Обмен энергии физиология. Глава VI

(ПИТАНИЕ, ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ)

1. Какая часть энергии, поступившей в организм в течение суток, исполь-зуется для совершения работы?

2. В течение суток в организме взрослого человека образуется АТФ в ко-личестве до...

3. Какое количество поступающей в организм энергии выделяется из орга-низма в конечном итоге в виде тепла?

4. Какие виды работ совершаются в организме человека?

1) химическая, механическая, атомная, кинетическая

2) химическая, механическая, электроосмотическая

3) химическая, механическая, тепловая, потенциальная

4) тепловая, электрическая, атомная, потенциальная

5. Какая энергия в организме не используется для выполнения работы?

1) химическая

2) механическая

3) электрическая

4) тепловая

6. Закон Гесса указывает на то, что …

1) количество энергии в изолированной системе всегда неизменно

2) тепловой эффект химического процесса определяется начальным и конечным состоянием химической системы

4) тепловой эффект химического процесса определяется его началь-ным и конечным состоянием и не зависит от промежуточных ста-дий

7. Первичная теплота – это...

1) тепло, выделяемое в организме на этапе использования АТФ для работы

2) тепло на этапе синтеза сложных соединений

3) тепло, образуемое в организме при совершении работы

4) тепло, выделяемое в организме на этапе синтеза АТФ

8. Вторичная теплота – это...

1) тепло, выделяемое в организме на этапе синтеза АТФ

2) все ответы правильные

3) тепло, выделяемое в организме на этапе использования АТФ для работы

4) тепло на этапе синтеза сложных соединений

5) тепло, расходуемое в организме на совершение работы

9. Калория – это…

1) единица измерения тепла, равна 0,239 Джоуля

2) единица измерения тепла, равна 2,4 Джоуля

3) единица измерения тепла, равна 4,2 Джоуля

4) единица измерения тепла, равная 1 Ватт

10. Сколько энергии выделяется при утилизации 1 г белков в калоримет-рической бомбе?

4) 3,75 ккал

11. Сколько энергии высвобождается при утилизации 1 г жира в организ-

1) 3,75 ккал

12. Сколько энергии выделяется при утилизации 1 г белков в организме?

1) 3,75 ккал

13. Сколько энергии выделяется при утилизации 1 г глюкозы в организме?

4) 3,75 ккал

14. Какое количество энергии поступит в организм при потреблении 10 г NaCl?

15. Величина суточного основного обмена у среднестатического мужчины

составляет

1) 3000 ккал

2) 1000 ккал

3) 2500 ккал

4) 1700 ккал

16. У женщин основной обмен в сравнении с мужчинами

1) одинаков

2) меньше на 10-15 %

3) больше на 10-15 %

4) меньше на 30-40%

17. Удельная величина основного обмена у среднестатического мужчины

составляет

1) 1 ккал/кг час

2) 2 ккал/кг час

3) 3 ккал/кг час

4) 10 ккал/кг час

18. На каком принципе основана прямая калориметрия?

1) на расчете количества потребляемого кислорода

2) на непосредственном измерении тепла, выделяемого организмом

3) на определении дыхательного коэффициента

4) на принципе изодинамии

19. Основной обмен организма – это…

1) количество энергии, необходимое для жизни в обычных условиях

2) минимум энергии, необходимый для поддержания жизнедеятель-ности в стандартных условиях

3) максимальное количество энергии, необходимое для жизни

4) вся энергия, необходимая для поддержания жизнедеятельности

20. Как изменяется основной обмен после 35-40 лет?

1) возрастает

2) уменьшается

3) не изменяется

21. Почему нецелесообразно в жаркую погоду кормить собаку мясом?

1) затрудняется испарение жидкости

2) усиливается конвекция

3) специфически-динамическое действие пищи усиливает теплопро-дукцию

4) специфически-динамическое действие пищи усиливает теплопро-ведение

22. Как изменится величина дыхательного коэффициента после длитель-ной гипервентиляции?

1) возрастет до 1,5

2) не изменится

3) может уменьшится до 0,4

23. Какое количество кислорода потреблялось организмом, если за время опыта окислялись только углеводы и при этом выделилось 6 литров CO 2 ?

24. Как изменится величина основного обмена при снижении функции щи-товидной железы?

1) увеличится

2) уменьшится

3) не изменится

25. Во время интенсивной мышечной работы дыхательный коэффициент

1) резко снижается

2) не изменяется

3) повышается, приближаясь к 1,0 и выше

4) сначала резко снижается, а затем возвращается к исходному уров-ню

26. По какой формуле рассчитывается дыхательный коэффициент?

1) ДК = VO 2 / VCO 2

2) ДК = VCO 2 * VO 2

3) ДК = VCO 2 - VO 2

4) ДК = VCO 2 / VO 2

27. За счет каких питательных веществ преимущественно покрывались энергозатраты у двух испытуемых с одинаковым потреблением О 2 и дыха-тельным коэффициентом, равными 0,75 и 0,93?

1) белков и жиров, соответственно

2) жиров и углеводов, соответственно

3) углеводов и жиров, соответственно

4) жиров и белков, углеводов, соответственно

28. Если испытуемый поглощает в одну минуту 0.4 л кислорода, дыхатель-ный коэффициент равен 1, то cколько углекислого газа он выделяет при этом?

29. Калорический эквивалент кислорода - это...

1) отношение выделенного СО 2 к поглощенному О 2

2) количество тепла, выделяемого при потреблении 1 литра кисло-рода

3) отношение поглощенного кислорода к выделенному углекислому газу

30. Какая пища имеет наиболее выраженное специфически динамическое действие?

1) белковая

2) смешанная

4) углеводная

31. Величина энергообмена после приема белковой пищи

1) уменьшается на 10-20%

2) не изменяется

3) увеличивается на 30-40 %

4) увеличивается на 10-20%

32. Величина энергообмена после приема углеводной пищи

1) уменьшается на 10-20 %

2) не изменяется

3) увеличивается на 30-40 %

4) увеличивается на 10-20 %

33. Эффект приема пищи, усиливающий обмен веществ и энергетические

затраты, называется

1) изодинамией питательных веществ

2) специфически-динамическим действием пищи

3) усвояемостью пищи

4) основным обменом

34. Энерготраты организма складываются из

1) специфически-динамического действия пищи и рабочей прибавки

2) основного обмена и специфически-динамического действия пищи

3) основного обмена, рабочей прибавки и специфически-динамического действия пищи

4) основного обмена

35. Каковы суточные энергозатраты у лиц, занятых преимущественно ум-ственным трудом?

1) 2500-3000 ккал

2) 2100-2450 ккал

3) 3000-4000 ккал

4) 1500-1700 ккал

36. При приеме преимущественно, какой по составу пищи феномен специ-фически-динамического ее действия будет максимален?

1) белковой

2) углеводной

3) липидной

4) смешанной

37. Какой объем энергозатрат имеют лица, занимающиеся особо тяжелым физическим трудом?

1) около 2200 ккал/сут

2) около 3400 ккал/сут

3) около 4300 ккал/сут

4) около 7600 ккал/сут

38. Правило Рубнера характеризует

1) постоянство величины энергообмена пропорционально объему тела

2) увеличение скорости энергообмена с ростом температуры

3) эффективность расходования энергии АТФ в организме

4) постоянство величины энергообмена в расчете на площадь по-верхности тела

39. Образование сложных органических соединений из простых с затратой

энергии называется

1) ассимиляцией

2) основным обменом

3) рабочим обменом

4) диссимиляцией

40. Утилизация сложных органических соединений до простых с выделе-

нием энергии называется

1) ассимиляцией

2) энергетическим балансом

3) диссимиляцией

4) основным обменом

41. Как называется правило, согласно которому отдельные питательные вещества могут заменять друг друга в соответствии с их энергетической ценностью?

1) закон Франка-Старлинга

2) правило изодинамии

3) правило поверхности тела

4) правило средних нагрузок

42. Общая калорийность суточного рациона (в %) распределяется между завтраком, обедом, ужином и вторым ужином примерно следующим обра-зом:

1) 10, 20, 45, 25

2) 30, 40, 20, 10

3) 25, 25, 35, 15

4) 50, 25, 15, 10

43. Что такое нутриенты?

1) это компоненты пищи, обеспечивающие поддержание водного баланса организма

2) это компоненты пищи, обеспечивающие энергозатраты и синте-тические процессы организма

3) это балластные вещества

4) это защитные вещества

44. Какое соотношение белков, жиров и углеводов в пищевом рационе наиболее оптимально?

45. Суточная потребность витамина С равна...

46. Чему равен коэффициент изнашивания белка для взрослого человека (в граммах азота на 1 кг массы тела в сутки)?

47. При составлении пищевого рациона необходимо ориентироваться на

1) белковый минимум

2) правило изодинамии

3) белковый оптимум

4) дыхательный коэффициент

48. Как называется минимальное количество белка, постоянно распадаю-щегося в организме в состоянии покоя, пересчитанное на 1 кг массы тела?

1) коэффициент полезного действия

2) дыхательный коэффициент

3) константа Гюффнера

4) коэффициент изнашивания

49. Какие витамины относятся к жирорастворимым?

1) C, B 1 , B 2 , B 6

2) B 6 , H, B 3 , C

4) PP, B 12 , B 6 , B 1

50. Какова средняя величина коэффициента усвояемости различных пище-

вых веществ в организме?

51. Как изменится азотистый баланс у человека при значительном сниже-нии содержания белков в пище?

1) станет положительным

2) станет равновесным

3) станет отрицательным

52. Положительный азотистый баланс наблюдается…

1) у взрослых

2) у пожилых

3) у голодающих

4) у детей и беременных

5) все ответы правильные

53. Суточная потребность человека среднего возраста в углеводах равна

54. Суточная потребность человека среднего возраста в белках равна

55. Суточная потребность человека среднего возраста в жирах равна

56. При отсутствии в потребляемой пище незаменимых аминокислот на-

блюдается

1) положительный азотистый баланс

2) отрицательный азотистый баланс

3) азотистое равновесие

57. Состояние, при котором количество выведенного азота равно посту-

пившему в организм, называется

1) положительным азотистым балансом

2) отрицательным азотистым балансом

3) азотистым равновесием

4) азотистым оптимумом

58. Состояние, при котором количество азота, выводимого из организма меньше, чем поступающего, называется…

2) азотистым равновесием

4) азотистым оптимумом

59. Минимальное количество белка, способное поддерживать в норме азо-тистое равновесие в организме, называется…

1) отрицательным азотистым балансом

2) белковым минимумом

3) положительным азотистым балансом

4) белковым оптимумом

60. Среди потребляемых жиров на долю растительных должно приходить-ся не меньше…

61. Суточная потребность человека в воде в обычных условиях составля-ет…

62. В течение суток в обычных условиях через кожу и легкие из организма выводится какое количество воды?

66. Раздельное питание (по Г. Шелтону) предполагает последовательное…

1) употребление в пищу только жиров и углеводов

2) использование диеты с ограничением калоража

3) употребление продуктов, содержащих преимущественно один компонент

4) все ответы правильные

67. Использование «поглотителей жира» в диете…

1) полезно, так как уменьшается поступление избытка энергии в ор-ганизм

2) вредно, так как возрастает поступление энергии в организм

3) нежелательно, так как в организм не поступают незаменимые жирные кислоты и жирорастворимые витамины

68. Теплопродукция в организме есть следствие...

1) закона Гесса

2) правила Рубнера

3) баланса между теплопродукцией и теплоотдачей

4) 2-го закона термодинамики

69. Правило Вант-Гоффа-Аррениуса означает, что…

1) количество энергии, выделяемой при утилизации веществ, зави-сит от начальных и конечных продуктов

2) количество энергии в изолированной системе всегда неизменно

3) скорость биохимических реакций при росте температуры на 10 градусов увеличивается в 2 и более раз

4) тепловой эффект химического процесса определяется его началь-ным и конечным состоянием

70. Чем характеризуются гомойотермные животные?

1) постоянством температуры тела

2) зависимостью температуры тела от температуры окружающей среды

3) постоянством уровня метаболизма

4) постоянством температуры тела, независимо от температуры ок-ружающей среды

71. У эндотермов температура тела определяется …

1) высоким уровнем анаболизма

2) внутренними энергетическими процессами

3) низким уровнем метаболизма

4) внешней средой

72. Брадиметаболические животные характеризуются …

1) низким уровнем метаболизма

2) высоким уровнем метаболизма

3) внешней средой

4) внутренними энергопроцессами

73. Чем характеризуются пойкилотермные животные?

1) постоянством температуры тела, независимо от температуры ок-ружающей среды

2) отсутствием постоянства температуры тела

3) зависимостью температуры тела от температуры окружающей среды

4) постоянством уровня метаболизма

74. Какой наибольший диапазон изменений, совместимых с жизнью, мо-жет иметь температура тела у человека?

3) 34,5-42,5 0 C

75. Какая из указанных величин является верхней летальной температурой тела человека (0 С)?

76. Зоной комфорта одетого человека при влажности воздуха 50% является

температура окружающей среды (в градусах по Цельсию)

77. Наиболее высокая температура тела у здорового человека наблюдается

1) 18 часов

4) 10 часов

78. Наиболее низкая температура тела здорового человека наблюдается в

2) 13 часов

3) 16 часов

5) 19 часов

79. В какой области тела человека наиболее высокая температура?

1) в печени

2) в прямой кишке

3) в подмышечной впадине

4) под языком

80. Почему при одной и той же температуре воздуха человек больше зяб-нет в "слякотную" погоду, чем в сухую?

1) ухудшается испарение жидкости

2) усиливается конвекция

3) повышается теплопроводность воздуха

4) усиливается испарение жидкости

81. Физическая терморегуляция - это механизмы

1) усиления потоотделения

2) изменения теплообмена

3) увеличения теплоотдачи

4) уменьшения интенсивности обмена веществ

82. Отдача тепла у человека, находящегося в холодной воде, осуществля-

ется преимущественно путем

1) испарения

2) излучения

3) все ответы правильные

4) теплопроведения

83. В обычных условиях отдача тепла организмом может осуществляться путем…

1) повышения тонуса мышц и дрожи

2) активации несократительного термогенеза

3) теплоизлучения, конвекции, теплопроведения, испарения

4) только теплоизлучения, конвекции, теплопроведения

5) теплоизлучения, конвекции, испарения и термогенеза

84. Почему человек, находящийся на морозе в состоянии алкогольного опьянения, особенно подвержен угрозе замерзания?

1) расширяются периферические сосуды

2) все ответы правильные

3) снижается чувствительность терморецепторов к холоду

4) нарушается работа центров терморегуляции

85. В нейлоновой рубашке жара переносится значительно тяжелей, чем в хлопчатобумажной, так как ухудшаются условия для…

1) теплопродукции

2) излучения

3) конвекции и испарения пота

4) активации мышечной дрожи

86. При каких условиях усиление потоотделения не приводит к увеличе-нию теплоотдачи?

1) при образовании большого количества пота

2) при образовании высококонцентрированного пота

3) при очень низкой влажности

4) при очень высокой влажности

87. Какое количество тепла выводится из организма человека при темпера-туре комфорта и относительной влажности воздуха 40 % путем теплопро-ведения и конвекции?

88. Какое количество тепла выводится в обычных условиях из организма при комнатной температуре путем теплоизлучения?

89. Какой способ теплоотдачи преимущественно функционирует у челове-ка при температуре окружающей среды 40 0 C и нормальной влажности?

1) теплопроведение

2) излучение

3) конвекция

4) испарение

5) все ответы правильные

90. Как изменяется тонус кожных сосудов под влиянием холода?

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

91. Химическая терморегуляция обеспечивает …

1) изменение скорости расщепления углеводов

2) изменение интенсивности гидролиза жиров

3) изменение интенсивности расщепления белков

4) изменение интенсивности теплопродукции

92. Что обеспечивает термогенин?

1) уменьшает разобщение окислительного фосфорилирования и тка-невого дыхания

2) активирует тканевое дыхание

3) тормозит тканевое дыхание

4) увеличивает разобщение окислительного фосфорилирования и тканевого дыхания

93. Под влиянием адреналина температура тела

1) понижается

2) не изменяется

3) повышается

94. Как изменится теплопродукция при уменьшении коэффициента фосфо-рилирования (P/О) до 1?

1) возрастает на 50%

2) возрастает на 100%

3) уменьшается на 50%

4) возрастает на 200%

95. Какие из перечисленных субстанций обладают калоригенным эффек-том?

1) адреналин, норадреналин

2) паратгормон

3) тиреолиберин, вазопрессин

4) адреноблокаторы

96. Как изменится температура тела при введении холинэргических ве-ществ?

1) температура тела возрастает

2) температура тела снизится

3) не изменится

4) возрастает, но только в «ядре»

97. Какой вид теплоотдачи функционирует в организме в условиях сауны (финская баня)?

1) конвекция

2) теплопроведение

3) излучение

4) испарение

5) все ответы правильные

98. Холодовая дрожь - это частный случай...

1) физической терморегуляции

2) термопреферендума

3) химической терморегуляции

4) все ответы правильные

99. Что обеспечивает поворотно-противоточная система сосудов для тер-морегуляции?

1) увеличение теплопродукции

2) увеличение теплообмена

3) экономию теплоотдачи

4) уменьшение теплопродукции

100. Для испарения 1 мл пота с поверхности тела необходимо затратить

1) 0,41 ккал энергии

2) 0,85 ккал энергии

3) 0,24 ккал энергии

4) 0,58 ккал энергии

101. Подкожная жировая клетчатка в связи с малой теплопроводностью

1) способствует теплоотдаче

2) препятствует теплоотдаче

3) не имеет отношения к теплоотдаче

4) уменьшает теплопродукцию

102. Какое максимальное количество секрета может быть выделено пото-выми железами человека в течение суток?

103. Какое количество тепла выделяется из организма через кожу?

1) около 20 %

2) около 40 %

3) около 80 %

4) около 60 %

5) около 100 %

104. Какой из приведенных гормонов наиболее сильно увеличивает тепло-продукцию?

1) инсулин

2) альдостерон

3) окситоцин

4) тироксин

5) антидиуретический гормон

105. Что обеспечивает поддержание постоянства температуры внутренней среды организма?

1) равновесие между теплопродукцией и теплоотдачей

2) усиление теплоотдачи

3) теплопродукция

4) преобладание теплопродукции над теплоотдачей

106. Какие органы обеспечивают максимальный вклад в теплопродукцию в покое?

1) кожа и подкожная клетчатка

2) скелетные мышцы

3) органы грудной полости

5) органы брюшной полости

107. Бурый жир обеспечивает в организме

1) образование энергии

2) синтез АТФ

3) повышение теплопродукции

4) мобилизацию гликогена

108. Несократительный термогенез основан на…

1) увеличении химической работы

2) активации мышечной дрожи

3) все ответы правильные

4) разобщении окислительного фосфорилирования и тканевого ды-хания

5) росте сопряженности окислительного фосфорилирования и ткане-вого дыхания

109. Что такое термопреферендум?

1) поиск источников тепла в окружающей среде

2) компонент теплоотдачи

4) компонент теплопродукции

110. Какой вариант уравнения теплового баланса будет при гипертермии?

1) Qтеплопрод Qконв Qизл Qтеплопров - Qисп > O

111. Тепловой баланс – это...

1) равновесие между теплопроводностью и образованием тепла в ор-ганизме

2) все ответы правильные

3) равновесие между теплопродукцией и теплообменом

4) равновесие между сократительным и несократительным термоге-незом

112. Какой вариант уравнения теплового баланса будет при гипотермии?

1) Qтеплопрод + Qконв + Qизл + Qтеплопров - Qисп > O

2) Qтеплопрод + Qконв + Qизл + Qтеплопров - Qисп < O

3) Qтеплопрод + Qконв + Qизл + Qтеплопров - Qисп = O

113. Какой вариант уравнения теплового баланса будет при нормотермии?

1) Qтеплопрод Qконв Qизл Qтеплопров - Qисп > O

2) Qтеплопрод Qконв Qизл Qтеплопров - Qисп < O

3) Qтеплопрод Qконв Qизл Qтеплопров - Qисп = O

114. В каком диапазоне температур (0 С) имеют максимальную активность

холодовые терморецепторы?

115. В каком диапазоне температур (0 С) имеют максимальную активность тепловые терморецепторы?

116. Какие рецепторы имеют большую плотность расположения в коже?

1) тепловые

2) плотность их расположения на коже одинакова

3) горячевые

4) холодовые

117. При раздражении периферических терморецепторов возбуждающиеся импульсы поступают в…

1) медиальную преоптическую область гипоталамуса

2) гиппокамп

3) специфические ядра таламуса

4) ядра заднего гипоталамуса

118. Где находится "центр терморегуляции"?

1) в продолговатом мозге

2) в среднем мозге

3) в гипоталамусе

4) в мозжечке

5) в варолиевом мосту

119. Экспериментальное оперативное вмешательство привело к снижению способности животного поддерживать изотермию в условиях низкой тем-

пературы среды потому, что

1) поврежден гипофиз

2) нарушена деятельность ядер передней группы гипоталамуса

3) поврежден эпифиз

4) повреждены ядра задней группы гипоталамуса

120. В каких отделах гипоталамуса расположен центр теплообразования?

1) в области ядер передней группы

2) в области дорзальных ядер

3) все ответы правильные

4) в области ядер задней группы

121. В каких отделах гипоталамуса расположен центр теплоотдачи?

1) в области задней группы ядер

2) в области дорзальных ядер

3) в области передней группы ядер

4) все ответы правильные

5) в области ядер передней и дорзальной группы

122. Какие структуры головного мозга преимущественно оценивают тем-пературу организма?

1) таламус

2) преоптическая область гипоталамуса

3) мозжечок

4) лобная доля

5) затылочная доля

123. Полезным приспособительным результатом функциональной системы

терморегуляции является

1) мышечная дрожь

2) усиление потоотделения

3) постоянство температуры тела

4) изменение температуры тела

5) поведенческая реакция

124. Что демонстрирует эксперимент под названием «укол Бернара»?

1) участие ЦНС в теплоотдаче (влияние коры)

2) наличие центра терморегуляции в ЦНС (в гипоталамусе)

3) участие ЦНС в теплопродукции (в таламусе)

4) наличие центра терморегуляции в ЦНС (в гипофизе)

125. Центральные механизмы терморегуляции основаны на каком принци-

1) рефлекторном

2) саморегуляции и детерминации

3) гуморальном

4) отклонения и опережения

126. Снижение температуры тела при охлаждении есть следствие…

1) преобладания сократительного термогенеза над несократитель-ным

2) диссипации энергии

3) преобладания теплоотдачи над теплопродукцией

4) усиления химической терморегуляции

127. С какой целью в клинической практике применяется гипотермия?

1) для повышения обмена веществ головного мозга и повышения по-требности этого органа в кислороде

2) для повышения окислительных процессов организма

3) для снижения обмена веществ в органе и его потребности в ки-слороде

4) для повышения потребления организмом кислорода

128. Как изменяется состояние скелетной мускулатуры под действием на организм холода?

1) происходит расслабление

2) не изменяется

3) все ответы правильные

4) возникает мышечная дрожь

129. Как изменяется термогенез под действием холода?

1) уменьшается

2) увеличивается

Энергетический обмен присущ каждой живой клетке, сопровождая ее функциональный и структурный метаболизм. Единицей измерения энергообмена является 1 ккал (4,19 кДж). Коэффициент полезного действия определяется отношением внешней работы к выработанной энергии. Для изолированной мышцы он составляет около 35% . Мышечная работа целого организма редко дает КПД больше 25%.

Различают следующие уровни метаболической активности :

1. Уровень энергообмена, несовместимый с жизнью . По отношению к организму в целом он не превышает 15% максимального в данных условиях энергообмена. Однако надо помнить, что для организма в целом уровень обменных процессов имеет иное значение, чем для изолированных органов, ибо снижение активности работы сердца ведет к смерти организма даже когда обмен в самом сердце снижается на 50%.

2. Уровень подержания целостности . Он не может быть ниже 15% всей активности.

3. Уровень готовности к активному действию . Обычно составляет 50% энергообмена.

При снижении величины энергообмена ниже 50% происходит ухудшение и снижение функциональной активности организма.

Интенсивность энергообмена зависит от характера деятельности. В зависимости от этого выделяют понятия основной обмен и рабочий обмен . Однако, прежде чем нам рассматривать эти понятия, обратимся к методам исследования энергетических затрат организма.

Их два - прямая калориметрия и непрямая калориметрия . Куда и в каком виде тратится энергия в организме? Понятно, что прежде всего на мышечную работу, затем - на проведение электрических импульсов, на работу химических насосов, на синтез продуктов, на работу сердца и внутренних органов. В этом плане в организме встречается и механическая, и электрическая и разные виды химической энергии.

Для изучения энергетических затрат методом прямой калориметрии надо любыми возможными способами непосредственно измерить эту энергию, которую организм, в соответствии с законом сохранения энергии, преобразует тепло и выделяет о внешнюю следу. Такое исследование возможно в специальных камерах, разработанных русским ученым Шатерниковым. В них создаются все условия для жизнеобеспечения человека или животного в течение суток и для измерения всего тепла, выделенного организмом за это время. Это длительная и дорогостоящая процедура, поэтом она в клинике н используется, хотя применяется в некоторых научных лабораториях.

Остаются косвенные методы измерения энергозатрат. Известно, что в результате окисления 1 г белков и углеводов освобождается 4,1 ккал тепла, а при окислении 1г жиров - 9,3 ккал. Зная количество принятых за определенный срок с пищей белков, жиров и углеводов, можно было бы рассчитать, сколько за это время поступило в организм энергии (а значить и выделилось, в соответствии с законом сохранения энергии). Этот метод учета общей величины энергозатрат организма называется методом пищевых рационов. Он не требует никакой аппаратуры, производится лишь учет количества съеденной пищи и по таблицам подчитывается ее калорийность.

Однако этот метод не совсем точен, ибо постоянно может быть отложение воспринятых веществ в депо, или, наоборот, присоединение к принятой пище ранее депонированных продуктов. Поэтому метод пищевых рационов применяется чаще всего лишь для контроля за общей калорийностью и энергетической ценностью пищи.

Более точным методом при определении энергетических затрат является метод исследования газообмена, который тоже относится к непрямой калориметрии. Из-за простоты, портативность аппаратуры и быстроты определения он имеет весьма широкое распространение. Основан метод газообмена на том, что между количеством освобожденного к организмом тепла, выделением углекислого газа и поглощением кислорода существуют точные соотношения.

Исследования теплоты сжигания каждого рода пищевых веществ в калориметрической бомбе показывают. что определенному количеству поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа соответствует и определенное количество калорий выделенного тепла. Зная состав исследуемого вещества, нетрудно рассчитать, сколько кислорода необходимо для его полного окисления до углекислого газа и воды. С учетом этих количеств для каждого вещества определяется калорический эквивалент кислорода (КЭК ), т.е. количество тепла, освобождающееся при полном окислении его в условиях поглощения 1л кислорода. КЭК для углеводов равен 5 ккал, для жиров - 4,7 ккал, для белков - около 4,85 ккал. Это значит, что при окислении углеводов при потреблении каждого литра кислорода выделятся 5 ккал тепла.

Знание величины КЭК позволяет точно устанавливать величину энергетических затрат путем определения количества кислорода, которое за данный промежуток времени потреблено организмом.

Однако, чтобы это было возможно, необходимо знать еще, какие вещества в данный момент времени окисляются в организме. Это возможно определить по т.н. дыхательному коэффициенту . Дело в том, что в зависимости от химического состава окисляющегося вещества соотношение выделенного углекислого газа и потребленного кислорода различно. Это отношение и носит название дыхательного коэффициента (ДК). При окислении углеводов он равен 1, так как: C6H12O6 +6O2 =6CO2 +6H2O

Для жиров ДК равен 0,7, для белков 0,85. Поэтому, зная величины выделенного и поглощенного газа, легко рассчитать ДК, а зная его - применить нужный КЭК.

Методика изучения газообмена в принципе состоит в определении состава вдыхаемого и выдыхаемого воздуха и их объемов, и вычислении указанных коэффициентов.

Однако, поскольку люди питаются в основном смешанной пищей, то путем многих статистических исследований показано, что в среднем при общепринятом европейском рационе ДК равен 0,9 без особо больших колебаний. Если принять ДК за 0,9, тогда не надо определять количество поглощенного углекислого газа, достаточно знать величину поглощенного кислорода. Это делается легко с помощью метода Крога в приборах метаболиметрах или спирометрах. С конкретной методикой Вы познакомитесь на занятиях.

В 60-х годах прошлого столетия Биддером и Шмидтом было установлено, что расход энергии в покое отличается значительным постоянством. Оказалось, что у человека и животных наиболее низкие величины расхода энергии наблюдаются при исключении мышечной деятельности и приема пищи, и при температуре среды, соответствующей минимальной активности механизмов терморегуляции. Этот уровень получил название основного обмена.

Для определения основного обмена (ОО ) обычно производят исследование газообмена в утренние часы, через 14 часов после последнего приема пищи при температуре помещения 20-22оС. Исследуемый должен лежать совершенно спокойно, в удобной для него позе. Лучше всего исследование производить в постели, сразу после пробуждения. Исследование продолжается 10-15 минут.

У лиц одинакового роста, веса, пола и возраста основной обмен примерно одинаков и колеблется не более чем +-15%. Зная вес тела, рост и возраст, можно с помощью специальных формул и таблиц определить интенсивность должного основного обмена (ДОО) у людей. Истинные величины ОО не должны отличаться от ДОО более чем на 15%. Изменения ОО наблюдаются чаще всего при гормональных нарушениях (щитовидной и др. желез) и ряде других заболеваний.

Если пересчитать интенсивность ОО на 1 кг веса тела, то она весьма различна у животных разных видов и людей разного веса, роста и возраста. При этом у детей она выше, чем у взрослых. Если же произвести перерасчет интенсивности ОО на 1 м2 поверхности тела, то полученные результаты у разных животных и людей будут отличаться значительно меньше. Это дало в свое время повод Рубнеру сформулировать т.н. "правило поверхности ", согласно которому затраты энергии теплокровных животных пропорциональны поверхности тела.

Однако это не абсолютно верно. Интенсивность обмена веществ может значительно различаться у двух индивидуумов с одинаковой поверхностью тела, так как уровень окислительных процессов определяется не столько теплоотдачей с поверхности тела, сколько теплопродукцией клеток, зависящей от вида животного и состояния организма, которое, в свою очередь, обусловлено деятельностью его нервной системы и эндокринного аппарата. В связи с этим большее значение имеет т.н. "правило скелетных мышц " Аршавского, которое утверждает зависимость ОО от объема мышечной массы тела.

Определенные изменения расхода энергии отмечаются с возрастом. Самый высокий уровень обмена - у новорожденных и детей до года, затем эти величины снижаются. К 10-12 годам уровень обмена достигает показателей взрослого человека, однако до полового созревания у девочек он больше, чем у мальчиков.

Куда идет энергия в условиях основного обмена? В организме, находящемся в состоянии полного покоя, никогда не прекращается работа сердца, дыхательных мышц, деятельность почек, печени. Некоторое напряжение скелетных мышц (тонус) сохраняется и при полном расслаблении мускулатуры во время лежания и во сне. Считают, что из всего обмена веществ приблизительно 4-6% приходится на сердечную мышцу, 4-6% - на почки, 20-30% - на печень и органы пищеварения, 2-5% - на нервную систему и 40-50% - на скелетную мускулатуру.

Уровень обмена веществ неразрывно связан с процессами питания. На обмен веществ оказывают влияние как отдельные примы пищи, так и общее количество принятой с пищей веществ, а также их качественный состав. Всякий прием пищи вызывает повышение обмена веществ в организме, находящемся в условиях мышечного покоя. Это повышение обмена называется специфически динамическим действием пищи (СДП).

Наибольшее СДП оказывает прием белков. Повышение обмена может достигать при этом 30-40% общей энергетической ценности введенного в организм белка. Для углеводов СДП составляет 4-6%, для жиров - еще меньше. При питании смешанной пищей СДП составляет 10-12% ОО.

Причина СДП двоякая. 60% ее величины приходится на условно-рефлекторный компонент (доказывается опытом мнимого кормления). 40% приходится на работу пищеварительного аппарата. У новорожденных детей еще до первого кормления сосание соски-пустышки вызывает увеличение обмена. Очевидно, влияние акта еды на уровень обмена является безусловным рефлексом, биологическое значение которого заключается в том, что организм получает энергию для деятельности (возможно, из депо) задолго до того, когда принятые с пищей вещества реально поступят в метаболический котел. Если бы такого механизма не существовало, выбившийся из сил голодный человек смог бы активно передвигаться только через 3-4 часа после кормления. В реальной жизни он может это делать сразу после еды.

При мышечной деятельности обмен веществ в мускулатуре и в организме в целом сильно возрастает. Так, по сравнению с уровнем обмена лежа сидение вызывает повышение обмена на 12%, стояние - на 20%, ходьба - на 80-100%, бег - на 300-400%. Весьма интенсивная работа может повысить обмен веществ в 10 раз.

По степени энергетических затрат можно распределить представителей разных профессий на 4 группы. Суточный расход энергии этих групп такой:

1 группа - работники умственного труда (ученые, врачи, инженеры, студенты и т.п.) - 3000 ккал/сут.;

2 группа - работники механизированных производств (токари, водители, текстильщики и т.п.) - 3500 ккал/сут.;

3 группа - рабочие, занятые физическим трудом (слесари, истопники, с/х рабочие и т.п.) - 4000 ккал/сут.;

4 группа - рабочие тяжелого физического труда (грузчики, землекопы и т.п.) - 4500 ккал/сут. и более.

При умственном труде энергетические затраты значительно ниже, чем при физическом. Однако в гипнозе может быть большое повышение.

Принципы составления пищевых рационов . В зависимости от энергетических затрат стоит задача составления правильных пищевых рационов. Количество принятых с пищей калорий должно соответствовать энергетическим тратам организма.

Необходимые количества энергии могут быть получены организмом за счет окисления и белков, и жиров, и углеводов. Однако, кроме энергетических нужд организма надо учитывать и пластические нужды, надо помнить и о суточной потребности каждого их питательных веществ.

Особенно важен вопрос о нормах белка в питании человека. Некоторые западные исследователи считают, что количество белка в пище должно быть таково, чтобы не нарушалось азотистое равновесие. Наши ученые считают, что всегда должен быть какой-то белковый резерв в организме, поэтому при составлении рациона надо ориентироваться не на белковый максимум, а на белковый оптимум, т.е. на то количество белка, которое полностью обеспечивает потребности организма, хорошее самочувствие, высокую работоспособность, достаточную сопротивляемость инфекциям, а для детей и потребности роста. Ежесуточный прием с пищей взрослым человеком в среднем 80-100 г. белка полностью удовлетворяют этим требованиям. Не менее 30% белка должно быть животного происхождения.

Для детей суточная норма белка на 1 кг веса должна быть повышена. Для 1-3 лет она составляет 55 г, 4-6 лет - 72 г., 7-9 лет - 89 г, 10-15 лет 100-106 г.

Пищевой рацион должен включать не менее 60 г. жиров и 400-500 г. углеводов. У взрослых при трехразовом питании 30% рациона должно приходиться на завтрак, 40% на обед и 25% на ужин. Необходимо помнить также и о минеральном составе, витаминах. заменимых и незаменимых аминокислотах и др.

Таким образом, при составлении пищевого рациона необходимо руководствоваться следующими принципами:

1. Соответствие энергетическим затратам.

2. Удовлетворение нормы белков, жиров и углеводов в питании.

3. Учет усвояемости пищевых веществ.

4. Минеральный и витаминный состав.

5. Учет состояния организма и способов приготовления пищи (диетология).

6. Правильное распределение рациона по часам суток.

7. Разнообразие пищи и ее органолептика.

8. Учет потребностей роста.

Обмен веществ в организме. Пластическая rf энергетическая роль

питательных веществ

Постоянный обмен веществ и энергии между организмом и окружающей средой является необходимым условием его существования и отражает их

единство. Сущность этого обмена заключается в том, что поступающие в организм питательные вещества, после пищеварительных превращений, используются как пластический материал. Энергия, образующаяся при этом восполняет энергозатраты организма. Синтез сложных специфичных для организма веществ из простых соединений, всасывающихся в кровь, называется ассимиляцией или анаболизмом. Распад веществ организма до конечных продуктов, сопровождающийся выделением энергии называется диссимиляцией или катаболизмом. Эти процессы неразрывно связаны. Ассимиляция обеспечивает аккумуляцию энергии, а энергия выделяющаяся при диссимиляции необходима для синтеза веществ. Анаболизм и катаболизм объединены в единый процесс с помощью АТФ и НАДФ. Посредством их энергия, образующаяся в результате диссимиляции, передается для процессов ассимиляции.

Белки в основном являются пластическим материалом. Они входят в состав клеточных мембран, органелл. Белковые молекулы постоянно обновляются. Но это обновление происходит не только за счет белков пищи, но и посредством реутилизации собственных белков. Однако из 20 аминокислот, образующих белки, 10 являются незаменимыми. Т.е. они не могут образовываться -в организме. Конечными продуктами распада белков являются такие азотсодержащие соединения, как мочевина, мочевая кислота, креатинин. Поэтому состояние белкового обмена можно отгенить по азотистому балансу. Это соотношение количества азота поступающего с белками пищи и выделенного из организма с азотсодержащими продуктами обмена. В 100 г белке содержится около 16 г азота. Следовательно выделение 1 г азота свидетельствует о распаде в организме 6,25 г белка. Если количество выделяемого азота равно количеству поглощенного организмом имеет место азотистое равновесие. Если поступившего азота больше, чем выделенного, это называется положительным азотистым балансом. В организме происходит задержка или ретенция азота. Положительный азотистый баланс наблюдается при росте организма, при выздоровлении после тяжелых заболевания и после длительного голодания. Когда количество азота, выделенного организмом больше, чем поступившего, имеет место отрицательный азотистый баланс. Его возникновение объясняется преимущественным распадом собственных белков организма. Он возникает при голодании, отсутствии в пище незаменимых аминокислот, нарушениях переваривания и всасывания белка, тяжелых заболеваниях. Количество белка, которое полностью обеспечивает потребности организма называется белковым оптимумом. Минимальное, обеспечивающее лишь сохранение азотистого баланса - белковым минимумом. ВОЗ рекомендует потребление белка не менее 0,75 г на кг веса в сутки. Энергетическая роль белков относительно небольшая.

Жирами организма являются триглицериды, фосфолипиды. и стерины. Основная их роль энергетическая. При окислении липидов выделяется наибольшее количество энергии, поэтому около половины энергозатрат организма обеспечивается липидами. Они также являются.аккумулятором энергии в организме, потому что откладываются в жировых депо и -используются по мере необходимости. Жир депо составляют около 15% веса тела. Жиры имеют определенную пластическую роль, так как фосфолипиды, холестерин, жирные кислоты входят в состав клеточных мембран и-органелл. Кроме того, они покрывают внутренние органы. Например околопочечный жир способствует фиксации почек и предохранению их от механических воздействий. Липиды являются и источниками эндогенной воды. При окислении 100 г жира образуется около 100 г воды. Особую функцию выполняет бурый жир, располагающийся вдоль крупных сосудов и между лопаток. Содержащийся в его жировых клетках полипептид, при охлаждении организма, тормозит ресинтез АТФ за счет липидов. В результате резко усиливается теплопродукция. Большое значение имеют незаменимые жирные кислоты - линолевая, линоленовая и арахидоновая. Без них невозможен синтез фосфолипидов клеток, образование простагландинов и т.д. При их отсутствии задерживается рост и развитие организма.

Углеводы в основном играют энергетическую роль, так как служат основным источником энергии для клеток. Например, энергетические потребности нейронов покрываются исключительно глюкозой. Они аккумулируются в виде гликогена в печени и мышцах. Углеводы имеют определенное пластическое значение, так как глюкоза необходима для образования иуклеотидов и синтеза некоторых аминокислот.

Ч Методы измерения энергетический баланса организма

Соотношение между количеством энергии, поступившей с пищей, и энергии, выделенной во внешнюю среду называется энергетическим балансом организма Существует 2 метода определения выделяемой организмом энергии.

1 .Прямая калориметрия. Ее принцип основан на том, что все виды энергии в конечном итоге переходят в тепловую. Поэтому при прямой калориметрии определяют количество тепла, выделяемого организмом в окружающую среду за единицу времени. Для этого используют специальные камеры с хорошей теплоизоляцией и системой тегшоообменных труб, по которым циркулирует и нагревается вода.

2.Непрямая калориметрия. Она заключается в определении соотношения выделенного углекислого газа и поглощенного кислорода за единицу времени. Это полный газовый анализ.. Данное соотношение называется дыхательным коэффициентом (ДК).

Различают пластический и энергетический обмен. Пластический обмен предстоит студентам изучить самостоятельно , учитывая полную его характеристику в пройденном курсе биохимии.

Энергетический обмен.

Источником свободной энергии для всех живых существ служит Солнце. Зеленые растения (аутотрофы) за счет фотосинтеза создают в течение года примерно 10 10 тонн питательных веществ. Гетеротрофы сами не могут «питаться» светом. Они получают свободную энергию, употребляя в качестве пищи растения или части тела других животных. Пищеварение обеспечивает поступление в клетки продуктов гидролиза углеводов, белков и жиров, в которых заключена свободная энергия солнечного света.

В соответствии с данными учебника В.О. Самойлова, основным способом использования свободной энергии питательных веществ организмом является их биологическое окисление. Оно происходит на внутренней мембране митохондрии, где сосредоточены ферменты, катализирующие биологическое окисление, сопряженное с фосфорилированием (образованием АТФ из АДФ), - клеточное дыхание. Синтез АТФ сопровождается значительными тепловыми потерями, составляющими половину всей тепловой энергии, выделяемой организмом в условиях основного обмена . Энергия, запасенная АТФ при его синтезе, используется организмом для совершения различных видов (форм) полезной работы. Она освобождается при гидролизе АТФ и переносится на различные компоненты клетки посредством их фосфорилирования, причем мышечная работа отнюдь не является самой энергоемкой в жизни человека. Огромны затраты свободной энергии на синтез сложных биомолекул. Так, для синтеза одного моля белка требуется от 12 000 до 200 000 кДж свободной энергии. Следовательно, в «сборке» одной молекулы белка участвуют от 1000 до 16 000 молекул АТФ (с учетом КПД процесса, составляющего около 40%). Так, образование одной молекулы белка с молекулярной массой 60 кДа требует гидролитического расщепления полутора тысяч молекул АТФ. Для синтеза молекулы РНК необходимо около 6000 молекул АТФ. Еще больше энергии требуется для образования ДНК - на созидание 1 молекулы ДНК тратится 120 000 000 молекул АТФ. Однако количество синтезируемых молекул белка значительно больше, чем нуклеиновых кислот, в силу разнообразия его функций и беспрестанного быстрого обновления. Поэтому именно синтез белка в организме наиболее энергоемок по сравнению с другими биосинтетическими процессами (за исключением синтеза АТФ). Масса АТФ, синтезируемого взрослым человеком в течение одних суток, равна примерно массе его тела. Полезно иметь в виду, что в течение каждого часа жизни у млекопитающих белок стромы клеток обновляется в среднем на 1%, а белки-ферменты - на 10%. У человека массой 70 кг ежечасно обновляется около 100 г белка.

Таким образом, первой формой полезной работы биологической системы является химическая, обеспечивающая биосинтез. Другая важная «статья» расхода свободной энергии в организме - поддержание физико-химических градиентов на клеточных мембранах, т. е. осмотическая работа. В живой клетке концентрация ионов и органических веществ иная, чем в межклеточной среде, т. е. на клеточной мембране существуют концентрационные градиенты. Различие концентрации ионов и молекул приводит к возникновению и других градиентов: осмотического, электрического, фильтрационного и т. д.

Обилие градиентов характерно для биологических систем, при их умирании градиенты падают и ликвидируются. Только живые организмы способны поддерживать неравновесное состояние своих сред, выражением чего и служат градиенты. Они являются тем потенциальным ресурсом, который обеспечивает совершение клеткой в нужный момент свойственной ей работы: генерации нервного импульса нейронами, сокращений мышечных волокон для обеспечения движений, транспорта веществ через клеточные мембраны в процессах всасывания, секреции, выделения и т. д. Физико-химические градиенты организма - основа его активности. Он затрачивает значительную энергию на их создание и поддержание.

Важно понять, что именно градиент, а не просто разность величин данного физико-химического параметра, служит движущей силой многих жизненных процессов, например транспорта веществ в организме. Во всех уравнениях, выражающих закономерности процессов переноса веществ и энергии, аргументами являются градиенты.

Наличие градиентов вызывает непрерывный перенос веществ через клеточные мембраны (пассивный транспорт). Он должен был бы уменьшить величину градиентов (выравнять концентрации и другие физико-химические параметры). Однако в нормально функционирующей клетке градиенты на мембране стабильно под­держиваются на определенном уровне благодаря активному транспорту, который обеспечивается энергией макроэргических соединений. КПД этого процесса - около 20-25%. Такой же КПД характерен для преобразования энергии макроэргов в электрическую работу, поскольку биоэлектрогенез обеспечивается транспортом ионов через биологическую мембрану, т. е. осмотическими процессами.

Наконец, организм совершает механическую работу, для которой также необходим гидролиз АТФ. Коэффициент полезного действия мышечного сокращения и немышечных форм двигательной активности - обычно не более 20%.

Параллельно с совершением работы организм преобразует свободную энергию питательных веществ в тепло. В конечном итоге вся энергия, полученная организмом с пищей, превращается в тепловую и в такой форме отдается им окружающей среде. Принято выделять несколько этапов в этом теплообразовании. Прежде всего, тепловые потери присущи биологическому окислению питательных веществ, в ходе которого синтезируется АТФ. Выделяющуюся при этом тепловую энергию называютпервичным теплом. Все остальное теплообразование (при синтезе макромолекул, поддержании градиентов за счет активного транспорта веществ, биоэлектрогенезе, мышечных сокращениях, других формах двигательной активности, а также при трении в мышцах, кровеносных сосудах, суставах и т. д., при распаде белков и других макромолекул, при пассивном транспорте веществ) называютвторичным, теплом.

Расход энергии (энергетические траты) организма разделить на основной обмен и рабочий (добавочный) обмен.

Основному обмену соответствует минимальный расход энергии, обеспечивающий гомеостазис организма в стандартных условиях. Измеряется он у бодрствующего человека, утром, в условиях полного эмоционального и физического покоя, при температуре комфорта, натощак, в горизонтальном положении тела.

Энергия основного обмена расходуется на синтез клеточных структур, поддержание постоянной температуры тела, деятельности внутренних органов, тонуса скелетных мышц и сокращения дыхательных мышц.

Интенсивность основного обмена зависит от возраста, пола, длины и массы тела. Наиболее высокий основной обмен, отнесенный к 1 кг массы тела, характерен для детей в возрасте 6 мес, затем он постепенно падает и после периода полового созревания приближается к уровню взрослых. После 40 лет основной обмен человека начинает постепенно снижаться.

Половина всего энергорасхода основного обмена приходится на печень и скелетные мышцы. У лиц женского пола в связи с меньшим относительным количеством в организме мышечной ткани основной обмен ниже, чем у лиц мужского пола. Мужские половые гормоны повышают основной обмен на 10- 15 %, женские половые гормоны таким действием не обладают.

Примерным стандартом основного обмена взрослого человека может быть величина 4,2 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела в 1 ч. При массе тела, равной 70 кг, основной обмен мужчины составляет в сутки 7100 кДж, или 1700 ккал.

Рабочий обмен - это совокупность основного обмена и энергетических трат организма, обеспечивающих его жизнедеятельность в условиях терморегуляторной, эмоциональной, пищевой и рабочей нагрузок.

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

При эмоциях увеличение расхода энергии у взрослого человека составляет обычно 40- 90 % от уровня основного обмена и связано главным образом с вовлечением мышечных реакций - фазных и тонических. Прослушивание радиопередач, вызывающих эмоциональные реакции, может повысить расход энергии на 50 %, у детей при крике затраты энергии могут повышаться втрое.

Во время сна уровень метаболизма на 10- 15 % ниже, чем в условиях бодрствования, что обусловлено расслаблением мышц, а также снижением активности симпатической нервной системы, снижением выработки гормонов надпочечников и щитовидной железы, увеличивающих катаболизм.

Специфическое динамическое действие пищи представляет собой повышение расхода энергии, связанное с превращением пищевых веществ в организме, главным образом после их всасывания из пищеваритель ного тракта. При потреблении смешанной пищи обмен повышается на 5-10 %; углеводная и жирная пища увеличивает его незначительно - примерно на 4 %. Пища, богатая белком, может повышать расход энергии на 30 %, эффект обычно длится 12- 18 ч. Это обусловлено тем, что метаболические преобразования в организме белков сложны и требуют больших затрат энергии по сравнению с таковыми жиров и углеводов. Возможно, поэтому углеводы и жиры при их избыточном приеме увеличивают массу тела, а белки таким действием не обладают.

Специфическое динамическое действие пищи является одним из механизмов саморегуляции массы тела человека. Так, при избыточном приеме пищи, особенно богатой белком, развивается увеличение энергорасхода, ограничение приема пищи сопровождается снижением расхода энергии. Поэтому для коррекции массы тела людям с избыточной массой тела необходимо не только ограничение калорийности пищи, но и увеличение расхода энергии, например, с помощью мышечных нагрузок или охлаждающих процедур.

Рабочий обмен превышает основной обмен, главным образом за счет функций скелетных мышц. При их интенсивном сокращении расход энергии в мышце может возрасти в 100 раз, общий расход энергии при участии в такой реакции более 1/3 скелетных мышц за несколько секунд может повыситься в 50 раз.

Параметры энергетического обмена могут быть вычислены или прямо измерены.

Приход энергии определяютсжиганием навески пищевых веществ (физическая калориметрия) или расчетом содержания в пищевых продуктах белков, жиров, углево­дов.

Физическая калориметрия проводится при сжигании веществ в калориметре («калориметрической бомбе») Бертло. По нагреванию воды, находящейся между стенками калориметра, определяют количество тепла, выделенного при сжигании вещества. Согласно закону Гесса, суммарный тепловой эффект химической реакции зависит от исходных и конечных ее продуктов и не зависит от промежуточных этапов реакции.

Поэтому количество тепла, выделяемого при сжигании вещества вне организма и при его биологическом окислении, должно быть одинаковым.

Определение прихода энергии по калорийности принимаемых пищевых веществ. Теплота окисления 1 г вещества в организме, или калорический коэффициент питательных веществ, для углеводов и жиров равна их физической калорийности. Для углеводов этот показатель равен 4,1 ккал, или 17,17 кДж, для жиров - 9,3 ккал, или 38,94 кДж. Часть химической энергии белков теряется вместе с конечными продуктами обмена (мочевиной, мочевой кислотой, креатинином), обладающими теплотворной способностью. Поэтому физическая калорийность 1 г белков (5,60- 5,92 ккал) больше физиологической, которая равна 4,1 ккал, или 17,17 кДж.

После определения с помощью таблиц содержания в принятой пище (в граммах) белков (Б), жиров (Ж) и углеводов (У) рассчитывают (в килокалориях) содержащуюся в них химическую энергию (Q): Q = 4,1 х Б + 9,3 х Ж + 4,1 х У. Полученный результат следует оценивать с поправкой на усвоение, в среднем составляющей 90 %.

Определение расхода энергии (интенсивность метаболизма). Существуют прямой и непрямой способы определения расхода энергии, которые рассматриваются как разновидности физиологической калориметрии.

Прямая калориметрия была впервые разработана А.Лавуазье и в 1780 г. применена для непрерывного измерения биокалориметром тепла, выделяемого животным организмом. Прибор представлял собой герметизированную и теплоизолированную камеру, в которую подавался кислород; углекислый газ и водяные пары постоянно поглощались. Тепло, выделяемое находящимся в камере животным, нагревало воду, циркулировавшую по трубкам. В зависимости от степени нагревания воды и ее массы проводилась оценка количества тепла, выделяемого организмом в единицу времени.

Непрямая калориметрия. Наиболее простой вариант основан на определении количества потребляемого организмом кислорода (неполный газовый анализ). В ряде случаев для оценки интенсивности метаболизма определяют объем выделяющегося углекислого газа и объем потребленного организмом кислорода (полный газовый анализ).

Зная количество потребленного кислорода и выделившегося углекислого газа, легко рассчитать расход энергии, поскольку показателем характера окисляемых в организме веществ является дыхательный коэффициент (ДК).

Дыхательный коэффициент - отношение объема выделенного СО 2 к объему потребленного кислорода (ДК == Vco 2 /Vo 2 ,). Величина ДК зависит от вида окисляемых веществ. При окислении глюкозы он равен 1,0, жиров - 0,7, белков - 0,81. Эти различия объясняются тем, что в молекулах белков и жиров кислорода содержится меньше и для их сгорания требуется больше кислорода. По этой же причине при повышении в пищевом рационе доли углеводов и их переходе в жиры ДК становится больше 1,0 и потребление кислорода снижается, поскольку часть кислорода глюкозы не используется для синтеза жиров. При обычном (смешанном) питании ДК приближается к 0,82. При голодании в связи со снижением метаболизма глюкозы увеличивается окисление жиров и белков и дыхательный коэффициент может снижаться до 0,7.

Количественное соотношение принимаемых с пищей белков, жиров и углеводов определяет, естественно, не только величину дыхательного коэффициента, но и калори-ческий эквивалент кислорода.

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

Регуляция обмена веществ находится под контролем гормонов и нервных центров.

Одним из убедительных экспериментальных доказательств возможности участия ЦНС в регуляции обмена веществ и энергии послужил опыт К.Бернара (1849), получивший название «сахарного укола»: введение иглы в продолговатый мозг собаки на уровне дна IV желудочка приводило к повышению концентрации глюкозы в плазме крови. В 1925 г. Г.Гессом доказано участие в сложных двигательных и вегетативных реакциях организма «эрготропных» и «трофотропных» зон гипоталамуса, раздражение которых может приводить к значительному преобладанию соответственно катаболических или анаболических реакций обмена. В этом же отделе мозга позднее были найдены центры голода, жажды, а также пищевого и питьевого насыщения.

Лимбическая кора больших полушарий способствует вегетативному, в том числе и метаболическому обеспечению эмоциональных реакций. Новая кора может быть субстратом для выработки самых тонких, индивидуальных механизмов регуляции - условных рефлексов. Ученики И.П.Павлова наблюдали, в частности, повышение расхода энергии при действии лишь сигналов охлаждения, приема пищи или физической нагрузки.

Обмен веществ и энергии – совокупность физических, химических и физиологических процессов, в результате которых происходит превращение сложных пищевых веществ в относительно простые химические соединения, которые усваиваются организмом с образованием энергии.
В результате образуется 3 основных вида энергии – тепловая, механическая, электрическая (расположены по убыванию объема).
Интенсивность всех обменных процессов выражают в тепловых единицах – калориях.
Энергия необходима для:
- поддержания оптимальной температуры тела;
- выполнения механической работы;
- обеспечения воспроизводства клеточных структур.

Обмен веществ обеспечивает пластические и энергетические потребности.
Пластические потребности удовлетворяются за счет использования структурных элементов, употребленных в пищу пищевых веществ, используемых для построения новых биологических структур.
Энергетические потребности удовлетворяются за счет преобразования потенциальной химической энергии питательных веществ в энергию макроэргических (АТФ) и восстановленных (НАДФ) соединений.
Энергия этих веществ необходима для:
- синтеза собственных белков, нуклеиновых кислот, липидов, компонентов клеточных мембран, компонентов органелл;
- выполнения клеткой утилизации энергии.

Таким образом, обмен веществ – совокупность двух тесно взаимосвязанных между собой, но разнонаправленных процессов анаболизма и катаболизма.

Анаболизм – совокупность биосинтеза органических веществ, компонентов клеток, органов и тканей. Обеспечивает рост, развитие, обновление клеточных структур и непрерывный синтез макроэргов и их накопление.

Катаболизм – совокупность процессов расщепления сложных молекул, компонентов клеток до простых веществ и конечных продуктов метаболизма.

Два вида катаболизма – бескислородный (анаэробный) и кислородный.

В ходе анаэробного расщепления глюкозы или ее резервного субстрата (гликогена) идет превращение 1 моль глюкозы в 2 моль лактата, производится 2 молекулы АТФ. Энергия, образующаяся в ходе этого обмена, не может полностью обеспечить функции организма, а только кратковременные энергетические затраты организма.

В норме процесс анаболизма и катаболизма находятся в организме в динамическом равновесии лишь с временным преобладанием одного над другим. Это зависит от индивидуальных особенностей, климата, возраста.

Для определения величины энергообразования используется калориметрия (прямая и непрямая).
Прямая калориметрия основана на непосредственном учете тепла рассеиваемого организмом в процессе катаболизма. Для этого используются биокалориметры (напр., биокалориметр Этуотера-Бенедикта). Он представляет собой теплоизолированное помещение с системой жизнеобеспечения. Главный элемент – теплообменник – система труб, окутывающих комнату, по которым циркулирует теплоноситель (вода или масла).
Q = Cm(t о 2 – t о 1), где C – удельная теплоемкость, m – масса теплоносителя.
Этот метод самый точный, но громоздкий и используется только в экспериментах.

Непрямая калориметрия основана на том, что в процессе обмена веществ происходит потребление кислорода и выделение углекислого газа. Основной метод – Дугласа-Холдена:
- биологический объект, у которого за определенное время собирают воздух;
- определяют в выдохнутом воздухе %кислорода и % углекислого газа;
- определяют общий объем выдохнутого воздуха в единицу времени;
- рассчитывают дыхательный коэффициент;
- определяют по величине дыхательного коэффициента калорический эквивалент кислорода;

Дыхательный коэффициент (Д.К.) – отношение количества выдохнутого углекислого газа к количеству потребленного кислорода.

Выдыхаемый воздух: концентрация CO 2 = 4%, О 2 =17%.
Д.К. показывает, какие вещества в данный момент времени окисляются в организме.
Д.К.=1 – для расщепления углеводов
Распад разных веществ требует разное количество О 2 и определяется выделенным теплом.
Калорический (тепловой) эквивалент О 2 при распаде вещества:
белки=4,1 ккал;
жиры=9,3 ккал;
углеводы=4,1 ккал.

Калорический (тепловой) эквивалент О 2 – это количество тепла, образующегося при окислении в организме 1 л О 2 в зависимости от того, какое количество вещества окисляется./
- определение общего числа потребленного О 2 ;
- расчет количества энергии.

Основной обмен – это минимальный уровень энергозатрат, необходимых для поддержания жизнедеятельности организма в условиях относительного физического, психического и эмоционального покоя. В этих условиях энергия затрачивается на осуществление функций нервной системы, ионных насосов, поддержания температуры тела, дыхательной мускулатуры, сердечной мышцы, гладких мышц внутренних органов и сосудов, работы почек.

Величина основного обмена (ВОО) определяется утром, в положении лежа, при максимальном расслаблении мышц, в состоянии бодрствования, в условиях температурного комфорта, натощак через 12-14 часов после последнего приема пищи.

Для взрослых ВОО 1 ккал/кг/час (4,19 кДж). Для взрослого мужчины весом 70 кг ВОО = 1700 ккал/сут. Для женщин = 1500 ккал/сут.
ВОО очень тесно связана с площадью поверхности тела (величина отдачи тепла зависит от площади поверхности тела).

У теплокровных с разными размерами тела с 1м 2 поверхности тела в окружающую среду рассеивается относительно одинаковое количество тепла.
На этом основании Рубнер формулировал закон: «Энергетические затраты теплокровного организма пропорциональны величине поверхности тела».
Должная ВОО рассчитывается по таблицам (таблицы Гарриса-Бенедикта наиболее точные), формулам (форм.Дрейера) с учетом пола, возраста, роста, массы тела.

Формула Дрейера:

Должная ВОО = W/K * A * 0,13(3), где W – масса человека в граммах, K – константа половая (для мужчин = 0,1015; для женщин = 0,1129), А – возраст объекта.

Валовый обмен веществ – основной обмен + рабочая прибавка.
Рабочая прибавка – это дополнительные энергозатраты, обусловленные физическим трудом.

Специфическое динамическое действие пищевых веществ (СДДПВ) – усиление интенсивности обмена веществ под влиянием приема пищи и усиления энергетических затрат организма относительно уровня обмена веществ до приема пищи.
СДДПВ обусловлено:
- усилением переваривания;
- энергозатратами на всасывание в кровь и лимфу питательных веществ;
- ресинтезом белковых и липидных молекул, специфичных для организма;
- влиянием на метаболизм биологически активных веществ пищи.

СДДПВ возрастает в течение трех часов и продолжается от 12 до 18 часов.

Три основные группы пищевых веществ – белки, жиры и углеводы.
Белки повышают интенсивность обмена на 30%, смешанная пища – на 6-15%

Роль белков в организме:

У здорового человека количество разрушающегося белка равно количеству ресинтезирующегося белка. Все живые существа могут усваивать азот только из аминокислот.
Незаменимые аминокислоты не синтезируются в организме, следовательно, должны обязательно поступать извне. К незаменимым аминокислотам относятся: валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин. Для детей незаменимыми также являются гистидин и аргинин.

Скорость распада и скорость обновления белка различно и характеризуется периодом полураспада белка:
- гормоны пептидной природы имеют период полураспада от минуты до нескольких часов;
- белки плазмы – сутки;
- мышечные белки – до 80 дней.

Все белки полностью обновляются за 80 суток. О суммарном количестве распавшегося белка судят по количеству выделенного азота. В 100% белка находится 16% азота. Выделение 1г азота соответствует распаду 6,25г белка. В норме выделяется 3,7г азота (примерно 23г белка).
0,028 – 0,075г азота/кг массы тела/сут – коэффициент изнашивания по Рубнеру.
Азотистый баланс: равновесие, отрицательный, положительный.
ВОЗ рекомендует потребление белка не менее 0,75г/кг массы тела/сут.
Для взрослого человека это составляет примерно 52,5г легкоусвояемого белка.

Это нейтральные сложные эфиры жирных кислот. Примерно 50% потребности энергии взрослого человека.
Триацилглицериды (ТАГ) запасы – от 10 до 20% массы тела (½– подкожная жировая клетчатка, ½ - большой сальник, в области гениталий, подмышек). Являются источником эндогенной воды в организме.
При окислении 100г жира образуется 107г воды.
Бурый жир: в организме имеет такой оттенок, т.к. в нем находится множественные окончания симпатических нервных волокон, митохондрии. За счет этого может легко мобилизоваться. У человека находится в межподлопаточной области, вдоль крупных сосудов грудной области, на шее. Составляет 0,1% от массы тела.
Специфика: в митохондриях бурых жировых клеток находится бурый специфический полипептид, способный разделять процессы окисления и образования АТФ.

Углеводы:

В основном – крахмал + гликоген.
В ЖКТ осуществляется расщепление углеводов до глюкозы, фруктозы, лактозы и галактозы. Общее количество гликогена, как депо углеводов – 150-200г. Углеводы (глюкоза) являются основным источником энергии для клеток ЦНС. А также играют пластическую роль, являясь составной частью нуклеотидов, нуклеиновых кислот.

Минеральные вещества:

Все растворены в жидкости внутренней среды организма. Образуемый ими полиэлектролит необходим для химических реакций.
- являются ко-факторами всех ферментативных реакций;
- создают необходимый уровень осмотического давления;
- обеспечивают кислотно-щелочное равновесие (КЩР);
- участвуют в процессе свертывания крови;
- участвуют в создании мембранного потенциала возбудимых тканей;
- обеспечивают возникновение ПД возбудимых тканей.

Микроэлементы: йод, железо, медь, марганец, цинк, фтор, хром, кобальт – содержатся в пище в очень малых количествах.

Витамины:

Группа разнородных по химической природе веществ, не синтезирующихся в организме или синтезирующиеся в очень малых количествах. Необходимы для роста и развития клеточных структур. Не являются поставщиками энергии, не выполняют пластические функции, но являются компонентами ферментных систем.

Регуляция обмена веществ и энергии:
Регуляция обмена веществ и энергии является мультипараметрическим процессом, включающим в себя регуляцию множества систем организма.
Роль центра в этой регуляции играют гипоталамические ядра: генерация чувства голода и насыщения, общее состояние организма.
В гипоталамусе расположены полисенсорные нейроны, реагирующие на изменение концентрации важнейших гомеостатических констант организма: глюкозы, ионов водорода, температуру крови, осмотическое давление.
Исполнительным отделом регуляции обмена веществ является ВНС. Медиаторы ВНС оказывают и прямое, и опосредованное влияние на метаболизм тканей.
Под управляющим влиянием гипоталамуса находится второй исполнительный отдел – эндокринный. Гормоны эндокринной системы оказывают влияние на рост, размножение, дифференцировку и развитие клеточных структур.
Все центры ствола находятся под контролем лимбической системы и коры больших полушарий.

Питание – это поступление в организм и усвоение им веществ, необходимых для роста, жизнедеятельности и воспроизводства.
От качества пищи и режима питания зависят работоспособность, здоровье и продолжительность жизни. При составлении пищевых рационов необходимо:
- соблюдение режима питания;
- частота и периодичность приема;
- состав пищевых продуктов.
При выполнении физического труда соотношение белков, жиров и углеводов следующее: Б:Ж:У = 1:1,3:5,1
Пищевой рацион должен содержать разнообразные по калорийности продукты питания: белки – 55% от суточной нормы, жиры растительного происхождения – 33%
Общая калорийность суточного пищевого рациона:
1) 1 завтрак – 25%, 2 завтрак – 15%, обед – 35%, ужин – 25%;
или
2) завтрак – 35%, обед – 40%, ужин – 25%.

Принципы рационального питания:
- калорийность должна соответствовать энергетическим затратам;
- химический состав пищи должен удовлетворять потребностям в белках, жирах, углеводах, минеральных веществах, микроэлементах, витаминах, клетчатке;
- разнообразие пищевых продуктов;
- прием пищи в течение суток должен подчиняться определенному режиму, как по энергетическим затратам, так и по объему.

Для стандартизированной оценки массы используют ИМТ:
ИМТ = масса (кг)/рост 2 (м).
Если ИМТ > 25, то масса тела повышена.