Лекция 14 Тема: Энергетический баланс организма Терморегуляция. Общие понятия об обмене энергии. Основной обмен и факторы, влияющие на его величину. Температура тело человека. Процессы теплопродукции и теплопередачи. Физическая и химическая терморегуляция.

ПЛАН: Общие понятия об обмене энергии. Основной обмен и факторы, влияющие на его величину. Температура тело человека. Терморегуляция.

Живой организм характеризуется постоянным обменов веществ, а именно поступлением, усвоением, изменением и выделением. При этом происходит превращение потенциальной энергии питательных веществ в кинетическую энергию (механическую, тепловую, электрическую).

Обмен веществ – это единство двух процессов ассимиляции и диссимиляции. Благодаря обмену веществ происходит выполнение внешней работы, обеспечение постоянства температуры тела, синтетические (пластические процессы.

Общее представление об обмене веществ и энергии

Возмещение затрат организма при обмене веществ происходит за счёт приёма питательных веществ: белков, углеводов, жиров, минеральных веществ, витаминов и воды.

Белки в организме выполняют пластическую и энергетическую роль (4,1 ккал). Белки не депонируются (азотистое равновесие), ха 3 суток выводится 30% принятого белка. Учитываются принятые и разрушенные количество белков путем определения азотистого баланса. В белке 16% азота. Белки имеют видовую специфичность...

Липиды в организме выполняют энергетическую (9,3 ккал) и пластическую роль. В организме липиды (10-20%) находятся в клетках, а также в жировой ткани. Жиры поступают в лимфу, имеют видовую специфичность, могут образовываться из углеводов. Различают заменимые и незаменимые жиры, которые должны поступать извне.

В организме главную энергетическую функцию выполняют углеводы (4,1 ккал). В крови количество глюкозы постоянна мл гр. % и она поддерживается на постоянном уровне функциональной системой поддержания постоянства глюкозы. Наблюдается гипогликемия, гипергликемия ( с глюкозурией ).

Энергия для организма поступает с пищей, она аккумулирована в сложных химических связях белков, жиров, углеводов. Освобождение этой энергии происходит поэтапно гидролизом, окислением. При гидролизе выделяется 0,5% энергии, при анаэробном окислении выделяется 5% энергии, а основная масса энергии 94% выделяется аэробным окислением в цикле Кребса.

В процессе аэробного окисления энергия высвобождается постепенно и большая часть этой энергии (55%) аккумулируется в энергии макроэрга (АТФ), которая в конечном итоге переходит в тепловую энергию. Таким образом, вся свободная энергия, которая высвобождается при окислении питательных веществ превращается в тепловую энергию.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН -1 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС: Образование Э. = Э. работы + Э.теплопотерь + Э.запас. УРОВНИ ИНТЕНСИВНОСТИ ЭНЕРГООБМЕНА КЛЕТКИ: 1) Уровень поддержания целостности клетки - 15% 2) Уровень функциональной готовности клетки - 50% 3) Уровень функциональной активности клетки - 100%

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН -2 1-й закон термодинамики Гельмгольца, Томсона и Клазиуса: «Если теплота превращается в рабо-ту, то количество работы, произведенной систе-мой, эквивалентно количеству поглощенного тепла » Закон Гесса: «Тепловой эффект процесса, раз-вивающегося через ряд последовательных ста- дий, зависит от теплосодержания начальных и конечных продуктов химической реакции, но не зависит от путей их химических превращений»

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН - 3 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6H 2 O + 6CO ккал Аэробный распад: использует 65% энергии Гликолиз: использует 5% энергии Аэробные организмы или процессы расхо-дуют в 13 раз меньше глюкозы, чем анаэроб-ные, т.е. Жизнь в 13 раз дешевле

ЗАПАСАЕМАЯ ЭНЕРГИЯ 1 молекула глюкозы дает 38 молекул АТФ: -- при гликолизе до ПВК - 8 молекул АТФ -- при окислении - 30 молекул АТФ 1 моль пальмитиновой кислоты дает 140 молекул АТФ В сутки в организме взрослого человека образуется и распадается около 70 кг АТФ

Определение количества тепловой энергии, выделенной из организма отражает количества энерготрат организма. Интенсивность обмена веществ отражается в потреблении О 2 и выделении СО 2, т.к. в результате окисления углеводов, белков и жиров образуется СО 2 и Н 2 О. Таким образом, количества О 2 потребленное организмом и выделенное количество СО 2 отражают количество выделенного тепла и энергии.

Определив объем потребленного О 2 и выделенного СО 2 за 5 минут, можно определить на основе вычисления ДК (СО 2 /О 2 ), что окисляются (углеводы, белки, жиры), и тем самым определить калорический эквивалент О 2 и на его основе рассчитать количество освобожденной энергии. Эти методы называются прямыми и косвенными методами биокалориметрии.

Методы исследования обмена энергии

Камера Шатерникова для человека

Принцип работы метаболиметра

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ (ДК) - отношение объема выделенного углекислого газа к объему потребленного кислорода ДК для углеводов = 1,0 ДК для белков = 0,8 ДК для жиров = 0,7

Основной обмен - минимальный (базисный) уровень энерготрат, необходимый для поддержания жизнедеятелньости организма в условиях физического и эмоционального покоя Условия основного обмена: утро, положение лежа, состояние бодрствования, мышцы расслаблены, натощак. температура среды около Условные нормы основного обмена: у мужчин среднего возраста - 1 ккал/кг/час у женщин среднего возраста - 0,9 ккал/кг/час у детей 7 лет - 1,8 ккал/кг/час; 12 лет - 1,3 ккал/кг/ч у стариков - 0,7 ккал/кг/час

Энергетическая ценность или калорический коэф-фициент вещества - количество тепла, образуемого при сгорании 1 г вещества в атмосфере чистого кислорода: ЖИРЫ - 9,3 ккал; БЕЛКИ и УГЛЕВОДЫ - 4,1 ккал Калорический эквивалент кислорода - количество тепла, освобождающегося в организме от сгорания 1 г вещества при потреблении 1 литра кислорода: ЖИРЫ - 4,69; БЕЛКИ - 4,46; УГЛЕВОДЫ - 5,05 ккал/л

У женщин основной обмен на 10-15% меньше, чем у мужчин. С возрастом основной объем уменьшается. В медицинской практике используют должные величины основного обмена, которая может колебаться до15%

В реальной жизни энерготраты складываются из различных составляющих. Энерготраты при всех видах деятельности превышают основной обмен в определенное число раз и в итоге составляют 2500 ккал/сутки (рабочая прибавка – РП) Общий обмен = ОО + РП + СДДП (СДДП – специфическо-динамическое действие пищи) При приеме пищи ОО повышается (белки- 30%, углеводы-10%, жиры-15%). Рабочий расход энергии примерно можно определить по частоте пульса (ЧП) 0,2хЧП – 11,3/2.

Тепловая энергия продуцируемая в результате обмена веществ идет на нагревание тела. Удельная теплоемкость человека (количество тепла для нагревания тела на 1 о С) равна в среднем 0,83 ккал/кг. В среднем для нагрева на 1 о тела необходимо 58,1 ккал (0,83х70). В условиях покоя тело выделяет 72 ккал тепла. Это тепло выделяется теплоотдачей. Т.о. в теле существует равновесие теплопродукции и теплоотдачи.

Пути теплопродукции и темплоотдачи

Суточные колебания температуры тела

Существуют пойкилотермные и гомойотермные животные. Млекопитающие и человек относятся к гомойотермным, у которых изотермия постоянная температура тела и она относительна (2-2,5 о С). В целом средняя t о тела 37 о С, которая определяется процессами теплопродукции и теплоотдачи. В условиях комфорта (27-32 о С) существует баланс между теплопродукцией и теплоотдачей. В условиях холода увеличивается теплопродукция, а при жаре увеличивается теплоотдача, но t о тела сохраняется на постоянном уровне.

Зависимость температуры тела от температуры среды

Регуляция потоотделения при высокой температуре

Механизм теплоотдачи на холоде (А) и в тепле (Б)

Регуляция теплопродукции

Регуляция теплоотдачи

Постоянство t о тела осуществляется специализированными механизмами терморегуляции в режиме слежения или рассогласования. Центр терморегуляции получает информацию от терморецепторов и вырабатывает команды, благодаря которым деятельность органов теплопродукции и теплоотдачи изменяются, в результате которого t о тела сохраняется на постоянном уровне.

ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ Верхняя граница диапазона - граница гипертермии- тепловая смерть С Нижняя граница диапазона - граница гипотермии - холодовая смерть: естественная С искусственная С Термонейтральная зона - без ощутимого потоотделения и регуляторной теплопродукции С

ТЕРМОГЕНЕЗ (ТЕПЛОПРОДУКЦИЯ ) 1) БАЗИСНЫЙ 2) РЕГУЛЯТОРНЫЙ: СОКРАТИТЕЛЬНЫЙ -МЫШЕЧНАЯ ДРОЖЬ -МЫШЕЧНЫЙ ТОНУС -ПРОИЗВОЛЬНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ НЕСОКРАТИТЕЛЬНЫЙ -АКТИВАЦИЯ ОКИСЛЕНИЯ -РАЗОБЩЕНИЕ ОКИСЛЕНИЯ И ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ ТЕПЛООТДАЧА -ВЛАЖНАЯ (ИСПАРЕНИЕ) --ОЩУТИМАЯ --НЕОЩУТИМАЯ -СУХАЯ --ТЕПЛОИЗЛУЧЕНИЕ --ТЕПЛОПРОВЕДЕНИЕ --КОНВЕКЦИЯ: а)естественная, б)форсированнная

Схема нервного контроля терморегуляции

Функциональная система подержания температуры тела

ТЕРМОРЕЦЕПТОРЫ ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ В ОБОЛОЧКЕ (ТЕПЛОВЫЕ И ХОЛОДОВЫЕ) ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ В ЯДРЕ (ТЕПЛОВЫЕ И ХОЛОДОВЫЕ) ЦЕНТРАЛЬНЫЕ (ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ НЕЙРОНЫ)

Терморецепторы расположены во всех органах. Холодовые на глубине 0,17 мм, всего , а тепловые на глубине 0,3 мм, всего их Информация от терморецепторов через спинной мозг поступает к ядрам таламуса, гипоталамуса, лимбическую систему и в кору. Основную роль в терморегуляции играют ядра гипоталамуса – центр теплоотдачи и теплопродукции (тепловой укол К. Бернара).

Изменения интенсивности обмена в ккал/кг/час при разных условиях

ГРУППЫ РАБОТНИКОВ ПО ЭНЕРГОТРАТАМ 1. Работники, преимущественно умственного труда: инженерный состав, врачи(кроме хирургов), работники науки и искусства, литературы, руководители и т.п ккал/сут 2. Работники легкого физического труда: инженерно- технический состав, работники связи, радиоэлектронной промышлен- ности, медсестры, санитарки и т.п ккал/сут 3. Работники труда средней тяжести: токари, слесари, железнодорожники, врачи-хирурги, водители автотранспорта, продавцы продуктов, водники ккал/сут 4. Работники тяжелого физического труда: строительные рабочие, металлурги и литейщики, механизаторы, плотники, нефтяники и газовики, сельхозрабочие ккал/сут 5. Работники особого тяжелого труда: шахтеры, сталевары, вальщики леса, землекопы, грузчики ккал/сут