Рабочий обмен. Группы людей по энергозатратам. Специфически-динамическое действие питательных веществ.

Обмен энергии при мышечной работе называется рабочим обменом, который складывается из основного обмена и рабочей прибавки. Рабочая прибавка – это увеличение расхода энергии, связанное с выполнением работы. Например, рабочий обмен при ходьбе больше основного обмена в 2 раза, при беге – в 5 раз, при тяжёлой работе – в 10 и более раз.

При мышечной работе освобождается не только механическая, но и тепловая энергия. Отношение механической энергии ко всей энергии, затраченной на работу, выраженное в %, называется коэффициентом полезного действия (КПД).

 

КПД = (механическая энергия / общая энергия)·100% ≈ 20%

 

У нетренированных людей КПД меньше, чем у тренированных.

Степень энергозатрат определяется коэффициентом физической активности (КФА), который рассчитывается как отношение общих энергозатрат за сутки к величине основного обмена. В зависимости от профессии все люди по этому коэффициенту делятся на 5 групп (таблица 8.1). В старости энергозатраты снижаются, составляя к 80 годам примерно 2000 ккал.

 

Таблица 8.1

Энергозатраты в зависимости от выполняемой работы

 

Степень тяжести труда	КФА	Суточный расход энергии
Люди умственного труда	1,4	2100-2500 ккал
Люди лёгкого физического труда	1,6	2500-2800 ккал
Люди физического труда средней тяжести	1,9	2800-3300 ккал
Люди тяжёлого физического труда	2,2	3300-3850 ккал
Люди особо тяжёлого физического труда	2,5	3850-4200 ккал

 

 

Обмен энергии при умственной работе ниже, чем при физической. Если умственная работа выполняется без дополнительной физической работы, то энергозатраты увеличиваются только на 2-3% по сравнению с состоянием покоя. 

Часто умственный труд связан с эмоциональным возбуждением (артисты, ораторы и т.п.). В этих случаях энергозатраты могут быть большими. После эмоционального возбуждения обмен веществ может сохраняться увеличенным в разной степени (10-20%) в течение нескольких дней.  

Приём пищи активизирует обмен веществ и вызывает увеличение энергетических затрат организма – это специфически динамическое действие пищи. Белковая пища даёт наибольший прирост обмена веществ (он доходит до 30-40% от общей энергетической ценности поступившего в организм белка). Обмен веществ повышается через 1-2 часа после приёма белковой пищи, достигает максимума через 3 часа и сохраняется в течение 79 часов. Углеводная пища активирует обмен веществ в меньшей степени (он достигает 10-15% энергетической ценности всех поступивших в организм углеводов). Липидная пища повышает обмен веществ ещё меньше (всего на 5-7%). Причиной усиления обмена веществ после приёма пищи являются затраты энергии на процессы пищеварения и всасывания нутриентов, а также синтеза гормонов (тиреоидные и др.) и различных биологических веществ, усиливающих метаболизм. 

 

 

Азотистое равновесие. Положительный и отрицательный баланс азота. Факторы, влияющие на азотистое равновесие: эндогенный распад белков, специфически-динамическое действие белков, биологическая ценность белков.

О состоянии белкового обмена судят по азотистому балансу (соотношению усвоенного азота и азота, выделяющегося из организма с мочой). Различают положительный, отрицательный азотистый баланс и азотистое равновесие.  

Азот мочевины, мочевой кислоты, аммиака является продуктом деградации белка. Поэтому, зная его суточный выход из организма (в основном, с мочой) и поступление с пищей, можно рассчитать азотистый баланс. Поступление азота с пищей всегда больше количества усвоенного азота, так как часть его теряется с калом. Усвоение азота вычисляют по разности его содержания в пище и в кале. Зная количество усвоенного азота, можно вычислить количество усвоенного белка (1 г азота содержится в 6,25 г белка, или в белке содержится 16% азота). Азотом пота можно пренебречь, так как его количество незначительно. 

У взрослого человека при нормальном питании и при отсутствии патологии имеется постоянство поступления и расхода белка, т.е. азотистый баланс находится в состоянии равновесия. Если у взрослого здорового человека количество белка в пище повысить, то азотистое равновесие быстро восстановится, но уже на новом, более высоком уровне. У растущего организма (новорождённых, грудных, детей дошкольного и школьного возраста), тренирующихся спортсменов, после болезни и беременных имеет место положительный азотистый баланс, т.е. поступление белка превышает его расходование и деградацию. Задержка азота в организме называется ретенцией (retentio, лат. – удерживание). При недостаточности потребления белка с пищей (голодании), после болезни, в условиях невесомости, а также у стариков (после 75 лет) имеет место отрицательный азотистый баланс.

Коэффициент изнашивания белков(Рубнера) – это наименьшие потери азота (белка) человеком в состоянии покоя, рассчитанные на килограмм массы тела в сутки, при достаточном введении углеводов, жиров, витаминов, солей и воды. Для взрослого человека он равен 0,028-0,075 г азота на килограмм массы в сутки (так, у человека массой 70 килограмм он будет равен 23 г белка в сутки). Потеря белка наступает через 8-10 дней безбелкового питания. Степень распада белка связана с характером питания. Минимальный распад при белковом голодании наблюдается при питании углеводами. В этих условиях выделение азота в 3 раза меньше, чем при полном голодании, т.е. углеводы выполняют сберегающую белки роль.

(остальное ниже)

 

13. Обмен веществ и его значение. Уровни метаболизма в клетке и организме. Закон изодинамии питательных веществ (М.Рубнера) и его недостатки.

Обмен веществами и энергией между организмом и внешней средой является основной специфической функцией живого организма.

Общебиологическая сущность обмена веществ – метаболизма

(metabole, гр. – перемена) – заключается в переработке и усвоении различных поступающих из внешней среды соединений и веществ в целях построения всех клеточно-тканевых структур организма и обеспечения их жизненных функций энергией, а также в выделении продуктов обмена во внешнюю среду. Общебиологическая сущность обмена энергией заключается в превращении одного вида энергии в другой, например, превращение потенциальной энергии химических связей пищи в другие виды энергии (тепловую, химическую, механическую, транспортную, осмотическую, электрическую).

 

Процессы, ответственные за обеспечение метаболизма.

Обмен веществ и энергии обеспечивается различными взаимосвязанными физиологическими и биохимическими процессами, непосредственно ответственными за обеспечение жизнедеятельности организма во взаимосвязи его с внешней средой. Под физиологическими процессами понимают мотивации питания, сам акт питания, передвижение пищи по пищеварительному тракту, её переваривание, всасывание, транспорт и утилизацию мономеров питательных веществ и выделение во внешнюю среду продуктов их обмена. Под биохимическими процессами понимают физико-химические превращения поступающих с пищей веществ (с участием ферментов, витаминов, электролитов, кислорода).

Метаболизм обеспечивают процессы анаболизма (anabole, гр. – подъём) или синтеза, соответствующие ассимиляции (они ответственны за построение клеточно-тканевых структур), и процессы катаболизма (katabole, гр. – сбрасывание вниз)или распада, соответствующие диссимиляции (они необходимы для получения как энергии, так и пластического материала). Эти реакции неразрывно связаны друг с другом. 

Взаимосвязь процессов катаболизма и анаболизма основывается на единстве биохимических превращений субстратов, обеспечивающих энергией все процессы жизнедеятельности и постоянное обновление тканей. Движущей силой деятельности организма служит катаболизм. Сопряжение анаболических и катаболических процессов осуществляют различные вещества, главными из которых являются АТФ (циклически рефосфорилируется) и НАДФ·Н (восстанавливается). В процессе метаболизма питательных веществ в организме выделяют ряд основных этапов.

На 1этапе промежуточного обменаобразуется первичная теплота.

Это тепло выделяется непосредственно при окислении питательных веществ. Здесь происходит неполный распад мономеров (аминокислот, моносахаридов, глицерина и жирных кислот), главным образом до промежуточных продуктов (лактата, пирувата, ацетил-коэнзима А, щавелевоуксусной, -кетоглутаровой кислоты, ацетона, -оксимасляной и ацетоуксусной кислоты) и некоторой их части до конечных продуктов (СО₂, Н₂О). Промежуточный обмен связывает различные пути и виды обмена веществ (углеводов, липидов, белков и др.). На этом этапе энергия распада химических веществ выделяется не только в виде первичной теплоты (более 2/3), но и аккумулируется (менее 1/3) в виде макроэргов – богатых энергией химических связей (креатинфосфата (КФ), аденозинтрифосфата (АТФ), аденозиндифосфата (АДФ)).

На 2этапе – конечного обмена – при распаде промежуточных веществ образуются конечные продукты обмена (СО₂, Н₂О, мочевая кислота, креатин, креатинин, NНз, NН₄, мочевина). При этом завершается полное высвобождение энергии (примерно 1/3 в виде первичной теплоты, и примерно 2/3 в виде аккумулированной энергии макроэргов).

На 3 этапе энергия АТФ расходуется на мышечную работу, транспортные, электрические, синтетические (синтез специфических для организма соединений: белков, липидов, гормонов и др.) процессы. В конце концов энергия АТФ также превращается в тепло – это вторичная теплота. Продукты обмена выделяются из организма с мочой, калом, потом, выдыхаемым воздухом, слюной.

Таким образом, теплота является мерой суммарной энергии химических связей, подвергшихся окислению. Полное количество тепла, отдаваемое организмом окружающей среде, принято называть энергозатратами организма. Для определения энергозатрат необходимо уловить тепло, выделяемое организмом, и выразить его в килокалориях или Джоулях. 

 

 

Немецкий физиолог Рубнер сформулировал правило изодинамии, согласно которому одни питательные вещества могут в известных пределах заменять другие питательные вещества. Эта замена справедлива только по отношению к калоражу пищи. Белки (особенно содержащие незаменимые аминокислоты) и незаменимые нутриенты (некоторые жирные кислоты, витамины и др.) заменить углеводами и жирами нельзя. Они должны обязательно поступать с пищей.