Главное меню

Реклама

Глава 10 ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ - 10.5. Обмен энергии

Содержание материала

 

10.5. Обмен энергии

Основной обмен. Это минимальный уровень энерготрат, кото­рый необходим для поддержания жизненных функций организма в условиях полного физического и эмоционального покоя. Таким об­разом, данный показатель характеризует количество энергии, необ­ходимой только для функционирования внутренних органов (серд­ца, легких, почек, печени и др.) и поддержания необходимой темпе­ратуры тела. Измеряется он в утренние часы с помощью специаль­ных приборов — калориметров. Испытуемый должен находиться в лежачем положении. Измерение проводят натощак, при максималь­ном расслаблении мышц, при этом внешняя температура поддержи­вается на уровне 22 °С. Приборы фиксируют выделяемое организмом тепло. Это так называемый метод прямой калориметрии. Было уста­новлено, что величина основного обмена для взрослого мужчины составляет примерно 4,2 кДж на 1 кг массы тела в час, т.е. 7200 кДж в сутки (для человека массой 72 кг). Величина основного обмена у женщин несколько ниже. Этот показатель уменьшается с возрастом.

На практике чаще используют метод непрямой калориметрии. Определяют объем легочной вентиляции, а затем количество погло­щенного кислорода и выделенного углекислого газа. Отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кис­лорода называют дыхательным коэффициентом. По величине по­следнего можно судить о характере окислительных процессов в орга­низме.

Рассчитать основной обмен можно по таблицам. В этом случае определяют среднестатистический уровень основного обмена. Для вычисления необходимо знать рост, массу тела, возраст (прил. 2). Затем по формуле Рида вычисляют процент отклонения величины основного обмена от нормы. Для применения формулы необходимо знать артериальное давление и частоту пульса:

где О — отклонение, %; Чп — частота пульса; Дп — пульсовое дав­ление (разница между величиной систолического и диастолическо­го АД).

Для упрощения расчетов по формуле Рида можно использовать специальную номограмму (рис. 10.2). Соединив линейкой значения частоты пульса и пульсового давления, в средней колонке находим величину процентного отклонения основного обмена от нормы. За­тем, исходя из данных таблицы, проводят перерасчет уровня основ­ного обмена на величину полученного процентного отклонения.

Интенсивность обменных процессов резко возрастает при физи­ческой нагрузке. При этом люди, занятые легким физическим тру­дом, тратят 9200 кДж в сутки, средней степени — 12 000—15 000 кДж в сутки, а тяжелым — 16000—18000 кДж в сутки. Следовательно, питание человека должно соответствовать энерготратам и полностью компенсировать их.

 
Обмен энергии между организмом и окружающей средой. Че­ловек относится к гомойотермным (теплокровным) животным, т.е. он характеризуется поддержанием постоянной температуры тела с допустимыми небольшими ее колебаниями. Уровень обмена веществ теплокровных существ значительно выше холоднокровных. Поддер­жание постоянной температуры тела происходит за счет строгого баланса процессов образования тепла организмом человека (тепло­продукция) и его обмена с внешней средой (теплоотдача). При этом образование тепла происходит в так называемом «ядре» человечес­кого организма, к которому относят внутренние органы и мышцы. Теплообмен обеспечивает «оболочка», которая включает кожу, сли­зистую оболочку полости рта и глотки, глазного яблока и дыхатель­ных путей. Температура тела человека неравномерна в разных его участках. Так, в температурном «ядре» (внутренние органы) она, как правило, выше чем на поверхности кожи. Нормальной температурой в подмышечной впадине считаются значения 36,1—37,1 °С. Особая роль принадлежит внутренним средам организма, обеспечивающим теплообмен между ядром и оболочкой. Таким образом, терморегу­ляция обеспечивается следующими процессами: теплопродукцией (в «ядре»), теплообменом между «ядром» и «оболочкой» (обеспечи­вается преимущественно кровью и лимфой) и теплоотдачей во вне­шнюю среду.

Теплопродукция осуществляется, в основном, в результате реак­ций распада и окисления органических веществ. Примерно 50 % образующейся при этом энергии переходит в тепло без образования АТФ. Значительная часть образовавшегося АТФ также используется для поддержания установленной температуры тела. Большое количе­ство тепла образуется в мышцах при совершении человеком физи­ческой работы. По образному выражению И. П. Павлова, мышцы выполняют роль «печки», согревающей организм. У новорожденных активная теплопродукция наблюдается также в бурой жировой тка­ни. Тепло образуется и в результате сокращений гладких мышц внут­ренних органов.

Отдача тепла во внешнюю среду осуществляется несколькими способами: теплопроведение, конвекция, излучение и испарение. Излучение — способ отдачи тепла в окружающую среду поверхно­стью тела посредством инфракрасных волн. Глаз человека не может уловить этот вид электромагнитных волн. Однако существуют живые организмы, способные их различать (например, некоторые змеи). При температуре 20 °С и относительной влажности воздуха 50 % из­лучение может составить 40 —50 % всего отдаваемого тепла. Конвек­ция — способ отдачи тепла при контакте тела с движущимися пото­ками воздуха. Теплопроведение — способ отдачи тепла через непо­средственное соприкосновение тела человека с другими физически­ми телами (например, одеждой).

Первые три механизма теплоотдачи становятся неэффективными при выравнивании температуры тела и температуры окружающей среды. В этих условиях основным способом отдачи тепла является испарение пота с поверхности кожи и влаги с поверхности слизи­стых оболочек. Количество испаряемой воды в условиях тяжелой физической работы и высокой температуры может доходить до 2 л/ч.

Основную роль в теплоотдаче играет кожа. При высоких темпе­ратурах внешней среды сосуды кожи расширяются, кровь поступает в нее в значительно больших количествах, чем в условиях темпера­турного комфорта (25 — 26 °С). Усиление кровотока через кожу уве­личивает потоотделение и потерю организмом тепла. При пониже­нии температуры внешней среды идет перераспределение кровото­ка во внутренние органы. При этом сосуды кожи суживаются, кро­воток в коже и соответственно испарение уменьшаются. Следова­тельно, уменьшается и выделение тепла из организма.

При охлаждении происходит сокращение гладких мышечных кле­ток, образующих мышцу, поднимающую волос. Стержень волоса приподнимается, и происходит выделение тепла. В то же время эта мышца вызывает некоторое сжатие кожи и лежащих в ее верхних слоях кровеносных сосудов. Возникает «гусиная кожа». Эти процес­сы сопровождаются снижением теплоотдачи.

Терморегуляция. Центр терморегуляции находится в гипоталаму­се (промежуточном мозге). По проводящим путям к нему поступа­ют импульсы от терморецепторов — специализированных нервных окончаний, способных воспринимать изменения температуры раз­личных участков тела человека. Термочувствительные клетки цент­ра терморегуляции способны различать разницу температуры в 0,01 °С. Регуляция теплообмена осуществляется центром терморегу­ляции посредством воздействия на эндокринную и вегетативную си­стемы. Увеличение теплопродукции наблюдается в результате возра­стания окислительных процессов (активируются катаболические процессы) и повышения мышечной активности. Это происходит через возбуждение соматических нервных волокон. Под влиянием гормонов и нервных импульсов изменяется деятельность сердца и со­судов, что приводит к адекватным изменениям в теплообмене меж­ду «ядром» и «оболочкой», а также в теплообмене с внешней средой. Аналогичным способом регулируются процессы удаления тепла из «оболочки» во внешнюю среду путем конвекции, излучения, теплопроведения и испарения.