Обмен энергии в организме. Основной обмен. Общий (Рабочий) обмен

Каким образом в организм поступает свободная энергия, т. е. энергия, которая может быть использована в организме для выполнения работы?

Свободная энергия поступает с пищей. Она аккумулирована в химических связях белков, жиров и углеводов. Для высвобождения этой энергии питательные вещества сначала подвергаются гидролизу, затем окислению в анаэробных или аэробных условиях.

Как называется процесс, обеспечивающий высвобождение энергии в организме?

Диссимиляция (катаболизм), т. е. распад химических соединений в организме. При этом образуются продукты распада и выделяется энергия.

Какие питательные вещества служат источником энергии в организме?

Углеводы, жиры, белки.

Охарактеризуйте этапы высвобождения свободной энергии в организме.

1 этап высвобождения – реализуется в процессе гидролиза пищи в ЖКТ, при этом высвобождается незначительная часть свободной энергии – 0,5-1%. Она не может быть использована для биоэнергетики, т. к. не аккумулируется в макроэргах (АТФ). Она превращается лишь в тепловую энергию (первичная теплота), которая используется для согревания организма.

2 этап высвобождения – процесс анаэробного окисления, при этом высвобождается примерно 5% всей свободной энергии при окислении глюкозы до молочной кислоты. Эта энергия аккумулируется в виде АТФ и используется для совершения полезной работы, превращаясь в конечном итоге также в тепловую энергию (вторичная теплота).

3 этап высвобождения (основной) – примерно 94% всей энергии, которая высвобождается в организме в рамках цикла Крепса. В нем происходит окисление пировиноградной кислоты (продукт окисления глюкозы) и ацетилкоэнзима А (продукт окисления амино– и жирных кислот). В ходе аэробного окисления большая часть свободной энергии (50-55%) аккумулируется в АТФ. Остальная часть теряется в виде теплоты (первичная теплота). Свободная энергия аккумулированная в АТФ, используется для совершения полезной работы, превращаясь в итоге в тепловую энергию (вторичная теплота).

Как в принципе можно оценить интенсивность образования энергии в организме человека?

Так как вся свободная энергия, высвобождаемая в организме при окислении питательных веществ, в конечном итоге превращается в тепловую энергию был сделан вывод о том, что для параметризации интенсивности образования энергии следует измерять количество тепловой энергии в ккал (4,2 кДж), которое вырабатывается организмом в единицу времени.

Назовите виды энергетического обмена у человека.

1. Основной обмен. 2. Общий, или рабочий, обмен.

Что такое основной обмен?

Основной, или стандартный, обмен – это минимальный уровень производства энергии у бодрствующего человека. Для определения величины основного обмена требуется соблюдение определенного стандарта условий, формирующих такой функциональный статус бодрствующего человека, при котором его энерготраты становятся минимальными, при этом производство энергии у человека также становится минимальным.

Охарактеризуйте стандарт условий, обеспечивающих выведение энергозатрат человека на минимально допустимый уровень.

Минимальный уровень энерготрат у бодрствующего человека отмечается утром после сна лежа в постели, в условиях физического и психического покоя, температурного комфорта, натощак, спустя 10-12 часов после последнего приема пищи. Следовательно, определение основного обмена у человека проводится утром после сна лежа в постели, в условиях физического и психического покоя, температурного комфорта, натощак, спустя 10-12 часов после последнего приема пищи. Часто при определении величины основного обмена за 48 часов до аппаратного измерения человека переводят на безбелковую диету.

На что расходуется энергия основного обмена?

На обеспечение жизнедеятельности в условиях физиологического покоя. При этом на обеспечение работы печени тратится – 27% энергии, мозга – 19%, сердца – 7%, почек – 10%, мышц – 18%, прочих органов – 19%. Всего – 100%.

Чему равна величина основного обмена?

В среднем 1700 ккал/сутки – в качестве временной единицы при оценке параметров энергетического обмена у человека по сложившейся традиции используются сутки. Величина основного обмена у каждого человека – практически постоянна, т.е. это некая индивидуальная константа.

От чего зависит величина основного обмена?

От пола (у мужчин основной обмен больше, у женщин – на 10-15% меньше), от возраста (чем больше возраст, тем меньше величина основного обмена), от роста и массы тела, т. е. от площади поверхности тела. Чем больше площадь поверхности тела, тем интенсивнее теплоотдача, тем больше производится энергии для поддержания стабильной температуры внутренней среды организма, тем больше величина основного обмена.

С какой целью определяется величина основного обмена в клинике?

Для оценки функционального состояния щитовидной железы. При гиперфункции щитовидной железы (чрезмерная продукция гормонов Т₃, Т₄ ) величина основного обмена существенно возрастает, при гипофункции – она уменьшается. Поэтому, если нет возможности определить уровень гормонов щитовидной железы в крови, определяется величина основного обмена.

Величина основного обмена – ориентир при расчетах величины оптимальной физической нагрузки при производственной, спортивной и прочих видах деятельности конкретного человека.

Что такое должный основной обмен?

Принимая во внимание тот факт, что величина основного обмена у каждого «своя» в зависимости от пола, возраста, площади поверхности тела, возникает вопрос – как оценить величину основного обмена конкретного человека при проведении аппаратного (инструментального) измерения. В этом случае до проведения измерения рассчитывают с помощью специальных таблиц величину должного основного обмена, отражающего должные параметры основного обмена у человека с учетом его пола, возраста, площади поверхности тела. Предположим, должная величина основного обмена, рассчитанная по таблицам составила 1800 ккал/сутки. С учетом правила 10%-отклонения, нормальная величина основного обмена у человека составляет величину 1800+180 ккал/сутки. Проводим аппаратное измерение и получаем результат – основной обмен у человека 1700 ккал/сутки. Видно, что полученный результат укалывается в диапазон допустимых отклонений величины должного основного обмена (1620-1980 ккал/сутки), рассчитанного по таблицам. Вывод: полученная величина основного обмена при аппаратном измерении 1700 ккал отражает нормальный уровень биоэнергетики человека в условиях стандарта измерения основного обмена.

Что такое общий, или рабочий, обмен?

Это энергозатраты организма в реальной жизни, обычно связанной с выполнением какой-то фоновой поведенческой активности, профессиональной трудовой активности.

Из каких компонентов состоит общий (рабочий) обмен?

Из величины основного обмена (1), рабочей прибавки (2), отражающей увеличение производства энергии у человека, связанной с необходимостью энергетического обеспечения конкретной трудовой, т. е. рабочей активности, а также специфически динамического действия пищи (3), отражающего увеличение производства энергии в организме после принятия пищи.

На сколько процентов увеличивается производство энергии в организме после приема белковой и смешанной пищи (специфически динамическое действие пищи) ?

После приема белковой пищи – на 20-30%, смешанной пищи – 10-12%.

От чего зависит величина рабочей прибавки, составляющей значительную часть общего (рабочего) обмена?

Зависит от вида трудовой (рабочей) деятельности. Для лиц, занимающихся умственной работой, величина рабочей прибавки к основному обмену (1700 ккал/сутки) составляет величину порядка 600-800 ккал/сутки. Для лиц, занимающихся легкой физической работой рабочая прибавка к основному обмену составляет примерно1600 ккал/сутки, для лиц, занимающихся физической работой средней тяжести рабочая прибавка составляет примерно 2300 ккал/сутки, для лиц, занимающихся тяжелой физической нагрузкой, рабочая прибавка может составить величину 3000 и более ккал/сутки.

Средние суточные энергозатраты у студентов медвузов составляют около 3000 ккал/сутки, у лиц, занимающихся легкой физической работой – около 3500 ккал/сутки, занимающихся физической работой средней тяжести – около 4000 ккал/сутки, занимающихся тяжелой физической работой – 4500 и более ккал/сутки.

Количественные методы оценки энергетического обмена у

человека

Охарактеризуйте метод пищевых рационов для оценки энергетического обмена у человека.

Энергия поступает в организм вместе с пищей, при этом если калорическая ценность потребляемых продуктов превышает энергозатраты человека – его масса тела начнет увеличиваться. Если калорическая ценность продуктов меньше энергозатрат человека – его масса тела начнет уменьшаться. Наконец, если калорическая ценность принимаемой пищи будет в точности соответствовать энергозатратам человека масса тела человека будет оставаться постоянной, изменяться не будет. Следовательно, для оценки энергозатрат достаточно подобрать для человека пищевой рацион, потребление которого на протяжении длительного времени не будет сопровождаться изменениями массы тела человека. В этом случае калорическая ценность пищевого рациона будет соответствовать энергозатратам данного человека.

Как представляется практическая сторона дела? Предположим, некий пищевой рацион обеспечивает стабильность массы тела человека на протяжении длительного времени. Проведем химический анализ потребляемых продуктов, чтобы выяснить в каком количестве в организм поступают углеводы, жиры, белки – основные источники энергии в организме. По итогам проведенного анализа установили, что в сутки человек потребляет углеводов – 400 г, жиров – 80 г, белков – 120 г. Для того, чтобы оценить энергетическую, т. е. калорическую ценность потребляемых углеводов, жиров, белков необходимо точно знать – сколько энергии высвобождается в организме при усвоении (окислении) им 1 г угловодов, 1 г жиров и 1 г белков. Иначе, для того, чтобы оценить калорическую ценность потребленных углеводов, жиров, белков требуется определить калорические коэффициенты углеводов, жиров, белков, выражающие количество тепла, образующегося в организме при усвоении (окислении) 1 г указанных питательных веществ.

Как можно определить калорические коэффициенты углеводов, жиров, белков?

Для этого навеску (1 г) соответствующего вещества сжигают в специальном калори-метре. По степени нагревания воды в калориметре можно судить о том, сколько сгоревшая в атмосфере кислорода навеска выделила тепла. Полученная цифра характеризует калорический коэффициент вещества.

Чему равны калорические коэффициенты углеводов, жиров, белков? Что называют физическим и физиологическим калорическим коэффициентом питательного вещества?

Калорический коэффициент углеводов – 4,1 ккал/г, жиров – 9,3 ккал/г, белков – 5, 85 ккал/г.

Учитывая, что полученные коэффициенты определялись при сжигании навесок в калориметре их стали называть физическими калорическими коэффициентами в отличие от физиологических калорических коэффицинентов, выражающих количество энергии (тепла), которое выделяется в организме при окислении 1 г углеводов, жиров, белков.

Для углеводов и жиров – физический и физиологический калорические коэффициенты равны, потому что при сжигании веществ в калориметре и при окислении их в организме образуются одни и те же конечные продукты – Н₂О и СО_2.

Для белков – физический калорический коэффициент равен 5,85 ккал/г, физиологический калорический коэффициент равен 4,1 ккал/г.

Объясните причину различия физического и физиологического различия калорических коэффициентов для белков?

При сжигании навески белка (1 г) в калориметре выделяется 5,85 ккал тепла (физический калорический коэффициент), при этом белок окисляется до конечных продуктов –Н₂О, СО₂, NH₃. В организме белок распадается до Н₂О, СО­₂, мочевины и других веществ белкового обмена, которые все еще заключают в себе энергию. Отсюда физиологический калорический коэффициент белка составляет всего 4,1 ккал /г.

Как провести расчет параметров энергетического обмена у человека, если физиологические калорические коэффициенты основных питательных веществ известны, при этом известно, сколько в сутки человек потребляет углеводов (400 г), жиров (80 г), белков (120 г).

400 г (углеводы) × 4,1 ккал/г = 1640 ккал

80 г (жиры) ×9,3 ккал/г = 744 ккал

120 г (белки)× 4,1 ккал/г = 492 ккал

Суммируем промежуточные результаты и получаем результат итоговый – 2876 ккал/сутки

Каковы достоинства и недостатки метода пищевых рационов?

Достоинство метода заключается в простоте. Принимая во внимание тот факт, что определение калорических коэффициентов проводилось при сжигании навесок, то есть в условиях физического процесса, рассмотренный метод относится к категории физической калориметрии.

Недостатки – метод не точный, так как итоговый результат необходимо соотносить с усвоением веществ в ЖКТ. Усвоение веществ полным никогда не бывает, в среднем – 90% Метод требует большого количества времени, в течение которого необходимо постоянно контролировать стабильность массы тела испытуемого. С помощью данного метода можно определить только общий (рабочий) обмен у человека, хотя в клинике обычно измеряют основной (стандартный) обмен.

В настоящее время идеология метода используется для составления оптимального пищевого рациона человека, если известна величина его общего (рабочего) обмена.

Какие методы оценки энергетического обмена относятся к категории физиологической калориметрии?