arbeiter mit besonders harter Arbeit, nur Männer: Maschinenbediener, Landarbeiter während der Saat- und Erntezeit, Bergleute, Holzfäller, Betonarbeiter, Maurer, Bagger, Verlader nicht mechanisierter Arbeitskräfte, Rentierhirten usw. Sehr hohe körperliche Aktivität; körperlicher Aktivitätskoeffizient 2,5; Energieverbrauch 3750-4200 kcal/Tag.

Für jede Arbeitsgruppe wurden die Durchschnittswerte des ausgewogenen Bedarfs eines gesunden Menschen an Energie und Nährstoffen ermittelt, die bei Männern und Frauen leicht unterschiedlich sind.

Nr. 53 Die Körpertemperatur des Menschen und ihre täglichen Schwankungen. Wärmehaushalt eines homöothermen Organismus. Temperaturdiagramm des menschlichen Körpers. Methoden zur Messung der menschlichen Körpertemperatur.

Homöothermie. Im Laufe der Evolution haben höhere Tiere und Menschen Mechanismen entwickelt, die die Körpertemperatur unabhängig von der Umgebungstemperatur auf einem konstanten Niveau halten können. Temperatur innere Organe Sie schwanken zwischen 36 und 38 °C und tragen zum optimalen Ablauf von Stoffwechselprozessen bei, katalysieren die meisten enzymatischen Reaktionen und beeinflussen deren Geschwindigkeit in gewissen Grenzen.

Eine konstante Temperatur ist auch notwendig, um normale physikalische und chemische Parameter aufrechtzuerhalten – Blutviskosität, Oberflächenspannung, kolloidosmotischer Druck usw. Die Temperatur beeinflusst auch Erregungsprozesse, die Geschwindigkeit und Intensität der Muskelkontraktion, die Prozesse der Sekretion, Absorption und Schutzreaktionen von Zellen und Geweben.

Homöotherme Organismen haben Regulierungsmechanismen entwickelt, die sie unabhängiger von Umweltbedingungen machen. Sie können eine Überhitzung bei zu hoher Lufttemperatur und eine Unterkühlung bei zu niedriger Lufttemperatur vermeiden.

Optimale Temperatur Die Körpertemperatur des Menschen beträgt 37 °C; die obere tödliche Temperatur beträgt 43,4 °C. Bei höheren Temperaturen kommt es zur intrazellulären Proteindenaturierung und zum irreversiblen Tod; die untere tödliche Temperatur liegt bei 24 °C. Unter extremen Bedingungen plötzlicher Veränderungen Umgebungstemperatur Homöotherme Tiere reagieren mit einer Stressreaktion (Temperatur – Hitze oder Kälte – Stress). Mit Hilfe dieser Reaktionen halten solche Tiere eine optimale Körpertemperatur aufrecht. Die Homöothermie entwickelt sich beim Menschen ein Leben lang.

Die Körpertemperatur des Menschen, aber auch höherer Tiere, unterliegt mehr oder weniger regelmäßigen Schwankungen tägliche Schwankungen auch unter den gleichen Bedingungen von Ernährung und körperlicher Aktivität.

Die Körpertemperatur ist tagsüber höher als nachts und schwankt tagsüber zwischen 0,5 und 3 °C. Sie sinkt zwischen 3 und 4 Uhr morgens auf ein Minimum und erreicht zwischen 16 und 18 Uhr ein Maximum. Der Tagesrhythmus der Temperaturkurve steht in keinem direkten Zusammenhang mit der Veränderung der Aktivitäts- und Ruhephasen, da er auch dann bestehen bleibt, wenn sich eine Person ständig in völliger Ruhe befindet. Dieser Rhythmus wird ohne äußere Regulierungsfaktoren aufrechterhalten; Es liegt im Organismus selbst und stellt einen wirklich endogenen Rhythmus dar.

Frauen haben ausgeprägte monatliche Zyklen mit Schwankungen der Körpertemperatur. die Temperatur steigt nach dem Essen (ein spezifischer dynamischer Effekt der Nahrung), bei Muskelarbeit und nervöser Anspannung.

Muster der Körpertemperatur, was bestimmt ist verschiedene Level Stoffwechsel in verschiedenen Organen. Körpertemperatur in der Achselhöhle – 36,8 °C, auf den Handflächen – 25–34 °C, im Rektum – 37,2–37,5 °C, in Mundhöhle- 36,9 °C. Am meisten niedrige Temperatur in den Fingern markiert untere Gliedmaßen, und der höchste liegt in der Leber.

Gleichzeitig gibt es auch im selben Organ erhebliche Temperaturgradienten, deren Schwankungen zwischen 0,2 und 1,2 °C liegen. In der Leber beträgt die Temperatur also 37,8–38 °C und im Gehirn 36,9–37,8 °C. Während der Muskelaktivität sind erhebliche Temperaturschwankungen zu beobachten. Beim Menschen führt intensive Muskelarbeit zu einem Temperaturanstieg der kontrahierenden Muskulatur um 7 °C.

Wenn eine Person darin badet kaltes Wasser Die Fußtemperatur sinkt ohne Beschwerden auf 16 °C.

Einzelne Merkmale des Körpertemperaturmusters:

Gesunder Mann hat ein relativ konstantes Körpertemperaturmuster;

Merkmale des Temperaturverlaufs werden genetisch vor allem durch die individuelle Intensität der Stoffwechselvorgänge bestimmt;

Individuelle Merkmale des Körpertemperaturschemas werden durch den Einfluss humoraler (hormoneller) Faktoren und den vegetativen Tonus bestimmt nervöses System;

Das Temperaturverhalten des Körpers wird im Zuge der Bildung, bedingt durch den Lebensstil und vor allem durch die Abhärtung, verbessert. Gleichzeitig ist es in gewissen Grenzen dynamisch, je nach Berufsausprägung, Umweltbedingungen, Charakter und andere Faktoren.

Nr. 54 Mechanismen der Wärmeerzeugung. Stoffwechsel als Quelle der Wärmebildung. Die Rolle einzelner Organe bei der Wärmeproduktion und Regulierung dieses Prozesses.

Wärmeerzeugungszentren. Wärmeerzeugungszentren wurden im Bereich des lateralen dorsalen Hypothalamus gefunden. Ihre Zerstörung führt dazu, dass Tiere die Fähigkeit verlieren, bei niedrigen Umgebungstemperaturen eine konstante Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Unter diesen Bedingungen beginnt ihre Körpertemperatur zu sinken und die Tiere geraten in einen Zustand der Unterkühlung. Die elektrische Stimulation der entsprechenden Zentren des Hypothalamus verursacht bei Tieren das folgende Syndrom: 1) Verengung der oberflächlichen Hautgefäße. Die Vasokonstriktion wird durch die Aktivierung der sympathischen Zentren des hinteren Hypothalamus erreicht.; 2) Piloerektion – die Reaktion der Glättung der Körperbehaarung; 3) Muskelzittern – erhöht die Wärmeproduktion um das 4- bis 5-fache. Das zitternde motorische Zentrum befindet sich im dorsomedialen Teil des hinteren Hypothalamus. Sie wird durch erhöhte Außentemperatur gehemmt und bei sinkender Außentemperatur angeregt. Impulse aus dem Zitterzentrum bewirken eine allgemeine Steigerung des Muskeltonus. Erhöht Muskeltonus führt zur Entstehung rhythmischer Reflexe aus den Muskelspindeln, die Zittern verursachen; 4) erhöhte Sekretion der Nebennieren.

Interaktion von Thermoregulationszentren. Zwischen den Wärmeübertragungszentren des vorderen Hypothalamus und den Wärmeproduktionszentren des hinteren Hypothalamus liegen wechselseitige Beziehungen. Wenn die Aktivität von Wärmeerzeugungszentren zunimmt, wird die Aktivität von Wärmeübertragungszentren gehemmt und umgekehrt. Wenn die Körpertemperatur sinkt, wird die Aktivität von Neuronen im hinteren Hypothalamus aktiviert; Wenn die Körpertemperatur steigt, werden Neuronen im vorderen Hypothalamus aktiviert.

Mechanismen der Wärmeerzeugung. Wenn die Umgebungstemperatur sinkt, breiten sich efferente Impulse von Neuronen des hinteren Hypothalamus auf α-Motoneuronen des Rückenmarks aus. Diese Einflüsse führen zu einer Kontraktion der Skelettmuskulatur. Wenn sich Muskeln zusammenziehen, nimmt die ATP-Hydrolyse zu. Dadurch nimmt die willkürliche Muskelaktivität zu.

Gleichzeitig entsteht beim Abkühlen das sogenannte thermoregulatorischer Muskeltonus. Der thermoregulatorische Tonus stellt eine Art Mikrovibration der Muskelfasern dar. Dadurch steigt die Wärmeproduktion gegenüber dem Ausgangsniveau um 20–45 %. Bei stärkerer Abkühlung nimmt der thermoregulatorische Ton zu kaltes Muskelzittern. Kaltes Zittern ist eine unwillkürliche rhythmische Aktivität oberflächlicher Muskeln. Dadurch erhöht sich die Wärmeproduktion im Vergleich zum Ausgangsniveau um das 2- bis 3-fache.

Die Mechanismen des Muskelzitterns hängen mit der Ausbreitung der Erregung vom Hypothalamus über das Tegmentum des Mittelhirns und durch den roten Kern zu den α-Motoneuronen des Rückenmarks und von diesen zu den entsprechenden Muskeln zusammen.

Gleichzeitig werden beim Abkühlen Oxidationsprozesse in der Skelettmuskulatur, der Leber und im braunen Fett aktiviert und die Effizienz der oxidativen Phosphorylierung nimmt ab. Durch diese Prozesse, die sogenannte nichtkontraktile Thermogenese, kann die Wärmeproduktion um das Dreifache steigen.

Die Regulierung der nichtkontraktilen Thermogenese erfolgt durch Aktivierung des sympathischen Nervensystems und Hormone Schilddrüse und Nebennierenmark.

Nr. 55 Wärmeübertragungsmechanismen. Wie der Körper Wärme abgibt. Physiologische Mechanismen der Wärmeübertragung.

Die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur auf einem für den Stoffwechsel optimalen Niveau erfolgt durch den regulierenden Einfluss des Zentralnervensystems. Aufgrund nervöser und direkter humoraler Einflüsse, an denen eine Reihe von Oligopeptiden wie Bombesin beteiligt sind, bilden sich im betrachteten Funktionssystem Prozesse aus, die darauf abzielen, die gebildeten Veränderungen im Temperaturmuster des Körpers wiederherzustellen. Zu diesen Prozessen gehören die Mechanismen der Wärmeerzeugung und Wärmeübertragung.

Wärmeübertragungszentren. Wärmeübertragungszentren wurden im Bereich der vorderen Kerne des Hypothalamus gefunden. Die Zerstörung dieser Strukturen führt dazu, dass Tiere die Fähigkeit verlieren, bei hohen Umgebungstemperaturen eine konstante Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig beginnt ihre Körpertemperatur zu steigen, die Tiere geraten in einen Zustand der Hyperthermie, und bereits bei Raumtemperatur kann sich eine Hyperthermie entwickeln. Stimulation dieser Strukturen durch implantierte Elektroden elektrischer Schock verursacht bei Tieren ein charakteristisches Syndrom: Kurzatmigkeit, Erweiterung der oberflächlichen Hautgefäße, Abfall der Körpertemperatur. Das durch die Vorkühlung verursachte Muskelzittern hört auf.

Wärmeableitung(physikalische Thermoregulation) wird durch physikalische Prozesse bestimmt:

Bewegung warmer Luft von der Körperoberfläche durch Kontakt oder Fernkonvektion;

Wärmestrahlung (Strahlung);

Verdunstung von Flüssigkeit von der Hautoberfläche und den oberen Atemwegen

Ausscheidung von Urin und Kot.

Die physikalische Thermoregulation erfolgt auf folgende Weise.

Kontaktkonvektion- direkter Wärmeaustausch zwischen zwei Objekten unterschiedlicher Temperatur, die in direktem Kontakt miteinander stehen.

Ferne Konvektion- die Umwandlung von Wärme in einen Luftstrom, der sich nahe der Körperoberfläche bewegt und beim Erhitzen durch einen neuen, kälteren ersetzt wird.

Strahlung- Wärmeübertragung durch Strahlung elektromagnetischer Energie in

in Form von Infrarotstrahlen.

Regulierung der Wärmeübertragung.Konvektion, Wärmestrahlung Und Verdunstung Wärme ist direkt proportional zur Wärmekapazität der Umgebung.

Wärmeableitung hängt vom Volumen der Körperoberfläche ab. Es ist bekannt, dass sich viele Tiere in der Kälte zu einer Kugel zusammenrollen und ein kleineres Volumen einnehmen. Die Prozesse der Konvektion, Strahlung und Verdunstung von Wärme hängen von den Eigenschaften der Haut ab. Das Fell auf der Haut von Tieren verhindert die Wärmeübertragung.

Gefäßreaktionen bei Überhitzung. Alle physikalischen Prozesse der Wärmeübertragung im Menschen basieren auf physiologische Prozesse verbunden mit Veränderungen im Lumen der oberflächlichen Hautgefäße unter dem Einfluss der Umgebungstemperatur. Bei hohen Temperaturen weiten sich die Blutgefäße, bei niedrigen Temperaturen verengen sie sich. Diese Reaktionen werden aufgrund der Aktivierung des autonomen Nervensystems ausgeführt – im ersten Fall des Parasympathikus und im zweiten Fall des Sympathikus.

Bradykinin, das von den Schweißdrüsen über cholinerge sympathische Fasern produziert wird, ist an den Mechanismen der Hautgefäßerweiterung beteiligt.

Wärmeübertragung in aquatische Umgebung. Wärmeübertragungsprozesse hängen davon ab physikalische Eigenschaften Umfeld. Die Prozesse der Wärmeübertragung sowie der Wärmeerzeugung verändern sich in der aquatischen Umwelt am komplexesten. Kaltes Wasser hat die größte Wärmekapazität. Die Verdunstung wird im Wasser verhindert. Gleichzeitig übt Wasser physikalischen Druck auf die Körperhaut aus und es kommt zu einer Umverteilung des Körpergewichts. Die Wassertemperatur hat eine irritierende Wirkung auf Hautrezeptoren und Interorezeptoren.

Schwitzen. Der wichtigste Mechanismus für den Wärmeverlust ist das Schwitzen. Mit 1 g Dampf verliert der Körper etwa 600 Kalorien Wärme. Schwitzen ist für die Aufrechterhaltung einer optimalen Körpertemperatur bei hohen Umgebungstemperaturen, insbesondere in heißen Ländern, unerlässlich. Es wurde festgestellt, dass nicht alle Menschen gleichermaßen in der Lage sind, bei erhöhter Temperatur vermehrt zu schwitzen.

№ 56 Funktionelles System, Aufrechterhaltung einer optimalen Bluttemperatur für den Stoffwechsel. Eigenschaften seiner Schlüsselmechanismen.

Das Funktionssystem, das die optimale Körpertemperatur für den Stoffwechsel bestimmt, vereint zwei Teilsysteme: die interne endogene Selbstregulation und das zielgerichtete Verhalten. Endogene Mechanismen der Selbstregulation aufgrund der Prozesse der Wärmeerzeugung und Wärmeabgabe bestimmen die Aufrechterhaltung der für den Stoffwechsel notwendigen Körpertemperatur. Funktionssystem:

Vorteilhaftes adaptives Ergebnis

Der Indikator, für den dieses Funktionssystem arbeitet, ist die Bluttemperatur. Einerseits sorgt es für den normalen Ablauf von Stoffwechselprozessen, andererseits wird es selbst durch deren Intensität bestimmt.

Für den normalen Ablauf von Stoffwechselprozessen sind homöotherme Tiere, einschließlich des Menschen, gezwungen, die Körpertemperatur auf einem relativ konstanten Niveau zu halten. Diese Konstanz ist jedoch bedingt. Die Temperatur verschiedener Organe unterliegt Schwankungen, deren Grenzen von der Tageszeit, dem Funktionszustand des Körpers, den Wärmeisolationseigenschaften der Kleidung etc. abhängen.

Labor 21

Bestimmung des Atmungskoeffizienten keimender Samen

Prinzip der Methode. Atmungskoeffizient (RK)- Indikator für den Gasaustausch lebender Gewebe. Dabei handelt es sich um das Verhältnis der bei der Atmung freigesetzten Kohlendioxidmenge zur aufgenommenen Sauerstoffmenge:

DC = CO2 / O2.

Der Wert des Atmungskoeffizienten hängt von mehreren Gründen ab. Der erste Faktor ist die chemische Natur des bei der Atmung oxidierten Substrats. Wenn Kohlenhydrate verwendet werden, liegt DC nahe bei Eins:

C6H12O6 + 6O2 = 6 CO2 + 6 H2O.

Wenn mehr reduzierte Substanzen, Fette und Proteine, oxidiert werden, wird mehr Sauerstoff verbraucht als Kohlendioxid freigesetzt, und DC ist kleiner als eins. Beispielsweise beträgt bei der Oxidation von Stearinsäure das CO2:O2-Verhältnis 18:26, also 0,69.

Bei der Oxidation von Substanzen, die mehr Sauerstoff als Kohlenhydrate enthalten, ist der Atmungskoeffizient größer als eins. Bei der Atmung aufgrund von Oxalsäure gemäß der Gleichung 2C2O2H2 + O2 = 4 CO2 + 2H2O beträgt der Atmungskoeffizient also 4.

Der zweite Faktor, der den DC-Wert bestimmt, sind die Belüftungsbedingungen. Bei Sauerstoffmangel in der Luft, also unter anaeroben Bedingungen, steigt der DC und liegt bei der Kohlenhydratoxidation über eins.

Der DC-Wert gibt die Vollständigkeit der Substratoxidation an. Wenn bei der Oxidation von Kohlenhydraten der Zersetzungsprozess nicht vollständig abläuft, sondern sich Zwischenprodukte ansammeln, die stärker oxidiert sind als Kohlenhydrate, dann wird der DC-Wert kleiner als eins. Ein ähnliches Phänomen wird bei intensiv wachsenden Objekten beobachtet.

Ziel der Arbeit: Bestimmen Sie den Atmungskoeffizienten keimender Samen.

Fortschritt: Im Experiment nutzen sie ein Gerät, bestehend aus einem mit einem Gummistopfen fest verschlossenen Reagenzglas, in das ein horizontales Röhrchen mit Teilungen eingesetzt ist. Stellen Sie das Reagenzglas in einen Kolben, der sowohl als Ständer als auch als Wärmeisolator dient.

Füllen Sie ½…2/3 des Volumens des Reagenzglases mit keimenden Weizen- oder Sonnenblumenkernen und verschließen Sie es mit einem Stopfen mit Messröhrchen fest. Voraussetzung für eine korrekte Beobachtung ist die Konstanz der Temperatur des Gerätes, da sein Betrieb mit Änderungen des Gasvolumens verbunden ist.

Daher muss das installierte Gerät akzeptieren Zimmertemperatur, was innerhalb von 5...7 Minuten erreicht wird.

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Ausrüstung und Materialien: 1) gekeimte Weichweizensamen ( Triticum aestivum L.), Erbsen ( Pisum sativum L.) usw.; 2) 20 % Oxalsäurelösung; 3) mit Methylenblau gefärbtes Wasser; 4) Porzellantasse; 5) Pinzette; 6) Herrscher; 7) Pipette mit eingezogenem Ende; 8) Filterpapierstreifen mit den Maßen 2x6 cm.

Anlage zur Bestimmung des Atemkoeffizienten: In ein Reagenzglas mit gut sitzendem Gummistopfen wird ein dünner, rechtwinklig gebogener Gegenstand eingeführt Glasrohr. Die horizontale Biegung des Röhrchens wird durch Anbringen eines Millimeterpapierstreifens mit Gummiringen skaliert, und das Reagenzglas wird in ein hohes Glas (entlang der Länge des Reagenzglases) mit Watte gestellt.

Kontrollfragen

1. Klassifizierung enzymatischer Atmungssysteme. Wirkmechanismen.

2. Wege zur Umwandlung des Atmungssubstrats. Glykolyse. Pentosephosphatzyklus.

3. Oxidative Phosphorylierung in pflanzlichen Mitochondrien.

4. Krebszyklus.

5. Das Konzept des Atemkoeffizienten. Methoden zur Bestimmung des Atemkoeffizienten.

6. Ökologie der Atmung. Abhängigkeit der Atmung von endogenen und exogenen Faktoren.