Лекции по физе / Лекция16

Лекция 16. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ. ПРИНЦИПЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

Основные вопросы: Понятие об обмене веществ и энергии в организме. Обмен энергии: понятие общего и основного обмена. Факторы, влияющие на величину основного обмена. Правило поверхности. Методы измерения расхода энергии. Понятие прямой и непрямой калориметрии. Калорический эквивалент кислорода. Дыхательный коэффициент. Основные принципы и физиологические основы рационального питания. Закон изодинамии Рубнера. Тепловой эквивалент пищевых веществ. Обмен белков, жиров и углеводов, их энергетическая, пластическая и защитная функции. Значение витаминов. Температура тела и механизмы ее регуляции.

Роль термометрии в разработке рациональных способов препарирования зубов.

Обмен веществ и энергии - это совокупность процессов превращения веществ и энергии, обеспечивающих жизнедеятельность организма, а также его взаимосвязь с внешней средой.

Процессы превращения веществ и энергии представляют собой непрерывный цикл, состоящий из трех основных этапов:

1. пищеварение,

2. межуточный обмен,

3. образование и выведение конечных продуктов метаболизма.

Межуточный обмен, заключается в дальнейшем расщеплении и преобразовании питательных веществ в результате чего в клетках организма синтезируются видоспецифичные белки, жиры и углеводы. Межуточный обмен характеризуется ассимиляцией - совокупностью процессов синтеза живой материи и диссимиляцией - совокупностью процессов распада живой материи.

Третий этап обмена веществ сводится к удалению из организма метаболитов: углекислого газа, воды, азотистых продуктов обмена.

Общее количество энергии, которое расходуется организмом в процессе жизнедеятельности, называют общим обменом. Он включает в себя основной обмен и рабочую прибавку.

Основной обмен - это минимальное количество энергии, необходимое для поддержания основных жизненно-важных функций организма.

Рабочая прибавка - это величина энерготрат организма на выполнение физической или умственной работы.

Средняя величина основного обмена энергии колеблется от 1500 до 1700 ккал/сут и зависит от антропометрических факторов:

1. пола,

2. возраста,

3. роста,

4. веса.

Для оценки энергетических затрат организма используется прямая и непрямая калориметрия.

Прямая калориметрия основана на непосредственном измерении количества тепла, выделенного организмом в биокалориметре - герметизированной и теплоизолированной камере между стенками которой циркулирует вода.

Непрямая калориметрия основана на учете количества потребленного кислорода и выделенного углекислого газа с последующим расчетом теплопродукции организма.

Между количествами потребленного кислорода и образовавшегося тепла существует прямая связь, которая характеризуется калорическим эквивалентом кислорода (КЭК) - количеством энергии, которая освобождается в организме при потреблении 1 л О₂.

Однако, количество энергии, которая освобождается при потреблении 1 л кислорода, зависит от того, какие вещества - белки, жиры или углеводы окислялись в организме. Показателем этого служит дыхательный коэффициент (ДК) - объемное отношение выделенного при окислении питательных веществ в организме СО₂ к поглощенному О₂ в единицу времени (ДК = СО₂ : О₂).

ДК для углеводов - 1, для белков - 0,8, для жиров - 0,7, для смешанной пищи - 0,85.

Определив дыхательный коэффициент можно вычислить калорический эквивалент кислорода по формуле: КЭК = ДК + 4. КЭК для углеводов - 5 ккал/л, для белков - 4,8 ккал/л, для жиров - 4,7 ккал/л, для смешанной пищи - 4,85 ккал/л.

В зависимости от особенностей выполняемой деятельности население по энергетическим затратам делится на пять групп:

1) работники умственного труда - 2800 ккал/сутки,

2) работники легкого физического труда - 3000 ккал/сутки,

3) работники среднего по тяжести физического труда - 3200 ккал/сутки,

4) работники тяжелого физического труда - 3700 ккал/сутки,

5) работники особо тяжелого физического труда - более 4300 ккал/сутки.

Процесс поступления и усвоения питательных веществ для обеспечения энергетических, защитных и пластических потребностей организма, называется питанием.

Основные принципы питания:

1) достаточность для восстановления энергетических и пластических потерь организма, с учетом антропометрических данных, физиологического состояния и особенностей выполняемой деятельности,

2) адекватность качественного состава пищи потребностям организма,

3) потребление достаточного количества воды, солей, микроэлементов и витаминов,

4) оптимальный режим питания: при трехразовом питании - завтрак - 30%, обед - 45%, ужин - 35%.

В процессах энергообмена аминокислоты, жирные кислоты и моносахара взаимосвязаны общими путями их превращения и преобразования. Поэтому, согласно закону изодинамии Рубнера, пищевые вещества могут взаимозаменяться в соответствии с их тепловой энергетической ценностью.

Различают физический и физиологический тепловой коэффициент пищевых веществ.

Физический тепловой коэффициент - это количество энергии, выделяемое при сжигании 1 г вещества в калориметрической бомбе.

Калориметрическая бомба представляет собой специальный калориметр, наполненный чистым кислородом под давлением 200 атм. Сжигание вещества достигается пропусканием через бомбу электрического разряда. Физический тепловой коэффициент 1 г белка - 5,4 ккал, углеводов - 4,1 ккал, жира - 9,3 ккал.

Физиологический тепловой коэффициент - это количество энергии, выделяемое при окислении 1 г пищевых веществ в организме.

Физиологический тепловой коэффициент 1 г белка - 4,1 ккал, углеводов - 4,1 ккал, жира - 9,3 ккал.

Согласно закону изодинамии 1 г жира может быть заменен 2,3 граммами белка или углеводов. Однако, правило изодинамии учитывает только энергетические нужды организма, тогда как пищевые вещества выполняют еще и пластическую функцию.

В результате обмена веществ непрерывно разрушаются, образуются и обновляются клеточные структуры. Для образования и восстановления клеточных структур необходимо поступление из внешней среды белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных солей и воды.

Белковый оптимум для взрослого человека, занятого физическим трудом средней тяжести составляет от 100 до 120 г/сут (из них 50-65 г/сут – белки животного происхождения), а минимум - 30-45 г/сут.

Основные функции белков в организме:

1) пластическая,

2) энергетическая,

3) защитная.

Пищевой рацион должен включать не менее 60 г жиров. Ежесуточная оптимальная потребность в жирах составляет в среднем 70-100 г.

Жиры выполняют две основные функции - энергетическую и пластическую. По сравнению с углеводами и белками молекула липидов дает большее количество энергии при окислении. За счет окисления жиров обеспечивается около 50% общей потребности в энергии.

Углеводы, как и жиры, выполняют две основные функции - энергетическую и пластическую. Углеводы являются непосредственным источником энергии в организме. Поэтому уровень глюкозы в крови 4,4-6,6 ммоль/л является важнейшей гомеостатической константой. Оптимальная суточная потребность организма в углеводах составляет в среднем 400-500 г.

Катализирующую роль в обмене веществ играют витамины. Недостаточность суточной дозы одного витамина или их группы ведет к существенному нарушению обмена веществ. Чувствительным индикатором недостаточности витаминов в пищевом рационе являются слизистая рта и губы.

Недостаток витамина А вызывает ороговение эпителия слизистой оболочки рта и атрофию малых слюнных желез. Слизистая оболочка высыхает, на ней образуются трещины, которые легко инфицируются и воспаляются. Недостаток витаминов группы В проявляется воспалением слизистой оболочки рта, наличием участков атрофии на языке, его отечностью, появлением в углах рта трещин. Дефицит витамина С может вызвать цингу, которая характеризуется спонтанными кровотечениями, в частности, из десен. Недостаток витамина D нарушает развитие эмали зубов.

Часть энергии, высвобождающейся при биологическом окислении питательных веществ, превращается в тепло, которое ведет к повышению температуры организма.

Организм человека характеризуются относительно постоянным уровнем температуры тела с суточными колебаниями в пределах 0,5-0,7^о С. Максимальная температура наблюдается в 16-18 часов, а минимальная - в 3-4 ч утра.

Топографические различия между температурой центральных и периферических областей тела достигают 12^о С. На поверхности тела самая низкая температура отмечается в пальцах нижних конечностей - около 24^о С, а самая высокая в аксиллярной впадине - 36,5-36,9^о С. Несколько выше температура внутренних органов. Так, ректальная температура в норме составляет 37,2-37,5^о С, в печени - 37,8-38^о С, а в головном мозге - 36,9-37,8^о С.

Исследование температуры органов и тканей называется термометрией. Нарушение термометрических показателей свидетельствует об изменении трофики тканей, воспалительных процессах и инфекционных заболеваниях.

Термометрия играет важную роль в разработке рациональных способов препарирования зубов. Температура жевательной поверхности зуба составляет около 30,5^о С. Обработка кариозной полости при помощи бормашины ведет к нагреванию тканей зуба вследствие трения бора. При этом, повышение температуры зуба выше 45^о С может явится причиной ожога эмали и дентина и привести к термической травме пульпы. Важными условиями предотвращения тепловой травмы эмали, дентина и пульпы является прерывистость препарирования, использование высокоскоростных бормашин с острым режущим инструментом и периодическое охлаждение места контакта бора с твердыми тканями зуба.

Совокупность физиологических процессов, деятельность которых направлена на поддержание постоянства температуры тела, называют терморегуляцией.

Центр терморегуляции располагается в гипоталамусе. Он состоит из центра теплоотдачи, расположенного в передних отделах гипоталамуса и центра теплопродукции, который локализуется в задних отделах.

Теплопродукция - это совокупность химических процессов, направленных на поддержание оптимальной температуры тела, путем изменения скорости обменных процессов.

Теплоотдача - это совокупность физических процессов, к которым относятся:

1. теплоизлучение,

2. теплопроведение,

3. конвекция,

4. испарение.

Теплоизлучение - это способ отдачи тепла в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона. Теплопроведение - способ охлаждения, который наблюдается при соприкосновении тела с другими физическими объектами. Конвекция - способ теплоотдачи, который осуществляется путем переноса тепла движущимися частицами воздуха или воды. Испарение - это способ рассеивания тепла за счет испарения влаги с поверхности кожи или со слизистых дыхательных путей.

Регуляция теплоотдачи путем теплоизлучения, теплопроведения и конвекции основана на изменении кожного кровообращения. На холоде поверхностные артериолы кожи суживаются, поэтому большое количество крови поступает в сосуды брюшной полости и, тем самым, ограничивается теплоотдача. При повышении температуры окружающей среды сосуды кожи расширяются и увеличивается объем циркулирующей в них крови, что способствует теплоотдаче.

Теплоизлучение, теплопроведение и конвекция становятся неэффективными при выравнивании средних температур поверхности тела и окружающей среды. В этих условиях ведущим способом теплоотдачи становится испарение.

В целом, относительное постоянство температуры тела поддерживается путем взаимодействия, с одной стороны, механизмов, регулирующих интенсивность обмена веществ и зависящее от него теплообразование, а с другой - механизмов, регулирующих теплоотдачу.

Переохлаждение тела ниже 35^о С, называют гипотермией. Снижение температуры тела до 31^о С приводит к потере сознания, а при температуре 24-26^о С наступает смерть из-за нарушения автоматии сердца.

Увеличение температуры тела выше 37^о С, называют гипертермией. Резкая гипертермия, при которой температура тела достигает 40-41^о С, сопровождается существенными функциональными нарушениями всех систем и называется тепловым ударом. Летальной для человека является температура тела 43^о С.

4