Обмен веществ и энергии. Питание. Терморегуляция

1. Обмен веществ: ассимиляция и диссимиляция, понятие о питательных веществах, их значение.

Обмен веществ – совокупность процессов поступления питательных веществ в организм, использования их организмов для синтеза клеточных структур и выработки энергии, а также выделения конечных продуктов распада в окружающую среду. Обмен веществ проходит в три основных этапа: 1. Поступление веществ в организм, 2. Использование веществ клетками организма, 3. Выделение продуктов распада в окружающую среду.

Ассимиляция – совокупность процессов, обеспечивающих поступление питательных веществ во внутреннюю среду организма и использование их для синтеза клеточных структур и секретов клеток. Пищеварение – первый этап ассимиляции (гидролиз белков, жиров и углеводов).

Анаболизм – заключительный этап ассимиляции, совокупность внутриклеточных процессов, обеспечивающих синтез структур и секретов клеток организма.

Диссимиляция – процесс распада клеточных структур до мономеров и других соединений без высвобождения энергии.

Питательные вещества – продукты гидролиза белков, жиров и углеводов – пластический и энергетический материал, а также вода, минеральные соли и витамины, являющиеся только пластическим материалом.

2. Обмен белков: значение белков для организма, биологическая ценность различных белков, коэффициент изнашивания, белковый минимум, белковый оптимум, соотношение между расходом и поступлением белка в организм, регуляция белкового обмена.

Роль белков в организме.

С синтезом белка в клетке связаны: 1)процессы роста и самообновления структурных компонентов организма; 2) процессы регенерации; 3) продукция ферментов, гормонов пептидной и белковой природы; 4) белки обеспечивают онкотическое давление и тем самым влияют на обмен воды между кровью и тканями; 5) входят в состав буферных систем плазмы; 6) являются переносчиками гормонов, минеральных веществ, липидов, холестерина; 7) иммунные белки плазмы участвуют в защитных реакциях; 8) могут использоваться в качестве источника энергии.

Биологическая ценность различных белков.

Ко­эф­фи­ци­ент из­на­ши­ва­ния — это рас­ход бел­ка при ну­ле­вом его при­хо­де, но дос­та­точ­ной ка­ло­рий­но­сти пи­щи. У сред­не­го че­ло­ве­ка он со­став­ля­ет 20—30 г/сут.

Бел­ко­вый ми­ни­мум — это ми­ни­маль­ный при­ход бел­ка, при ко­то­ром устанавли­ва­ет­ся азо­ти­стое рав­но­ве­сие (око­ло 30—50 г/сут).

Белковый оптимум - ми­ни­маль­ное ко­ли­че­ст­во бел­ка, обес­пе­чи­ваю­щее нормаль­ную жиз­не­дея­тель­ность (80—100 г/сут).

Под бел­ко­вым (азо­ти­стым) ба­лан­сом по­ни­ма­ют со­от­но­ше­ние ме­ж­ду суточным при­хо­дом и су­точ­ным рас­хо­дом бел­ка (азо­та). При этом воз­мож­ны три ва­ри­ан­та это­го ба­лан­са.

* Азо­ти­стое рав­но­ве­сие — рас­ход азо­та ра­вен при­хо­ду. Это обыч­ное для нор­мы со­стоя­ние.

* От­ри­ца­тель­ный азо­ти­стый ба­ланс — рас­ход азо­та боль­ше при­хо­да. Это на­блю­да­ет­ся при не­дос­та­точ­ном при­хо­де бел­ка или уси­лен­ном его рас­па­де (на­при­мер, опу­хо­ле­вом рос­те), так как:

* бел­ки не из че­го не об­ра­зу­ют­ся;

* ре­зер­вов бел­ков прак­ти­че­ски нет;

* бел­ки обя­за­тель­но рас­хо­ду­ют­ся, да­же ес­ли они не по­сту­па­ют.

* По­ло­жи­тель­ный азо­ти­стый ба­ланс — при­ход азо­та мень­ше рас­хо­да. Это на­блю­да­ет­ся при уси­лен­ном об­ра­зо­ва­нии но­вых струк­тур:

* рос­те;

* бе­ре­мен­но­сти;

* на­ра­щи­ва­нии мы­шеч­ной мас­сы;

* по­сле го­ло­да­ния и при вы­здо­ров­ле­нии по­сле из­ну­ряю­щих бо­лез­ней;

при ус­ло­вии, что по­сту­п­ле­ние бел­ка дос­та­точ­но. С дру­гой сто­ро­ны, про­сто при по­вы­ше­нии по­треб­ле­ния бел­ка по­ло­жи­тель­ный азо­ти­стый ба­ланс не на­блю­да­ет­ся, так как бе­лок не де­по­ни­ру­ет­ся. В этих ус­ло­ви­ях по­вы­ше­ние при­хо­да азо­та ав­то­ма­ти­че­ски при­во­дит к та­ко­му же по­вы­ше­нию рас­хо­да, и ус­та­нав­ли­ва­ет­ся азо­ти­стое рав­но­ве­сие на но­вом уров­не.

Регуляция обмена белков.

Гормональная регуляция белкового обмена может увеличивать его анаболитическую направленность (соматотропный гормон, инсулин, глюкокортикоиды, тестостерон, эстроген, тироксин), и реже дает катаболическийй эффект (глюкокортикоиды, тироксин).

Соматотропин (гормон роста) активирует транспорт аминокислот в клетки и синтез белка. Инсулин повышает поступление в клетки аминокислот. Глюкокортикоиды уменьшают концентрацию белка в большинстве клеток, повышают концентрацию аминокислот в плазме, увеличивают синтез белка в печени и его переход в углеводы (глюконеогенез).

3. Обмен жиров: значение жиров для организма, биологическая ценность различных жиров и профилактика сердечно-сосудистых заболеваний, потребность организма в жирах, регуляция обмена жиров.

Роль липидов в организме.

1. Липиды участвуют в пластическом и энергетическом обмене. Пластическая роль обеспечивается в основном фосфолипидами и холестерином. Эти вещества участвуют в синтезе миелина и тромбопластина нервной ткани, стероидных гормонов, желчных кислот, простагландинов и витамина D, а также в формировании биологических мембран.

2. Холестерин ограничивает абсорбцию некоторых водорастворимых веществ и некоторых химически активных факторов.

3. Липиды поддерживают структуры и функции клеточных мембран, тканевых оболочек, покровов тела и участвуют в механической фиксации внутренних органов, что является основой защитной функции липидов.

4. Используются в качестве источника энергии.

5. Источник эндогенной воды

6. Жировая ткань обеспечивает женщине резерв энергии, необходимый для вынашивания плода и грудного вскармливания.

Биологическая ценность различных жиров.

Линолевая и линоленовая ненасыщенные кислоты являются незаменимыми факторами питания, т.к. не синтезируются в организме. Вместе с арахноидоновой ненасыщенные жирные кислоты получили название витамина F. Роль этих кислот состоит в синтезе важнейших липидных компонентов клеточных мембран, от которых зависит активность ферментов мембран и их проницаемость. Полиненасыщенные жирные кислоты являются материалом для синтеза простагландинов, регулирующих многие жизненно важные функции.

Потребность организма в жирах.

Потребность в жире как в веществе для строительства, обновления клеток и нормального течения обменных процессов определяется максимум 25-30 граммами в день.

Большинство жиров и жирных кислот может быть синтезировано из других составляющих пищи, и главная задача полностью обеспечить потребности организма в незаменимых компонентах, которые организм не способен накопить в достаточных количествах или синтезировать из других. Незаменимыми жирами являются полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) класса омега-3 и омега-6.

Потребность в ПНЖК составляет 10-12 гр., и главное при этом обеспечить достаточное поступление жирных кислот омега-3.Соотношение жирных кислот омега-6 и омега-3 должно быть близко в 1:1. Это наиболее физиологичное соотношение для организма.

Регуляция обмена липидов.

Гормональная регуляция обмена триглициридов зависит от количества углеводов в крови. В их отсутствие быстрая мобилизация жирных кислот из жировой ткани обеспечивается за счет снижения секреции инсулина. При этом ограничивается и депонирование жира – большая его часть используется для получения энергии.

При физической нагрузке и стрессах активация симпатической нервной системы, повышение секреции катехоламинов, кортикотропина и глюкокортикоидов ведет к увеличению активности гормоночувствительной триглицеридлипазы жировых клеток, что ведет к повышению в крови концентрации жирных кислот.

Тиреоидные гормоны, первично влияя на скорость энергетического обмена, снижают количество метаболитов липидного обмена, способствуя бысрой мобилизации жира.

4. Обмен углеводов: значение углеводов для организма, биологическая ценность различных углеводов, потребность организма в углеводах, регуляция обмена углеводов.

Роль углеводов в организме.

1. Пластическая роль углеводов состоит в том, что глюкоза, галактоза и другие сахара входят в состав гликопротеинов плазмы крови, а также гликопротеинов и гликолипидов, необходимых для осуществления рецепторной функции клеточных мембран. Промежуточные продукты окисления глюкозы (пентозы) входят в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Глюкоза необходима для синтеза некоторых аминокислот и липидов.

2. Энергетическая функция: более 90 % углеводов расходуется для выработки энергии. В клетках глюкоза используется как источник энергии путем фосфорилирования при участии фермента гексокиназы или глюкогиназы. Основная часть глюкозы, пройдя ряд преобразований в цикле Кребса, расходуется на синтез АТФ в процессе окислительного фосфорилирования; примерно третья часть химической энергии глюкозы переходит в тепловую энергию.

АТФ также может образовываться в процессе анаэробного расщепления глюкозы – гликолиза.

Потребность организма в углеводах.

Углеводы – это основной и незаменимый источник энергии в организме, они обеспечивают около 60% энергозатрат человека. Потребность в углеводах более всего зависит от возраста, характера и интенсивности труда. Согласно традиционной системе питания, в среднем, взрослый здоровый человек, должен потреблять 300-500 г углеводов в сутки, а в отдельных случаях этот показатель может вырасти до 600-800 г.

Регуляция обмена углеводов.

Осо­бен­ность ре­гу­ля­ции об­ме­на уг­ле­во­дов — не­об­хо­ди­мость под­дер­жа­ния по­сто­ян­ст­ва уров­ня глю­ко­зы в кро­ви.

Та­ким об­ра­зом, ре­гу­ля­ция об­ме­на уг­ле­во­дов пре­сле­ду­ет две це­ли:

* как и в слу­чае дру­гих суб­стра­тов — из­ме­не­ние пу­тей пре­вра­ще­ния глюко­зы (рас­хо­до­ва­ния и де­по­ни­ро­ва­ния; пе­ре­хо­да на преимущественное ис­поль­зо­ва­ние ли­пи­дов или уг­ле­во­дов; вза­им­ных пре­вра­ще­ний суб­стра­тов) в со­от­вет­ст­вии с те­ку­щим со­стоя­ни­ем и потреб­но­стя­ми ор­га­низ­ма;

* под­дер­жа­ние по­сто­ян­ст­ва уров­ня глю­ко­зы в кро­ви.

Раз­бе­рем сна­ча­ла дей­ст­вие ос­нов­ных ре­гу­ля­тор­ных фак­то­ров на пу­ти превраще­ний глю­ко­зы, за­тем — под­дер­жа­ние уров­ня глю­ко­зы в кро­ви.

Ме­та­бо­ли­че­ские фак­то­ры

* Из­бы­ток уг­ле­во­дов тор­мо­зит рас­пад ли­пи­дов и при­во­дит к пе­ре­хо­ду на пре­иму­ще­ст­вен­ное ис­поль­зо­ва­ние уг­ле­во­дов как ос­нов­ной ис­точ­ник энергии, не­дос­та­ток уг­ле­во­дов, на­про­тив, спо­соб­ст­ву­ет пе­ре­хо­ду на преиму­ще­ст­вен­ное ис­поль­зо­ва­ние ли­пи­дов.

* По­вы­шен­ная кон­цен­тра­ция глю­ко­зы в кро­ви уси­ли­ва­ет за­хват глю­ко­зы пече­нью, по­ни­жен­ная — мо­би­ли­за­цию глю­ко­зы из пе­че­ни (то есть, гликоге­но­лиз); это так на­зы­вае­мая бу­фер­ная функ­ция пе­че­ни в от­но­ше­нии кон­цен­тра­ции глю­ко­зы в кро­ви, осу­ще­ст­в­ляе­мая да­же в от­сут­ст­вие нервных и гу­мо­раль­ных влия­ний.

* По­ни­жен­ная кон­цен­тра­ция глю­ко­зы в кро­ви уси­ли­ва­ет глю­ко­не­о­ге­нез.

* К ме­та­бо­ли­че­ской ре­гу­ля­ции мож­но от­не­сти и вы­ве­де­ние глю­ко­зы с мо­чой при рез­ко по­вы­шен­ной ее кон­цен­тра­ции в кро­ви; в нор­ме та­кая концентрация глю­ко­зы не соз­да­ет­ся, и этот ме­ха­низм не дей­ст­ву­ет.

Гор­мо­ны

Ад­ре­на­лин

Этот гор­мон:

* сти­му­ли­ру­ет гли­ко­ге­но­лиз — бы­ст­рый, но крат­ко­вре­мен­ный спо­соб мо­би­ли­за­ции глю­ко­зы, не­об­хо­ди­мый в ус­ло­ви­ях ост­ро­го стрес­са, причем гли­ко­ге­но­лиз ус­ко­ря­ет­ся как в пе­че­ни, так и в мыш­цах;

* ус­ко­ря­ет гли­ко­лиз, осо­бен­но в мыш­цах.

Глю­ко­кор­ти­кои­ды

Эти гор­мо­ны сти­му­ли­ру­ют глю­ко­не­о­ге­нез — дол­го­вре­мен­ный ис­точ­ник глю­ко­зы, не­об­хо­ди­мый в ус­ло­ви­ях хро­ни­че­ско­го стрес­са.

Глю­ка­гон

Этот гор­мон:

* сти­му­ли­ру­ет гли­ко­ге­но­лиз (биохимическая реакция, протекающая главным образом в печени и мышцах, во время которой гликоген расщепляется до глюкозы и глюкозо-6-фосфата) — но, в от­ли­чие от ад­ре­на­ли­на, толь­ко в пе­че­ни, но не в мыш­цах;

* сти­му­ли­ру­ет глю­ко­не­о­ге­нез (процесс образования в печени и отчасти в корковом веществе почек (около 10 %) молекул глюкозы из молекул других органических соединений — источников энергии, например свободных аминокислот, молочной кислоты, глицерина);

* тор­мо­зит гли­ко­ге­нез (биохимическая реакция, протекающая в основном в печени и мышцах, в результате которой глюкоза превращается в гликоген).

Все эти три ме­ха­низ­ма спо­соб­ст­ву­ют по­вы­ше­нию уров­ня глю­ко­зы в кро­ви, пре­пят­ст­вуя раз­ви­тию ги­пог­ли­ке­мии.

Ин­су­лин

Этот гор­мон са­мы­ми раз­ны­ми спо­со­ба­ми спо­соб­ст­ву­ет де­по­ни­ро­ва­нию избыт­ка уг­ле­во­дов в ви­де как гли­ко­ге­на, так и ли­пи­дов:

* уси­ли­ва­ет транс­порт глю­ко­зы в клет­ки, осо­бен­но де­по­ни­рую­щих орга­нов — пе­че­ни и мышц;

* уси­ли­ва­ет гли­ко­ге­нез;

* тор­мо­зит гли­ко­ге­но­лиз;

* тор­мо­зит глю­ко­не­о­ге­нез;

* уси­ли­ва­ет ли­по­ге­нез из уг­ле­во­дов.

СТГ

Этот гор­мон раз­лич­ны­ми пу­тя­ми пре­пят­ст­ву­ет ис­поль­зо­ва­нию глю­ко­зы как ис­точ­ни­ка энер­гии, в ча­ст­но­сти тор­мо­зит транс­порт глю­ко­зы в клет­ки, осо­бен­но мышц и пе­че­ни.

Та­ким об­ра­зом, ин­су­лин — един­ст­вен­ный гор­мон, сни­жаю­щий уро­вень глюко­зы в кро­ви. Все ос­таль­ные гор­мо­ны (ад­ре­на­лин, глю­ко­кор­ти­кои­ды, глю­ка­гон и СТГ) по­вы­ша­ют этот уро­вень, то есть дей­ст­ву­ют противоположно ин­су­ли­ну, и по­то­му на­зы­ва­ют­ся кон­трин­су­ляр­ны­ми.

5. Обмен солей: значение минеральных веществ для организма, потребность в солях, опасность избыточного потребления поваренной соли. Обмен воды: значение воды для организма, биологическая ценность различной воды, потребность организма в воде, регуляция водно-солевого обмена.

Минеральные вещества участвуют в регуляции кислотно – щелочного состояния, обеспечении процессов свертывания крови, создании МПП и МПД возбудимых клеток, участвуют в формировании структур самых различных органов тела. Суточная потребность в минеральных веществах варьируется от нескольких микрограммов до нескольких граммов в сутки. Наиболее важное значение имеют натрий, хлор, калий, кальций, магний, фосфор, железо, йод, фтор.

Натрий и калий определяют величину рН, осмотическое давление, объем жидкостей тела. Они играют роль в формировании биоэлектрических потенциалов и транспорте аминокислот, сахаров и ионов через мембрану клеток.

Избыточный прием хлористого натрия может приводит к увеличению объемов жидкостей тела, повышению нагрузки на сердце и почки. В таких условиях увеличение проникновения натрия, а с ним и воды в межклеточные промежутки тканей стенки кровеносных сосудов способствует ее набуханию и утолщению, а также сужению просветов сосудов. Ускоренной проникновения натрия в гладкомышечные клетки стенки сосудов может привести к нарушению их работы, накоплению натрия в клетках, деполяризации мембраны, повышению возбудимости и сократимости миоцитов и повышению тонуса сосудов гладких мышц. Все эти явления способствуют сужению сосудов, росту общего периферического сопротивления сосудистой системы, повышению АД крови.

Кальций обеспечивает опорную функцию; он содержится в виде фосфорно – кальциевых соединений в костях скелета, а также тканях зубов. Ионизированный кальций в возбудимых тканях выполняет роль фактора электросекреторного и электромеханического сопряжения. Присутствие кальция в оптимальных концентрациях является условием нормального функционирования клеточных мембран. Кальций активно участвует в реакциях гемостаза.

Магний – катализатор многих внутриклеточных процессов, особенно связанных с углеводным обменом. Магний снижает возбудимость НС и сократительную активность скелетных мышц, способствует расширению кровеносных сосудов, уменьшению ЧСС и снижению АД.

Фосфор. Соли фосфорной кислоты и ее эфиров являются компонентами буферных систем поддержания кислотно - щелочного состояния тканей.

Железо необходимо для транспорта кислорода и окислительных реакций.

Йод участвует в построении молекул гормонов.

Фтор стимулирует кроветворение, реакции иммунитета, предупреждает развитие старческого остеопороза, обеспечивает защиту зубов от кариеса.

 

Роль воды в организме.

1. Вода конституционная – компонент клеток и тканей.

2. Наилучший растворитель для многих биологически важных веществ, во многих случаях основной участник биохимических реакций (свободная вода)

3. Способствует гидратации макромолекул, участвует в их активации (связанная вода)

4. Растворяя конечные продукты обмена веществ, способствует их экскреции почками и другими органами

5. Обладая высокой теплотой испарения, обеспечивает приспособление организма к высокой температуре окружающей среды.

Недостаточное содержание в организме воды (дегидратация) может приводить к сгущению крови, нарушению кровотока. При снижении количества воды на 20 % наступает смерть. Избыток воды может приводить к водной интоксикации, проявляющейся в набухании клеток, снижении осмотического давления.

Взрослый человек употребляет в среднем 2,5 л, дополнительно используется 300 мл метаболической воды.

Регуляция водно – солевого обмена.

Существуют две функционально связанные системы, регулирующие водно-солевой гомеостаз, - антидиуретическая и антинатрийуретическая. Первая направлена на сохранение в организме воды, вторая обеспечивает постоянство содержания натрия. Эфферентным звеном каждой из этих систем являются главным образом почки, афферентная же часть включает в себе осморецепторы и волюморецепторы сосудистой системы, воспринимающие объём циркулирующей жидкости.

 При повышении осмотического давления крови (из-за потери воды или избыточного поступления соли) происходит возбуждение осморецепторов, повышается выход антидиуретического гормона, усиливается реабсорбция воды почечными канальцами и снижается диурез. Одновременно возбуждаются нервные механизмы, обуславливающие возникновения жажды. При избыточном поступлении в организм воды образование и выделение антидиуретического гормона резко снижается, что приводит к уменьшению обратного всасывания воды в почках.

 Регуляция выделения и реабсорбции воды и натрия в значительной мере зависит так же от общего объёма циркулирующей крови и степени возбуждения волюморецепторов, существование которых доказано для левого и правого предсердия, для устья лёгочных вен и некоторых артериальных стволов. Импульсы от волюморецепторов поступают в головной мозг, который вызывает соответственное поведение человека - он начинает или больше пить воды или наоборот организм больше выделяет воды через почки, кожу и другие выделительные системы.

 Важнейшее значение в регуляции водно-солевого обмена имеют внепочечные механизмы, включающее в себя органы пищеварения и дыхания, печень, селезёнку, а также различные отделы центральной нервной системы и эндокринные железы.

 Внимание исследователей привлекает проблема так называемого солевого выбора: при недостаточном поступлении в организм тех или иных элементов человек начинает предпочитать пищу, содержащую эти недостающие элементы, и, наоборот, при избыточном поступлении в организм определённого элемента отмечается понижение аппетита к пище, содержащей его. По-видимому, в этих случаях важную роль играет специфические рецепторы внутренних органов.

6. Обмен энергии в организме: источник энергии, значение энергии, понятие об основном и рабочем обмене, их показатели, факторы, на них влияющие.

Жизнедеятельность организма обеспечивается рядом активных процессов, протекающих с использование химической энергии. Эту энергию организм получает из белков, жиров и углеводов пищи путем перехода ее в форму, доступную для использования в организме.

Основной обмен – минимальный расход энергии, обеспечивающий гомеостазис организма в стандартных условиях. Измеряется у бодрствующего человека утром в условиях полного эмоционального и физического покоя, при температуре комфорта, натощак, в горизонтальном положении тела. Энергия основного обмена затрачивается на синтез клеточных структур, поддержание постоянной температуры тела, деятельности внутренних органов, тонуса скелетных мышц и сокращения дыхательной мускулатуры. Интенсивность основного обмена зависит от возраста, пола, длины и массы тела. Он напрямую зависит от следующих факторов:

от состояния наших внутренних органов (различные заболевания, нарушения функций эндокринной системы и т.п.)

от внешних воздействий на наш организм (недостаток или избыток питания, увеличение или снижение физических нагрузок, воздействие климатических изменений и т.п.)

от возраста и пола человека

от пищевого поведения (количество и качество еды)

Общий обмен – совокупность основного обмена и энергетических трат организма, обеспечивающих его жизнедеятельность в условиях термолягуляторной, эмоциональной, пищевой и рабочей нагрузке.

Терморегуляторное повышение интенсивности обмена веществ и энергии развивается в условиях охлаждения и у человека может достигать 300 %.

При эмоциях увеличение расхода энергии составляет обычно 40 – 90 % от уровня основного обмена и связано с вовлечением фазных и тонических реакций.

Специфически динамическое действие пищи представляет собой повышение расхода энергии, связанное с превращением пищевых веществ, главным образом после их всасывания из пищеварительного тракта.

7. Принципы исследования прихода энергии в организм по приходу питательных веществ в эксперименте и по таблицам, физический и физиологический калорический коэффициенты питательных веществ.

Основными методами определения количества энергии в навеске продукта являются: физическая калориметрия; физико-химические методики определения количества белков, жиров и углеводов в навеске с последующим расчетом содержащихся в них энергий по таблицам.

Сущность способа физической калориметрии заключается в следующем: в калориметре сжигают навеску продукта, а затем по степени нагревания воды и материала калориметра рассчитывают выделившуюся энергию.

Количество тепла, освобождаемое при сгорании 1 г вещества в калориметре, называют физическим калорическим коэффициентом, при окислении 1 г вещества в организме - физиологическим калорическим коэффициентом. Основанием для расчета прихода энергии в организм по количеству усвоенных белков, жиров и углеводов является закон термодинамики Гесса, который гласит: термодинамический эффект зависит только от теплосодержания начальных и конечных продуктов реакции и не зависит от промежуточных превращений этих веществ. При окислении в организме 1 г белков освобождается 4, 1 ккал(17, 2кДж), 1 г жиров -9, 3 ккал (38, 9 кДж), 1 г углеводов - 4, 1 ккал (17, 2 кДж). При сгорании в калориметре жиров и углеводов выделяется столько же тепла, сколько в организме. При сгорании белка в калориметре энергии выделяется несколько больше, чем в организме, так как часть энергии белка при окислении в организме теряется с мочевиной и другими веществами белкового обмена, которые содержат энергию и выводятся с мочой. Чтобы рассчитать приход энергии в организм с пищей, химическим путем определяют содержание белков, жиров и углеводов в продуктах питания, умножают их количество на соответствующие физиологические калорические коэффициенты, суммируют и из суммы вычитают 10% - что не усваивается в пищеварительном тракте (потери с калом).

8. Принципы исследования расхода энергии организмом (два основных способа и их обоснование). Значение показателей газообмена, дыхательного коэффициента и калорического эквивалента кислорода, принцип расчета расхода энергии по этим показателям.

Существуют прямой и непрямой способы определения расхода энергии, которые рассматриваются как разновидности физиологической калориметрии.

Прямая калориметрия по количеству тепла, выделяемого с поверхности тела в процессе жизнедеятельности.

Непрямая калориметрия основана на измерении объемов дыхательных газов – потребляемого кислорода и выделяемого углекислого газа. Наиболее простой вариант основан только на определении поступающего в организм кислорода – неполный газоанализ. В ряде случаев измеряют как объем потребленного кислорода, так и выделившегося углекислого газа – полный газоанализ. В первом случае расчет производят по калорическому эквиваленту кислорода, во втором по дыхательному коэффициенту.

Калорический эквивалент кислорода – количество энергии, вырабатываемой организмом при потреблении 1 л кислорода.

Для оценки интенсивности газообмена используют закрытые и открытые системы. В приборах закрытых систем предусмотрено вдыхание испытуемым из замкнутого пространства воздуха или кислорода, выдыхаемый воздух направлен в это же пространство. Исследования проводят с помощью спирографа. При использовании открытого способа для сбора выдыхаемого воздуха обычно используется мешок Дугласа, изготовленный из газонепроницаемого материала.

9. Питание: физиологические нормы питания различных профессиональных групп, основные требования к составлению пищевого рациона и режиму приема пищи, усвояемость пищи. Общебиологическая характеристика витаминов.

Оптимальное питание должно способствовать поддержанию хорошего самочувствия, преодолению трудных для организма ситуаций, сохранению здоровья и обеспечению максимальной продолжительности жизни.

Основными физиологическими требованиями адекватного питания являются следующие:

1. Пища должна обеспечивать достаточное поступление в организм энергии с учетом возраста, пола, физиологического состояния и вида труда.

2. Пища должна содержать оптимальное количество и соотношение различных компонентов для процессов синтеза в организме

3. Пищеварительный рацион должен быть адекватно распределен в течение суток.

Оптимальное соотношение белков, жиров и углеводов: 1:1,2:4,6.

Снижение поступления белка в организм и нарушения всасывания железа приводит к угнетению кроветворения и синтеза иммуноглобулинов, развитию анемии и иммунодефицита, расстройству репродуктивной функции. Снижаются масса мышечной ткани и печени, нарушается секреция гормонов.

Углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут синтезироваться в организме из аминокислот и жира.

Человек должен употреблять необходимое количество воды, минеральных солей и витаминов.

Оптимальное разделение приемов пищи на 3 – 5 с перерывами между ними 4 – 5 ч. 25 % первый завтрак, 15 % второй завтрак, 35 % обед, 25 % ужин. Ужин должен предшествовать сну не менее чем на 3 часа.

Прием пищи должен быть не менее 20 минут.

Витамины – БАВ, поступающие с пищей и необходимые для регуляции биохимических процессов.

Витамины делят на две группы водо и жирорастворимые. В продуктах витамины содержаться либо в активной, либо в неактивной форме.

Витамины участвуют в регуляции метаболизма и клеточного дыхания (витамины группы В и никотиновая кислота), синтезе жирных кислот, гормонов стероидной природы (пантотеновая кислота), нуклеиновых кислот (фолиевая кислота), в регуляции процессов обмена кальция и фосфата (кальциферолы), во многих окислительно – восстановительных процессах (аскорбиновая кислота), в гемопоэзе, синтезе факторов свертывания (филохиноны), а также обеспечивают антиоксидантное действие на мембраны (А, С, Е).

 

10. Терморегуляция: значение постоянства температуры внутренней среды организма, температура различных участков кожных покровов и внутренних органов человека, виды терморегуляции, нейрогуморальные механизмы терморегуляции.

Об­щие прин­ци­пы

Тем­пе­ра­ту­ра те­ла — од­на из са­мых важ­ных и же­ст­ких кон­стант внут­рен­ней сре­ды. Это свя­за­но пре­ж­де все­го с тем, что при из­ме­не­ни­ях тем­пе­ра­ту­ры тела ме­ня­ют­ся ско­ро­сти про­те­ка­ния об­мен­ных про­цес­сов. В нор­ме температу­ра те­ла со­став­ля­ет око­ло 37°C. Пре­дель­ные от­кло­не­ния температуры те­ла, со­вмес­ти­мые с жиз­нью, со­став­ля­ют 25—43°C.

Тем­пе­ра­ту­ра те­ла под­дер­жи­ва­ет­ся на по­сто­ян­ном уров­не бла­го­да­ря ба­лан­су двух про­цес­сов: те­п­ло­про­дук­ции и те­п­ло­от­да­чи.

С точ­ки зре­ния тер­мо­ре­гу­ля­ции вы­де­ля­ют яд­ро и обо­лоч­ку те­ла.

* Яд­ро те­ла — это ор­га­ны (вклю­чая мыш­цы):

* в яд­ре те­ла про­ис­хо­дит ос­нов­ная те­п­ло­про­дук­ция;

* тер­мо­ре­гу­ля­ция на­прав­ле­на пре­ж­де все­го на под­дер­жа­ние по­сто­ян­ст­ва тем­пе­ра­ту­ры яд­ра.

* Обо­лоч­ка те­ла — это ко­жа, а так­же сли­зи­стые ды­ха­тель­ных пу­тей:

* с по­верх­но­сти обо­лоч­ки про­ис­хо­дит те­п­ло­от­да­ча;

* тем­пе­ра­ту­ра обо­лоч­ки зна­чи­тель­но ко­леб­лет­ся.

Яд­ро и обо­лоч­ка те­ла раз­де­ле­ны те­п­ло­изо­ля­то­ром — под­кож­ной жи­ро­вой клет­чат­кой.

Те­п­ло­про­дук­ция

Те­п­ло­та — это по­боч­ный про­дукт об­мен­ных ре­ак­ций и фи­зио­ло­ги­че­ских про­цес­сов. Вся энер­гия, вы­ра­ба­ты­вае­мая в ор­га­низ­ме, в ко­неч­ном сче­те перехо­дит в те­п­ло­ту. Это обя­за­тель­ная те­п­ло­про­дук­ция, умень­шить которую не­воз­мож­но, так как это оз­на­ча­ло бы пре­кра­ще­ние или за­мед­ле­ние не­об­хо­ди­мых для ор­га­низ­ма про­цес­сов. Обя­за­тель­ной те­п­ло­про­дук­ции хвата­ет для под­дер­жа­ния тем­пе­ра­ту­ры об­на­жен­но­го те­ла на уров­не 37°C при тем­пе­ра­ту­ре ок­ру­жаю­щей сре­ды 25—26°C.

Ес­ли тем­пе­ра­ту­ра ок­ру­жаю­щей сре­ды ста­но­вит­ся ни­же 25°C, то вклю­ча­ют­ся ме­ха­низ­мы до­пол­ни­тель­ной те­п­ло­про­дук­ции, или тер­мо­ге­не­за. При этом те­п­ло­та ста­но­вит­ся уже не по­боч­ным про­дук­том, а це­лью ак­ти­ва­ции обменных про­цес­сов. Су­ще­ст­ву­ют два ви­да до­пол­ни­тель­ной теплопродукции.

* Со­кра­ти­тель­ный тер­мо­ге­нез — вы­ра­бот­ка те­п­ло­ты в ре­зуль­та­те усиленно­го со­кра­ще­ния мышц; он вклю­ча­ет:

* про­из­воль­ные со­кра­ще­ния мышц;

* дрожь.

* Не­со­кра­ти­тель­ный, или хи­ми­че­ский тер­мо­ге­нез, пред­став­ляю­щий со­бой окис­ле­ние суб­стра­тов без об­ра­зо­ва­ния АТФ; при та­ком окис­ле­нии вся высво­бо­ж­даю­щая­ся энер­гия сра­зу пе­ре­хо­дит в те­п­ло. У че­ло­ве­ка та­ким суб­стра­том слу­жит бу­рый жир, при­сут­ст­вую­щий в дос­та­точ­ном количестве толь­ко у но­во­ро­ж­ден­ных. Та­ким об­ра­зом, един­ст­вен­ным спосо­бом по­вы­ше­ния те­п­ло­про­дук­ции у взрос­ло­го че­ло­ве­ка слу­жит сократи­тель­ный тер­мо­ге­нез.

Те­п­ло­от­да­ча

Су­ще­ст­ву­ют три спо­со­ба те­п­ло­от­да­чи.

1. Из­лу­че­ние.

2. Про­ве­де­ние.

3. Ис­па­ре­ние.

Фи­зи­че­ские осо­бен­но­сти спо­со­бов те­п­ло­от­да­чи

Из­лу­че­ние

Этот спо­соб те­п­ло­от­да­чи обу­слов­лен ис­пус­ка­ни­ем с по­верх­но­сти ко­жи инфра­крас­ных лу­чей. На его до­лю при­хо­дит­ся око­ло 60% всей те­п­ло­от­да­чи (у об­на­жен­но­го че­ло­ве­ка). С дру­гой сто­ро­ны, ко­жа по­гло­ща­ет ин­фра­крас­ные лу­чи, ис­пус­кае­мые ок­ру­жаю­щи­ми пред­ме­та­ми. Ес­ли тем­пе­ра­ту­ра окружающих пред­ме­тов вы­со­ка, то ин­тен­сив­ность по­гло­щае­мо­го ко­жей инфра­крас­но­го из­лу­че­ния мо­жет стать вы­ше, чем ис­пус­кае­мо­го, и то­гда те­пло­от­да­ча пре­вра­ща­ет­ся в при­ем те­п­ла. Та­ким об­ра­зом, те­п­ло­от­да­ча пу­тем из­лу­че­ния тем ни­же, чем вы­ше тем­пе­ра­ту­ра ок­ру­жаю­щей сре­ды.

Про­ве­де­ние

Это пе­ре­да­ча те­п­ла при пря­мом кон­так­те. От­да­ча те­п­ла пу­тем про­ве­де­ния окру­жаю­щим твер­дым пред­ме­там ма­ла. Го­раз­до боль­шую роль иг­ра­ет от­да­ча те­п­ла воз­ду­ху, ко­то­рая уси­ли­ва­ет­ся бла­го­да­ря кон­век­ции — уда­ле­нию нагре­то­го воз­душ­но­го слоя с по­верх­но­сти ко­жи с дви­жу­щим­ся воз­ду­хом. Теп­ло­от­да­ча пу­тем про­ве­де­ния:

* тем вы­ше, чем вы­ше те­п­ло­про­вод­ность ок­ру­жаю­щей сре­ды (в во­де гораз­до вы­ше, чем в воз­ду­хе);

* тем ни­же, чем вы­ше тем­пе­ра­ту­ра ок­ру­жаю­щей сре­ды; ес­ли эта температу­ра ста­но­вит­ся вы­ше тем­пе­ра­ту­ры те­ла, то те­п­ло­от­да­ча превраща­ет­ся в при­ем те­п­ла.

Ис­па­ре­ние

Этот спо­соб те­п­ло­от­да­чи обу­слов­лен тем, что при ис­па­ре­нии жид­ко­сти с поверх­но­сти эта по­верх­ность ох­ла­ж­да­ет­ся. Важ­ные осо­бен­но­сти те­п­ло­от­да­чи пу­тем ис­па­ре­ния сле­дую­щие.

* Те­п­ло­от­да­ча про­ис­хо­дит в мо­мент ис­па­ре­ния лю­бой жид­ко­сти — будь то пот, во­да или иная жид­кость; на этом ос­но­ва­но ос­ве­жаю­щее дей­ст­вие да­же те­п­лой во­ды в жар­кую по­го­ду.

* Те­п­ло­от­да­ча про­ис­хо­дит не в мо­мент вы­де­ле­ния по­та, а в мо­мент его испаре­ния; ес­ли пот вы­де­ля­ет­ся, но не ис­па­ря­ет­ся, то те­п­ло­от­да­чи не проис­хо­дит.

* Те­п­ло­от­да­ча пу­тем ис­па­ре­ния тем вы­ше, чем вы­ше тем­пе­ра­ту­ра окружающей сре­ды; в этом от­но­ше­нии она прин­ци­пи­аль­но от­ли­ча­ет­ся от те­п­ло­от­да­чи пу­тем из­лу­че­ния и про­ве­де­ния.

* Те­п­ло­от­да­ча пу­тем ис­па­ре­ния тем ни­же, чем вы­ше влаж­ность окружающей сре­ды; при 100% влаж­но­сти (на­при­мер, в пар­ной ба­не) тепло­от­да­чи пу­тем ис­па­ре­ния не про­ис­хо­дит.

Фи­зио­ло­ги­че­ские осо­бен­но­сти спо­со­бов те­п­ло­от­да­чи

С точ­ки зре­ния фи­зио­ло­ги­че­ских осо­бен­но­стей спо­со­бы те­п­ло­от­да­чи мож­но раз­де­лить на две груп­пы:

* не­ис­па­ри­тель­ная те­п­ло­от­да­ча (из­лу­че­ние и про­ве­де­ние);

* ис­па­ре­ние.

Не­ис­па­ри­тель­ная те­п­ло­от­да­ча

Фи­зио­ло­ги­че­ские осо­бен­но­сти этих спо­со­бов те­п­ло­от­да­чи сле­дую­щие.

* Те­п­ло­от­да­ча тем ни­же, чем вы­ше тем­пе­ра­ту­ра ок­ру­жаю­щей сре­ды; ес­ли эта тем­пе­ра­ту­ра ста­но­вит­ся вы­ше тем­пе­ра­ту­ры те­ла, то те­п­ло­от­да­ча превра­ща­ет­ся в при­ем те­п­ла. По­это­му дан­ные спо­со­бы те­п­ло­от­да­чи не могут обес­пе­чить тер­мо­ре­гу­ля­цию при вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ре.

* По­сколь­ку яд­ро и обо­лоч­ка те­ла раз­де­ле­ны те­п­ло­изо­ли­рую­щей под­кож­ной жи­ро­вой клет­чат­кой, для эф­фек­тив­ной не­ис­па­ри­тель­ной те­п­ло­от­да­чи необ­хо­дим по­сто­ян­ный при­ток на­гре­той кро­ви к по­верх­но­сти ко­жи (и слизи­стым ды­ха­тель­ных пу­тей). Сле­до­ва­тель­но, не­ис­па­ри­тель­ные ви­ды теп­ло­от­да­чи ре­гу­ли­ру­ют­ся пу­тем из­ме­не­ний кож­но­го кро­во­то­ка. Эта регуля­ция осу­ще­ст­в­ля­ет­ся за счет из­ме­не­ний со­су­до­су­жи­ваю­ще­го то­ну­са кож­ных сим­па­ти­че­ских нер­вов.

* Не­ис­па­ри­тель­ная те­п­ло­от­да­ча уча­ст­ву­ет в адап­та­ции как к вы­со­кой, так и к низ­кой тем­пе­ра­ту­ре: при рас­ши­ре­нии кож­ных со­су­дов те­п­ло­от­да­ча повыша­ет­ся, при су­же­нии — сни­жа­ет­ся.

* Воз­мож­но­сти не­ис­па­ри­тель­ной те­п­ло­от­да­чи не­ве­ли­ки: при вы­со­ких темпера­ту­рах ок­ру­жаю­щей сре­ды, как уже го­во­ри­лось, эта те­п­ло­от­да­ча не­эф­фек­тив­на, при низ­ких же су­же­ние со­су­дов бы­ст­ро дос­ти­га­ет пре­дель­но­го уров­ня, по­сле ко­то­ро­го стра­да­ет кро­во­снаб­же­ние ко­жи.

Ис­па­ре­ние

Фи­зио­ло­ги­че­ские осо­бен­но­сти те­п­ло­от­да­чи пу­тем ис­па­ре­ния в зна­чи­тель­ной сте­пе­ни про­ти­во­по­лож­ны осо­бен­но­стям не­ис­па­ри­тель­ной те­п­ло­от­да­чи.

* Те­п­ло­от­да­ча тем вы­ше, чем вы­ше тем­пе­ра­ту­ра ок­ру­жаю­щей сре­ды; та­ким об­ра­зом, толь­ко ис­па­ре­ние обес­пе­чи­ва­ет адап­та­цию к вы­со­кой температуре.