Ответы к экзамену 1

Потребность энергии у женщин в связи с менее интенсивным течением обменных процессов и меньшим весом на 10—15% ниже, чем у мужчин. С возрастом

интенсивность обменных процессов снижается, и поэтому энергозатраты также становятся меньше. Чем

тяжелее физический труд и больше нервно-психическая нагрузка, тем выше потребность в энергии.

Коммунально-бытовые условия, в которых проживает человек, также обуславливают разное количество пищи для обеспечения их энергетических затрат (например, благоустроенное жилье в городе или неблагоустроенное в сельской местности). В условиях холодного климата, особенно при работе на открытом воздухе, потребность в энергии на 5—15% выше, чем в умеренном климате. В северных районах страны рекомендуется повышать нормы потребления жира за счет уменьшения в рационе

углеводов. В южных районах в условиях жаркого климата большую часть калорийности рациона следует обеспечивать за счет легкоусвояемых углеводов, потребление энергии

при этом снижается примерно на 5%.

Общий обмен энергии состоит из основного обмена и рабочей прибавки.

Основной обмен – это минимальный уровень обмена веществ и энергии в состоянии

полного психического и физического покоя натощак, т.е. через 12-18 часов после еды при

температуре 18-20°С (1 ккал на 1 кг веса в течение 1 часа).

Рабочая прибавка – это расход энергии сверх обычного обмена. Расход энергии

повышается при мышечной работе, при приёме пищи, при низкой или высокой

температуре.

РП=РО-ОО.

Рабочий обмен (РО) - это величина энергетических затрат для определённого вида

трудовой деятельности.

Все взрослое население в зависимости от величины энерготрат делится на пять групп для

мужчин и четыре группы для женщин, учитывающих производственную физическую

активность и иные энерготраты.

I группа (очень низкая физическая активность; мужчины и женщины) — работники преимущественно умственного труда, коэффициент физической активности — 1,4 (государственные служащие административных органов и учреждений, научные работники, преподаватели вузов, колледжей, учителя средних школ, студенты и др.). 1800-2450 ккал.

II группа (низкая физическая активность, полностью механизированный физ. труд;

мужчины и женщины) работники, занятые легким трудом, коэффициент физической активности — 1,6 (водители городского транспорта, рабочие пищевой, текстильной,

швейной промышленности, продавцы, работники предприятий общественного питания

и

др.). 2100-2800 ккал.

III группа (средняя физическая активность, частично механизированный труд; мужчины

и женщины) — работники средней тяжести труда, коэффициент физической активности

— 1,9 (слесари, станочники, буровики, водители экскаваторов, бульдозеров и другой тяжелой техники, работники тепличных хозяйств, растениеводы и работники других родственных видов деятельности). 2500-3300 ккал.

IV группа (высокая физическая активность, немеханизированный труд; мужчины и женщины) — работники тяжелого физического труда, коэффициент физической активности — 2,2 (строительные рабочие, грузчики, рабочие по обслуживанию железнодорожных путей и ремонту автомобильных дорог, работники лесного,

охотничьего и сельского хозяйства, деревообработчики и т.д). 2850-3850 ккал. V группа (очень высокая физическая активность; мужчины) — работники особо

тяжелого физического труда, коэффициент физической активности — 2,5 (спортсмены

высокой квалификации в тренировочный период, шахтеры и проходчики, горнорабочие,

вальщики леса, бетонщики, каменщики, грузчики немеханизированного труда и работники

других родственных видов деятельности). 3750-4200 ккал.

Физический труд. Мышечная работа значительно увеличивает расход энергии, поэтому суточный расход энергии у здорового человека, проводящего часть суток в движении и физической работе, значительно превышает величину основного обмена. Это

увеличение энерготрат составляет рабочую прибавку. При мышечной работе освобождается

тепловая и механическая энергия. Отношение механической энергии ко всей энергии,

затраченной на работу, выраженное в процентах, называется коэффициентом полезного действия. При

физическом труде человека коэффициент полезного действия колеблется от 16 до 25 %

и

составляет в среднем 20 %, но в отдельных случаях может быть и выше. Он изменяется в зависимости от ряда условий. Так, у нетренированных людей он ниже, чем у

тренированных, и увеличивается по мере тренировки. Затраты энергии тем больше, чем

интенсивнее совершаемая организмом мышечная работа. Степень энергетических затрат при различной физической активности определяется коэффициентом физической

активности (КФА), который представляет собой отношение общих энерготрат на все виды деятельности за сутки к величине основного обмена. Значительные различия

энергетической потребности зависят от пола (у мужчин больше), возраста (снижаются после 40 лет), степени активности отдыха и уровня коммунального обслуживания. В старости энерготраты снижаются и к 80 годам составляют 8373—9211 кДж

(2000—2200

ккал).

При умственном труде энерготраты значительно ниже, чем при физическом. Трудные математические вычисления, работа с книгой и другиеформы умственного труда, если

они не сопровождаются движением, вызывают небольшое (2—3 %) повышение затраты энергии по сравнению с полным покоем. Однако в большинстве случаев различные виды

умственного труда сопровождаются мышечной деятельностью, в особенности при эмоциональном возбуждении работающего (лектор, артист, писатель, оратор и т.д.),

поэтому и энерготраты могут быть относительно большими. Пережитое эмоциональное

возбуждение может вызвать в течение нескольких последующих дней повышение обмена на 11—19 %.

83. Регуляция энергетического обмена. Методы исследования энергообмена: прямая и непрямая калориметрия.

Уровень энергетического обмена находится в тесной зависимости от физической активности, эмоционального напряжения, характера питания, степени напряженности терморегуляции и ряда других факторов.

Получены многочисленные данные, свидетельствующие об условно-рефлекторном изменении потребления О2 и энергообмена. Любой ранее индифферентный

раздражитель, связанный с мышечной деятельностью, может служить сигналом к увеличению обмена веществ и энергии.

У спортсмена в предстартовом состоянии резко увеличивается потребление О2, а следовательно, и энергообмен. То же происходит во время прихода на работу и при действии факторов рабочей обстановки у рабочих, деятельность которых связана с

физической активностью. Если испытуемому под гипнозом внушить, что он выполняет

тяжелую мышечную работу, то обмен у него может значительно повыситься, хотя в действительности испытуемый не производит никакой работы. Все это

свидетельствует о том, что уровень энергетического обмена в организме может изменяться под влиянием коры большого мозга.

Особую роль в регуляции обмена энергии играет гипоталамическая область мозга. Здесь формируются регуляторные влияния, которые реализуются вегетативными нервами или

гуморальным звеном за счет увеличения секреции ряда эндокринных желез. Особенно выраженно усиливают обмен энергии гормоны щитовидной железы — тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3), и гормон мозгового вещества надпочечника — адреналин.

Прямая калориметрия основана на непосредственном учете в биокалориметрах количества тепла, выделенного организмом. Биокалориметр представляет собой герметизированную и хорошо теплоизолированную от внешней среды камеру. В камере по трубкам циркулирует вода. Тепло, выделяемое находящимся в камере человеком,

нагревает циркулирующую воду. По количеству протекающей воды и изменению ее температуры рассчитывают количество выделенного организмом тепла.

В последние годы предложены камеры, позволяющие производит учет выделенного организмом тепла, а следовательно, выполнять прямую биокалориметрию,

изготовленные из покрытий, имеющих градиентный слой (медная и никелевая пленки, разделенные

тонким слоем из эпоксидной смолы). В этих устройствах тепловой поток измеряется на основании разницы сопротивлений цепей, включенных в схему моста Уитстона.

Калориметры градиентного типа выполняются в форме костюма, облегающего тело человека и позволяющего ему свободно передвигаться. Они создаются в комплексе со скафандрами для космонавтов, подводников и др.

Одновременно в биокалориметр подается О2 и поглощается избыток СО2 и водяных паров. Продуцируемое организмом человека тепло измеряют с помощью термометров

(1 и 2) по нагреванию воды, протекающей по трубам в камере (4). Количество

протекающей воды измеряют в баке (3). Через окно (5) подают пищу и удаляют экскременты.

Посредством насоса (6) воздух извлекают из камеры и прогоняют через баки с серной кислотой (7 и 9) (для поглощения воды) и с натронной известью (8) (для поглощения углекислого газа). Кислород подают в камеру из баллона (10) через газовые часы (11). Давление воздуха в камере поддерживают на постоянном уровне посредством сосуда с резиновой мембраной (12).

Непрямая калориметрия. Учитывая, что в основе теплообразования в организме лежат окислительные процессы, можно использовать непрямое определение

теплообразования в

организме по его газообмену — учету количества потребленного О2 и выделенного СО2 с последующим расчетом теплопродукции организма.

Для длительных исследований газообмена используют специальные респираторные камеры (закрытые способы непрямой калориметрии). Кратковременное определение газообмена в условиях лечебных учреждений и производства проводят более простыми не камерными методами (открытые способы калориметрии).

Наиболее распространен способ Дугласа — Холдейна, при котором в течение 10—15 мин

собирают выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа), укрепляемый на спине обследуемого. Он дышит через загубник, взятый в рот, или

резиновую маску, надетую на лицо. В загубнике и маске имеются клапаны, устроенные так, что обследуемый свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок Дугласа. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в котором

определяют количество О2 и СО2.

Кислород, поглощаемый организмом, используется для окисления белков, жиров и углеводов. Окислительный распад 1 г каждого из этих веществ требует неодинакового количества О2 и сопровождается освобождением различного количества тепла. При

потреблении организмом 1 л О2 освобождается разное количество тепла в зависимости от того, на окисление каких веществ О2 используется.

Количество тепла, освобождающегося после потребления организмом 1 л О2, носит название калорического эквивалента кислорода. Зная общее количество О2, использованное организмом, можно вычислить энергетические затраты только в том случае, если известно, какие вещества — белки, жиры или углеводы, окислились в теле.

Показателем этого может служить дыхательный коэффициент.

Дыхательным коэффициентом (ДК) называется отношение объема выделенного СО2 к объему поглощенного О2. Дыхательный коэффициент различен при окислении белков, жиров и углеводов. Для примера рассмотрим, каков будет дыхательный коэффициент при использовании организмом глюкозы. Общий итог окисления молекулы глюкозы можно

выразить формулой: С6Н12О6 + 6 О2 = 6 СО2 + 6 Н2О При окислении глюкозы число молекул образовавшегося СО2 равно числу молекул затраченного О2. Равное

количество молекул газа при одной и той же температуре и одном и том же давлении занимает один и тот же объем (закон Авогадро—

Жерара).

Следовательно, ДК (отношение СО2/О2) при окислении глюкозы и других углеводов

равен единице.

При окислении жиров и белков дыхательный коэффициент будет ниже единицы. При окислении жиров дыхательный коэффициент равен 0,7. Проиллюстрируем это на примере

окисления трипальмитина: 2 С3Н5 (С15Н31СОО)3 + 145 О2 = 102 СО2 + 98 Н2О Отношение между объемами углекислого газа и кислорода составляет в данном случае:

102 CO2/45 O2 = 0,703

Определение энергетического обмена у человека в покое методом закрытой системы с

неполным газовым анализом. Относительное постоянство дыхательного коэффициента

(0,85—0,90) у людей при обычном питании в условиях покоя позволяет производить

достаточно точное определение энергетического обмена у человека в покое, вычисляя

только количество потребленного кислорода и используя его калорический эквивалент при усредненном ДК. Количество потребленного организмом О2 определяют при помощи

различных спирографов.

Определив количество поглощенного кислорода и приняв усредненный дыхательный коэффициент равным 0,85, можно рассчитать энергообразование в организме;

калорический эквивалент 1 л кислорода при данном дыхательном коэффициенте равен 20,356 кДж, т. е. 4,862 ккал. Способ неполного газового анализа благодаря своей простоте

получил широкое распространение.

Во время интенсивной мышечной работы ДК повышается и в большинстве случаев приближается к единице. Это объясняется тем, что главным источником энергии во время

напряженной мышечной деятельности является окисление углеводов. После завершения

работы ДК в течение первых нескольких минут резко снижается до величин меньших, чем

исходные, и только спустя 30—50 мин после напряженной работы обычно нормализуется.

Изменения дыхательного коэффициента после окончания работы не отражают истинного отношения между используемым в данный момент кислородом и выделенной СО2.

Дыхательный коэффициент в начале восстановительного периода повышается по следующей причине: в мышцах во время работы накапливается молочная кислота,

на окисление которой во время работы не хватало О2 (это так называемый

кислородный долг). Молочная кислота поступает в кровь и вытесняет СО2 из гидрокарбонатов,

присоединяя основания. Благодаря этому количество выделенного СО2 больше количества СO2, образовавшегося в данный момент в тканях. Обратная картина наблюдается в дальнейшем, когда молочная кислота постепенно исчезает из крови. Одна часть ее окисляется, другая ресинтезируется в гликоген, а третья выделяется с мочой и

потом. По мере уменьшения количества молочной кислоты освобождаются основания, которые до того были отняты у гидрокарбонатов. Эти основания вновь связывают СО2 и

образуют гидрокарбонаты, поэтому через некоторое время после работы ДК резко падает вследствие задержки в крови СО2, поступающей из тканей.

84. Терморегуляция как фактор гомеостаза. Температура тела человека и его частей. Суточная динамика температуры тела.

Постоянство температуры тела, и особенно жизненно важных органов, —обязательное условие жизни для человека и теплокровных животных.

Для человека и теплокровных животных снижение или повышение температуры тела хотя бы на 1 °С означает резкое снижение уровня здоровья и работоспособности. Нормальной температурой тела для человека принято считать температуру при ее измерении в подмышечной впадине в пределах 36—37 °С.

Регулируя гомеостаз по параметру температуры тела, организм использует для поддержания изотермии практически все системы и органы. Так, например, кровь, лимфа, тканевая жидкость выполняют функцию теплоносителей. Система кровообращения обеспечивает изменения объемной скорости кровотока и перераспределение крови между наружными покровами и внутренними органами, что меняет уровень теплоотдачи. Сокращения мышц увеличивают теплообразование. Потоотделение и дыхание способствуют испарению жидкости с поверхности тела и дыхательных путей.

Типы:

По типу терморегуляции различают гомойотермных, пойкилотермных, гетеротермных животных и животных с переходной формой регуляции температуры тела.

Животных, температура тела которых поддерживается на постоянном уровне, называют гомойотермными, или теплокровными. К ним относятся птицы, млекопитающие, в том числе и человек.

В филогенетическом отношении терморегуляция — сравнительно молодая функция.

Но именно она обеспечила оптимальные условия существования и развития для теплокровных организмов и позволила человеку постоянно, независимо от времени года вести активный образ жизни, трудиться, совершенствоваться и в конце концов достигнуть сегодняшнего уровня развития.

Однако имеется большая группа животных, которые не имеют постоянной температуры внутренней среды. Температура их тела практически полностью зависит от температуры внешней среды, т.е. среды обитания, отличаясь от нее всего лишь на несколько десятых градуса. Именно поэтому их активность полностью зависит от погодных условий, времени года И др. Таких животных называют пойкилотермными, или холоднокровными. К ним относят беспозвоночных, рыб, пресмыкающихся, земноводных, в частности лягушек. Не только поведение, активность жизни, но и строение организма пойкилотермных зависят от температуры среды обитания.

В Австралии имеются редкие виды животных (утконос, ехидна), которых по типу терморегуляции нельзя отнести ни к гомойотермным, ни к пойкилотермным. У них так называемая переходная форма терморегуляции. Температура тела этих животных зависит от температуры среды обитания, но всегда превышает ее на 10—12 °С, так что в течение суток она может колебаться в широких пределах. Активность их жизни, хотя и в меньшей степени, чем у пойкилотермных, также определяется температурой среды обитания.

И наконец, имеются животные, система терморегуляции у которых функционирует попеременно: либо в режиме гомойотермии, либо в режиме пойкилотермии. Это животные, способные впадать в зимнюю или в летнюю спячку (медведи, ежи, суслики, сурки и др.). Таких животных по типу терморегуляции называют гетеротермными, либо зимнеспящими или летнеспящими.

Гетеротермия в процессе эволюции появилась после гомойотермии. Это свойство имеет большое биологическое значение, так как способствует выживанию животных в неблагоприятных условиях среды обитания.

Так, например, во время зимней спячки, когда температура тела зимнеспящих животных снижается до 1—2 °С, уровень обмена веществ у них снижается до 2—3 % от исходной величины, что и позволяет им благополучно пережить зиму за счет экономного расходования запасов жира.

Изотермия в процессе онтогенеза развивается постепенно. У новорожденного ребенка способность поддерживать постоянство температуры тела несовершенна. Вследствие этого может наступать охлаждение (гипотермия) или перегревание (гипертермия) организма при таких температурах окружающей среды, которые не оказывают влияния на взрослого человека. Равным образом даже небольшая мышечная работа, например, связанная с актом сосания или длительным криком ребенка, может привести к повышению температуры тела.

Температура тела детей раннего возраста, как правило, на 0,3—0,4 °С выше, чем у взрослого, постепенно приближается к последней и выравнивается с ней лишь к 5-му году жизни.

В теле человека принято различать "ядро"·, температура которого сохраняется

достаточно постоянной, и "оболочку"», температура которой существенно колеблется в зависимости от температуры внешней среды . При этом область "ядра" сильно уменьшается при низкой внешней температуре и, наоборот, увеличивается при относительно высокой температуре окружающей среды. Поэтому справедливо говорить о том, что изотермия присуща главным образом внутренним органам и головному мозгу. Поверхность же тела и конечности, температура которых может изменяться в зависимости от температуры окружающей среды, имеют различную температуру в зависимости от удаленности от "ядра" и степени защищенности одеждой. Так, температура кожи туловища и головы равна 32— 34 °С; на участках кожи, покрытых одеждой, 30—32 °С; на пальцах ног, кончике носа, ушной раковине 22 °С; на открытой тыльной стороне ладоней в холодное время года до 12—14 °С. Температура конечностей и кожи у гомойотермных является результирующей величиной между доставляемым теплом и интенсивностью его отдачи.

В организме гомойотермных животных происходит постоянное выравнивание температуры горячего ·ядра» и более холодной ·оболочки» за счет смешивания потоков теплой и холодной крови от них.

Температура тела человека, измеряемая в подмышечной впадине, колеблется в пределах 36—37 °С, а в прямой кишке 37,5—37,9 °С. У детей младшего возраста иногда измеряют температуру в полости рта. Она на несколько десятых градуса ниже, чем ректальная, и составляет в норме 37,2—37,5 °С.

Температуру тела обычно измеряют максимальным ртутным термометром (удерживает отмеченную максимальную температуру после его извлечения из подмышечной впадины благодаря сужению капилляра над ртутным резервуаром).

Температура тела у взрослого человека в течение суток не остается постоянной и колеблется в пределах 0,5—0,7 °С, в отдельных случаях до 1 'С.

Покой и сон понижают, мышечная деятельность, эмоции повышают температуру тела. Максимальная температура тела наблюдается в 16—18 ч, затем она постепенно падает и к 3-4 часа утра достигает минимума, возвращаясь к исходной величине опять в 16—18 ч. Эта суточная периодика определяется для животных факторами внешней среды, а для человека главным образом социальными, в частности ритмом общественной жизни, замирающей в ночное время.

Суточные сдвиги физиологических функций определяются периодической активностью ЦНС, которая в свою очередь рефлекторно реагирует на изменения внешней физической и социальной среды. В опытах на обезьянах было показано, что при имитации по режиму питания и освещения Н-часовых суток температура их тела имела колебания с периодикой, соответствующей 12-часовым суткам.

У человека при переезде на жительство, для участия в спортивных соревнованиях, на отдых в другие широты суточный ритм колебаний температуры тела соответственно изменяется.