Вопросы для самоконтроля

1. Дайте представление о системе дыхания. Каковы функции дыхания?

2. Каков механизм вдоха и выдоха?

3. В чём заключаются особенности транспорта кислорода и углекислого газа кровью?

4. Что такое кислородная емкость?

5. В чём заключаются особенности регуляции дыхания при мышечной работе?

9. Обмен энергии. Теплорегуляция.

9.1. Понятие об энергообмене. Методы исследования энерготрат.

В процессе жизнедеятельности организм непрерывно расходует энергию: на синтез различных соединений, на совершение мышечной работы, на осуществление дыхания, пищеварения, кровообращения, на поддержание температуры тела, на преодоление осмотических сил во время секреторных и выделительных процессов, на поддержание мембранных потенциалов и т. д.

В зависимости от активности организма и воздействий на него внешней среды различают три уровня энергетического обмена:

1. основной обмен,

2. обмен состоянии относительного покоя,

3. энерготраты при физической работе.

Интенсивность обменных процессов зависит от многих факторов. Поэтому для сравнения энергетических затрат у разных людей и у одного и того же человека в разное время была введена условная стандартная величина - основной обмен.

Основной обмен - это минимальные для бодрствующего организма затраты энергии, определенные в строгих стандартных условиях:

- в положении лежа, при полном мышечном и эмоциональном покое (т. к. мышечное и эмоциональное напряжение значительно повышают энерготраты);

- натощак, т.е. спустя 14-16 часов после последнего приема пищи (чтобы исключить специфическое динамическое действие пищи);

- при температуре комфорта - 18-20 градусов тепла (температура выше или ниже этих цифр может значительно изменить - увеличить или уменьшить - энерготраты);

- при исключении в течение трех суток перед исследованием приема белковой пищи.

У взрослого человека весом 70 кг основной об­мен в сутки оставляет около 1700 ккал. У здоровых людей основной обмен может колебаться в пределах ±15%. У жен­щин он на 5% ниже, чем у мужчин. С возрастом в связи с понижением интенсивности внут­риклеточных окислительных процессов основной обмен понижается. На величину основного обмена влияют уровень двигательной активности организма и особенности питания, а также гормоны щитовидной железы и ги­пофиза. При усилении функции щитовидной железы величина его повышается, при ослаблении понижается. Повышение обмена энергии под влиянием приема пищи зависит от ее состава и количества (специфическое динамическое действие пищи). Наиболее резкие сдвиги вызывает переваривание белковой пищи. Расход энергии при этом возрастает на 20—30%.

Спортивная тренировка, экономизируя окислительные процессы в организме, в большинстве случаев ведет к снижению основного обмена. Наиболее ярко это проявляется у спортсменов-стайеров.

Мышечная работа существенно изменяет интенсивность обмена, он может иногда увеличиваться в 20 раз по сравнению с уровнем ос­новного обмена (ОО).

При этом увеличивается и потребление кислорода - объем утилизируемого организмом кислорода в единицу времени, который при критических мощностях может достигать своего макси­мума - достигая индивидуального "кислородного потолка" - т.н. максимального потребления кислорода (МПК) и характеризует мощность аэробного механизма энергообеспечения.

Потребление кислорода при физической нагрузке не отражает общего расхода энергии. При начале работы, а на нее требуется оп­ределенное количество энергии, потребление кислорода не сразу удовлетворяет эту потребность. Со временем устанавливается стаци­онарное состояние, при котором потребность в кислороде удовлетво­ряется его притоком.

Разность между потребностью в кислороде и его потреблением составляет энергию, получаемую в результате анаэробного распада, и называется кислородным долгом.

После окончания работы потребление кислорода остается еще некоторое время несколько более высоким по сравнению с уровнем покоя и медленно возвращается к этому уровню. Принято говорить, что в это время происходит оплата кислородного долга.

По характеру выполняемой производственной деятельности и величине энерготрат взрослое население может быть разделено на 5 групп. К первой группе относятся лица, занимающиеся умствен­ным трудом, не требующим мышечных напряжений. Суточный рас­ход у них составляет в среднем 2200—3000 ккал. У лиц, выполняю­щих механизированную работу, расход энергии повышен до 2350— 3200 ккал. При частично механизированном труде суточный расход энергии достигает 2500—3400 ккал. Очень тяжелый, немеханизиро­ванный физический труд вызывает расход энергии равный 2900— 3990 ккал. В отдельных случаях при выполнении длительной и тя­желой работы суточный расход достигает еще больших величин.

Спортивная деятельность сопровождается значительным увели­чением суточного расхода энергии — до 4500—5000 ккал.

Общие энергетические затраты организма можно точно определить по количеству тепла, выделенного организмом во внешнюю среду. Следовательно, освобождающаяся в организме энергия может быть определена и выражена в единицах тепла - калориях, а методы определения количества образовавшейся энергии в организме называются калориметрическими. В качестве основной единицы энергии принят джоуль (Дж): 1 ккал равна 4,19 кДж.

Существует два вида калориметрии: прямая и непрямая (косвенная).

Прямая калориметрия - метод определения энергетических затрат организма по количеству выделенного им тепла. Прямая калориметрия проводится в специальных камерах - калориметрах, которые улавливают тепло, отдаваемое организмом. Метод прямой калориметрии является очень точным, но в виду сложности оборудования и трудоемкости самого процесса определения тепла в настоящее время применяется редко.

Непрямая калориметрия подразделяется на несколько видов.

1. Непрямая калориметрия, основанная на учете теплотворной способности питательных веществ. Калорическая ценность 1 г белка равна 4,1 ккал (17,17 кДж), 1 г жира - 9,3 ккал (38,96 кДж), 1 г углеводов - 4,1 ккал (17,17 кДж). Зная количество принятых питательных веществ и их калорическую ценность, можно рассчитать количество энергии, выделившейся в организме.

2. Непрямая калориметрия, основанная на данных газового анализа. При изучении калорической ценности питательных веществ было установлено, что поглощению определенного количества кислорода и выделению определенного количества углекислого газа за один и тот же промежуток времени соответствует определенное количество выделенного тепла. По соотношению между количеством выделенного углекислого газа и количеством потребленного в данный период времени кислорода можно судить о том, какие вещества преимущественно окисляются.

Соотношение между количеством углекислого газа, выделившегося в процессе окисления, и количеством кислорода, пошедшего на окисление, называется дыхательным коэффициентом (ДК). ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров - 0,7, а при окислении углеводов - 1,0.

Экспериментальными исследованиями установлено, что каждому значению ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода, т. е. количество тепла, которое освобождается при полном окислении какого-либо вещества до углекислого газа и воды на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Калорический эквивалент кислорода при окислении белков равен 4,8 ккал (20,1 кДж), жиров - 4,7 ккал (19,619 кДж), углеводов - 5,05 ккал (21,2 кДж).