Основной обмен организма. Прямая и непрямая калориметрия. Энерготраты организма.

Обмен веществ и энергии связаны между собой. Обмен веществ сопровождается преобразованием энергии (химической, механической, электрической в тепловую).
В отличие от машин мы не преобразуем тепловую энергию в др. виды (паровоз). Мы еѐ выделяем как конечный продукт метаболизма во внешнюю среду.


Количество тепла, выделяемое живым организмом, пропорционально интенсивности обмена веществ. Из этого следует:

- По количеству выделяемого организмом тепла можно оценить интенсивность обменных процессов.


- Количество выделившейся энергии должно компенсироваться за счет поступления химической энергии с пищей (м. рассчитать должный рацион питания).

- Энергетический обмен является составной частью процессов терморегуляции.

Факторы, определяющие интенсивность энергообмена:

- Состояние окружающей среды - температура (+18-22оС),
- влажность (60-80%),
- скорость ветра (не более 5 м/с),
- газовый состав атмосферного воздуха (21% О2, 0,03% СО2, 79% N2).
Это показатели «зоны комфорта».Отклонение от "зоны комфорта" в любую сторону изменяет интенсивность обмена веществ, следовательно количество вырабатываемого тепла.

- Физическая активность. Сокращение скелетных мышц является самым мощным источником тепла в организме.

- Состояние нервной системы. Сон или бодрствование, сильные эмоции, регулируются через вегетативную нервную систему; симпатическая нервная система оказывает эрготропное действие (усиливает процессы распада с высвобождением энергии); парасимпатическая - трофотропное действие (стимулирует сбережение,
накопление энергии).

- Гуморальные факторы - БАВ и гормоны:
а). Трофотропное действие - ацетилхолин, гистамин, сератонин, инсулин, СТГ.
б) Эрготропное действие - адреналин, тироксин.

Показатели энергообмена: основной обмен и рабочий обмен.


Рабочий обмен - количество тепла, выделяемого при работе.
РО значительно превышает ОО, зависит от вида труда.
Выделяют следующие группы, исходя из интенсивности рабочего обмена:

- Лица умственного труда (2200-3300 ккал) - решение простых задач повышает ОО на 2-3%.


- Механизированный труд, сфера обслуживания (2350-3500 ккал).

- Механизированный труд, сфера обслуживания со значительными физическими усилиями (2500-3700 ккал).

- Немеханизированный труд (2900-4200 ккал).


- Есть и больше (до 5000 ккал), но это уже каторжный труд.

Методы определения энергетического обмена:

- Прямая калориметрия. Метод основан на улавливании и измерении тепловой энергии, теряемой организмом в окружающее пространство. Измеряется с помощью калориметрических камер (биокалориметров) (по кол-ву Н2О, удельной теплопроводности и разнице температур).


- Непрямая (косвенная) калориметрия. Оценка энергозатрат - косвенно, по интенсивности газообмена.
В процессе расщепления - в-во + О2 = СО2 + Н2О + Q (энергия).
Т.е., зная количество поглощенного О2 и выделенного СО2, можно судить косвенно о количестве выделившейся энергии. Интенсивность газообмена характеризуется дыхательным коэффициентом.

 

Температура тела ("ядра" и "оболочки") человека. Уравнение теплового баланса гомойотермного организма. Химическая и физическая терморегуляция (механизмы теплообразования и теплообмена).

Все живые организмы делятся на: гомойотермные - теплокровные (человек и млекопитающие) и пойкилотермные – холоднокровные.


Образующаяся в организме энергия питательных веществ, превращается в тепло (тепловую энергию). Чем интенсивнее скорость обменных процессов в организме, тем больше теплообразование.

Теплопродукция и теплоотдача.
Баланс теплопродукции и теплоотдачи является главным условием поддержания постоянной температуры тела. Суммарная теплопродукция в организме состоит из:
«первичной теплоты», выделяющейся в ходе реакций обмена веществ, постоянно протекающих во всех организмах и тканях
«вторичной теплоты», образующейся при расходовании энергии макроэргических соединений на выполнение определенной работы.

Уровень теплообразования в организме зависит от:

-величины основного обмена, специфического динамического действия принимаемой пищи

-мышечной активности

-интенсивности метаболизма.

Наибольшее количество тепла образуется в мышцах при их тоническом напряжении и сокращении - «сократительный термогенез». Является наиболее значимым механизмом дополнительного теплообразования у взрослого человека.

У новорожденных, мелких млекопитающих имеется механизм теплообразования за счет возрастания общей метаболической активности и, прежде всего, высокой скорости окисления жирных кислот - «несократительный термогенез». Увеличивает уровень теплопродукции (~ 3 раза) по сравнению с уровнем основного обмена.

Механизмы теплоотдачи:


- Излучение - способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человек в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона. Количество рассеиваемого тепла прямопропорционально площади поверхности излучения и разности температур кожи и окружающей среды.
При понижении температуры окружающей среды излучение увеличивается, при повышении температуры - понижается.

- Теплопроведение - способ отдачи тепла при соприкосновении тела человека с другими физическими телами. Количество отдаваемого при этом тепла прямопропорционально: разнице средних температур контактирующих тел,лощади контактирующих поверхностей, времени теплового контакта, теплопроводности контактирующего тела. Сухой воздух, жировая ткань характеризуется низкой теплопроводностью.


- Конвекция - способ теплопередачи, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха (или воды). Для конвенции требуется обтекание поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи. Количество отдаваемого конвекцией тепла увеличивается при увеличении скорости движения воздуха (ветер, вентиляция).


Излучение, теплопроведение и конвекция становятся неэффективными способами теплоотдачи при выравнивании средних температур поверхности тела и окружающей среды.

-
Испарение - способ рассеивания организмом тепла в окружающую среду за счет его затрат на испарение пота в окружающую среду за счет его затрат на испарение пота в окружающую среду за счет его затрат на испарение пота или влаги с поверхности кожи или влаги со слизистых дыхательных путей.
У человека постоянно идет потоотделение потовыми железами кожи (36 гр/час при 20 0С) увлажнение слизистых дыхательных путей. Повышение внешней температуры, выполнение физической работы, длительное пребывание в теплоизолирующей одежде (костюм - "сауна") усиливает потоотделение (до 50 - 200 гр/час). Испарение (единственный из способов теплоотдачи) возможно при выравнивании температур кожи и окружающей среды при влажности воздуха менее 100 процентов.

Температура тела человека.
В тех органах и тканях, где обменные процессы протекают с большой скоростью, образуется большое количество тепла.
Решающую роль в перераспределении тепла между тканями с различной теплопродукцией и предупреждении перегревания играет кровь. Обладая высокой теплоемкостью, кровь содействует выравниванию температур в различных частях тела. Подобным образом, за счет изменения скорости кровотока, осуществляется согревание или охлаждение поверхности тела.

Температура поверхностных тканей ниже, чем температура более глубоких тканей, где она составляет 36,7 - 37,0 0С и ее суточные колебания не превышают 1 0С. Это - "гомойотермное ядро", т.е. ткани, расположенные на глубине 1 см от поверхности тела и глубже. На поверхности же тела суточные колебания температуры больше и она различна на разных участках - "пойкилотермная оболочка" тела человека.
Относительное постоянство температуры сохраняется в большей массе глубоких тканей ("ядро"), если организм находится в среде с температурой 25 - 26 0С - "термонейтральная зона" или " температура комфорта".
При снижении температуры окружающей среды масса глубоких тканей с постоянной температурой ("ядра") уменьшается, при повышении - возрастает.


В течении суток максимальное значение температуры тела наблюдается в 18-20 часов, минимальное - к 4-6 часам утра.

Терморегуляция - это совокупность физиологических и психофизиологических механизмов и процессов, направленных на поддержание относительно постоянства температуры тела. Это достигается с помощью баланса между количеством тепла, рассеиваемого организмом за то же время в окружающую среду.
Восприятие температурных раздражений осуществляется:

- холодовыми рецепторами - количественно расположены больше на поверхности тела, повышает частоту импульсации в ответ на охлаждение и снижают ее в ответ на нагревание.

- тепловыми рецепторами - количественно расположены больше в гипаталамусе, действуют противоположным, чем холодовые рецепторы, образом.