Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛЕКЦІЯ 11 Обмін речовин і енергії. Терморегуляц...docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
67.66 Кб
Скачать

ЛЕКЦІЯ 11. Обмін речовин і енергії. Терморегуляція

Енергетичний обмін.

План

1.Обмін речовин між організмом і зовнішнім середовищем як основні умови життя;

2. Етапи енергетичного обміну;

3. Організм як відкрита термодинамічна система;

4. Методи визначення енерговитрат організму ( пряма і непряма калометрія);

5. Основний обмін, загальний обмін;

6.Теплообмін і його регуляція:

а) хімічна терморегуляція;

б) фізична терморегуляція;

в) центр терморегуляції, види терморецепторів;

г) регуляція температури тіла при змінах температури довкілля.

Обмін речовин між організмом; зовнішнім середовищем як основні умови життя.

Живі істоти відрізняються від неживих складністю своїх структур; нестійкістю складових частин організму.

Наприклад, органоїди деяких клітин існують декілька годин, за добу руйнується весь епітелій кишечнику, 1/20 епітелію шкіри, період напіврозпаду тіла складає 8 діб.

Зрозуміло, що життя можливе тільки при постійному і повному відновленні всіх структур, що відбувається за рахунок органічних сполук навколишнього середовища, тобто між організмом і зовнішнім середовищем відбувається безперервний обмін речовин і енергії.

Типи обміну:

  • обмін між організмом і навколишнім середовищем – це кругообіг речовин в

природі;

  • обмін речовин в середині організму – це метаболізм.

Складні органічні молекули мають значний запас потенціальної енергії, при розпаді їх до простих ( СО2 і Н2О) виділяється вільна енергія, яка може використатись організмом для виконання різних видів роботи.

Але спершу ця енергія повинна перетворитись в інший вид клітинної енергії: АТФ, АДФ, КФ.

Цей процес відбувається в мітохондріях.

Енергетичний обмін це обмін, що забезпечує клітини енергією.

Пластичний обмін це обмін, внаслідок якого утворюються нуклеїнові кислоти, білки, клітинні структури.

Етапи енергетичного обміну

І. Надходження енергії.

У вигляді енергії хімічних зв’язків поживних речовин ( Ж, Б, В)

ІІ .Перетворення енергії

а) вивільнення;

б) акумуляція;

в) використання.

ІІІ. Виділення енергії

Первинне і вторинне тепло.

І. В організм людини енергія надходить у вигляді енергії хімічних зв’язків поживних речовин ( Б, Ж, В).

ІІ. Перетворення енергії в організмі людини полягає:

  • вивільнення енергії поживних речовин відбувається при руйнуванні їх хімічних зв’язків. 50% енергії виділяється із організму перетворившись на тепло ( це первинне тепло), а решта йде на синтез АТФ, АДФ, тощо;

  • акумуляція енергії відбувається у вигляді енергії макроергічних зв’язків АТФ, КФ, ГТФ, ЦТФ.

  • використовується енергія макроергічних зв’язків на такі процеси:

а) самовідновлення, ККД цих процесів приблизно 35%, решта енергії перетворюється на вторинне тепло і виділяється з організму

б) роботу активного транспорту проти градієнтів концентрацій ( робота K і Na насосу , кальцієвий насос СПР, всмоктування в кишківнику, реабсорбція і секреція в ниркових канальцях;

в) механічна робота гладеньких і скелетних мязів.

ІІІ. Отже, при відсутності виконання зовнішньої роботи, вся енергія, що утворюється в організмі перетворюється на тепло ( первинне і вторинне) і виділяється із організму.

Організм як відкрита термодинамічна система.

Організм людини є відкритою термодинамічною системою, тобто він обмінюється з навколишнім середовищем речовиною, енергією та інформацією.

Як будь-яка термодинамічна система, організм людини підкоряється законам термодинаміки:

1-й закон: загальна енергія системи та навколишнього середовища постійна, та в ході хімічних реакцій та фізичних процесів енергія може переходити із однієї форми в іншу. Тобто, 1-й закон термодинаміки представляє собою закон збереження енергії. Кількість матерії і енергії, що переходить в організм точно відповідає кількості, яку організм повертає у навколишнє середовище.

2-й закон: всі самовільні процеси намагаються проходити в напрямку зростання ентропії системи та навколишнього середовища. Ентропія – це міра невпорядкованості системи, міра деструкції та розсіяності енергії.

У відповідності з другим законом термодинаміки всі самовільні процеси в організмі проходять в напрямку підвищення ентропії, тобто зменшення ступеня впорядкованості структур, які складають організм. Та організм людини, як і будь-який інший організм, характеризується високим ступенем впорядкованості структур.

Для підтримання структурної впорядкованості організм запозичує енергію з навколишнього середовища, тобто всередині організму створюється негентропія (проти ентропії), а навколо організму створюється ентропія. Кінцевим наслідком енергетичних перетворень, що відбуваються в організмі, у відповідності з другим законом термодинаміки, є теплота, що виділяється у навколишнє середовище.

Співвідношення між енергією, що надходить в організм і кількістю енергії, що виділяється організмом називається енергетичним балансом. Енергетичний баланс складається на основі визначення калорійності їжі і теплових витрат організму.

Методи визначення енерговитрат організму:

1. Пряма калориметрія. Дослідження проводять за допомогою спеціальних пристроїв – калориметрів, які не допускають втрати тепла в зовнішнє середовище. Прилад має подвійні стінки, між якими по системі трубок рухається рідина. Організм, який знаходиться в калориметрі, виділяє тепло, тому рідина в трубах нагрівається. Розрахунок енерговитрат проводять за формулами.

Оцінка енерговитрат за виділенням тепла із організму можлива, тому що вся енергія, яка використовується організмом, перетворюється в тепло і виділяється з організму у вигляді тепла (якщо не виконується зовнішня механічна робота).Метод точний, але громіздкий і не дозволяє виміряти енергетичні витрати організму під час руху.

2. Непряма калориметрія. Енерговитрати організму розраховують за його газообміном (за використанням кисню та виділенням вуглекислого газу). Правильність такого підходу є доведеною, тому що енергія поживних речовин звільняється в організмі людини, головним чином, в ході процесів аеробного окисного фосфорилювання; саме на ці процеси іде поглинений організмом О2, саме в ході цих процесів утворюється СО2, який виділяється з організму.

Визначення енерговитрат організму методом непрямої калориметрії включає наступні етапи:

а)визначення поглинання О2 та виділення СО2 організмом за певний проміжок часу б)розрахунок дихального коефіцієнту (ДК):

, де

2 – об’єм О2, що був поглинений організмом за певний час;

Vсо2 – об’єм СО2, що був виділений організмом за той самий час.

Дихальний коефіцієнтце співвідношення між об’ємами СО2, що видихується і о б’ємом О2, який використовується для окислення. За величиною ДК можна опосередковано судити про речовини,

які киснюються. Величина ДК в звичайних умовах змінюється від 0,7 до 1,0 і залежить від виду поживних речовин, які окиснюються в організмі.

При окисненні вуглеводів ДК = 1,0; білків – 0,8; жирів – 0,7, при змішаному окисненні поживних речовин ДК частіше всього коливається в межах від 0,8 до 0,85.

в) визначення за таблицями калоричного коефіцієнту кисню (ККО2). Це кількість енергії яка звільняється при затраті одного літра кисню.

г) розрахунок енерговитрат організму проводять за певний час .

Енергетична цінність різних поживних речовин різна;

в розрахунку на 1г речовини вона складає:

  • жири = 9,3 ккал (39кДж);

  • білки = 4,1 ккал (17кДж);

  • вуглеводи = 4,1 ккал (17кДж).

Основний обмін і умови його визначення, фактори, що впливають на його величину.

Основний обмін (ОО) – це добові енерговитрати організму в умовах спокою.

При визначенні ОО треба дотримуватись таких стандартних умов:

1. зранку (тому, що є добові коливання рівня енерговитрат – він мінімальний вночі о 3-4 годині й максимальний ввечері о 17-18 годині);

2. в умовах фізичного та емоційного спокою (м’язова робота супроводжується збільшенням енерговитрат організму, так як на скорочення м’язів необхідно витрачати значну кількість енергії; в умовах емоційної напруги активується симпатичний відділ вегетативної нервової системи тому збільшується кількість катехоламінів та тироксину, які викликають збільшення енерговитрат організму);

3. лежачи (щоб не витрачалася зайва енергія на скорочення м’язів на підтримання антигравітаційної пози);

4. при температурі комфорту (при цьому підтримання сталості температури тіла не потребує напруження процесів тепловіддачі та теплопродукції, тобто на ці процеси не витрачається енергія) 20 – 22 градусів;

5. визначають ОО в стані бадьорості, але за умови, що енерговитрати організму мінімальні.

6. натще (через 10-12 годин після прийому їжі, щоб не проявлялася специфічно-динамічна дія їжі).

Специфічно-динамічна дія їжі – це збільшення енерговитрат, що пов’язане з прийомом їжі. Після прийому вуглеводної та жирної їжі, специфічно-динамічна дія їжі складає 10-15%, а білкової – 30%.

Енергія основного обміну витрачається так:

- 50% її перетворюється на первинне тепло й виділяється з організму, 50% йде на синтез АТФ;

Фактори, від яких залежить величина ОО:

  1. Стать.

  2. Маса тіла.

  3. Зріст.

  4. Вік.

  5. Особливості процесів обміну речовин в організмі:

- у жінок ОО на 5 – 10 % нижча, ніж у чоловіків;

- у дітей ОО вищий, ніж у дорослих;

- у людей похилого віку ОО знижується на 15 – 20 %;

ОО порушується при ендокринних хоробах:

а) при гіперфункції щитоподібної залози (базедова хвороба) ОО підвищується на 150%

б) при гіпофункції щитоподібної залози ОО знижується на 40%

в) на ОО впливає стан статевих залоз, гіпофіза, тощо.

Рівень ОО приблизно 1300 – 1700. ккал, має добовий ритм коливань.

Інтенсивність енергетичного обміну залежить від характеру діяльності людини. ( це робочий обмін).

Сукупність основного і робочого обміну складають загальний обмін.

Загальний обмін - це рівень обміну в звичайних умовах, а не в стандартних обмін)

Найбільше енергії витрачається витрачається при мязовій роботі.

Населення по рівню загального обміну поділяється на 5 груп:

Для людей віком 18-29 років добові енерговитрати в різних групах складає:

Група

Добові енерговитрати

Чоловіки

Жінки

кДж

ккал

кДж

ккал

1

11715

2300

10142

2400

2

12552

3000

10669

2550

3

13388

3200

11296

2700

4

15480

3700

13179

3150

5

17991

4300

-

-

1 група – переважає розумова праця;

2 група – зайняті легкою фізичною працею;

3 група – виконання фізичної роботи середньої важкості;

4 група – зайняті важкою фізичною працею;

5 група – зайняті дуже важкою фізичною роботою;

Знання ЗО необхідне для правильного визначення добової калорійності раціону (особливо, якщо великі групи людей перебувають в умовах організованого харчування – лікарні, школи-інтернати, армія...).

Калорійність харчового раціону має повністю покривати добові енерговитрати. Крім цього, харчовий раціон має бути збалансований (тобто вміщувати необхідну кількість білків, жирів та вуглеводів, вітамінів та мікроелементів тощо).

При визначенні енерговитрат доцільно враховувати вікові категорії:

18 – 29 років; 40 – 59 років.

30 – 39 років;