Физиология обмена веществ и энергии. Терморегуляция

Понятие обмена веществ и энергии
Метаболизм (обмен веществ и энергии) - совокупность всех физических, химических и физиологических процессов трансформации химических веществ и энергии, которые происходят в организме.
Метаболизм включает взаимосвязанные и противоположные процессы анаболизма и катаболизма, которые протекают одновременно.

Сравнительная характеристика катаболизма и анаболизма

Этапы обмена веществ и энергии в организме

Эффективность обмена энергии
Эффективность использования энергии в организме (КПД) равна отношению энергии, затраченной на совершение полезной работы, к общим затратам энергии.

Энергетический баланс организма

Приход энергии в организм

Энергетический эквивалент пищи
Калорийность пищи измеряется путём её сжигания до конечных продуктов (СО2 и Н2О) в калориметрической бомбе в атмосфере чистого О2. Выделившееся тепло нагревает воду, а количество выделившегося тепла (физический калорический коэффициент или эквивалент) зависит от типа пищевых веществ.
Количество тепла, выделенного при окислении в организме (физиологический калорический коэффициент или эквивалент - ФКК) жиров и углеводов, соответствует их физическому калорическому коэффициенту, так как они в организме расщепляются до СО2 и Н2О. Физиологический калорический коэффициент белков меньше физического, так как в организме они расщепляются до азотистых соединений, содержащих остаточную энергию.

Дыхательный коэффициент (ДК)
Отношение объема выделенного СО2 (Vco2) к объему потребленного О2 (Vо2) при окислении питательных веществ в организме: ДК = Vco2/Vо2.
Используется для определения типа окисляемого вещества (табл).
Калорический эквивалент кислорода (КЭО2)
Количество энергии, вырабатываемой в организме при потреблении 1 л О2.
Зависит от типа окисляемого вещества (величины ДК) (табл.).
Используется для расчёта количество высвобожденной в организме энергии.

Виды расхода энергии
Основные пути расхода энергии – валовый обмен
нерегулируемые (непроизвольные) затраты энергии - основной обмен (ОО) и специфическое динамическое действие (СДД) пищи;
регулируемые (произвольные) затраты - рабочая прибавка (энергозатраты на физическую и умственную активность).

Основной обмен или базовый уровень метаболизма

Средние величины ОО населения России, ккал/сутки
В среднем ОО составляет 60-65% ежедневных затрат энергии.

Методы расчёта индивидуальных норм ОО – должного ОО (ДОО)
Табличный метод: ОО определяется по таблицам.
Расчёт по поверхности тела.
Формулы Маффина-Джеора (наиболее точны):
Для женщин: ОО = 9,99 * вес (кг) + 6,25 * рост (см) - 4,92 * возраст - 161
Для мужчин: ОО = 9,99 * вес (кг) + 6,25 * рост (см) - 4,92 * возраст + 5

Специфическое динамическое действие пищи (СДД)
Увеличение обмена веществ и энергетических затрат, связанное с приёмом, перевариванием, всасыванием, транспортом и превращениями питательных веществ организме.
Энергозатраты СДД пищи идут на её усвоение организмом (энергетическая цена пищеварения или пищевой термогенез).
Зависит от особенностей организма, количества и качества пищи и типа питательных веществ:
переваривание белков увеличивает энергозатраты на 30-40% от величины ОО, жиров – на 4-14%, сложных углеводов – на 4-7%, смешанной пищи – около 10%.
Практическое применение
Учёт СДД необходим при построении диет: при низкокалорийных диетах для похудания необходимо употреблять большое количество белка, что увеличивает расходы энергии в связи со СДД. При необходимости нарастить массу тела нужно увеличивать калорийность пищи за счёт жиров и углеводы, а не за счёт белков.
Дробный приём пищи сопровождается более значительным СДД и приводит к более существенному увеличению энергозатрат, чем однократное потребление того же количества пищи.

Расход энергии на рабочую деятельность (рабочая прибавка) – регулируемые затраты энергии
Величина рабочей прибавки зависит от интенсивности выполняемой деятельности. Умственная активность характеризуется небольшими затратами энергии и повышает ОО на 2-16%. Физическая работа существенно увеличивает расход энергии. Например, при легкой физической работе расход энергии составляет 1,8-2,5 ккал/кг/ч, а при тяжелой – 5-7,5 ккал/кг/ч.
Физиологическая норма затрат на рабочую деятельность составляет около 40% общих энергозатрат организма.

Суточные энергозатраты (общий обмен энергии или валовый обмен)
Общий обмен = Величина ОО * Коэффициент физической активности (КФА).
КФА - это отношение общих энергозатрат на все виды деятельности в сутки к величине ОО. Во время сна КФА равен 1,0, при приёме пищи 1,5, приготовлении пищи - 2,2, медленной ходьбе 2,8-3,0, занятия спортом – 4,6 и более.
Зависят от вида рабочей деятельности – группы интенсивности труда.

Группы населения в зависимости от интенсивности энергозатрат

Методы оценки расхода энергии
Существует 2 типа методов определения энергетических затрат:
лабораторные (прямая и непрямая калориметрия, метод двойного маркирования воды и др.)
расчётные (расчётно-табличный, скорый, алиментарная энергометрия).

Физиология терморегуляции

Тепловой баланс
Соотношение продукции тепла в организме и его потери.

Терморегуляция
Совокупность физиологических процессов теплообразования и теплоотдачи, обеспечивающих поддержание нормальной температуры тела.
В основе терморегуляции лежит контроль и балансирование этих процессов

Температура тела человека
Температура внутри тела человека является постоянной (колебания составляют ±0,6оС) – гомойотермная «сердцевина».
Температура кожных покровов колеблется в более широких пределах – пойкилотермная оболочка.
У человека суточные колебания температуры 36,5-36,9°С. Наиболее высока температура - в 16 часов, наименьшая в 4 часа.

Значение температуры тела
Температура тела, особенно «сердцевины», влияет на скорость протекания биохимических реакция, физико-химические свойства тканей и жидкостей организма, структуру белковых молекул, физиологические свойства тканей, состояние клеточных мембран и др.
При снижении температуры до 27-30°С наблюдаются тяжелые нарушения всех функций, а при 25° наступает холодовая.
При повышении температуры тела до 40° возникают тяжелые нарушения. При 42° может наступить тепловая смерть.
Для человека зона температурного комфорта (температура окружающей среды) составляет 18-20°.

Химическая терморегуляция
Химическая терморегуляция - регуляция температуры тела посредством изменения интенсивности обмена веществ (теплопродукции).
Основные источники энергии (тепла) в организме
Метаболизм:
основной обмен,
специфически динамическое действие пищи,
физическая активность,
мышечная дрожь
Радиация (солнечная и от окружающих предметов)
Потребление горячей пищи
Вентиляция (теплый климат)

Физическая терморегуляция – теплоотдача
Механизмы
Теплоизлучение (инфракрасное излучение) в окружающую среду (воздух) без физического контакта (выделяется 60% тепла при температуре среды 21оС),
Конвекция –теплопроведение, усиленное движением среды - воздуха или воды (15%),
Контрактное теплопроведение к соприкасаемым твёрдым объектам (3%; увеличивается в воде),
Испарение воды с поверхности тела и из легких (20%).
Является процессом, регулируемым физиологическими механизмами.
Зависит от влажности воздуха.

Эффекторные механизмы, стимулируемые холодом