Баланс энергии в организме человека

Заболевания, при которых  недостаточное поступление ряда внешних энергий 
(по Кольцову И.Е.)  

 

Перечень   заболеваний Виды внешних энергий Космическая Земная Окружающей среды Инсульт + +   Инфаркт +   + Гипертония +   + Катаракта + +   Аденома   +   Диабет +   + Остеохондроз + +   Рак +     Заболевания зубов + +

 

  

 

4.Приход и расход энергии

Превращение энергии

Обмен веществ и превращения  энергии являются по сути единым процессом. Они неотделимы друг от друга, так как не бывает обмена веществ без изменения энергии и не может быть превращения энергии без обмена веществ.

Энергия не может зарождаться  или пропадать - она только видоизменяется. Механическая энергия может превратиться в тепловую или наоборот; при известных условиях тепловая энергия может превратиться в механическую, электрическая — тепловую и т. д.

Все виды энергии организм в конечном итоге отдает в окружающую среду в виде тепловой энергии. Чтобы  иметь представление о количестве затраченной организмом энергии, достаточно измерить количество тепла, которое поступает во внешнюю среду.

Тепловая энергия измеряется калориями. Большой калорией называется то количество тепла, которое необходимо, чтобы нагреть 1000 мл воды на 1° (килокалория), а малой калорией - то количество тепла, которое необходимо, чтобы нагреть 1 мл вводы на 1°.

Для учета количества калорий, затрачиваемых человеком, применяют два способа. 
 
1-й способ. Он заключается в том, что учитывается количество тепла, которое человек отдает в окружающую среду. Для этой цели человека помешают в камеру, стенки которой не проводят тепло. По потолку проходит система трубок с проточной водой. Измеряют температуру втекающей и вытекающей воды. Зная разность температур и количество протекшей воды, определяют количество калорий, которые были выделены организмом и использованы на нагревание воды. Такие камеры делают иногда довольно больших размеров, так что человек может производить там определенную работу. Это позволяет определить затраты энергии при разных видах работ. 
 
2-й способ. Он заключается в определении количества потребленного кислорода. 
При участии 1 л кислорода в окислительных процессах в количество потребленного кислорода, узнают величину затраченной энергии.

Основной обмен

В условиях полного покоя  человек расходует некоторое количество энергии. Этот расход обусловлен тем что в организме непрерывно происходит затрата энергии, связанная, а его жизнедеятельностью. Большое количество энергии тратит сердце, почки, дыхательные мышцы, печень, да и все другие органы и ткани живого организма. Количество энергии, которое расходует организм при полном покое, натощак, т. е. через 12-16 часов после еды, и при температуре 16-20° - это основной обмен.

Основной обмен у взрослого  здорового человека в среднем  равен 1 килокалории на 1 кг веса в  течение 1 часа. У человека весом 70 кг основной обмен будет равен 70 * 24 = 1 680 килокалорий. Это то количество энергии, которое затрачивается для обеспечения жизнедеятельности организма. Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и веса человека. У мужчин основной обмен больше, чем у женщин того же веса (это зависит так же от структуры тела – больше ли в нет мышечной массы или жира).

Изменения основного обмена наблюдаются  при нарушении деятельности желез  внутренней секреции. Например, усиление функции щитовидной железы приводит к повышению основного обмена.

Принцип измерения  основного обмена

На основании многочисленных определений основного обмена у людей составлены таблицы нормальных величин этого показателя в зависимости от возраста, пола и общей поверхности тела. В этих таблицах величины основного обмена приводятся в килокалориях (ккал) на 1 м² поверхности тела за 1 час. Большое влияние на основной обмен оказывают изменения гормональной системы организма, особенно щитовидной железы: при ее гиперфункции основной обмен может превышать нормальный уровень на 80%, при гипофункции основной обмен может быть ниже нормы на 40%. Выпадение функции передней доли гипофиза или коры надпочечников влечет за собой снижение основного обмена. Возбуждение симпатической нервной системы, усиленное образование или введение адреналина извне увеличивают основной обмен.

Расход энергии при работе

Основной обмен у  здорового взрослого человека равен  в среднем 1 700-2000 Ккалорий. При мышечной работе расход энергии быстро возрастает: чем тяжелее мышечная работа, тем  больше энергии тратит человек. По количеству затрачиваемой энергии людей разных профессий можно разделить на несколько групп.

• Первая группа. Работа в сидячем положении, не требующая больших мышечных движений: офисные работники (секретарь, библиотекарь, фармацевт и т.п.) они тратят в среднем 2 200 - 2 400 больших калорий.
• Вторая группа. Мышечная работа в сидячем положении (ювелир, регистратор, учитель) они тратят около 2 600 - 2 800 ккалорий.
• Третья группа. Умеренная мышечная работа (почтальон, врач, официант, диджей) - 3 000 ккалорий.
• Четвертая группа. Напряженная мышечная работа (маляр, автослесарь, тренер, дирижер) 3 400 - 3 600 ккалорий.
• Пятая группа. Тяжелый физический труд (цеховой рабочий, профессиональный спортсмен) - 4 000 ккалорий.
• Шестая группа. Очень тяжелый труд (каменщик, шахтер) - 5 000 ккалорий и более.
• Взаимодействие органов при расходе энергии

 

 

5.Образование энергии

 

Жизнедеятельность организма  поддерживается благодаря постоянному  поступлению энергии в процессе окисления сложных органических молекул при разрыве химических связей. Молекулы распадаются до трехуглеродных соединений, которые включаются в цикл Кребса (лимонная кислота), окисляясь далее до СО; и Н^О. Все энергетические процессы, протекающие с участием кислорода, образуют систему аэробного обмена. Выделение энергии без кислорода называется анаэробным обменом. Накопление энергии происходит главным образом в высокоэнергетических фосфатных связях аденозинтрифосфата (АТФ).

АТФ служит также средством  переноса энергии, поскольку диффундирует в те места, где необходима энергия. В свою очередь образование и распад АТФ связаны с процессами, на которые необходимо затратить энергию. При необходимости в энергии путем гидролиза разрывается связь фосфатной группы и высвобождается находящаяся в ней химическая энергия. Полученная потенциальная энергия затем превращается в кинетическую — механическую, химическую, осмотическую и электрическую работу. Часть энергии используется для поддержания постоянства внутреннего состояния организма, синтеза новых веществ, обновления и строения клеток, сокращения мышц, проведения нервных импульсов. 
Количество энергии, выделяемой при сгорании какого-либо вещества, не зависит от этапов его распада. Известно, что углеводы и белки дают в среднем около 17,16 кДж/г (4,1 ккал/г) энергии. Самой высокой энергетической способностью обладают жиры: 1 г жира дает 38 гДж/г (9,1 ккал/г) энергии, что больше количества энергии, выделяемой при окислении белков и углеводов, вместе взятых. 

Энергетический обмен  живого организма состоит из основного  обмена и рабочей прибавки к основному  обмену. Количество энергии, расходуемой организмом в состоянии покоя и натощак, называется основным обменом. 

Основной обмен определяют утром (при этом пациент находится  в состоянии покоя — в положении  лежа), при температурном комфорте 18—20°С, натощак, через 12 ч после принятия пищи, при исключении из пищи белков за 2—3 суток до исследования. Основной обмен выражают в килокалориях (ккал) или килоджоулях (кДж), выделенных организмом при указанных условиях на 1 кг массы тела либо на 1 м2 поверхности тела за 1 ч или за сутки. 

Основной обмен в значительной степени зависит от функций нервной  и эндокринной систем, физиологического состояния внутренних органов, а  также от внешних влияний на организм. Уровень основного обмена может  изменяться при недостаточном или  излишнем питании, продолжительной физической нагрузке, изменениях климатических условий и др. У разных людей величина основного обмена зависит главным образом от возраста, массы тела, пола, роста. У взрослого здорового человека основной обмен за 1 ч составляет в среднем 4,2 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела, причем у женщин он на 10—15 % ниже, чем у мужчин. У детей он выше, чем у взрослых; у пожилых людей снижается. 

Рабочая прибавка — это повышение энергетического обмена выше основного объема. Факторы, при которых увеличивается расход энергии — прием пищи, изменения внешней температуры и мышечная работа. 

Основной обмен нарушается при  заболеваниях эндокринных желез. Например, при гиперфункции щитовидной железы он может увеличиться до 150 % от нормы, а при гипофункции снижается. Значительные изменения наблюдаются при патологии гипофиза, регулирующего деятельность периферических желез внутренней секреции. 

Для определения интенсивности  обмена веществ и энергии используют прямые и непрямые методы калориметрии. Метод прямой калориметрии основан на непосредственном определении тепла, выделяемого в процессе жизнедеятельности организма. Для этого человека помещают в специальную калориметрическую камеру, в которой учитывается все количество тепла, отдаваемого телом человека.

Метод сложен и применяется только в научно-исследовательских учреждениях. 
На практике чаще используют метод непрямой калориметрии. Суть его заключается в том, что вначале определяют объем легочной вентиляции, а затем количество поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа. Отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного организмом кислорода называется дыхательным коэффициентом. По величине последнего можно судить о характере окислительных веществ в организме. 

Так, при окислении углеводов дыхательный коэффициент равен 1, поскольку для полного окисления 1 молекулы глюкозы до углекислого газа и воды потребуется 6 молекул кислорода, при этом выделяется 6 молекул углекислого газа:

 
 

При окислении белков дыхательный коэффициент равен 0,8, при окислении жиров — 0,7. В  результате небольшого содержания в  жирах и белках внутримолекулярного  кислорода для их окисления потребуется  больше кислорода: для окисления 1 г белков — 0,97 л, а 1 г жиров — 2,03 л. 

Определить расход энергии  можно и по газообмену. Количество тепла, освобождаемого в организме  при употреблении 1 л кислорода (калориметрический  эквивалент кислорода), зависит от того, на окисление каких веществ использовался кислород. Калориметрический эквивалент кислорода для окисления углеводов равен 21,13 кДж (5,05 ккал),белков — 20,1 кДж (4,8 ккал), жиров — 19,62 кДж (4,686 ккал). Существует зависимость между дыхательным коэффициентом и количеством энергии, которая образуется при поглощении 1 л кислорода.

Условнорефлекторные изменения обмена веществ и энергии  наблюдаются у человека в предстартовых  и предрабочих состояниях. У спортсменов  до начала соревнования, а у рабочего перед работой отмечается повышение  обмена веществ, температуры тела, увеличивается потребление кислорода и выделение углекислого газа. Можно вызвать условнорефлекторные изменения обмена веществ, энергетических и тепловых процессов у людей на словесный раздражитель.

Влияние нервной системы на обменные и энергетические процессы в организме осуществляется несколькими путями:

- Непосредственное  влияние нервной системы (через  гипоталамус, эфферентные нервы)  на ткани и органы;

- опосредованное  влияние нервной системы через гипофиз (соматотропин);

- опосредованное влияние нервной системы через тропные гормоны гипофиза и периферические железы внутренней секреции;

-прямоевлияниенервной системы (гипоталамус) на активность желез внутренней секреции и через них на обменные процессы в тканях и органах.

Основным отделом центральной нервной системы, который регулирует все виды обменных и энергетических процессов, является гипоталамус. Выраженное влияние на обменные процессы и теплообразование оказывают железы внутренней секреции. Гормоны коры надпочечников и щитовидной железы в больших количествах усиливают катаболизм, т. е. распад белков.

В организме  ярко проявляется тесное взаимосвязанное  влияние нервной и эндокринной  систем на обменные и энергетические процессы. Так, возбуждение симпатической  нервной системы не только оказывает прямое стимулирующее влияние на обменные процессы, но при этом увеличивается секреция гормонов щитовидной железы и надпочечников (тироксин и адреналин). За счет этого дополнительно усиливается обмен веществ и энергии. Кроме того, эти гормоны сами повышают тонус симпатического отдела нервной системы. Значительные изменения в метаболизме и теплообмене происходят при дефиците в организме гормонов желез внутренней секреции. Например, недостаток тироксина приводит к снижению основного обмена. Это связано с уменьшением потребления кислорода тканями и ослаблением теплообразования. В результате снижается температура тела.

Гормоны желез  внутренней секреции участвуют в  регуляции обмена веществ и энергии, изменяя проницаемость клеточных мембран (инсулин), активируя ферментные системы организма (адреналин, глюкагон и др.) и влияя на их биосинтез (глюкокортикоиды).

Таким образом, регуляция обмена веществ и энергии  осуществляется нервной и эндокринной  системами, которые обеспечивают приспособление организма к меняющимся условиям его обитания.

 

 

 

6.Метаболизм (при участии жиров, белков и углеводов)

 

Метаболизм — совокупность химических и физических превращений  веществ и энергии, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность. Обмен веществ и энергии составляет единое целое и подчиняется закону сохранения материи и энергии.

Обмен веществ складывается из процессов ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция (анаболизм) — процесс усвоения организмом веществ, при котором расходуется энергия. Диссимиляция (катаболизм) — процесс распада сложных органических соединений, протекающий с высвобождением энергии.