Энергия существования

Интересно оценить и сопоставить суточные затраты энергии у разных видов теплокровных в условиях их повседневной жизни. Эта тема подробно исследована на птицах В.Г. Дольником [18], который считал, что «такая задача ... не выполнима ни на одном другом классе животных». Почему? Птиц легко наблюдать в естественной среде обитания. Орнитологи, сидя в кустах с секундомером, подсчитывают и записывают вид и длительность той или иной формы их поведения в разное время суток. В то же время в лабораторных условиях у птиц измеряют методами прямой и непрямой калориметрии энергетические траты во время разных форм их поведения: сна, кормежки, полета, охорашивания, ухаживания, бега, высиживания яиц и т.д. Умножая одни данные на другие, исследователи находят суточные расходы энергии у тех и других видов птиц. В.Г. Дольник использовал в своей работе собственные и опубликованные данные, полученные на 54 видах птиц с Мт от нескольких грамм до нескольких килограмм и обнаружил: У всех птиц повседневные затраты энергии при любой Т среды обитания, примерно, в 2,3 раза больше их БМ, который пропорционален Мт^0,72. Эти затраты назвали энергией существования.

Среди птиц БМ у воробьиных в 1,6 раз выше, чем у неворобьиных. Кроме того, он зависит от многих факторов - времени суток, сезона, климата, Так, в среднем, БМ снижается у птиц, если место их обитания приближается к экватору - на 1% / 1^о. Однако величина повседневных затрат энергии, равная 2,3 БМ, свято соблюдается всеми птицами, несмотря на их разный образ жизни и различные места обитания. Эти данные позволяют сделать такой вывод [18]: если в процессе адаптации и видообразования птице, например, необходимо дольше летать, то адаптация к этому виду деятельности пойдет по пути экономии энергии при полете (а полет требует 12 БМ), но величина энергии существования сохраняется неизменной.

В исключительно важные периоды жизни у птиц может возникать повышенный расход энергии, например, при размножении, росте, миграции. Но для таких случаев птица запасается дополнительными источниками энергии – жиром.

Это явление – поддержание постоянным суточного расхода энергии - было замечено и на млекопитающих (Brody, 1945, цит. по [18]). По-видимому, оно отражает фундаментальную закономерность в живой природе, и возможно, у млекопитающих «энергия существования» близка к 2.3 БМ.

Как учитывать эту закономерность для современного человека? Его образ жизни в цивилизованном обществе резко отличается от образа жизни других теплокровных в естественной среде обитания. Он отличается и от образа жизни древнего человека, который каждодневно боролся с холодом и голодом. И если БМ современника остался, в среднем, прежним, соответствующим известному уравнению БМ, то изменилась ли его «энергия существования» пока не ясно.

Поэтому планируя количество потребляемой энергии (состав и количество съедаемой пищи), человек должен учитывать ее возможный расход, а он связан с образом жизни человека и его двигательной активностью.

Таблица 10. Энергетические затраты человека при различных формах физической активности [26]

Затраты времени	Женщины		Мужчины
	ккал/мин	кратность к БМ	ккал/мин	кратность к БМ
Легкая работа: 75% сидя и стоя 25% стоя или в движении	1.56	1.7	1.99	1.7
Умеренная работа: 25% сидя и стоя 75% профессиональная активность	2.03	2.2	3.16	2.7
Тяжелая работа: 40% сидя и стоя 60% профессиональная активность	2.54	2.8	4.45	3.8

Примечание. Данные из доклада ВОЗ (1987) получены на европейцах - женщины 19-22 г, Мт 55 кг, рост 163 см и мужчины 19-22 г, Мт 70 кг, рост 177. БМ равнялся у женщин 0.9, у мужчин 1.16 ккал/мин.

В табл. 10, составленной по материалам докладов Всемирной организации здравоохранения (1987), показано, как меняется расход энергии при выполнении разных по физической активности работ. Как правило, оценка суточных энергетических затрат человека по этой таблице показывает, что в условиях легкой «сидячей» и даже умеренной работы они ниже 2.3 БМ, особенно у женщин. А если учесть, что с возрастом БМ снижается, двигательная активность человека падает, а количество потребляемой пищи меняется часто мало, то становиться понятным, почему с возрастом увеличиваются размеры жировых депо.

Задача 10. Найти энерготраты в условиях (Мт, кг)

БМ = 11,3۰Мт^0.75, мл 0₂ /мин; БМ = 11,3۰Мт ^-0.25, мл 0₂ /(минкг)

ММ = 115۰Мт^0.81 , мл 0₂ /мин; ММ = 115۰Мт ^-0.19, мл 0₂ /(минкг)

Мышь 10 г Человек 60 кг Слон 3 т

Мт^0.75: 0.032 кг 21.6 кг 405 кг

Мт^0.81: 0.024 кг 27.6 кг 655 кг .

Мт^-0.25: 3.16 кг 0.36 кг 0.135 кг

Мт^-0.19: 2.4 кг 0.46 кг 0.218 кг .

Решение задачи 10.

Мышь 10 г Человек 60 кг Слон 3 т

мл 0₂ /мин: БМ 0.36 244 4 576

ММ 2.76 3 174 75 325

мл 0₂ /(минкг) БМ 35.7 4.07 1.53

ММ 276 52.9 25.1

Задача 11. Сколько истратил человек в сутки (мл 0₂ и ккал)?

Мт=55 кг. 1 ккал = 208 мл О₂:

5 ч сидел – 4 мл О₂/(мин∙кг Мт) 

4 ч ходил - 8 мл О₂/(мин∙кг Мт)

1 ч бегал - 40 мл О₂/(мин∙кг Мт)

Остальное время БМ =11,3۰Мт^0.75(мл О₂ /мин). 55 ^0.75 кг = 2.2 кг.

Решение задачи 11

БМ: 10 • 60 • (11.3 • 2.2) = 14916 мл О₂ = 15 л О₂ или 72 ккал (5%)

Сидел: 4 • 60 • 5 • 55 = 66 000 мл О₂ = 66 л О₂ или 317ккал (21%)

Ходил: 8 • 60 • 4 • 55 = 105 600 мл О₂ = 106 л О₂ или 508 ккал (33%)

Бегал 1 ч: 40 • 60 • 55 = 132 000 мл О₂ = 132 л О₂ или 635 ккал (41%)

Всего 319 л О₂ или 1532 ккал (100%)

Задача 12 Найти системную артерио-венозную разницу О₂ (АВО₂) использовав уравнение Фика: VO₂ = МОК : АВО₂. Известно

Мт VО₂ , мл O2 / (минкг) МОК, мл/(минкг)

10 г и 100 кг 84 и 4 1000 и 110

Решение задачи 12. Из уравнения Фика АВО₂ = VO₂ / МОК

Мт = 10 г: 84 [мл O₂ / (минкг)] / 1000 [мл / (мин кг)] = 84 / 1000 = 8.4 об.%

Мт = 100 кг: 4 [мл O₂ / (минкг)] / 110 [мл / (мин кг)] = 4 / 110 = 3.6 об.%