93. Энергетический баланс организма. Рабочий обмен. Энергозатраты организма при различных видах трудовой деятельности.

Даже если человек находится в состоянии полного покоя, требуется значительное количество энергии для осуществления химических реакций, постоянно протекающих в клетках. Минимальный расход энергии, необходимый для обеспечения существования организма, называют основным обменом. Он составляет около 50-70% суточного расхода энергии человека, ведущего сидячий образ жизни. Поскольку уровень физической активности широко варьирует у разных людей, определение величины основного обмена может использоваться для сравнения интенсивности метаболизма. Обычно для изучения основного обмена используют метод, при котором регистрируют скорость поглощения кислорода за определенный период времени при соблюдении следующих условий. 1. Исследование проводят натощак, через 12 ч после последнего приема пищи. 2. Основной обмен исследуют утром, после того, как человек хорошо выспался. 3. По меньшей мере за час до исследования следует исключить все виды деятельности, требующей энергичных усилий. 4. Исключаются все возбуждающие (как физические, так и психогенные) факторы. 5. Температура в помещении, где проводится исследование, должна быть комфортной, в пределах 18-20°С. 6. Исключается физическая активность во время исследования. В норме среднее значение основного обмена составляет около 65-70 Ккал/ч у мужчины массой 70 кг. Хотя значительную часть величины основного обмена составляет расход энергии, связанной с активностью центральной нервной системы, деятельностью сердца, почек и других органов, вариабельность величин основного обмена, обнаруживаемая у разных людей, зависит главным образом от размеров тела и мышечной массы. На долю скелетных мышц даже в условиях покоя приходится 20-30% величины основного обмена. По этой причине величину основного обмена обычно соотносят с размерами тела, выражая величину основного обмена в Ккал/ч и разделив ее на площадь поверхности тела, которую рассчитывают, исходя из роста и массы тела. Причинами отклонения величин основного обмена в связи с возрастом могут быть относительное уменьшение мышечной массы и замещение мышечной ткани жировой, обладающей меньшей интенсивностью метаболических реакций. Сходным образом, несколько меньшая величина основного обмена у женщин по сравнению с мужчинами также может быть обусловлена меньшим количеством мышечной ткани и большим количеством жировой ткани. Кроме того, существуют и другие факторы, влияющие на величину основного обмена, речь о которых пойдет далее. Гормоны щитовидной железы увеличивают интенсивность метаболических процессов. Когда щитовидные железы секретируют максимально возможное количество тироксина, интенсивность метаболизма увеличивается на 50-100% относительно нормальных величин. Напротив, полное отсутствие секреции щитовидных желез снижает уровень метаболизма на 40-60% относительно нормальных показателей. Тироксин увеличивает скорость химических реакций во многих клетках тела и поэтому повышает интенсивность метаболизма. Адаптация щитовидных желез с увеличением секреции в холодном климате и снижением в жарком климате обусловливает различия величин основного обмена у людей, живущих в разных географических зонах. Например, люди, живущие в условиях Арктики, имеют основной обмен на 10-20% выше, чем люди, проживающие в тропиках. Мужские половые гормоны увеличивают интенсивность метаболизма. Мужской половой гормон тестостерон может увеличивать интенсивность метаболизма на 10-15%, женские половые гормоны в некоторой степени влияют на величину основного обмена, но обычно незначительно. Существенное влияние мужских половых гормонов обусловлено их анаболическим эффектом, приводящим к увеличению мышечной массы. Гормон роста увеличивает интенсивность метаболизма. Гормон роста повышает интенсивность обменных процессов (15-20%) в результате прямого стимулирующего влияния на метаболизм клеток. Высокая температура тела повышает интенсивность метаболизма. Лихорадка, независимо от ее причины, увеличивает скорость химических реакций в организме в среднем почти на 120% на каждые 10°С увеличения температуры тела. Сон снижает интенсивность метаболизма. Интенсивность метаболизма снижается на 10-15% во время сна. Такое снижение связано с двумя факторами: (1) снижением тонуса скелетных мышц; (2) снижением активности центральной нервной системы. Пониженное питание снижает интенсивность обменных процессов. Продолжительное снижение питания может уменьшить интенсивность метаболизма на 20-30%, главным образом в связи с прекращением поступления питательных веществ в клетки. В конечных стадиях многих заболеваний, которые проявляются снижением обменных процессов, температура может снижаться на несколько градусов незадолго до смерти.

Фактором, увеличивающим интенсивность метаболизма, является высокая физическая активность. Короткие периоды максимальных мышечных сокращений (даже одной мышцы) могут сопровождаться высвобождением в течение нескольких секунд в 100 раз большего количества тепла по сравнению с покоем. В целом в организме на фоне максимальной мышечной работы в течение нескольких секунд продукция тепла может возрасти в 50 раз относительно исходных значений или почти в 20 раз при более продолжительной работе у высокотренированных людей. В связи с большими индивидуальными различиями в уровнях физической активности этот фактор, влияющий на расход энергии, является одним из наиболее важных при определении количества поступающей в организм энергии, необходимого для поддержания энергетического баланса. Однако в индустриальных странах на фоне пищевого изобилия поступление энергии временами превышает ее расход, и избыточное поступление создает в организме запасы главным образом в виде жира. Это подчеркивает важность поддержания должного уровня физической активности для предупреждения создания избыточных жировых отложений и формирования ожирения. Даже на фоне сидячего образа жизни при отсутствии физических упражнений или физической работы значительное количество энергии затрачивается в связи со спонтанной физической активностью, направленной на поддержание мышечного тонуса, позы и других не связанных с физическими упражнениями видов физической активности, например тремора. Не связанные с физическими упражнениями виды мышечной активности суммарно составляют до 7% суточного расхода энергии.

94. Нормы питания в зависимости от возраста, вида труда и состояния организма. Понятие о белковом минимуме и белковом оптимуме. Принципы здорового питания («культура потребления углеводов», прием грубой пищи и т.д.).

Восполнение энергетических затрат организма происходит за счет питательных веществ. В пище должны содержаться белки, углеводы, жиры, минеральные соли и витамины в небольших количествах и правильном соотношении. Усвояемость пищевых веществ зависит от индивидуальных особенностей и состояния организма, от количества и качества пищи, соотношения различных составных частей ее, способа приготовления. Растительные продукты усваиваются хуже, чем продукты животного происхождения, потому что в растительных продуктах содержится большее количество клетчатки.

Белковый режим питания способствует осуществлению процессов всасывания и усвояемости пищевых веществ. При преобладании в пище углеводов усвоение белков и жиров снижается. Замена растительных продуктов продуктами животного происхождения усиливает обменные процессы в организме. Если вместо растительных давать белки мясных или молочных продуктов, а вместо ржаного хлеба — пшеничный, то усвояемость продуктов питания значительно повышается.

Таким образом, чтобы обеспечить правильное питание человека, необходимо учитывать степень усвоения продуктов организмом. Кроме того, пища должна обязательно содержать все незаменимые (обязательные) питательные вещества: белки и незаменимые аминокислоты, витамины, высоконепредельные жирные кислоты, минеральные вещества и воду.

Основную массу пищи (75-80%) составляют углеводы и жиры.

Пищевой рацион – количество и состав продуктов питания, необходимых человеку в сутки. Он должен восполнять суточные энергетические затраты организма и включать в достаточном количестве все питательные вещества.

Для составления пищевых рационов необходимо знать содержание белков, жиров и углеводов в продуктах и их энергетическую ценность. Имея эти данные, можно составить научно обоснованных пищевой рацион для людей разного возраста, пола и рода занятий.

Режим питания и его физиологическое значение. Необходимо соблюдать определенный режим питания, правильно его организовать: постоянные часы приема пищи, соответствующие интервалы между ними, распределение суточного рациона в течение дня. Принимать пищу следует всегда в определенное время не реже 3 раз в сутки: завтрак, обед и ужин. Завтрак по энергетической ценности должен составлять около 30% от общего рациона, обед — 40—50%, а ужин — 20—25%. Рекомендуется ужинать за 3 ч до сна.

Правильное питание обеспечивает нормальное физическое развитие и психическую деятельность, повышает работоспособность, реактивность и устойчивость организма к влиянию окружающей среды.

Согласно учению И. П. Павлова об условных рефлексах, организм человека приспосабливается к определенному времени приема пищи: появляется аппетит и начинают выделяться пищеварительные соки. Правильные промежутки между приемами пищи обеспечивают чувство сытости в течение этого времени.

Трехкратный прием пищи в общем физиологичен. Однако предпочтительнее четырехразовое питание, при котором повышается усвоение пищевых веществ, в частности белков, не ощущается чувство голода в промежутках между отдельными приемами пищи и сохраняется хороший аппетит. В этом случае энергетическая ценность завтрака составляет 20%, обед — 35%, полдник—15%, ужин — 25%.

Рациональное питание. Питание считается рациональным, если полностью удовлетворяется потребность в пище в количественном и качественном отношении, возмещаются все энергетические затраты. Оно содействует правильному росту и развитию организма, увеличивает его сопротивляемость вредным воздействиям внешней среды, способствует развитию функциональных возможностей организма и повышает интенсивность труда. Рациональное питание предусматривает разработку пищевых рационов и режимов питания применительно к различным контингентам населения и условиям жизни.

Как уже указывалось, питание здорового человека строится на основании суточных пищевых рационов. Рацион и режим питания больного называются диетой. Каждая диета имеет определенные составные части пищевого рациона и характеризуется следующими признаками: 1) энергетической ценностью; 2) химическим составом; 3) физическими свойствами (объем, температура, консистенция); 4)режимом питания.

Для определения количества белка, употребляемого в пищу, используют такие понятия, как белковый минимум и белковый оптимум.

Белковый миниум - это количество белка, которое позволяет организму поддерживать мышцы в той форме, в которой они находятся на данный момент времени. Однако, это не значит, что это является тем количеством белка, которое необходимо вашему организму ежедневно и является достаточным. Белковый минимум - то количества белка, которое способно поддерживать физиологические процессы вашего организма на должном уровне в течение короткого периода времени, не более.

Белковый оптимум - это то количество белка, которое удовлетворяет потребности человека в белке в полной мере. Это то количества белка, потребляя которое ежедневно, организм находится в максимально работоспособном состоянии при прочих положительных условиях. Необходимо иметь ввиду, что не все белки одинаково полезны. Растительные белки зачастую имеют почти что нулевое воздействие на организм человека, потому как они не имеют аминокислот, которые необходимы для усвоения белка и нормального восстановления белков. Также, белковый оптимум способствует повышению сопротивляемости организма инфекционным заболеваниям. Существует так называемый "потолок" белкового оптимума - в сутки это два с половиной грамма белка на килограмм массы. Большее количество попросту не усвоится.

95. Особенности системы терморегуляции. Температура тела человека и ее суточные колебания. Терморецепция. Термометрия. Функциональная система, обеспечивающая поддержание постоянства температуры внутренней среды организма.

Обмен тепловой энергии между организмом и окружающей средой называетсятеплообменом. Один из показателей теплообмена - температура тела, которая зависит от двух факторов: образования тепла, то есть от интенсивности обменных процессов в организме, и отдачи тепла в окружающую среду.

Животные, температура тела которых изменяется в зависимости от температуры внешней среды, называются пойкилотермными, или холоднокровными. Животные с постоянной температурой тела называются гомойотермными (теплокровными). Постоянство температуры тела называется изотермией. Она обеспечивает независимость обменных процессов в тканях и органах от колебаний температурыокружающей среды.

 Температура тела человека. Температура отдельных участков тела человека различна. Наиболее низкая температура кожи отмечается на кистях и стопах, наиболее высокая — в подмышечной впадине, где ее обычно и определяют. У здорового человека температура в этойобласти равна 36—37° С. В течение суток наблюдаются небольшие подъемы и спады температуры тела человека в соответствии с суточным биоритмом: минимальная температура отмечается в 2—4 ч ночи, максимальная — в 16—19 ч.

Температура мышечной ткани в состоянии покоя и работы может колебаться в пределах 7° С. Температура внутренних органов зависит от интенсивности обменныхпроцессов. Наиболее интенсивно обменные процессы протекают в печени, которая является самым «горячим» органом тела: температура в тканях печени равна 38—38,5° С. Температура в прямой кишке составляет 37—37,5° С. Однако она может колебаться в пределах 4—5° С в зависимости от наличия в ней каловых масс, кровенаполнения ее слизистой и других причин. У бегунов на большие (марафонские) дистанции в конце состязаний температура в прямой кишке может повышаться до 39—40° С.

Способность поддерживать температуру на постоянном уровне обеспечивается за счет взаимосвязанных процессов – теплообразования и выделения тепла из организма во внешнюю среду. Если теплообразование равно теплоотдаче, то температура тела остается постоянной. Процесс образования тепла в организме получил названиехимической терморегуляции, процесс, обеспечивающий удаление тепла из организма, - физической терморегуляции.

Химическая терморегуляция. Тепловой обмен в организме тесно связан с энергетическим. При окислении органических веществ выделяется энергия. Часть энергии идет на синтез АТФ. Эта потенциальная энергия может быть использована организмом в дальнейшей его деятельности. Источником тепла в организме являются все ткани. Кровь, протекая через ткани, нагревается.

Повышение температуры окружающей среды вызывает рефлекторное снижение обмена веществ, вследствие этого в организме уменьшается теплообразование. При понижении температуры окружающей среды рефлекторно увеличивается интенсивность метаболических процессов и усиливается теплообразование. В большей степени увеличение теплообразования происходит за счет повышения мышечной активности. Непроизвольные сокращения мышц (дрожь) являются основной формой повышения теплообразования. Увеличение теплообразования может происходить в мышечной ткани и за счет рефлекторного повышения интенсивности обменных процессов — несократительный мышечный термогенез.

Физическая терморегуляция. Этот процесс осуществляется за счет отдачи тепла во внешнюю среду путем конвекции (теплопроведения), радиации (теплоизлучения) и испарения воды.

Конвекция - непосредственная отдача тепла прилегающим к коже предметам или частицам среды. Отдача тепла тем интенсивнее, чем больше разница температур между поверхностью тела и окружающим воздухом.

Теплоотдача увеличивается при движении воздуха, например при ветре. Интенсивность отдачи тепла во многом зависит от теплопроводности окружающей среды. В воде отдача тепла происходит быстрее, чем на воздухе. Одежда уменьшает или даже прекращает теплопроведение.

Радиация - выделение тепла из организма происходит путем инфракрасного излучения с поверхности тела. За счет этого организм теряет основную массу тепла. Интенсивность теплопроведения и теплоизлучения во многом определяется температурой кожи. Теплоотдачу регулирует рефлекторное изменение просвета кожных сосудов. При повышении температуры окружающей среды происходит расширение артериол и капилляров, кожа становится теплой и красной. Это увеличивает процессы теплопроведения и теплоизлучения. При понижении температуры воздуха артериолы и капилляры кожи суживаются. Кожа становится бледной, количество протекающей через ее сосуды крови уменьшается. Это приводит к понижению ее температуры, теплоотдача уменьшается, и организм сохраняет тепло.

Испарение воды с поверхности тела (2/з влаги), а также в процессе дыхания (1/з влаги). Испарение воды с поверхности тела происходит при выделении пота. Даже при полном отсутствии видимого потоотделения через кожу испаряется в сутки до 0,5 л воды — невидимое потоотделение. Испарение 1 л пота у человека с массой тела 75 кг может понизить температуру тела на 10° С.

В состоянии относительного покоя взрослый человек выделяет во внешнюю среду 15% тепла путем теплопроведения, около 66% посредством теплоизлучения и 19% за счет испарения воды.

В среднем человек теряет за сутки около 0,8 л пота, а с ним 500 ккал тепла.

При дыхании человек также выделяет ежесуточно около 0,5 л воды.

При низкой температуре окружающей среды (15° С и ниже) около 90% суточной теплоотдачи происходит за счет теплопроведения и теплоизлучения. В этих условиях видимого потоотделения не происходит.

При температуре воздуха 18—22° С теплоотдача за счет теплопроводности и теплоизлучения уменьшается, но увеличивается потеря тепла организмом путем испарения влаги с поверхности кожи. При большой влажности воздуха, когда испарение воды затруднено, может возникнуть перегревание тела и развитьсятепловой удар.

Малопроницаемая для паров воды одежда препятствует эффективному потоотделению и может служить причиной перегревания организма человека.

В жарких странах, при длительных походах, в горячих цехах человек теряет большое количество жидкости с потом. При этом появляется чувство жажды, которое не утоляется приемом воды. Это связано с тем, что с потом теряется большое количество минеральных солей. Если добавить к питьевой воде соль, то чувство жажды исчезнет исамочувствие людей улучшится.

 Центры регуляции теплообмена. Терморегуляция осуществляется рефлекторно. Колебания температуры окружающей среды воспринимаются терморецепторами. В большом количестве терморецепторы располагаются в коже, в слизистой оболочке полости рта, верхних дыхательных путях. Обнаружены терморецепторы во внутренних органах, венах, а также в некоторых образованиях центральной нервной системы.

Терморецепторы кожи очень чувствительны к колебаниям температуры окружающей среды. Они возбуждаются при повышении температуры среды на 0,007° С и понижении — на 0,012° С.

Нервные импульсы, возникающие в терморецепторах, по афферентным нервным волокнам поступают в спинной мозг. По проводящим путям они достигают зрительных бугров, а от них идут в гипоталамическую область и к коре большого мозга. В результате возникают ощущения тепла или холода.

В спинном мозге находятся центры некоторых терморегуляторных рефлексов.Гипоталамус является основным рефлекторным центром терморегуляции. Передние отделы гипоталамуса контролируют механизмы физической терморегуляции, т. е. они являются центром теплоотдачи. Задние отделы гипоталамуса контролируют химическую терморегуляцию и являются центром теплообразования.

Важная роль в регуляции температуры тела принадлежит коре головного мозга. Эфферентными нервами центра терморегуляции являются главным образом симпатические волокна.

В регуляции теплообмена участвует и гормональный механизм, в частности гормоны щитовидной железы и надпочечников. Гормон щитовидной железы — тироксин, повышая обмен веществ в организме, увеличивает теплообразование. Поступление тироксина в кровь возрастает при охлаждении организма. Гормон надпочечников —адреналин — усиливает окислительные процессы, увеличивая тем самым теплообразование. Кроме того, под действием адреналина происходит сужение сосудов, в частности сосудов кожи, за счет этого уменьшается теплоотдача.

Приспособление организма к пониженной температуре окружающей среды. При понижении температуры окружающей среды происходит рефлекторное возбуждение гипоталамуса. Повышение его активности стимулирует гипофиз, результатом чего является усиленное выделение тиреотропина и кортикотропина, повышающих активность щитовидной железы и надпочечников. Гормоны данных желез стимулируют теплопродукцию.

Таким образом, при охлаждении включаются защитные механизмы организма, повышающие обмен веществ, теплообразование и уменьшающие теплоотдачу.

Возрастные особенности терморегуляции. У детей первого года жизни наблюдается несовершенство механизмов. Вследствие этого при понижении температуры окружающей среды ниже 15° С возникает переохлаждение детского организма. На первом году жизни происходит уменьшение отдачи тепла посредством теплопроводности и теплоизлучения и увеличение теплопродукции. Однако до 2 лет дети остаются термолабильными (повышается температура тела после еды, при высокой температуре окружающей среды). У детей от 3 до 10 лет совершенствуются механизмы терморегуляции, но их неустойчивость продолжает сохраняться.

В препубертатном возрасте и в период полового созревания (пубертатный период), когда происходят усиленный рост организма и перестройка нейрогуморальной регуляции функций, усиливается неустойчивость терморегуляционных механизмов.

В пожилом возрасте наблюдается снижение образования тепла в организме по сравнению со зрелым возрастом.