Обмен веществ и энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

1. Сущность обмена веществ и энергии

Отличительным признаком живых организмов являются энергетические траты и постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой.

Его сущность состоит в том, что из внешней среды в организм поступают разнообразные, богатые потенциальной химической энергией вещества; в организме они расщепляются на более простые; освобождающаяся при этом энергия обеспечивает протекание физиологических процессов и выполнение внешней работы.

Кроме того, поступающие в организм вещества используются для восстановления изнашиваемых и построения новых клеток и тканей и для образования гормонов и ферментов. Некоторые органические вещества при избыточном поступлении могут депонироваться, т. е. откладываться в организме в виде запасов. Образующиеся в процессе обмена продукты распада удаляются из организма во внешнюю среду органами выделения.

Питательными веществами, снабжающими организм энергией и строительным (пластическим) материалом, являются белки, жиры и углеводы. Кроме того, для нормального протекания обмена веществ в организме необходимо поступление витаминов, воды и минеральных солей.

Обмен веществ в организме является сложной системой связанных друг с другом реакций расщепления (диссимиляции) и синтеза (ассимиляции) органических веществ. При реакциях диссимиляции происходит освобождение потенциальной химической энергии, которая обеспечивает деятельность всех органов и выполнение внешней работы. Реакции синтеза требуют для своего осуществления притока энергии извне. Затрачиваемая при этом энергия превращается в потенциальную химическую энергию сложных молекул.

Все химические реакции в организме, в том числе переваривание пищи, окислительно-восстановительные и другие процессы осуществляются при участии биологических катализаторов (ферментов).

Обмен веществ и энергии в организме регулируется нервным и гуморальным путями. Регуляция, осуществляемая нервной системой, которой принадлежит особенно большая роль в этом процессе, происходит путем непосредственной посылки эфферентных нервных импульсов к тканям и через железы внутренней секреции, гормоны которых влияют на уровень обмена веществ и энергии. В изменении обмена веществ, обеспечивающем приспособление организма к различным условиям жизни, важное значение имеют условные рефлексы. Индифферентные раздражения после повторного сочетания с факторами, влияющими на обмен веществ и энергии, могут условнорефлекторным путем изменять его в нужном направлении.

2. Обмен белков и его регуляция

Белки построены из аминокислот. Они являются основным пластическим материалом, из которого построены клетки и ткани организма. Например, в составе скелетных мышц находится около 20% белка. Наличием белка обусловлена сократительная функция мышечной ткани. Из белков состоят многие ферменты и гормоны. Белок крови гемоглобин участвует в транспорте кислорода. Белок фибриноген необходим для свертывания крови. Некоторые сложные белки -- нуклеопротеиды имеют значение для передачи наследственных свойств.

Белки могут использоваться организмом и как источники энергии. При расщеплении белка из безазотистой части его молекулы образуются углеводы, дальнейшее превращение, которых обеспечивает освобождение энергии. Окисление 1 г белка освобождает 5,3 ккал.(17,6 кДж) Но азотистые продукты расщепления белка (мочевина, аммиак и др.) не подвергаются в организме дальнейшему окислению. Поэтому при окислении 1 г белка в организме освобождается столько же энергии, сколько и при окислении 1 г углеводов, т. е. 4,1 ккал.

Поступая в организм с пищей, белки расщепляются в кишечнике до аминокислот и в таком виде всасываются в кровь и транспортируются в печень. Часть поступивших в печень аминокислот подвергается дезаминированию и переаминированию. Эти процессы обеспечивают синтез некоторых аминокислот и белков. Из печени аминокислоты поступают в ткани и используются для синтеза белков. Избыточные белковые вещества, поступающие с пищей, превращаются в организме в углеводы и жиры.

Конечными продуктами расщепления белков в тканях являются аммиак, мочевина, мочевая кислота, креатинин и некоторые другие. Они выводятся из организма почками и частично потовыми железами.

О белковом обмене можно судить по азоту, так как он почти целиком поступает в организм с белковой пищей. Поэтому для характеристики белкового обмена в организме пользуются определением азотистого баланса, т. е. разницы между количеством азота, поступившего в организм, и количеством азота, выведенного из организма. У лиц, выполняющих среднюю по тяжести физическую работу, при потреблении 100--110 г белка в сутки наблюдается азотистое равновесие, т. е. выведение азота из организма равно его усвоению. Состояние, при котором усвоение азота превышает его выведение, называется положительным азотистым балансом. Оно характерно для растущего организма (за счет белков пищи происходит рост и увеличение массы тела). Положительный азотистый баланс может быть и у взрослых после голодания и заболеваний, вызвавших усиленный распад тканевых белков без достаточного их восстановления, а также у спортсменов, особенно в подготовительном периоде тренировки, одной из задач которого является развитие скелетной мускулатуры.

При полном и частичном (белковом) голодании и при некоторых заболеваниях усваивается меньше азота, чем выделяется. Такое состояние называется отрицательным азотистым балансом.

Нормальная жизнедеятельность организма возможна лишь при азотистом равновесии, или положительном азотистом балансе.

При поступлении в организм избыточного пищевого белка у взрослого человека азотистое равновесие не нарушается. Чем больше при этом содержится азота в пище, тем больше его выводится с мочой. В виде запасов белок в организме не откладывается. При голодании белки одних органов могут использоваться для поддержания жизнедеятельности других, более важных. При этом тратятся в первую очередь белки печени и скелетных мышц, и вес этих органов снижается. Вес же мозга и сердца и содержание в них белков остаются почти без изменения.

Обмен белков в организме регулируется нервными центрами, расположенными в подбугровой области промежуточного мозга. При экспериментальном повреждении у животных некоторых ядер этого отдела мозга усиливается белковый обмен, его баланс становится отрицательным, вследствие чего наступает резкое истощение. Нервная система влияет на белковый обмен через гормоны щитовидной железы, передней доли гипофиза (соматотропный гормон) и других желез внутренней секреции.

3. Обмен углеводов и его регуляция

белок углеводный витамин энергия

Углеводы поступают в организм с растительной и в меньшем количестве с животной пищей. Кроме того, они синтезируются в нем из продуктов расщепления аминокислот и жиров.

Углеводы -- важная составная часть живого организма, хотя количество их в организме значительно меньше, чем белков и жиров,-- всего около 2% сухого вещества тела.

Углеводы служат в организме основным источником энергии. При окислении 1 г углеводов освобождается 4,1 ккал энергии. Для окисления углеводов требуется значительно меньше кислорода, чем для окисления жиров. Это особенно повышает роль углеводов при мышечной деятельности. Значение их как источника энергии подтверждается тем, что при уменьшении концентрации глюкозы в крови резко снижается физическая работоспособность. Большое значение углеводы имеют для нормальной деятельности нервной системы.

Пища содержит главным образом сложные углеводы, которые расщепляются в кишечнике и всасываются в кровь, преимущественно в виде глюкозы. В небольших количествах глюкоза содержится во всех тканях. Концентрация ее в крови колеблется от 0,08 до 0,12%. Поступая в печень и мышцы, глюкоза используется там для окислительных процессов, а также превращается в гликоген и откладывается в виде запасов.

При голодании запасы гликогена в печени и концентрация глюкозы в крови уменьшаются. То же самое происходит при длительной и напряженной физической работе без дополнительного приема углеводов. Уменьшение концентрации глюкозы в крови ниже 0,07% называется гипогликемией появляется мышечная слабость, чувство голода, падает температура тела. Нарушение деятельности нервной системы проявляется при этом в возникновении судорог, помрачении и потере сознания, а увеличение выше 0,12% --гипергликемией может возникать после приема пищи, богатой легкоусваиваемыми углеводами, при эмоциональном возбуждении, а также при заболеваниях поджелудочной железы или при ее удалении у животных с экспериментальной целью.

Избыток глюкозы выводится из крови почками (гликозурия). У здорового человека это можно наблюдать после приема натощак 150--200 г сахара.

В печени содержится около 10% гликогена, в скелетных мышцах--не более 2%. Общие запасы его в организме составляют в среднем 350 г. При уменьшении концентрации глюкозы в крови происходит интенсивное расщепление гликогена печени и выход глюкозы в кровь. Благодаря этому поддерживается постоянный уровень глюкозы в крови и удовлетворяется потребность в ней других органов.

В организме происходит постоянный обмен глюкозой между печенью, кровью, мышцами, мозгом и другими органами. Главный потребитель глюкозы -- скелетные мышцы. Расщепление в них углеводов осуществляется по типу анаэробных и аэробных реакций. Одним из продуктов расщепления углеводов является молочная кислота.

Запасы углеводов особенно интенсивно используются при физической работе. Однако полностью они никогда не исчерпываются. При уменьшении запасов гликогена в печени его дальнейшее расщепление прекращается, что ведет к снижению концентрации глюкозы в крови до 0,05--0,06%, а в некоторых случаях до 0,04-- 0,038%. В последнем случае мышечная деятельность продолжаться не может. Таким образом, уменьшение содержания глюкозы в крови-- один из факторов, снижающих работоспособность организма при длительной и напряженной мышечной деятельности. При такой работе необходимо пополнять углеводные запасы в организме, что достигается увеличением углеводов в пищевом рационе, дополнительным введением их перед началом работы и непосредственно при ее выполнении. Насыщение организма углеводами способствует сохранению постоянной концентрации глюкозы в крови, что необходимо для поддержания высокой работоспособности человека.

Влияние приема углеводов на работоспособность установлено лабораторными экспериментами и наблюдениями при спортивной деятельности. Эффект от принимаемых до работы углеводов при прочих равных условиях зависит от их количества и времени приема.

Углеводный обмен в организме регулируется нервной системой. Это было установлено Клодом Бернаром, который после укола иглой в дно IV желудочка мозга («сахарный укол») наблюдал усиленный выход углеводов из печени с последующими гипергликемией и гликозурией. Эти наблюдения свидетельствуют о наличии в продолговатом мозгу центров, регулирующих углеводный обмен. Позднее было установлено, что высшие центры, регулирующие обмен углеводов, находятся в подбугровой области промежуточного мозга. При раздражении этих центров наблюдаются такие же явления, как и при уколе в дно IV желудочка. Большое значение в регуляции углеводного обмена имеют условнорефлекторные раздражители. Одним из доказательств этого служит увеличение концентрации глюкозы в крови при возникновении эмоций (например, у спортсменов перед ответственными стартами).

Влияние центральной нервной системы на углеводный обмен осуществляется главным образом посредством симпатической иннервации. Раздражение симпатических нервов усиливает образование адреналина в надпочечниках. Он вызывает расщепление гликогена в печени и скелетных мышцах и повышение в связи с этим концентрации глюкозы в крови. Гормон поджелудочной железы глюкагон также стимулирует эти процессы. Гормон поджелудочной железы инсулин является антагонистом адреналина и глюкогена. Он непосредственно влияет на углеводный обмен печеночных клеток, активирует синтез гликогена и тем самым способствует его депонированию. В регуляции углеводного обмена участвуют гормоны надпочечников, щитовидной железы и гипофиза.

4. Обмен липидов и его регуляция

К липидам относятся нейтральные жиры, фосфатиды и стерины. Нейтральные жиры расщепляются в кишечнике до глицерина и жирных кислот. Эти вещества, проходя через стенку кишки, вновь превращаются в жир, который всасывается в лимфу и в небольшом количестве в кровь. Кровь транспортирует жиры в ткани, где они используются для пластического синтеза и в качестве энергетического материала. Липиды входят в состав клеточных структур. Они необходимы для новообразования клеток.

Жиры могут откладываться в организме в виде запасов, которые в первую очередь используются при голодании организма. Общее количество жира у человека составляет в среднем 10--12% веса тела, при ожирении оно может достигать 40--50%.

Жировые депо в организме непрерывно обновляются. В условиях нормальной жизнедеятельности выход жира из депо сочетается с его депонированием. При полном энергетическом равновесии интенсивность этих процессов в организме одинакова. Если процессы депонирования превышают использование жира, он накапливается в организме; если они недостаточны, жировые запасы уменьшаются.

Жиры, поступающие в ткани из кишечника и из жировых депо, путем сложных превращений окисляются и используются как источник энергии. При окислении 1 г жира освобождается 9,3 ккал (38,9 кДж) энергии. В связи с тем, что в молекуле жира содержится относительно мало кислорода, последнего требуется для окисления жира больше, чем для окисления углеводов. Как энергетический материал жир используется главным образом в состоянии покоя и при выполнении длительной малоинтенсивной физической работы. В начале более напряженной мышечной деятельности используются преимущественно углеводы. Но через некоторое время, в связи с уменьшением запасов гликогена, и при работе начинают окисляться жиры и продукты их расщепления. Процесс замещения углеводов жирами может быть настолько интенсивным, что 80% всей необходимой в этих условиях энергии освобождается в результате расщепления жира.

Функции жировой ткани Жировая ткань, покрывающая различные органы, предохраняет их от механических воздействий. Скопление жира в брюшной полости обеспечивает фиксацию внутренних органов. Подкожная жировая клетчатка, являясь плохим проводником тепла, защищает тело от излишних теплопотерь. Жир входит в состав секрета сальных желез, который предохраняет кожу от высыхания и излишнего смачивания при соприкосновении с водой.

Обмен липидов тесно связан с обменом белков и углеводов. Поступающие в организм в избытке углеводы и белки превращаются в жир. Наоборот, при голодании жиры, расщепляясь, служат источником углеводов.

Обмен липидов в организме регулируется центральной нервной системой. При повреждении некоторых ядер подбугровой области промежуточного мозга жировой обмен нарушается. При этом происходит либо ожирение организма, либо его истощение.

Нервная система может оказывать непосредственное воздействие на жировой обмен. Если у животного перерезать нервы, иннервирующие жировую ткань с одной стороны тела, то при голодании жировые запасы на этой стороне не уменьшаются.

Нервная система регулирует жировой обмен и путем воздействия на железы внутренней секреции. Недостаточная функция передней доли гипофиза, щитовидной железы и половых желез ведет к ожирению. Гормон поджелудочной железы инсулин стимулирует образование жиров из углеводов.

Увеличение жировых запасов в здоровом организме происходит главным образом в связи с потреблением пищи, превышающим потребность.

5. Водно-солевой обмен

Вода в организме находится в виде солевых растворов. Это обусловливает тесную связь водного обмена с обменом минеральных веществ, находящихся в организме в виде солей и их ионов.

Тело взрослого человека на 50--60% состоит из воды. Вода составляет около 92% крови, 70% общего веса скелетных мышц, 84% серого вещества мозга, 22% костной ткани.

Функции воды. Входя в состав тканей, вода является одним из структурных компонентов тела. Она служит растворителем многих химических веществ в организме и активно участвует в процессах обмена. Если прекращается поступление воды в организм, то он погибает. Полное голодание, но при условии приема воды переносится человеком в течение 40--45 дней. Потеря веса тела при этом может достигать 40%. При лишении же воды потеря 10% веса уже ведет к тяжелым поражениям, а потеря 20--22% --к смерти.

Поступление воды в организм вызывает незначительное и кратковременное повышение ее содержания в крови. Она быстро переходит в ткани и частично депонируется в печени. Избыток ее выводится из организма почками.

Минеральные вещества входят в состав всех живых тканей. Нормальное функционирование тканей обеспечивается не только наличием в них тех или иных солей, но и строго определенными их количественными соотношениями. Неорганические вещества 1) поддерживают необходимое осмотическое давление в клетках и биологических жидкостях и наряду с белками 2)обеспечивают постоянство рН тканей. При полном отсутствии минеральных солей в пище животные резко теряют в весе и погибают. При избыточном поступлении минеральных солей в организм они могут откладываться в виде запасов. Натрий и хлор депонируются в подкожной клетчатке, калий -- в скелетных мышцах, кальций и фосфор -- в костях.

Осмотическое давление внутренней среды организма поддерживается путем регуляции поступления воды и солей и их выделения. При повышении осмотического давления возникает чувство жажды. При поступлении воды в организм осмотическое давление снижается.

Выведение воды и солей из организма происходит благодаря нервным и гуморальным влияниям на почки и потовые железы. Нервные центры, регулирующие водно-солевой обмен, расположены в подбугровой области промежуточного мозга. Здесь же находятся осморецепторные клетки, воспринимающие изменения осмотического давления в крови. Воздействие осморецепторов рефлекторно влияет на водно-солевой обмен, обеспечивая постоянство осмотического давления во внутренней среде организма. Большую роль в регуляции водно-солевого обмена играют антидиуретический гормон гипофиза и гормоны коры надпочечников минералокортикоиды. Гормон гипофиза стимулирует обратное всасывание воды в почке и уменьшает этим мочеобразование. Минералокортикоиды (альдостерон и др.) действуют на эпителий почечных канальцев и повышают обратное всасывание в кровь натрия. На деятельность почек влияют также гормоны щитовидной и паращитовидной желез. Первый увеличивает мочеобразование, второй способствует выведению из организма солей кальция и фосфора. Осморецепторы -- рецепторы, возбуждающиеся при изменениях осмотического давления. Они находятся в промежуточном мозгу и в сосудах внутренних органов.

6. Витамины

Витамины -- группа биологически активных органических соединений различной химической природы, поступающих в организм с пищей растительного и животного происхождения, необходимых для нормального протекания обмена веществ в организме. Витамины присутствуют в пище в ничтожно малых количествах, но играют очень важную роль в процессах обмена, так как входят в состав многих ферментов. Большинство из них человек получает с пищей. Некоторые витамины синтезируются бактериями в кишечнике. Поэтому отсутствие их в пище не влияет на состояние организма. Недостаток того или иного витамина (гиповитаминоз) или его полное отсутствие (авитаминоз) приводят к нарушению в организме обмена веществ. К нарушению метаболизма приводит и избыток витаминов в организме (гипервитаминоз).

При приготовлении пищи необходимо стремиться к сохранению в ней витаминов. Большая часть витаминов разрушается при термической обработке пищи. Витамин С разрушается при соприкосновении с воздухом.

Известно около 50 витаминов. Их делят на водорастворимые (B₁, B₂, В₆, B₁₂, РР, С и др.) и жирорастворимые (A, D, E, K).

Витамины необходимы для нормальной жизнедеятельности организма. Витамины обладают высокой биологической активностью. Находясь в ничтожно малых концентрациях, они влияют на обмен веществ в организме. Одни витамины 1)входят в состав ферментов, обеспечивающих протекание различных биологических реакций, другие 2)имеют тесные связи с деятельностью желез внутренней секреции. Витамины 3)обеспечивают работоспособность организма и 4)повышают его сопротивляемость различным заболеваниям.

Потребность в витаминах повышается: при изменениях барометрического давления и температуры окружающей среды, при напряженной мышечной деятельности и при некоторых заболеваниях.

У молодых, растущих организмов потребность, в витаминах больше, чем у взрослых.

7. Обмен энергии

В процессе жизнедеятельности организма его энергетические запасы непрерывно уменьшаются. Энергия расходуется на 1)осуществление различных физиологических функций, 2)на внешнюю работу, 3)поддержание температуры тела и т. п. Продолжение жизни возможно лишь при постоянном пополнении запасов энергии, что и происходит благодаря приему пищи.

Энергетическим балансом называют соотношение количества энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой организмом.

Методы определения расхода энергии. Интенсивность энергетического обмена в организме определяется при помощи трех методов калориметрии.

1) прямая калориметрия, -- измерение тепла, выделяемого организмом;

2) непрямая респираторная калориметрия -- измерение объема поглощаемого организмом кислорода и выделяемой углекислоты;

3) непрямая алиментарная (от лат. alimentum -- пища, питание) калориметрия -- определение калорийности всасываемых питательных веществ, поступающих в организм с пищей.

Метод прямой калориметрии применяется в опытах на животных с конца XVIII в. Калориметр для определения энергетического обмена у человека был впервые сконструирован в конце XIX в. Он представляет собой герметически закрытую камеру с двойными стенками, обеспечивающими ее теплонепроницаемость. В камере расположены трубки, по которым циркулирует вода. Тепло, выделяемое человеком или животным, находящимся в калориметре, нагревает эту воду. Зная количество воды, протекающей через камеру, и степень ее нагревания, можно определить количество тепла, освобождаемого организмом.

1.Прямая калориметрия -- наиболее точный метод исследования энергетических трат. Но он требует относительно длительных наблюдений и не позволяет проводить исследования при многих формах профессиональной и спортивной деятельности человека. Использование этого метода позволило сопоставить величину энергии, освобождаемой в виде тепла, с количеством поглощаемого кислорода и выделяемой углекислоты.

2.Респираторная калориметрия -- метод, более удобный для оценки энерготрат у человека. О величине энергетического расхода можно судить не только по количеству освобождаемого тепла, как это делают при прямой калориметрии, но и по количеству поглощаемого кислорода и образующейся углекислоты.

Этот метод впервые был применен Лавуазье на животных в конце XVIII в. В дальнейшем он был несколько изменен ив настоящее время широко используется при исследованиях энергозатрат у человека в условиях профессиональной и спортивной деятельности. В разработке метода респираторной калориметрии принимали участие И.М. Сеченов, М.Н. Шатерников, Д.С. Холден, Д.Г. Дуглас и др. Известно, что чем больше энергии расходует организм, тем интенсивнее протекают окислительные процессы в его тканях и тем относительно больше поглощается кислорода и образуется углекислоты

Один литр кислорода окисляет в организме определенные количества тех или иных веществ. При этом в зависимости от природы окисляемого вещества выделяется большее или меньшее количество энергии.

При окислении 1г углеводов требуется 0,8 л кислорода и освобождается 4,1 ккал. тепла. Следовательно, 1 л кислорода может полностью окислить 1,26 г углеводов, при этом освободится 5,05 ккал. энергии. При окислении жира эти соотношения будут иными в связи с малым содержанием кислорода в его молекуле. Один литр кислорода может окислить всего 0,5 г жира, при этом освободится 4,7 ккал. тепла.

Количество энергии, освобожденное при использовании 1 л кислорода, называется его калорическим эквивалентом. В организме обычно окисляется смесь питательных веществ. Поэтому калорический эквивалент кислорода колеблется от 4,7 до 5,05 ккал. С увеличением в окисляемой смеси углеводов калорический эквивалент кислорода повышается, а с увеличением жира снижается.

Дыхательный коэффициент. О величине калорического эквивалента кислорода узнают по величине дыхательного коэффициента-- отношению объема выдыхаемой углекислоты к объему поглощаемого кислорода СО₂/О₂ Величина дыхательного коэффициента зависит от состава окисляемых веществ. При окислении углеводов объем поглощаемого кислорода равен объему выделяемой углекислоты. Следовательно, дыхательный коэффициент при этом равен 1. При окислении жира, в молекуле которого мало кислорода, дыхательный коэффициент очень низок (0,7). При окислении смеси питательных веществ величина его колеблется от 0,7 до 1. Чем больше в этой смеси содержится углеводов, тем он выше. Рассчитав величину дыхательного коэффициента, по специальной таблице определяют калорический эквивалент кислорода

2.Непрямая респираторная калориметрия широко применяется в физиологии труда и спорта. Она позволяет определять расход энергии при мышечной деятельности в самых разнообразных условиях. С помощью этого метода определены энергетические затраты при беге на лыжах, при плавании, восхождениях на горы и при других видах физических упражнений. Однако этот метод не лишен недостатков. Необходимость использования газовых масок и мешков для забора выдыхаемого воздуха несколько затрудняет дыхание и делает метод газообмена неприемлемым для определения расхода энергии у спортсменов в условиях соревнований.

3.При непрямой алиментарной калориметрии учитывают калорийность принимаемой пищи и ведут наблюдения за весом тела. Постоянство веса свидетельствует о балансе между поступлением энергетических ресурсов в организм и их использованием. В таких условиях количество поступившей пищи может быть показателем энергозатрат. Однако в организме поступление питательных веществ и расход энергии не всегда сбалансированы, что ведет к ошибкам при использовании метода алиментарной калориметрии. Неудобство этого метода обусловлено еще и тем, что он не позволяет определять энерготраты за короткие отрезки времени.

Уровни энергетических трат в организме. В зависимости от активности организма и воздействий на него внешней среды различают три уровня энергетического обмена 1--основной обмен, 2 -- обмен в состоянии относительного покоя, 3 -- энерготраты при физической работе.

Основным обменом называют величину энерготрат в состоянии полного мышечного покоя, натощак (спустя 12 часов после приема пищи), при температуре окружающей среды 20--22°.

У взрослого человека весом 70кг основной обмен в сутки оставляет около 1700 ккал. Из этой величины 25% идет на работу вегетативных систем (сердце, почки и др.), 75% -- на деятельность всех остальных клеток и тканей организма. У здоровых людей основной обмен может колебаться в пределах ±15%.

У женщин он на 5% ниже, чем у мужчин. Основной обмен зависит главным образом от величины поверхности тела и возраста. Чем относительно больше поверхность тела, тем больше основной обмен. Поэтому его величину принято выражать в ккал на 1 м² поверхности тела в 1 час. С возрастом в связи с понижением интенсивности внутриклеточных окислительных процессов основной обмен понижается. Дети до 5 лет расходуют в состоянии основного обмена 50--55 ккал. на 1 м² в 1 час, подростки -- 42 ккал., взрослые -- около 37 ккал, лица пожилого возраста -- около 34 ккал.

На величину основного обмена влияют: 1)уровень двигательной активности организма и 2)особенности питания. Например, при одинаковой поверхности тела обмен веществ у диких животных выше, чем у домашних. Если животное помещено в маленькую клетку, ограничивающую его движения, основной обмен понижается. Длительное голодание организма также ведет к снижению основного обмена.

Таким образом, основной обмен поддерживается на одном уровне только при постоянных условиях жизнедеятельности. При изменении этих условий он становится иным.

Регуляция. Основной обмен в организме регулируется нервной системой и гормонами. Роль нервной системы подтверждена опытами с введением животному кураре. Этот яд парализует окончания двигательных нервов в мышцах. В результате в них уменьшается интенсивность окислительных процессов, что ведет к снижению основного обмена.

На основной обмен влияют гормоны щитовидной железы и гипофиза. При усилении функции щитовидной железы величина его повышается, при ослаблении понижается.

Энерготраты в состоянии относительного покоя превышают величину основного обмена. Это обусловлено влиянием на обмен пищеварительных процессов, терморегуляцией и энерготратами на поддержание позы тела.

Увеличение расхода энергии обусловлено 1)работой гладких мышц пищеварительных органов и деятельностью пищеварительных желез. Процессы всасывания питательных веществ и их усвоение также требуют дополнительных энергетических трат. Повышение обмена энергии под влиянием приема пищи зависит от ее состава и количества. Наиболее резкие сдвиги вызывает переваривание белковой пищи. Расход энергии при этом возрастает на 20--30 %. Переваривание жира сопровождается увеличением энерготрат на 7%, углеводов -- на 4--5%. Повышение энергетического обмена под влиянием приема пищи может продолжаться 5 час. и более.

2)Поддержание постоянства температуры тела (вне зоны комфорта) требует значительных энерготрат. Например, при низкой температуре окружающей среды окислительные процессы могут в 3-- 4 раза превышать уровень основного обмена.

3)Поддержание позы тела обусловлено повышением тонуса определенных мышечных групп. Это ведет к увеличению энерготрат. Они особенно нарастают при необходимости сохранять неудобную или непривычную для человека позу.

Энерготраты в состоянии относительного покоя могут быть резко увеличенными в связи с 4)восстановительными процессами после выполнения работы. Это обусловлено химическими реакциями в мышцах, главным образом окислением молочной кислоты.

Уровень энергетического обмена в состоянии относительного покоя может изменяться 5)под влиянием условнорефлекторных раздражителей. Любой из них после нескольких сочетаний с безусловно-рефлекторными изменениями обмена веществ может стать сигналом, вызывающим такие же сдвиги обмена. Например, производственный шум вызывает увеличение расхода энергии даже у рабочих, находящихся в другом помещении и не занятых работой. Расход энергии еще больше увеличивается в помещении цеха при наблюдении за работой своей бригады.

6) При физической работе Энерготраты резко увеличиваются. Например, при ходьбе расходуется энергии на 80--100% больше по сравнению с покоем, при беге -- на 400% и более.

Энерготраты при работе, которые рассчитывают на единицу времени или на единицу пути, прямо пропорциональны ее мощности. Суммарный же расход энергии зависит не только от мощности paботы, но и от ее длительности. Например, при легкоатлетическом беге энерготраты, рассчитанные на 1 м пути, будут наибольшими при беге на 100 м, суммарный же расход энергии -- наибольшим при марафонском беге.

На расход энергии 7)влияют также эмоции, возникающие во время работы и особенно при спортивной деятельности. Эмоции могут усиливать или, наоборот, снижать обмен веществ и энергии в организме.

При выполнении человеком механической работы коэффициент полезного действия может достигать 20--25%. Остальная освобождаемая в организме энергия превращается в тепло. КПД при мышечной деятельности зависит от 1)структуры и темпа движений, 2)от количества вовлекаемых в работу мышц 3)степени тренированности человека, выполняющего работу.

Мышечная работа необходима для нормальной жизнедеятельности организма. Количество энергии, затрачиваемое непосредственно на мышечную деятельность, должно быть не менее 1200-- 1300 ккал в сутки. В связи с этим для лиц, не занимающихся физическим трудом, у которых, следовательно, на мышечную деятельность расходуется меньшее количество энергии, физические упражнения особенно необходимы

Суточный расход энергии человека включает величину основного обмена и энергию, необходимую для выполнения профессионального труда, спортивной и других видов мышечной деятельности. Умственный труд требует небольших энергетических затрат. |

По характеру выполняемой производственной деятельности и величине энерготрат взрослое население может быть разделено на 4 группы.

1. Лица, занимающиеся умственным трудом, не требующим мышечных напряжений. Суточный расход у них составляет в среднем 2200--3000 ккал.

2. Лица, выполняющие механизированную работу, расход энергии повышен до 2350-- 3200 ккал. При частично механизированном труде суточный расход энергии достигает 2500--3400 ккал.

3. Очень тяжелый, немеханизированный физический труд вызывает расход энергии равный 2900-- 3990 ккал.

4. Спортивная деятельность сопровождается значительным увеличением суточного расхода энергии -- до 4500--5000 ккал.

Размещено на Allbest.ru