Caracteristicile generale ale factorilor care determină schimbul principal. Metabolismul și energia la diferite niveluri de activitate funcțională a organismului

SCHIMBUL DE SUBSTANȚE între celule și mediu.

În corp ca parte alimente(pâine, carne, legume etc.) nutrienți(proteine, grăsimi, carbohidrați), vitamine, săruri minerale, apă. eliberat din celulele corpului produse finale metabolice: CO 2 (excretat de plămâni), H 2 O (excretat de plămâni, rinichi, tractul gastrointestinal, piele), uree (excretat de rinichi) și altele.

VENIREA SUBSTANŢELOR în organism este

cantitatea de substanțe absorbite în tractul gastrointestinal în timpul digestiei (pe zi).

DIGESTIA - o etapă preliminară de asimilare nutrienți.

Baza digestiei este hidroliză proteine, grăsimi și carbohidrați (BJU) pentru monomeri:

proteinele sunt descompuse în aminoacizi, grăsimile în acizi grași și glicerol, carbohidrații în monozaharide (glucoză, galactoză, fructoză). Doar 1% din energia nutritivă este eliberată în timpul hidrolizei. Monomerii sunt absorbiți și prin peretele intestinal intră în sânge, limfa (în mediul intern al organismului). Gradul de asimilare al BJU este în medie de 90%. Nutrienții neabsorbiți sunt excretați din tractul gastrointestinal în compoziția fecalelor (10%).

CONSUMUL DE SUBSTANȚE în organism - cantitatea de substanțe oxidate în celulele corpului (pe zi).

Din sânge, nutrienții intră în celule, unde intracelular metabolism(schimb intermediar): (1) anabolism– sinteza de noi BJU din monomeri (funcția plastică a nutrienților); (2) catabolism- oxidarea monomerilor la CO 2, H 2 O, NH 3 cu eliberarea unei cantităţi mari de energie: căldură, sinteza ATP (funcţia energetică a nutrienţilor).

Amoniacul (NH 3) este o substanță foarte toxică, prin urmare se sintetizează uree mai puțin toxică din acesta în ficat (excretată prin rinichi).

Consumul de substante determinată de produsele finale ai catabolismului (azotul din urină) și datele de schimb de gaze (oxigen, dioxid de carbon) prin metoda Shaternikov (studiu de metabolism brut).

BALANTUL SUBSTANȚELOR - raportul dintre venitul și consumul de substanțe pe zi.

(1) Sold de echilibru: venitul BJU este egal cu consumul BJU.

(2) Echilibrul pozitiv: aportul de BJU este mai mare decât ieșirea.În acest caz, are loc acumularea de nutrienți. Se pot acumula carbohidrați (glicogen hepatic, țesut muscular - aproximativ 400 g) și grăsimi (până la 50% din greutatea corporală). Nu există acumulare (depozit) de proteine ​​în organism.

(3) Bilanț negativ: aportul de BJU este mai mic decât consumul (foame, digestie afectată, absorbție în tractul gastrointestinal etc.)

Metabolismul proteinelor

Doar proteinele conțin azot în compoziția moleculelor de aminoacizi (1 gram de azot este conținut în 6,25 grame de proteine). Prin urmare, pentru a studia metabolismul proteinelor, este studiat bilantul de azot. Sosirea proteinelor este determinată de azotul din alimente (minus azotul din fecale). Consumul de proteine ​​este determinat de azotul urinar.

bilanț pozitiv de azot poate fi doar în cazul creșterii corpului și creșterii în greutate mușchi scheleticși alte țesuturi: (1) la copiii de toate vârstele, (2) la femeile însărcinate, (3) la cei care se recuperează după o boală gravă și epuizare, (4) la sportivi la începutul antrenamentului într-un mod de încărcare statică.

Bilanț negativ de azot poate fi cu foamete, malnutriție.

În toate celelalte cazuri, un adult sănătos trebuie să aibă o afecțiune bilantul de azot(azot alimentar - azot fecal = azot urinar).

NECESARUL ZILNIC AL CORPULUI DE PROTEINE:

Factorul de uzură- cantitatea de proteine ​​proprii organismului, care se oxidează pe zi cu o dietă fără proteine ​​cu un conținut normal de calorii (datorită grăsimilor și carbohidraților). Factorul de uzură = 20 g.

Minim de proteine- cantitatea minimă de proteine ​​din dietă, la care echilibrul de azot este posibil. 30 -50 g.(În același timp, echilibrul este instabil, starea de sănătate este precară).

Optim de proteine- cantitatea de proteine ​​din dietă, care nu numai că stabilește echilibrul de azot, dar asigură și performanță ridicată, oboseală scăzută, rezistență scăzută la infecții, dispoziție veselă și sănătate bună. 70 - 100 g.

REGLAREA METABOLISMULUI PROTEIN. (1) Hormonii anabolizanți asigură creșterea corpului, echilibrul pozitiv de azot: un hormon de creștere(glanda pituitară) - sinteza proteinelor, oxidarea grăsimilor; androgeni(cortexul suprarenal) - sinteza proteinelor, în special țesutul muscular; insulină(pancreas) - oxidarea carbohidraților, conservarea proteinelor.

(2) Hormonii catabolici cresc consumul de proteine: glucocorticoizii(cortexul suprarenal) - gluconeogeneză în timpul înfometării și stresului; hormoni tiroidieni(cu lipsă de grăsimi și carbohidrați).

METABOLISMUL GRASIMILOR (vezi biochimia)

Sosirea grăsimilor (grăsimile alimentare minus grăsimile fecale). Consumul de grăsimi (oxidare în celule; metoda Shaternikov). Regulament: insulina (acumulare), hormon de crestere (cheltuieli), adrenalina (cheltuieli), hormoni tiroidieni (cheltuieli).

METABOLISMUL GLUCILOR (vezi biochimia)

Sosirea carbohidraților (carbohidrați din alimente minus carbohidrați fecale). Consumul de carbohidrați (oxidare în celule, metoda Shaternikov). Regulament: insulina (scade glicemia), glucagon (crește glicemia), glucocorticoizi (crește zahărul din sânge)

La oameni și animale, conditii normale existența se numește schimb comun.

Metabolismul total mediu la om este mult mai mare decât la animale. Pentru 1 kg de greutate corporală, un adult consumă până la 3.300.000 kJ în timpul vieții, un cal - 685.000, un câine - 690.000, o vaca - 592.000 kJ. Din această cantitate de kJ, o persoană folosește aproximativ 5% pentru a restabili greutatea corporală, un cal și o vacă - 33%, un câine - 35% (M. Rubner). În consecință, o persoană cheltuiește aproximativ 2.900.000 kJ pentru muncă și generarea de căldură pentru fiecare kg de masă în timpul vieții sale, ceea ce este de câteva ori mai mult decât la animale.

Metabolismul în condiții strict definite, care face posibilă compararea metabolismului la diferite animale, se numește cel principal.

Metabolismul bazal - un nivel extrem de scăzut al metabolismului care asigură viața omului cu odihnă musculară și psihică, pe stomacul gol, dimineața, la cel puțin 12-14 ore după masă, la temperatură și temperatură corporală normale mediu inconjurator aproximativ 20-22 de grade.

Pentru fiecare persoană, schimbul de bază este relativ constant. Metabolismul bazal depinde de starea funcțională a sistemului nervos, vârsta, sexul, înălțimea și suprafața corpului, stare fiziologică organism, anotimp și la animale, de asemenea, pe specie și rasă.

La animale, metabolismul de bază se determină în următoarele condiţii: 1) în stare de repaus relativ, 2) la o temperatură optimă pentru o anumită specie animală, 3) cu un canal alimentar relativ lipsit de hrană.

Pentru a compara metabolismul bazal în diferite organisme animale, se ia în considerare producția de căldură în kilojuli la 1 oră la 1 kg de greutate corporală.

Metabolismul bazal este cel mai scăzut nivel al cheltuielilor energetice pentru menținerea proceselor de bază ale vieții în celule, țesuturi și organe, pentru contracțiile mușchilor respiratori, inimii și activității glandulare. La determinarea metabolismului bazal, trebuie luat în considerare faptul că cea mai mare parte a energiei termice este eliberată în timpul proceselor oxidative în mușchi.

Rata metabolică bazală medie persoana sanatoasa vârsta medie este de aproximativ 4,2 kJ în 1 oră la 1 kg de greutate corporală.

Oamenii slabi produc cu 50% mai multa caldura la 1 kg de greutate decat cei plini. Totuși, această diferență aproape dispare dacă se face calculul pentru 1 m 2 din suprafața corpului. Acest lucru a făcut posibil să se considere că metabolismul de bază este aproximativ proporțional cu suprafața corpului și nu depinde de dimensiunea corpului (regula Rubner). Acest model nu a fost confirmat. S-a dovedit că metabolismul depinde nu numai de suprafață, ci și de dimensiunea corpului animalului, de exemplu, la un cal, metabolismul principal pe 1 m 2 este de aproape 2 ori mai mare decât la un șobolan.

Intensitatea metabolismului este determinată în principal de activitatea citoplasmei, în special de activitatea musculară, și nu de dimensiunea suprafeței exterioare, de exemplu, în primul an de viață, greutatea unui copil crește de 3 ori, iar dimensiunea suprafeței sale exterioare scade brusc (V. N. Nikitin, 1963).

Rolul principal în reglarea nivelului metabolismului de bază în conformitate cu condițiile de existență revine sistemului nervos.

Vârsta, diurne, climatice și alte modificări ale metabolismului de bază

Rata metabolică bazală scade odată cu vârsta. La toate vârstele, bărbații au o rată metabolică bazală mai mare decât femeile.

În timpul somnului, rata metabolică bazală scade la 13% datorită relaxării complete a mușchilor scheletici. Odată cu o creștere a corpului cu 1 ° C, metabolismul bazal crește în medie cu 10%. În climatele calde, rata metabolică bazală este cu 10-20% mai mică și, dimpotrivă, este mult mai mare în climatele reci. Metabolismul bazal depinde și de activitatea glandelor endocrine, de exemplu, cu o creștere a funcției glanda tiroida crește semnificativ, iar odată cu scăderea funcției glandei pituitare și a glandei tiroide, scade brusc.

Efectul dinamic specific al alimentelor este că după masă, metabolismul crește. Prin urmare, schimbul principal este determinat înainte de a lua alimente.

Efectul dinamic specific este deosebit de mare. Când proteinele intră în organism, metabolismul de bază crește cu o medie de 30% și - cu o medie de 4%. Acţiunea dinamică specifică a nutrienţilor depinde de intensificarea proceselor oxidative de către produşii metabolismului intermediar. Un rol nesemnificativ îl joacă creșterea activității tubului digestiv după ce alimentele intră în el. Deoarece metabolismul este reglat de sistemul nervos, acțiunea dinamică specifică depinde de funcțiile sistemului nervos și este reglată de reflexe necondiționate.

La copii, acțiunea dinamică specifică a nutrienților este mai puțin pronunțată decât la adulți.

Mâncatul crește metabolismul într-un mod reflex condiționat.

Consumul de energie în timpul funcționării

Schimbul de lucru în timpul zilei este mult mai mare decât schimbul principal. Cea mai mare parte a creșterii consumului de energie este rezultatul muncii musculare, o parte mai mică este.

Cheltuit pe munca musculară peste metabolismul de bază. Această cheltuială este mai mare, cu cât munca fizică este mai intensă.

Consumul de energie al unei persoane pe zi cu muncă fizică mică este de 9211-11732 kJ, cu muncă fizică moderată 11723-15073 kJ, cu muncă fizică grea 150773-18841-30146 kJ. Consumul de energie al elevilor de educație fizică este în medie de 16748 kJ.

Consumul mediu de energie în kJ per 1 kg de greutate corporală în timpul (la - 3,9, stând treaz - 4,63, citind cu voce tare - 6,3, tastând - 8,4, teme pentru acasă- 7,55-12,6, alergare linistita pe drum plat - 25,2, alergare viteza 100 m - 189, schi cu viteza de 12 km in 1 ora - 50,5, canotaj - 10,5-25, 2, ciclism - 14,7-37,8.

La o persoană, consumul de energie în timpul muncii psihice este mai mare decât metabolismul bazal cu 2-3%, iar dacă munca mentală este însoțită de activitate musculară cu emoții (profesor, vorbitor, artist etc.), atunci consumul de energie crește cu 10- 20% pentru câteva zile.

Acesta este un set de procese de transformare a substanțelor și energiei care asigură activitatea vitală a organismului și relația acestuia cu mediul extern, principalele etape sunt:

1) Digestia

2) Schimb intermediar (intermediar)

3) Formarea și excreția produselor finite metabolice

Schimb intermediar constă în divizarea și transformarea ulterioară a nutrienților, în urma căreia proteinele specifice speciei, grăsimile și carbohidrații sunt sintetizate în celulele corpului. Se caracterizează schimbul intermediar asimilare (totalitatea procesului de sinteză a materiei vii) și disimilare (un set de procese de dezintegrare a materiei vii). Asimilarea se manifestă prin reacții anabolice ale organismului, acestea având ca scop actualizarea componentelor structurale ale corpului și acumularea de energie. Disimilarea se manifestă prin reacții catabolice, un set de procese de descompunere a moleculelor organice complexe, la produse finale simple cu eliberare de energie.

A treia etapă metabolism, redus la eliminarea metaboliților finali din organism (dioxid de carbon, apă, substanțe care conțin azot). În procesul de metabolism, energia potențială a nutrienților este transformată în energie cinetică, ceea ce asigură munca mecanică, chimică, osmotică, electrică a corpului (celulelor), raportul dintre cantitatea de energie primită de organism cu alimente și energia cheltuită de organism în procesul metabolic este caracterizată de echilibrul energetic. Cantitatea totală de energie care este cheltuită în procesul vieții se numește metabolismul energetic total. Schimbul general include două componente - schimbul principal, creșterea energiei de lucru.

Creștere de lucru- aceasta este cantitatea de energie cheltuită a organismului pentru a efectua o muncă fizică sau mentală.

BX- Aceasta este cantitatea minimă de energie necesară pentru a menține funcțiile vitale de bază ale corpului. Măsurat în 4 condiții standard:

1) Dimineața imediat după somn.

2) Într-o stare de odihnă fizică și emoțională.

3) Pe stomacul gol. 12-14 ore după masă.

4) La o temperatură de confort (22-24 grade).

Valoarea medie a metabolismului energetic de bază este de la 1500-1700 kcal/zi. Rata metabolică bazală medie depinde de factori antropometrici:

1) De la podea

2) De la vârstă

3) Din creștere

4) Din greutate

Fiziologul german Rubner a descoperit asta pentru un adult valoarea medie metabolismul bazal este de 1kcal/1kg greutate/oră. Mai îndeaproape, intensitatea metabolismului de bază este legată de mărimea corpului și greutatea acestuia, conform regulii de suprafață la animalele cu sânge cald cu marimi diferite corpuri dintr-unul metru patrat aceeași cantitate de energie este disipată în mediu, cu cât dimensiunea corpului este mai mică, cu atât suprafața specifică este mai mare. Adică, suprafața \ kg de greutate și o producție mai mare de căldură.

Calometria directă și non-directă este utilizată pentru estimarea costurilor energetice.

Calometrie directă pe măsurarea directă a cantității de căldură degajată de organism într-un biocalorimetru.

Nu calometrie directă în funcție de cantitatea de oxigen consumată și de dioxid de carbon eliberat. Există o relație directă între cantitatea de oxigen consumată și căldura generată, ea fiind caracterizată prin echivalentul caloric al oxigenului (CEC). CEC este cantitatea de energie care este eliberată în organism atunci când este consumat un litru de oxigen. Valoarea depinde de ce substanțe proteinele, grăsimile sau carbohidrații sunt predominant oxidate în organism, un indicator al acestuia este coeficientul respirator (RC) - acesta este raportul de volum al nutrienților eliberați în timpul oxidării în organism, dioxid de carbon la oxigenul absorbit, pe unitatea de timp. (DK=CO2\O2) echivalentul caloric al oxigenului se calculează prin formula: KEK=DK+4

DC pentru carbohidrați este 1. Pentru proteine ​​0,8, pentru grăsimi 0,7, pentru alimente mixte aproximativ 85. Astfel, CEC pentru carbohidrați este de 5 kcal/l. pentru proteine ​​KEK 4,8 kcal/l. pentru grăsimi 4,7 kcal/l. pentru alimente mixte 4,85 kcal/l.

Intensitatea proceselor metabolice crește semnificativ în condiții de activitate psihică și fizică, cu cât sarcina este mai mare, cu atât mai multă valoare spor de lucru. În funcție de caracteristicile activităților desfășurate, populația este împărțită în 5 grupe din punct de vedere al costurilor energetice:

1) Lucrători cu cunoștințe - 2800 kcal / zi. 1500-1700 funcții de bază.

2) Lucrător pulmonar muncă fizică 3000 kcal/zi.

3) Muncitori de munca fizica medie 3200 kcal/zi.

4) Muncitori de munca fizica grea 3700 kcal/zi.

5) Lucrători cu muncă fizică deosebit de grea mai mult de 4300 kcal/zi.

Întărirea sub influența aportului alimentar, a intensității metabolismului și a creșterii costurilor energetice ale organismului, se numește efectul dinamic specific al alimentelor. Acțiunea dinamică specifică provoacă amplificare metabolismul energetic când se consumă alimente proteice cu 30%, grăsimi 15-20%, carbohidrați 5%, când se consumă mese mixte 6-13%. Procesul de aport și asimilare a nutrienților se numește nutriție. Principii de bază ale nutriției:

1) Suficiență pentru a restabili pierderile de energie și plastice ale organismului.

2) Consumul unei cantități suficiente de apă, săruri, oligoelemente și vitamine.

3) Corespondența compoziției calitative a alimentelor cu nevoile organismului.

4) Dieta optima (cu 3 mese pe zi, micul dejun 30%, pranz 45%, cina 25%).

Conform legii izodinamicii lui Rubner, nutrienții pot fi schimbați în funcție de valoarea lor energetică termică. Există coeficienți termici fizici și fiziologici. Fizic - aceasta este cantitatea de energie care este eliberată în timpul arderii unui gram de substanță, proteină - 5,4 kcal / g. Pentru carbohidrați 4,1 kcal/g, pentru grăsimi 9,3 kcal/g.

Coeficientul termic fiziologic este cantitatea de energie eliberată în timpul oxidării unui gram de substanță în organism. Proteine ​​- 4,1 kcal / g. Carbohidrați 4,1 kcal / g, grăsimi - 9,3 kcal / g. Conform legii izodinamicii, 1 g de grăsime poate fi înlocuit cu 2,3 ​​g de proteine ​​sau carbohidrați. 1 g de proteine ​​înlocuiește 1 g de carbohidrați sau 0,4 grăsimi. 1 g carbohidrați, 1 g proteine. 0,4 g grăsime.

Ca urmare a metabolismului, structurile celulare sunt distruse, formate și reînnoite continuu, acest lucru necesită aportul din Mediul extern proteine, grăsimi și carbohidrați, precum și vitamine saruri minerale si apa. Proteina optimă pentru un adult angajat în muncă fizică de severitate moderată variază de la 100-120 g/zi de proteine ​​(din care 50-65 g de proteine ​​animale sunt carne), minimul de proteine ​​este de 30-45 g pe zi.

Principalele funcții ale proteinelor:

1) Plastic

2) Energie

3) de protecție

Din cei 20 de aminoacizi care alcătuiesc proteina, 10 nu pot fi sintetizați în organism, ei trebuie aprovizionați cu alimente și, prin urmare, sunt de neînlocuit. Proteinele care au tot setul necesar de aminoacizi sunt numite complete. Majoritatea proteinelor de origine vegetală nu conțin niște aminoacizi esențiali, astfel de proteine ​​sunt numite incomplete, deoarece nu pot satisface nevoile de protecție și plastice ale organismului.

Grasimi

Dieta ar trebui să includă cel puțin 60 de grame de grăsime, necesarul mediu zilnic pentru ele este de la 70-100 de grame.

1) Energie

2) Plastic

Carbohidrați , îndeplinește două funcții:

1) Energie

2) Plastic

Necesarul optim zilnic de carbohidrați este de 400-500g, vitaminele joacă un rol catalitic în metabolism, lipsa unei doze zilnice de vitamine duce la o tulburare metabolică semnificativă. Un indicator sensibil al deficienței de vitamine în dietă este membrana mucoasă a gurii și a buzelor.

1) Deficitul de vitamina A determină cheratinizarea epiteliului mucoasei bucale și atrofia glandelor salivare minore. Membrana mucoasă se usucă, ca urmare, se formează fisuri pe ea, care sunt ușor infectate și inflamate.

2) Lipsa vitaminei B grupa se manifesta prin inflamarea mucoasei bucale, prezenta unor zone de atrofie la nivelul limbii, umflarea acesteia, aparitia fisurilor la colturile gurii.

3) Deficitul de vitamina C poate provoca scorbut, care se caracterizează prin sângerare spontană a gingiilor.

4) Lipsa vitaminei D perturbă maturarea smalțului dentar.



Metabolismul energetic este inerent fiecărei celule vii, însoțind metabolismul ei funcțional și structural. Unitatea de măsură pentru schimbul de energie este 1 kcal (4,19 kJ). Coeficient acțiune utilă este determinată de raportul dintre munca externă și energia generată. Pentru un mușchi izolat, este de aproximativ 35%. Munca musculară a întregului organism dă rareori o eficiență mai mare de 25%.

Există următoarele niveluri de activitate metabolică:

1. Nivelul schimbului de energie incompatibil cu viața . În raport cu organismul în ansamblu, acesta nu depășește 15% din schimbul maxim de energie în aceste condiții. Cu toate acestea, trebuie să ne amintim că pentru organismul în ansamblu, nivelul proceselor metabolice are un alt sens decât pentru organele izolate, deoarece o scădere a activității inimii duce la moartea corpului chiar și atunci când schimbul în inimă. în sine este redusă cu 50%.

2. Nivelul de menținere a integrității . Nu poate fi mai mic de 15% din întreaga activitate.

3. Nivelul de pregătire pentru acțiune activă . De obicei reprezintă 50% din schimbul de energie.

Cu o scădere a valorii schimbului de energie sub 50%, se produce deteriorarea și scăderea activității funcționale a organismului.

Intensitatea schimbului de energie depinde de natura activității. În funcție de aceasta, conceptele BXși schimb de muncă. Cu toate acestea, înainte de a lua în considerare aceste concepte, să ne întoarcem la metodele de studiu a costurilor energetice ale organismului.

Sunt doi dintre ei - calorimetria directa si calorimetria indirecta. Unde și sub ce formă este cheltuită energia în organism? Este clar că, în primul rând, pentru munca musculară, apoi pentru conducerea impulsurilor electrice, pentru funcționarea pompelor chimice, pentru sinteza produselor, pentru munca inimii și organe interne. În acest sens, în organism se găsesc energie mecanică, electrică și diverse tipuri de energie chimică.

Pentru a studia costurile energetice prin calorimetrie directă, orice moduri posibile măsoară direct această energie, pe care organismul, în conformitate cu legea conservării energiei, o transformă căldura și o eliberează pe o urmă externă. Un astfel de studiu este posibil în celule speciale dezvoltat de omul de știință rus Shaternikov. Ele creează toate condițiile pentru susținerea vieții unei persoane sau a unui animal în timpul zilei și pentru măsurarea întregii călduri degajate de organism în acest timp. Aceasta este o procedură lungă și costisitoare, deci nu este folosită în clinică, deși este folosită în unele laboratoare științifice.

Rămân metode indirecte de măsurare a costurilor energetice. Se știe că, în urma oxidării a 1 g de proteine ​​și carbohidrați, se eliberează 4,1 kcal de căldură, iar când 1 g de grăsime este oxidată, 9,3 kcal. Cunoscând cantitatea de proteine, grăsimi și carbohidrați luate cu alimente pentru o anumită perioadă, ar fi posibil să se calculeze câtă energie a intrat în organism în acest timp (și, prin urmare, a fost eliberată, în conformitate cu legea conservării energiei) . Această metodă de contabilizare a cantității totale de energie consumată de organism se numește metoda rațiilor alimentare. Nu necesită nici un echipament, se înregistrează doar cantitatea de mâncare consumată și se calculează conținutul caloric al acesteia conform tabelelor.

Cu toate acestea, această metodă nu este complet exactă, deoarece poate exista întotdeauna o depunere a substanțelor percepute în depozit sau, dimpotrivă, adăugarea de produse depuse anterior la hrana acceptată. Prin urmare, metoda rațiilor alimentare este folosită cel mai adesea doar pentru a controla conținutul caloric total și valoarea energetică a alimentelor.

O metodă mai precisă de determinare a costurilor energetice este metoda studierii schimbului de gaze, care se referă și la calorimetria indirectă. Datorită simplității, portabilității echipamentului și vitezei de determinare, este foarte răspândită. Metoda de schimb de gaze se bazează pe faptul că există relații exacte între cantitatea de căldură eliberată în organism, eliberarea de dioxid de carbon și absorbția oxigenului.

Studiile asupra căldurii de ardere a fiecărui tip de substanțe alimentare într-o bombă calorimetrică arată. că o anumită cantitate de oxigen absorbit şi de dioxid de carbon eliberat îi corespunde şi o anumită cantitate de calorii de căldură degajată. Cunoscând compoziția substanței studiate, este ușor de calculat cât de mult oxigen este necesar pentru oxidarea sa completă la dioxid de carbon și apă. Având în vedere aceste cantități pentru fiecare substanță se determină caloric echivalent oxigen (OEC), adică cantitatea de căldură degajată în timpul oxidării sale complete în condiții de absorbție a 1 litru de oxigen. CEC pentru carbohidrați este de 5 kcal, pentru grăsimi - 4,7 kcal, pentru proteine ​​- aproximativ 4,85 kcal. Aceasta înseamnă că atunci când carbohidrații sunt oxidați, se vor elibera 5 kcal de căldură pentru fiecare litru de oxigen consumat.

Cunoașterea valorii CEC vă permite să determinați cu exactitate cantitatea costurilor energetice prin determinarea cantității de oxigen consumată de organism într-o anumită perioadă de timp.

Cu toate acestea, pentru ca acest lucru să fie posibil, este necesar să se știe și în ce substanțe acest moment timpul sunt oxidate în organism. Acest lucru poate fi determinat de așa-numitul. coeficientul respirator. Ideea este că în funcție de compoziție chimică substanță oxidantă, raportul dintre dioxidul de carbon eliberat și oxigenul consumat este diferit. Această relație se numește coeficientul respirator(DK). Când carbohidrații sunt oxidați, este egal cu 1, deoarece: C6H12O6 + 6O2 \u003d 6CO2 + 6H2O

Pentru grăsimi, DC este 0,7, pentru proteine ​​0,85. Prin urmare, cunoscând valorile gazului eliberat și absorbit, este ușor să calculați DC și, cunoscând-o, să aplicați QEC-ul necesar.

Metoda de studiu a schimbului de gaze, în principiu, constă în determinarea compoziției aerului inspirat și expirat și a volumelor acestora și în calcularea coeficienților indicați.

Cu toate acestea, din moment ce oamenii mănâncă mai ales alimente amestecate, prin multe studii statistice s-a demonstrat că, în medie, cu dieta europeană general acceptată, DC este de 0,9 fără fluctuații deosebit de mari. Dacă luăm DC ca 0,9, atunci nu este necesar să se determine cantitatea de dioxid de carbon absorbită, este suficient să se cunoască cantitatea de oxigen absorbită. Acest lucru se realizează cu ușurință folosind metoda Krogh în metabolimetre sau spirometre. Te vei familiariza cu metodologia specifică în clasă.

Bidder și Schmidt au stabilit în anii 1960 că consumul de energie în repaus este remarcabil de constantă. S-a dovedit că la oameni și animale cele mai scăzute valori ale consumului de energie sunt observate cu excluderea activității musculare și a aportului alimentar și la o temperatură a mediului corespunzătoare activității minime a mecanismelor de termoreglare. Acest nivel se numește schimbul principal.

Pentru determinare metabolismul bazal (OO) efectuează de obicei un studiu al schimbului de gaze dimineața, la 14 ore după ultima masă, la temperatura camerei de 20-22 ° C. Subiectul ar trebui să stea complet nemișcat, într-o poziție confortabilă pentru el. Cel mai bine este să efectuați studiul în pat, imediat după trezire. Studiul durează 10-15 minute.

La persoanele de aceeași înălțime, greutate, sex și vârstă, rata metabolică bazală este aproximativ aceeași și nu fluctuează mai mult de + -15%. Cunoscând greutatea corporală, înălțimea și vârsta, este posibil, folosind formule și tabele speciale, să se determine intensitatea ratei metabolice bazale (BMR) adecvate la oameni. Adevăratele valori ale TOE nu ar trebui să difere de DTO cu mai mult de 15%. Modificările RO se observă cel mai adesea cu tulburări hormonale(tiroidă și alte glande) și o serie de alte boli.

Dacă recalculăm intensitatea RO la 1 kg de greutate corporală, atunci este foarte diferită la animale. tipuri diferiteși oameni de greutate, înălțime și vârstă diferită. Este, totuși, mai mare la copii decât la adulți. Dacă recalculăm intensitatea RO la 1 m2 de suprafață corporală, atunci rezultatele obținute la diferite animale și oameni vor diferi mult mai puțin. Acest lucru a dat la un moment dat un motiv pentru ca Rubner să formuleze așa-numitul. „regula de suprafață„, conform căreia cheltuiala energetică a animalelor cu sânge cald este proporțională cu suprafața corpului.

Cu toate acestea, acest lucru nu este absolut adevărat. Intensitatea metabolismului poate varia semnificativ la doi indivizi cu aceeași suprafață corporală, deoarece nivelul proceselor oxidative este determinat nu atât de transferul de căldură de la suprafața corpului, cât de producția de căldură a celulelor, în funcție de tipul de animal și de stare. a organismului care, la rândul său, se datorează activității sistemului său nervos.și aparatului endocrin. Cu privire la valoare mai mare are o așa-numită. " regula musculaturii scheletice„Arshavsky, care afirmă dependența OO de volum masa musculara corp.

Anumite modificări ale consumului de energie sunt observate odată cu vârsta. Cel mai nivel inalt schimb - la nou-născuți și copii de până la un an, atunci aceste valori sunt reduse. Până la vârsta de 10-12 ani, rata metabolică ajunge la cea a unui adult, dar înainte de pubertate, fetele o au mai mult decât băieții.

Unde se duce energia în condiții metabolice bazale? Într-un organism care se află într-o stare de repaus complet, munca inimii, a mușchilor respiratori, activitatea rinichilor și a ficatului nu se oprește niciodată. O oarecare tensiune a mușchilor scheletici (tonus) este păstrată chiar și cu relaxare totală mușchii în timpul culcatului și în timpul somnului. Se crede că din metabolismul total, aproximativ 4-6% este reprezentat de mușchiul inimii, 4-6% de rinichi, 20-30% de ficat și organele digestive, 2-5% de sistem nervos si 40-50% pentru muschii scheletici.

Nivelul metabolismului este indisolubil legat de procesele de nutriție. Metabolismul este influențat atât de mesele individuale, cât și de cantitatea totală de substanțe luate cu alimente, precum și de acestea compoziţia calitativă. Fiecare masă determină o creștere a metabolismului în organism, care este în condiții de odihnă musculară. Această creștere a schimbului se numește acţiunea dinamică specifică a alimentelor (SDA).

Aportul de proteine ​​are cel mai mare SDP. Creșterea metabolismului poate ajunge la 30-40% din valoarea energetică totală a proteinei introduse în organism. Pentru carbohidrați, ADP-ul este de 4-6%, pentru grăsimi - chiar mai puțin. Când consumați alimente amestecate, ADP-ul este de 10-12% OO.

Motivul pentru SPD este dublu. 60% din valoarea sa cade pe componenta reflex condiționată (dovedită de experiența hrănirii imaginare). 40% este reprezentată de activitatea aparatului digestiv. La nou-născuții, chiar înainte de prima hrănire, suptul unei suzete determină o creștere a metabolismului. Evident, influența actului de a mânca asupra nivelului metabolismului este un reflex necondiționat, semnificație biologică care constă în faptul că organismul primește energie pentru activitate (eventual din depozit) cu mult înainte ca substanțele luate cu alimente să intre efectiv în cazanul metabolic. Dacă un astfel de mecanism nu ar exista, o persoană flămândă epuizată s-ar putea mișca activ doar la 3-4 ore după hrănire. LA viata reala o poate face imediat după ce a mâncat.

Odată cu activitatea musculară, metabolismul în mușchi și în organism în ansamblu crește foarte mult. Deci, în comparație cu nivelul schimbului, culcarea provoacă o creștere a schimbului cu 12%, în picioare - cu 20%, mersul - cu 80-100%, alergarea - cu 300-400%. Munca foarte intensă poate crește metabolismul de 10 ori.

În funcție de gradul de cost al energiei, reprezentanții diferitelor profesii pot fi împărțiți în 4 grupuri. Cheltuielile zilnice de energie ale acestor grupuri sunt după cum urmează:

1 grup- lucrători ai cunoștințelor (oameni de știință, medici, ingineri, studenți etc.) - 3000 kcal/zi;

2 grupa- muncitori ai productiilor mecanizate (strungari, soferi, lucratori textile etc.) - 3500 kcal/zi;

3 grupa- muncitori angajați în muncă fizică (lăcătuși, furtunieri, muncitori agricoli etc.) - 4000 kcal/zi;

4 grupa- lucrători de muncă fizică grea (încărcătoare, excavatoare etc.) - 4500 kcal/zi. și altele.

Cu munca mentala, costurile cu energia sunt mult mai mici decat cu munca fizica. Cu toate acestea, poate exista un impuls mare în hipnoză.

Principiile rațiilor alimentare. În funcție de costurile energetice, sarcina este să întocmești dietele potrivite. Numărul de calorii luate cu alimente ar trebui să corespundă consumului de energie al organismului.

Cantitățile necesare de energie pot fi obținute de către organism prin oxidarea proteinelor, grăsimilor și carbohidraților. Totuși, pe lângă nevoile energetice ale organismului, trebuie să ținem cont și de nevoile de plastic, trebuie să ne amintim și de nevoia zilnică pentru fiecare dintre nutrienții lor.

Problema normelor proteice în alimentația umană este deosebit de importantă. Unii cercetători occidentali cred că cantitatea de proteine ​​din alimente ar trebui să fie astfel încât echilibrul de azot să nu fie perturbat. Oamenii noștri de știință cred că ar trebui să existe întotdeauna un fel de rezervă de proteine ​​în organism, prin urmare, atunci când elaborăm o dietă, ar trebui să se concentreze nu pe maximul proteic, ci pe optimul proteic, adică. pentru cantitatea de proteine ​​care satisface pe deplin nevoile organismului, sanatate buna, performante ridicate, rezistenta suficienta la infectii, iar pentru copii, nevoia de crestere. Aportul zilnic cu alimente de către un adult, în medie, a 80-100 g de proteine ​​satisface pe deplin aceste cerințe. Cel puțin 30% din proteină trebuie să fie de origine animală.

Pentru copii Rata de zi cu zi proteinele la 1 kg de greutate ar trebui crescute. Pentru 1-3 ani este de 55 g, 4-6 ani - 72 g, 7-9 ani - 89 g, 10-15 ani 100-106 g.

Dieta ar trebui să includă cel puțin 60 g de grăsimi și 400-500 g de carbohidrați. La adulți, cu trei mese pe zi, 30% din dietă ar trebui să fie la micul dejun, 40% la prânz și 25% la cină. De asemenea, este necesar să ne amintim despre compoziția minerală, vitamine. aminoacizi esentiali si neesentiali etc.

Astfel, atunci când elaborezi o dietă, este necesar să te ghidezi după următoarele principii:

1. Respectarea costurilor energetice.

2. Satisfacerea normei de proteine, grasimi si carbohidrati din alimentatie.

3. Contabilizarea digestibilității nutrienților.

4. Compoziție minerală și vitaminică.

5. Contabilitatea stării organismului și a metodelor de gătit (dietologie).

6. Distribuție corectă dieta pe oră din zi.

7. Varietatea alimentelor și organolepticele acesteia.

8. Contabilizarea nevoilor de creștere.

Cuprins al subiectului „Reglarea metabolismului și a energiei. Nutriția rațională. Metabolismul de bază. Temperatura corpului și reglarea ei.”:
1. Costurile energetice ale organismului în condiții de activitate fizică. Coeficientul de activitate fizică. Creștere de lucru.
2. Reglarea metabolismului și a energiei. Centru de reglare metabolică. Modulatori.
3. Concentrația de glucoză în sânge. Schema de reglare a concentrației de glucoză. Hipoglicemie. Comă hipoglicemică. Foame.
4. Nutriție. Norma de nutriție. Raportul dintre proteine, grăsimi și carbohidrați. valoare energetică. Conținut caloric.
5. Dieta femeilor însărcinate și care alăptează. Rație de mâncare pentru bebeluși. Distribuirea rației zilnice. Fibre alimentare.
6. Alimentația rațională ca factor de menținere și întărire a sănătății. Stil de viata sanatos. Modul de mâncare.
7. Temperatura corpului și reglarea acesteia. Homeotermic. Poikilotermic. Izotermă. Organisme heteroterme.
8. Temperatura normală a corpului. miez homeotermic. Înveliș poikilotermic. temperatura de confort. Temperatura corpului uman.
9. Producția de căldură. căldură primară. termoreglarea endogenă. căldură secundară. termogeneza contractila. termogeneza netremurătoare.
10. Disiparea căldurii. Radiația. Conducerea căldurii. Convecție. Evaporare.

Costurile energetice ale organismului în condiții de activitate fizică. Coeficientul de activitate fizică. Creștere de lucru.

Intensitatea proceselor metaboliceîn organism crește semnificativ în condiții activitate fizica. Un criteriu obiectiv de evaluare a costurilor energetice asociate cu activitatea motrică a diferitelor grupuri profesionale este coeficientul de activitate fizică. Reprezintă raportul dintre consumul total de energie și valoarea schimbului principal. Dependența directă a cantității de consum de energie de severitatea sarcinii face posibilă utilizarea nivelului de consum de energie ca unul dintre indicatorii intensității muncii efectuate (Tabelul 12.5).

Diferența dintre valorile consumului de energie al organismului de efectuat diferite feluri munca si consumul de energie pentru bursa principala este asa numita crestere a muncii (la nivelul minim de consum de energie). Severitatea maximă admisă a muncii efectuate pe parcursul unui număr de ani nu trebuie să depășească de mai mult de 3 ori consumul de energie al nivelului metabolismului de bază pentru un anumit individ.

Tabelul 12.5. Costurile energetice ale organismului la intensitatea diferită a muncii fizice

grup	Gen de activitate	Podea	nivelul costurilor energetice (kcal/zi)	Coeficientul de activitate fizică
eu	În condițiile determinării schimbului principal Efectuarea de lucrări care nu necesită efort fizic (medici, profesori, dispeceri, secretare etc.)	m și m și	1700 1500 2300 2000	1,4
II	Activitate fizică: ușoară (lucrători de servicii, muncitori la linia de asamblare, agronomi, asistente)	m și	2800 2500	1,6
III	moderat grav (vânzători de magazine alimentare, operatori de mașini, montatori, chirurgi, șoferi de transport)	m și	3300 3000	1,9
IV	grele (lucitori în construcții și agricultură, operatori de mașini, lucrători din industria petrolului și gazelor)	m și	3800 3700	2,2
V	foarte grele (mineri, otelieri, zidari, incarcatori)	m	4800	2,5

Lucru de creier nu necesită atâta energie ca cea fizică. Consumul de energie al organismului crește odată cu munca mentalaîn medie doar 2-3%. Travaliul psihic, însoțit de activitate musculară ușoară, stres psiho-emoțional, duce la o creștere a costurilor energetice cu 11-19% sau mai mult.

Acţiunea dinamică specifică a alimentelor- aceasta este o creștere a intensității metabolismului sub influența aportului alimentar și o creștere a costurilor energetice ale organismului în raport cu nivelurile de metabolism și costurile energetice care au apărut înainte de masă. Acțiunea dinamică specifică a alimentelor se datorează consumului de energie pentru digestia alimentelor, absorbției în sânge și limfa a nutrienților din tract gastrointestinal, resinteza proteinelor, lipidelor complexe și a altor molecule; influența asupra metabolismului substanțelor biologic active care intră în organism ca parte a alimentelor (în special proteinele) și formate în acesta în timpul digestiei.

Creșterea consumului de energie al organismului peste nivelul care a avut loc înainte de a mânca, se manifestă la aproximativ o oră după masă, ajunge la maximum după trei ore, ceea ce se datorează dezvoltării în acest moment a unei intensități mari a proceselor de digestie, absorbție și resinteză a substanțelor care pătrund în organism. . Efectul dinamic specific al alimentelor poate dura 12-18 ore.Este cel mai pronunțat la consumul de alimente proteice, care crește rata metabolică cu până la 30%, și mai puțin semnificativ la administrarea de alimente mixte, care crește rata metabolică cu 6-15 %.

Nivelul consumului total de energie, precum și metabolismul de bază, depinde de vârstă: consumul zilnic de energie crește la copii de la 800 kcal (6 luni - 1 an) la 2850 kcal (11-14 ani). O creștere bruscă a consumului de energie are loc la băieții adolescenți cu vârsta cuprinsă între 14-17 ani (3150 kcal). După 40 de ani, consumul de energie scade și până la 80 de ani este de aproximativ 2000-2200 kcal/zi.

LA Viata de zi cu zi cheltuiala de energie la un adult depinde nu numai de caracteristicile muncii prestate, ci și de nivelul general al activității motorii, natura odihnei și condițiile sociale de viață.