Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образование

«Омский государственный технический университет»

Физиология обмена веществ и энергии

Методические указания для выполнения лабораторной работы

Омск

Издательство ОмГТУ

2008

Составитель Кубарева Марина Вячеславовна, канд. биол. наук, старший преподаватель кафедры «Промышленная экология и безопасность», ОмГТУ.

Методические указания предназначены для выполнения практических и самостоятельных работ по дисциплине «Физиология человека» студентами специальности 280202 – «Инженерная защита окружающей среды» и направления подготовки бакалавров 280200 – «Защита окружающей среды», а также студентами других специальностей, изучающих дисциплину «Физиология человека» очной и заочной форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

Обмен веществ и энергии. Общие положения

Обмен веществ и энергии между организмом и внешней средой – неотъемлемое свойство живой материи. Процесс об­мена заключается в непрерывном усвоении (ассимиляции) пи­тательных веществ, накоплении энергии в клетках и одновре­менном разрушении (диссимиляции) сложных органических веществ, из которых состоят клетки, высвобождении энергии и ее превращении. Энергия, высвобождающаяся при диссими­ляции, обеспечивает все жизненные процессы организма (кро­вообращение, дыхание, мышечное сокращение и т. д.).

Вся энергия, которая образуется в организме, в конечном счете превращается в тепловую, поэтому об интенсивности обменных процессов в организме можно судить по количе­ству теплоты, выделенному им в единицу времени.

Единицей измерения теплоты (как любого другого вида энергии) в международной системе единиц (СИ) является джоуль (Дж). Но в физиологии и медицине чаще используют внесистемную единицу – калорию и килокалорию (кал, ккал). Перевод килокалорий в джоули осуществляется в соответст­вии с соотношением 1 кал=4,19 Дж. Отсюда следует, что теп­ловая мощность, выраженная в килокалориях в час, может быть переведена в ватты (единицы тепловой мощности в СИ) в соответствии с соотношением 1 ккал/ч = 1,163 Вт.

Измерить количество высвобождающейся энергии в орга­низме можно путем прямой калориметрии в специальных каме­рах для определения общей теплопродукции организма. Это весьма громоздкий метод и в настоящее время почти не применяемый. На практике используются методы непрямой калори­метрии, при которых показателем теплопродукции служит ко­личество потребленного кислорода и выделенного углекислого газа. Результаты измерения выделенной энергии, полученные обоими методами, совпадают.

Исследование энергетических затрат организма приме­няется в физиологии труда, спортивной медицине и клинике. Интенсивность обмена увеличивается пропорционально на­грузке. Поэтому важно знать, сколько энергии тратит орга­низм для выполнения той или иной работы. Это помогает лучше организовать условия труда на предприятиях, пра­вильно выработать систему тренировок спортсменов и т. д.

В клинике обычно определяют так называемый основной обмен, т. е. минимальный уровень расхода энергии, которая идет только на поддержание жизнедеятельности организма. Основной обмен измеряют натощак (не ранее чем через 12 ч после приема пищи), при температуре комфорта (22 °С), лежа, т. е. в условиях относительного физического и психического по­коя. Энергетические затраты основного обмена обычно выражаются в килокалориях за 1 час (или сутки) и рассчитываются на 1 кг массы тела на 1 м² его поверхности. Для взрослого человека среднее значение ОО равно 1 ккал/кг/час, для мужчин – 1700 ккал/сутки, для женщин – 1500 ккал/сутки, т. е. на 10–15 % меньше, чем у мужчин. Если уровень основного обмена пациента отличается от среднестатистических данных, то это может до некоторой степе­ни служить показателем нарушения функции щитовидной железы.

Условия для измерения основного обмена трудно создать в учебной лаборатории, поэтому здесь обычно измеряют уровень обмена испытуемого в данный момент времени при мышечном покое и при физической нагрузке. Методы определения основ­ного обмена и так называемого рабочего обмена одинаковы.

Количество расходуемой энергии (работа сердца, кровообращение, дыхание, сохранение постоянной температуры тела) называют уровнем основного обмена. Данная величина зависит от пола, возраста, массы тела, состояния здоровья индивидуума и коррелирует с отношением поверхности тела к его объему. Немецкий физиолог М. Рубнер сформулировал закон энергозатрат: энергозатраты пропорциональны величине поверхности тела.

Говоря об обмене веществ, имеют в виду белковый, углеводный и липидный обмены.