Рабочий обмен, энергетические затраты организма при различных видах труда. Рабочая проверка
В условиях полного покоя человек расходует некоторое количество энергии. Этот расход обусловлен тем, что в нашем организме непрерывно происходит затрата энергии, связанной
с его жизнедеятельностью. Большое количество энергии тратит , которое, сокращаясь, производит значительную работу, почки, где непрерывно идет процесс мочеобразования, дыхательные мышцы, которые регулярно сокращаются, печень, где идут процессы желчеобразования, да и все другие органы и ткани живого организма.
Количество энергии, которое тратит организм при полном покое, натощак, т. е. через 12-16 часов после еды, и при температуре 18-20°, называется основным обменом.
Основной обмен определяется методом непрямой калориметрии, т. е. изучением газообмена.
Основной обмен в среднем равен у взрослого здорового человека 1 большой калории на 1 кг веса в течение 1 часа.
У человека весом 70 кг основной обмен будет равен 70×24=1680 больших калорий. Это 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.
Величина основного обмена на 1 кг веса тела у детей больше, чем у взрослого человека, но с возрастом теплообразование уменьшается. Понижение теплообразования продолжается до 20 лет. С 20 до 40 лет теплообразование не изменяется, а после 40 лет - вновь понижается.
Исследования показали, что у различных животных величина основного обмена, рассчитанная на 1 кг веса, колеблется довольно резко: чем меньше животное, тем больше основной обмен на 1 кг веса. Между тем, при расчете не на вес, а на единицу площади поверхности тела ока илось, что почти у всех животных количество энергии, расходуемой на 1 м 2 поверхности тела, приблизительно одинаково или колеблется в незначительных пределах. Это видно из мог 10.
ТАБЛИЦА Основной обмен при paсчете на 1 м 2 по верхности тела и на 1 кг веса тела у разных животных и у человека
Эта закономерность получила название закона поверхности, но он не является абсолютным. Однако этот закон дает возможность установить наиболее удобную для сравнения меру величины основного обмена: количество калорий, отдаваемых на единицу поверхности тела в сутки.
Изменения основного обмена наблюдаются при нарушении деятельности желез внутренней секреции. Так, например, усиление функции щитовидной железы приводит к повышению основного обмена, измерение которого часто производится с диагностической целью.
Расход энергии при работе
Основной обмен у здорового взрослого человека равен в среднем 1700 калорий. При мышечной работе расход энергии быстро возрастает: чем тяжелее мышечная работа, тем больше энергии тратит человек.
При работе важно вычислить коэффициент полезного действия, т. е. отношение произведенной работы к затраченному количеству энергии. Исследование показало, что коэффициент полезного действия у человека равен в среднем 20%; при тренировке он повышается и доходит до 25-35%.
По количеству затрачиваемой энергии людей разных профессий можно разделить на несколько групп.
Первая группа. Работа в сидячем положении, не требующая больших мышечных движений: канцелярские служащие, литографы и др.,-2200-2400 больших калорий.
ТАБЛИЦА Расход энергии за сутки лиц разных профессий
| Профессии | Расход энергии за сутки в больших калориях |
| Металлисты-токари и инструменталь щики | 3300 |
| Кузнецы | 3700 — 4000 |
| Рабочие прокатного цеха | 3500 — 4100 |
| Литейщики | 4000 — 4500 |
| Плотники | 4500 |
| Подносчики кирпича | 5400 |
| Каменщики, кладчики | 6000 |
| Трактористы | 3000 |
| Пахари …. | 4700 — 5000 |
| Косцы: | |
| Ручная косьба | 7200 |
| Машинная | 3600 |
| Вязальщики снопов | 5300-6500 |
| Студенты медицинского института | 2800-3000 |
| Учащиеся 8- 11 лет | 1900 |
| 12-14 | 2400 |
Вторая группа. Работа в сидячем положении- портные, механики по тонким работам,-2600 2800 больших калорий.
Третья группа. Умеренная мышечная работа: сапож ники, почтальоны,врачи, лабораторные работники — 3000 больших калорий.
Четвертая группа. Напряженная мышечная работа: металлисты, маляры, столяры,- 3400-3600 больших калорий.
Пятая группа. Тяжелый физический труд-4000 больших калорий и более.
Шестая группа. Очень тяжелый труд - 5000 больших калорий и более.
При умственной работе затрачивается очень небольшое количество энергии. В том случае, когда умственная работа сочетается с движением, мышечной нагрузкой, например у артиста или оратора, затрата энергии возрастает.
В последние годы подробно изучена затрата энергии у лиц разных профессий. Эти данные приводятся в табл.
РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ
При изучении действия усиливающее нервасердца И. П. Павлов показал, что усиливающий нерв оказывает трофическое влияние на сердечную мышцу, т. е. изменяет интенсивность протекающего в ней обмена веществ.
Учение о трофической функции нервной системы широко разработано советской физиологией. Показана роль вегетативной нервной системы, в регуляции обмена веществ и энергии. Осуществляется это действие влиянием нервной системы на и энергии как непосредственно, так и через физиологически активные - гормоны.
На и энергии влияют разные отделы нервной системы. Если животному произвести укол в дно IV желудочка продолговатого мозга, происходит резкое увеличение сахара в крови и сахар начинает выделяться с мочой. С белковым обменом связана деятельность промежуточного мозга.
На и энергии оказывают влияние большие полушария головного мозга. Опытами, проведенными в лаборатории К. М. Быкова, была показана тесная связь деятельности коры головного мозга с обменом веществ и энергии.
В наблюдениях над рабочими было установлено, что если рабочий спокойно сидит на стуле в цехе, а другие члены его бригады работают, обмен веществ и расход энергии у сидящего рабочего также резко усиливаются. Ясно, что это может произойти только под влиянием коры головного мозга.
В другом наблюдении определялся основной обмен у рабочего, причем в комнату, где производилось это определение, доходил рабочий шум из цеха. В этих условиях основной обмен повышался на 15-30%. В нерабочий день такого повышения не наблюдалось.
Как уже было сказано, на обмен веществ влияют гормоны желез внутренней секреции. Гормон надпочечника - адреналин, и гормон поджелудочной железы - инсулин, оказывают действие на углеводный обмен. На обмен жиров и белков влияют гормоны щитовидной железы, гипофиза, половых желез.
Выделение гормонов регулируется нервной системой, поэтому гормоны в здоровом организме действуют в том же направлении, что и в данный момент. Нервные и гормональные влияния представляют собой единый механизм.
Различные нарушения обмена веществ, возникающие при расстройстве деятельности той или другой железы внутренней секреции, будут подробно разобраны в главе о железах внутренней секреции.
Статья на тему Основной обмен у человека
Каким образом в организм поступает свободная энергия, т. е. энергия, которая может быть использована в организме для выполнения работы?
Свободная энергия поступает с пищей. Она аккумулирована в химических связях белков, жиров и углеводов. Для высвобождения этой энергии питательные вещества сначала подвергаются гидролизу, затем окислению в анаэробных или аэробных условиях.
Как называется процесс, обеспечивающий высвобождение энергии в организме?
Диссимиляция (катаболизм ), т. е. распад химических соединений в организме. При этом образуются продукты распада и выделяется энергия.
Какие питательные вещества служат источником энергии в организме?
Углеводы, жиры, белки.
Охарактеризуйте этапы высвобождения свободной энергии в организме.
1 этап высвобождения – реализуется в процессе гидролиза пищи в ЖКТ, при этом высвобождается незначительная часть свободной энергии – 0,5-1%. Она не может быть использована для биоэнергетики, т. к. не аккумулируется в макроэргах (АТФ). Она превращается лишь в тепловую энергию (первичная теплота ), которая используется для согревания организма.
2 этап высвобождения – процесс анаэробного окисления, при этом высвобождается примерно 5% всей свободной энергии при окислении глюкозы до молочной кислоты. Эта энергия аккумулируется в виде АТФ и используется для совершения полезной работы, превращаясь в конечном итоге также в тепловую энергию (вторичная теплота ).
3 этап высвобождения (основной) – примерно 94% всей энергии, которая высвобождается в организме в рамках цикла Крепса. В нем происходит окисление пировиноградной кислоты (продукт окисления глюкозы) и ацетилкоэнзима А (продукт окисления амино– и жирных кислот). В ходе аэробного окисления большая часть свободной энергии (50-55%) аккумулируется в АТФ. Остальная часть теряется в виде теплоты (первичная теплота ). Свободная энергия аккумулированная в АТФ, используется для совершения полезной работы, превращаясь в итоге в тепловую энергию (вторичная теплота ).
Как в принципе можно оценить интенсивность образования энергии в организме человека?
Так как вся свободная энергия, высвобождаемая в организме при окислении питательных веществ, в конечном итоге превращается в тепловую энергию был сделан вывод о том, что для параметризации интенсивности образования энергии следует измерять количество тепловой энергии в ккал (4,2 кДж), которое вырабатывается организмом в единицу времени.
Назовите виды энергетического обмена у человека.
1. Основной обмен. 2. Общий, или рабочий, обмен.
Что такое основной обмен?
Основной, или стандартный , обмен – это минимальный уровень производства энергии у бодрствующего человека. Для определения величины основного обмена требуется соблюдение определенного стандарта условий, формирующих такой функциональный статус бодрствующего человека, при котором его энерготраты становятся минимальными, при этом производство энергии у человека также становится минимальным.
Охарактеризуйте стандарт условий, обеспечивающих выведение энергозатрат человека на минимально допустимый уровень.
Минимальный уровень энерготрат у бодрствующего человека отмечается Следовательно, определение основного обмена у человека проводится утром после сна лежа в постели, в условиях физического и психического покоя, температурного комфорта, натощак, спустя 10-12 часов после последнего приема пищи. Часто при определении величины основного обмена за 48 часов до аппаратного измерения человека переводят на безбелковую диету.
На что расходуется энергия основного обмена?
На обеспечение жизнедеятельности в условиях физиологического покоя. При этом на обеспечение работы печени тратится – 27% энергии, мозга – 19%, сердца – 7%, почек – 10%, мышц – 18%, прочих органов – 19%. Всего – 100%.
Чему равна величина основного обмена?
В среднем 1700 ккал/сутки – в качестве временной единицы при оценке параметров энергетического обмена у человека по сложившейся традиции используются сутки. Величина основного обмена у каждого человека – практически постоянна, т.е. это некая индивидуальная константа .
От чего зависит величина основного обмена?
От пола (у мужчин основной обмен больше, у женщин – на 10-15% меньше), от возраста (чем больше возраст, тем меньше величина основного обмена), от роста и массы тела , т. е. от площади поверхности тела. Чем больше площадь поверхности тела, тем интенсивнее теплоотдача, тем больше производится энергии для поддержания стабильной температуры внутренней среды организма, тем больше величина основного обмена.
С какой целью определяется величина основного обмена в клинике?
Для оценки функционального состояния щитовидной железы. При гиперфункции щитовидной железы (чрезмерная продукция гормонов Т 3 , Т 4) величина основного обмена существенно возрастает, при гипофункции – она уменьшается. Поэтому, если нет возможности определить уровень гормонов щитовидной железы в крови, определяется величина основного обмена.
Величина основного обмена – ориентир при расчетах величины оптимальной физической нагрузки при производственной, спортивной и прочих видах деятельности конкретного человека.
Что такое должный основной обмен?
Принимая во внимание тот факт, что величина основного обмена у каждого «своя» в зависимости от пола, возраста, площади поверхности тела, возникает вопрос – как оценить величину основного обмена конкретного человека при проведении аппаратного (инструментального) измерения. В этом случае до проведения измерения рассчитывают с помощью специальных таблиц величину должного основного обмена, отражающего должные параметры основного обмена у человека с учетом его пола, возраста, площади поверхности тела. Предположим, должная величина основного обмена, рассчитанная по таблицам составила 1800 ккал/сутки. С учетом правила 10%-отклонения, нормальная величина основного обмена у человека составляет величину 1800+ 180 ккал/сутки. Проводим аппаратное измерение и получаем результат – основной обмен у человека 1700 ккал/сутки. Видно, что полученный результат укалывается в диапазон допустимых отклонений величины должного основного обмена (1620-1980 ккал/сутки), рассчитанного по таблицам. Вывод: полученная величина основного обмена при аппаратном измерении 1700 ккал отражает нормальный уровень биоэнергетики человека в условиях стандарта измерения основного обмена.
Что такое общий, или рабочий, обмен?
Это энергозатраты организма в реальной жизни, обычно связанной с выполнением какой-то фоновой поведенческой активности, профессиональной трудовой активности.
Из каких компонентов состоит общий (рабочий) обмен?
Из величины основного обмена (1), рабочей прибавки (2), отражающей увеличение производства энергии у человека, связанной с необходимостью энергетического обеспечения конкретной трудовой, т. е. рабочей активности, а также специфически динамического действия пищи (3), отражающего увеличение производства энергии в организме после принятия пищи.
На сколько процентов увеличивается производство энергии в организме после приема белковой и смешанной пищи (специфически динамическое действие пищи) ?
После приема белковой пищи – на 20-30%, смешанной пищи – 10-12%.
От чего зависит величина рабочей прибавки, составляющей значительную часть общего (рабочего) обмена?
Зависит от вида трудовой (рабочей) деятельности. Для лиц, занимающихся умственной работой , величина рабочей прибавки к основному обмену (1700 ккал/сутки) составляет величину порядка 600-800 ккал/сутки. Для лиц, занимающихся легкой физической работой рабочая прибавка к основному обмену составляет примерно1600 ккал/сутки, для лиц, занимающихся физической работой средней тяжести рабочая прибавка составляет примерно 2300 ккал/сутки, для лиц, занимающихся тяжелой физической нагрузкой, рабочая прибавка может составить величину 3000 и более ккал/сутки.
Средние суточные энергозатраты у студентов медвузов составляют около 3000 ккал/сутки, у лиц, занимающихся легкой физической работой – около 3500 ккал/сутки, занимающихся физической работой средней тяжести – около 4000 ккал/сутки, занимающихся тяжелой физической работой – 4500 и более ккал/сутки.
Укажите их величину и значение определения у человека. Объясните роль гормонов щитовидной железы в регуляции основного обмена
Почти половина всей энергии, получаемой в результате катаболизма, теряется в виде тепла в процессе образования молекул АТФ. Мышечное сокращение - процесс еще менее эффективный. Около 80% энергии, используемой при мышечном сокращении, теряется в виде тепла и только 20% превращается в механическую работу (сокращение мышцы). Если человек не совершает работу, то практически вся генерируемая им энергия теряется в форме тепла (например, у человека, лежащего в постели). Следовательно, величина теплопродукции является точным выражением величины обмена в организме человека.
Для определения количества затрачиваемой организмом энергии применяют прямую и непрямую калориметрию. Первые прямые измерения энергетического обмена провели в 1788 г. Лавуазье и Лаплас.
Прямая калориметрия заключается в непосредственном измерении тепла, выделяемого организмом. Для этого животное или человек помещается в специальную герметическую камеру, по трубам, проходящим через нее, протекает вода. Для вычисления теплопродукции используются данные о теплоемкости жидкости, ее объеме, протекающем через камеру за единицу времени, и разности температур поступающей в камеру и вытекающей жидкости.
Непрямая калориметрия основана на том, что источником энергии в организме являются окислительные процессы, при которых потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен можно оценивать, исследуя газообмен. Наиболее распространен способ Дугласа-Холдейна, при котором в течение 10-15 мин собирают выдыхаемый обследуемым человеком воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа). Затем определяют объем выдохнутого воздуха и процентное содержание в нем О2 и СО2.
По соотношению между количеством выделенного углекислого газа и количеством потребленного за данный период времени кислорода - дыхательному коэффициенту (ДК) - можно установить, какие вещества окисляются в организме. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров - 0,7, а углеводов - 1,0. Каждому значению ДК соответствует определенный холерический эквивалент кислорода, т.е. то количество тепла, которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Количество энергии на единицу потребляемого 02 зависит от типа окисляющихся в организме веществ. Калорический эквивалент кислорода при окислении углеводов равен 21 кДж на 1 л 02 (5 ккал/л), белков - 18,7 кДж (4,5 ккал), жиров - 19,8 кДж (4,74 ккал).
Для косвенного определения интенсивности обмена могут быть использованы некоторые физиологические параметры, связанные с потреблением кислорода: частота дыханий и вентиляционный объем, частота сокращений сердца и минутный объем кровотока - все они отражают затраты энергии. Однако эти показатели недостаточно точны.
Основной обмен
Интенсивность энергетического обмена значительно варьирует и зависит от многих факторов. Поэтому для сравнения энергетических затрат у разных людей была введена условная стандартная величина - основной обмен. Основной обмен - это минимальные для бодрствующего организма затраты энергии, определенные в строго контролируемых стандартных условиях:
- 1) при комфортной температуре (18-20 градусов тепла);
- 2) в положении лежа (но обследуемый не должен спать);
- 3) в состоянии эмоционального покоя, так как стресс усиливает метаболизм;
- 4) натощак, т.е. через 12- 16 ч после последнего приема пищи.
Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и массы тела человека. Величина основного обмена в среднем составляет 1 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела. У мужчин в сутки основной обмен приблизительно равен 1700 ккал, у женщин основной обмен на 1 кг массы тела примерно на 10% меньше, чем у мужчин, у детей он больше, чем у взрослых, и с увеличением возраста постепенно снижается.
Суточный расход энергии у здорового человека значительно превышает величину основного обмена и складывается из следующих компонентов: основного обмена; рабочей прибавки, т.е. энергозатрат, связанных с выполнением той или иной работы; специфического-динамического действия пищи. Совокупность компонентов суточного расхода энергии составляет рабочий обмен. Мышечная работа существенно изменяет интенсивность обмена. Чем интенсивнее выполняемая работа, тем выше затраты энергии. Степень энергетических затрат при различной физической активности определяется коэффициентом физической активности - отношением общих энергозатрат на все виды деятельности в сутки к величине основного обмена. По этому принципу все население делится на 5 групп.
Для людей, выполняющих легкую работу сидя, нужно 2400 - 2600 ккал в сутки, работающих с большей мышечной нагрузкой, требуется 3400 - 3600 ккал, выполняющих тяжелую мышечную работу - 4000-5000 ккал и выше. У тренированных спортсменов при кратковременных интенсивных упражнениях величина рабочего обмена может в 20 раз превосходить основной обмен. Потребление кислорода при физической нагрузке не отражает общего расхода энергии, так как часть ее тратится на гликолиз (анаэробный) и не требует затраты кислорода.
Разность между потребностью в 02 и его потреблением составляет энергию, получаемую в результате анаэробного распада, и называется кислородным долгом. Потребление 0^ и после окончания мышечной работы остается высоким, так как в это время происходит возвращение кислородного долга. Кислород затрачивается на превращение главного побочного продукта анаэробного метаболизма - молочной кислоты в пировиноградную, на фосфорилирование энергетических соединений (креатинфосфат) и восстановление запасов 02 в мышечном миоглобине.
Прием пищи усиливает энергетический обмен (специфическое динамическое действие пищи). Белковая пища повышает интенсивность обмена на 25 - 30%, а углеводы и жиры - на 10% или меньше. Во время сна интенсивность метаболизма почти на 10% ниже основного обмена. Разница между бодрствованием в состоянии покоя и сном объясняется тем, что во время сна мышцы расслаблены. При гиперфункции щитовидной железы основной обмен повышается, а при гипофункции - понижается. Понижение основного обмена происходит при недостаточности функций половых желез и гипофиза.
При умственном труде энерготраты значительно ниже, чем при физическом. Даже очень интенсивный умственный труд, если он не сопровождается движениями, вызывает повышение затрат энергии лишь на 2 3% по сравнению с полным покоем. Однако если умственная активность сопровождается эмоциональным возбуждением, энерготраты могут быть заметно большими. Пережитое эмоциональное возбуждение может вызывать в течение нескольких последующих дней повышение обмена на 11 -19%.
В первом приближении рабочий обмен в два-три раза выше основного. Существуют эмпирически рассчитанные средние значения суточных энергозатрат для людей определенных профессий. Так, например, молодой мужчина среднего роста и веса, сочетающий интеллектуальный труд и занятия фитнесом, тратит в день около 3000 ккал. Однако такая приближенная оценка ничего не значит: на одну и ту же работу два похожих человека могут потратить совершенно разное количество энергии. Именно поэтому один человек за неделю тренировок сбрасывает столько лишних килограммов, сколько другому не удается при той же нагрузке сбросить и за месяц.
Щитовимдная железам (лат. glandula thyroidea) -- эндокринная железа у позвоночных и человека, вырабатывающая гормоны, участвующие в регуляции обмена веществ -- тироксин, трийодтиронин, тиреокальцитонин. Эти гормоны содержат йод, поэтому этот элемент необходим для нормального функционирования железы.
У взрослого человека щитовидная железа расположена в передней области шеи, впереди гортани и в верхней части трахеи.
Щитовидная железа вырабатывает ряд гормонов, которые участвуют в регуляции процессов роста, развития, дифференцовки тканей. Они повышают интенсивность обмена веществ, уровень потребления кислорода органами и тканями.
В настоящее время известно, что щитовидная железа состоит из двух долей, соединенных узким перешейком. Это самая крупная железа внутренней секреции. У взрослого человека её масса составляет 25-60 граммов.
Заболевания щитовидной железы
Микседема
Кретинизм
Зоб Хашимото
Тиреотоксикоз
Гипотиреоз
Рак щитовидной железы
Базедова болезнь
Околощитовидные железы, паращитовидные железы расположены на задней поверхности щитовидной железы. Этих желёз четыре, они очень очень маленькие, общая масса их составляет всего 0,1-0,13 г. Гормон этих желёз регулирует содержание солей, кальция и фосфора в крови, при недостатке этого гормона нарушается рост костей, зубов, повышается возбудимость нервной системы.
Оглавление темы "Обмен веществ и энергии. Питание. Основной обмен.":1. Обмен веществ и энергии. Питание. Анаболизм. Катаболизм.
2. Белки и их роль в организме. Коэффициент изнашивания по Рубнеру. Положительный азотистый баланс. Отрицательный азотистый баланс.
3. Липиды и их роль в организме. Жиры. Клеточные липиды. Фосфолипиды. Холестерин.
4. Бурый жир. Бурая жировая ткань. Липиды плазмы крови. Липопротеины. ЛПНП. ЛПВП. ЛПОНП.
5. Углеводы и их роль в организме. Глюкоза. Гликоген.
8. Роль обмена веществ в обеспечении энергетических потребностей организма. Коэффициент фосфорилирования. Калорический эквивалент кислорода.
9. Способы оценки энергетических затрат организма. Прямая калориметрия. Непрямая калориметрия.
Под основным обменом понимают минимальный уровень энергозатрат, необходимых для поддержания жизнедеятельности организма в условиях относительно полного физического, эмоционального и психического покоя. В состоянии относительного покоя энергия затрачивается на осуществление функций нервной системы, постоянно идущий синтез веществ, работу ионных насосов, поддержание температуры тела, деятельность дыхательной мускулатуры, гладких мышц, работу сердца и почек.
Энергозатраты организма возрастают при физической и умственной работе, психоэмоциональном напряжении, после приема пищи, при понижении температуры среды. Для того, чтобы исключить влияние перечисленных факторов на величину энергозатрат, определение основного обмена проводят в стандартных строго контролируемых условиях: утром, в положении лежа, при максимальном расслаблении мышц, в состоянии бодрствования, в условиях температурного комфорта (около 22 °С), натощак (через 12-14 ч после приема пищи). Полученные в таких условиях величины основного обмена характеризуют исходный «базальный» уровень энергозатрат организма.
Для взрослого человека среднее значение величины основного обмена равно 1 ккал/кг/ч (4,19 кДж). Следовательно, для взрослого мужчины массой 70 кг величина энергозатрат составляет около 1700 ккал/сут (7117 кДж), для женщин - около 1500 ккал/сут. Интенсивность основного обмена тесно связана с размерами поверхности тела, что обусловлено прямой зависимостью величины отдачи тепла от площади поверхности тела. У теплокровных организмов, имеющих разные размеры тела, с 1 м2 поверхности тела в окружающую среду рассеивается одинаковое количество тепла. На этом основании сформулирован закон поверхности тела , согласно которому энергетические затраты теплокровного организма пропорциональны величине поверхности тела.
Таблица 12.4. Уравнения для расчета величины основного обмена.Величины основного обмена определяют методами прямой или непрямой калориметрии. Его должные величины можно рассчитать по уравнениям с учетом пола, возраста, роста и массы тела (табл. 12.4).
Нормальные величины основного обмена у взрослого человека можно рассчитать также по формуле Дрейера:
Н = W/K А,где W -масса тела (г), А -возраст, К -константа (0,1015 для мужчин и 0,1129 - для женщин).
Величина основного обмена зависит от соотношения в организме процессов анаболизма и катаболизма. Преобладание в детском возрасте процессов анаболической направленности в обмене веществ над процессами катаболизма обусловливает более высокие значения величин основного обмена у детей (1,8 и 1,3 ккал/кг/ч у детей 7 и 12 лет соответственно) по сравнению со взрослыми людьми (1 ккал/кг/ч), у которых уравновешены в состоянии здоровья процессы анаболизма и катаболизма.
Так как показатели теплопродукции, артериального давления и пульса взаимосвязаны, то можно рассчитать величину основного обмена и его отклонения от нормы по следующей формуле:
ПО = 0,75 (ЧСС + ПД 0,74) - 72,где ПО - процент отклонения от нормы, ЧСС - частота сердечных сокращений, ПД - пульсовое давление.
Для каждой возрастной группы людей установлены и приняты в качестве стандартов величины основного обмена . Это дает возможность при необходимости измерить его величину у человека и сравнить полученные у него показатели с нормативными. Отклонение величины основного обмена от стандартной не более чем на +10 % считается в пределах нормы. Более значительные отклонения основного обмена могут служить диагностическими признаками таких состояний организма, как нарушение функции щитовидной железы; выздоровление после тяжелых и длительных заболеваний, сопровождающееся активацией метаболических процессов; интоксикация и шок, сопровождающиеся угнетением метаболизма.
Интенсивность основного обмена в различных органах и тканях неодинакова. По мере уменьшения энерготрат в покое их можно расположить в таком порядке: внутренние органы-мышцы-жировая ткань.
У человека и животных при обычных условиях существования называют общим обменом.
Средний общий обмен у людей значительно выше, чем у животных. На 1 кг массы тела взрослый человек потребляет в течение жизни до 3 300 000 кДж, лошадь - 685000, собака - 690 000, корова - 592000 кДж. Из этого количества кДж на возобновление массы тела человек использует около 5%, лошадь и корова - 33%, собака - 35% (М. Рубнер). Следовательно, у человека на работу и теплообразование на каждый кг массы расходуется в течение жизни примерно 2 900 000 кДж, чего в несколько раз больше, чем у животных.
Обмен веществ при строго определенных условиях, позволяющий сравнивать обмен веществ у различных животных, называется основным.
Основной обмен - предельно низкий уровень обмена веществ, обеспечивающий жизнь человека при мышечном и умственном покое, натощак, в утренние часы, не менее чем через 12-14 ч после приема пищи, при нормальной температуре тела и температуре окружающей среды около 20-22 градусов.
Для каждого человека основной обмен - относительно постоянная величина. Основной обмен зависит от функционального состояния нервной системы, возраста, пола, роста и поверхности тела, физиологического состояния организма, времени года, а у животных также от вида и породы.
У животных основной обмен определяется при следующих условиях: 1) в состоянии относительного покоя, 2) при температуре, оптимальной для данного вида животных, 3) при относительно освобожденном от пищи пищеварительном канале.
Для сравнения основного обмена у различных животных организмов учитывают теплопроизводство в килоджоулях в 1 ч на 1 кг массы тела.
Основной обмен представляет собой наименьший уровень затрат энергии на поддержание основных процессов жизни в клетках, тканях и органах, на сокращения дыхательной мускулатуры, сердца, деятельность желез. При определении основного обмена следует учесть, что больше всего тепловой энергии освобождается при окислительных процессах в мускулатуре.
Средний основной обмен у здорового человека среднего возраста равен приблизительно 4,2 кДж в 1 ч на 1 кг массы тела.
Худые люди производят на 50% больше тепла на 1 кг массы, чем полные. Однако эта разница почти исчезает, если произвести расчет на 1 м 2 поверхности тела. Это позволило считать, что основной обмен веществ приблизительно пропорционален поверхности тела и не зависит от величины тела (правило Рубнера). Эта закономерность не подтвердилась. Оказалось, что обмен веществ зависит не только от поверхности, но и от величины тела животного, например, у лошади основной обмен на 1 м 2 почти в 2 раза больше, чем у крысы.
Интенсивность обмена веществ определяется главным образом активностью цитоплазмы, особенно мышечной деятельностью, а не величиной внешней поверхности, например, в первый год жизни вес ребенка увеличивается в 3 раза, а величина его наружной поверхности резко уменьшается (В. Н. Никитин, 1963).
Ведущая роль в регуляции уровня основного обмена веществ в соответствии с условиями существования принадлежит нервной системе.
Возрастные, суточные, климатические и другие изменения основною обмена
Основной обмен уменьшается с возрастом. Во всех возрастах у мужчин основной обмен больше, чем у женщин.
Во время сна основной обмен понижается до 13% вследствие полного расслабления скелетной мускулатуры. При повышении тела на 1°С основной обмен увеличивается в среднем на 10%. В жарком климате основной обмен ниже на 10-20%, и, наоборот, он значительно выше в холодном климате. Основной обмен зависит и от деятельности желез внутренней секреции, например, при увеличении функции щитовидной железы он значительно повышается, а при понижении функции гипофиза и щитовидной железы - резко понижается.
Специфически-динамическое действие пищи состоит в том, что после приема пищи увеличивается обмен веществ. Поэтому основной обмен определяется до приема нищи.
Специфически-динамическое действие особенно велико. При поступлении белков в организм основной обмен веществ увеличивается в среднем на 30%, и - в среднем на 4%. Специфически-динамическое действие пищевых веществ зависит от усиления окислительных процессов продуктами промежуточного обмена веществ. Незначительную роль играет и увеличение деятельности пищеварительного канала после поступления в него пищи. Так как обмен веществ регулируется нервной системой, то специфически-динамическое действие зависит от функций нервной системы и регулируется безусловными рефлексами.
У детей специфически-динамическое действие пищевых веществ выражено слабее, чем у взрослых.
Прием пищи повышает обмен веществ и условнорефлекторым путем.
Затрата энергии при работе
Рабочий обмен в течение дня намного выше основного обмена. Большая часть повышения расхода энергии - результат мышечной работы, меньшая - .
На мышечную работу расходуется сверх основного обмена. Этот расход тем больше, чем интенсивнее физический труд.
Расход энергии у человека в сутки при небольшом физическом труде равен 9211-11732 кДж, при физическом труде средней тяжести 11723-15073 кДж, при тяжелом физическом труде 150773-18841-30146 кДж. Расход энергии у студентов-физкультурников в среднем 16748 кДж.
Средний расход энергии в кДж на 1 кг массы тела во время (на - 3,9, лежания без сна - 4,63, чтения вслух - 6,3, печатания на машинке - 8,4, домашней работы - 7,55-12,6, спокойного бега по ровной дороге - 25,2, скоростного бега на 100 м - 189, ходьбы на лыжах со скоростью 12 км в 1 ч - 50,5, гребли - 10,5-25,2, езды на велосипеде - 14,7-37,8.
У человека расход энергии при умственном труде выше основною обмена на 2-3%, а если умственный труд сопровождается мышечной деятельностью при эмоциях (лектор, оратор, артист и т. д.), то расход энергии увеличивается на 10 - 20% в течение нескольких дней.