Kratkiy_kurs_norm_fiziologii_V_P_Degtyarev

Дыхание при повышенном атмосферном давлении.

Дыхание при повышенном атмосферном давлении.

Во время водолазных и кессонных работ человек находится под повышенным давлением воздуха. При погружении под воду через каждые 10 м давление воды на поверхность тела увеличивается на 1 атм, следовательно, на глубине 90 м на человека действует давление около 10 атм.

При погружении под воду в водолазных костюмах человек может дышать только воздухом под соответствующим погружению повышенным давлением. В этих условиях увеличивается количество растворенных в крови кислорода

иособенно азота. Поэтому при погружении на большие глубины для дыхания применяются гелиево-кислородные смеси. Гелий почти нерастворим в крови

ипри дыхании им снижается сопротивление дыханию. Кислород добавляют к гелию в такой концентрации, чтобы его парциальное давление на глубине (т. е. при повышенном давлении) было близким к тому, которое имеется в обычных условиях.

После работ на больших глубинах специального внимания требует переход человека от высокого давления к нормальному. При быстрой декомпрессии, например, при быстром подъеме водолаза, физически растворенные в крови и тканях в значительно больших объемах газы не успевают выделиться из организма и образуют пузырьки. Кислород и углекислый газ представляют меньшую опасность, т. к. они быстро связываются кровыо и тканями. Особую опасность представляет образование пузырьков азота, которые разносятся кровью и закупоривают мелкие сосуды (газовая эмболия), что сопряжено с большой опасностью для жизни. Состояние, возникающее при быстрой декомпрессии, называется кессонной болезнью, она характеризуется болями в мышцах, головокружением, рвотой, одышкой, потерей сознания, а в тяжелых случаях могут возникать параличи. При появлении признаков кессонной болезни необходимо немедленно вновь подвергнуть пострадавшего действию высокого давления (такого, с которого он начинал подъем), чтобы вызвать растворение пузырьков азота, а зат ем декомпрессию производи ть постепенно.

При некоторых заболеваниях применяется метод лечения при повышенном давлении гипербарическая оксигенация, что обеспечивает повышение доставки кислорода тканям. Человека помешают в специальную барокамеру, где давление кислорода повышено до 3-4 атм. При таком давлении резко увеличивается количество кислорода, физически растворенного в крови и тканях. В таких условиях кислород переносится кровью в достаточном количестве даже без участия гемоглобина, т. к. высокое напряжение кислорода в крови создает условия для быстрой его диффузии к клеткам.

Искусственное дыхание. При некоторых состояниях, связанных с прекращением деятельности дыхательного центра и отсутствием самостоятельното дыхания, необходимо применять искусственное дыхание, с помощью кото-

181

Глава 9. Дыхание

рого возможно обеспечить вентиляцию легких. В клинике на искусственное дыхание переводят больных при операциях на органах грудной полости, а также при введении миорелаксантов - веществ, которые препятствуют передачи возбуждения с нерва на мышцу.

Выделяют три основных спосбба искусственного дыхания.

•периодическое нагнетание воздуха в легкие через воздухоносные пути;

•ритмическое расширение и сжатие грудной клетки;

•периодическое раздражение диафрагмальных нервов.

ГЛАВА 10. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ. ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

Живой организм характеризует непрерывный обмен веществ и энергии, который протекает внутри него, а также между организмом и внешней средой. Обмен веществ лежит в основе постоянного обновления клеточных структур, обеспечивая его пластические и энергетические потребности. Потенциальная энергия, освобождаемая при расщеплении питательных веществ, поступающих в организм с пищей, превращается в энергию тепловую, механическую и частично в электрическую. Эта энергия, а также компоненты питательных веществ, в процессе жизнедеятельности непрерывно расходуются на синтез различных соединений, необходимых для восстановления и обновления клеточных и тканевых структур, на совершение мышечной работы и других физиологических функций. Превращение веществ при жизнедеятельности с момента поступления их в клетки до образования конечных продуктов обмена называется метаболизмом.

Ворганизме метаболизм представлен двумя взаимосвязанными процессами - анаболизмом и катаболизмом. В основе анаболизма лежат процессы ассимиляции органических веществ, биосинтез структурных компонентов клетки, накопление энергии.

Основу катаболизма составляют процессы диссимиляции, расщепления сложных структур клеток до простых веществ - воды, углекислого газа, аммиака, в результате чего образуется энергия, необходимая для жизнедеятельности.

Вживом организме процессы анаболизма и катаболизма находятся в динамическом равновесии, которое может изменяться при некоторых состояниях. Например, в период восстановления после перенесенных заболеваний, при беременности, в детском возрасте преобладают процессы ассимиляции, что сопровождается обновлением клеточных элементов, накоплением массы тела, энергоемких субстратов, восстановлением резервных сил организма.

1 82

Процессы катаболизма (диссимиляции), сопровождающиеся потерей энергии, преобладают при старении организма, длительных физических или психоэмоциональных напряжениях, в период развития инфекционных заболеваний.

Все метаболические процессы в организме связаны с превращениями энергии. Для обеспечения нормальных условий жизнедеятельности человека важным моментом является соответствие количества расходуемой энергии, тому количеству энергии, которое он получает с пищевыми веществами. В процессе обмена веществ сложные органические вещества с большим содержанием энергии превращаются в результате окислительных процессов в менее сложные вещества, при этом происходит освобождение энергии, которая переходит из одного вида в другой. В конечном счете все виды энергии переходят в тепловую. Так как общее количество энергии не зависит от промежуточных стадий ее превращения, то общие энергетические затраты организма можно точно определить по количеству тепла, выделенного организмом во внешнюю среду. Освобождающаяся в организме энергия выражется в единицах тепла - калориях, а методы определения количества образовавшейся энергии в организме называются калориметрическими. В качестве основной единицы энергии принят джоуль (Дж): I ккал равна 4,19 кДж.

Существуют два вида калориметрии: прямая и непрямая (косвенная). Прямая калориметрия - метод определения энергетических затрат орга-

низма по количеству выделенного им тепла. Прямая калориметрия проводится в специальных камерах - калориметрах, которые улавливают тепло, отдаваемое организмом. Метод прямой калориметрии является очень точным, но ввиду сложности оборудования и трудоемкости самого процесса определения тепла в настоящее время применяется редко. Более широкое распространение получил метод непрямой калориметрии.

Непрямая калориметрия подразделяется на несколько видов.

1. Непрямая калориметрия, основанная на учете теплотворной способности питательных веществ. Теплотворная способность или калорическая ценность питательных веществ определяется путем сжигания I г вещества в специальном калориметре («бомба» Бертло) путем пропускания электрического тока. Сам калориметр погружен в воду и о количестве выделившегося тепла судят по изменению температуры воды. 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).

В живом организме эти вещества не горят, а медленно окисляются, но конечный эффект остается таким же.

Жиры и углеводы горят в калориметре и окисляются в организме до одних и тех же конечных продуктов - углекислого газа и воды, поэтому количество тепла, выделяемого в калориметре и в живом организме одинаково. При

183

Глава 10. Обмен веществ и энергии. Основы рационального питания

окислении белков в организме образуются креатинин, мочевина, мочевая кислота, которые являются конечными продуктами и выводятся из организма. В калориметрической «бомбе» эти вещества сгорают до углекислого газа, воды и аммиака и выделяют еще некоторое количестве тепла. Поэтому для белков введено понятие физической и физиологической калорической ценности. Физиологическая калорическая ценность 1 г белка (4,1 ккал) меньше физической (5,6 ккал).

Таким образом, зная количество принятых питательных веществ и их калорическую ценность, можно рассчитать количество энергии, выделившейся в организме.

2. Непрямая калориметрия, основанная на данных газового анализа. Окисление питательных веществ сопровождается поглощением определенного количества кислорода и выделением соответствующего количества углекислого газа за один и тот же промежуток времени. При этом выделяется определенное количество тепла. Такая зависимость позволяет использовать для определения количества тепла, освобождающегося в организме, данные газового анализа: количество поглощенного кислорода и количество выделенного за этот же промежуток времени углекислого газа. Это соотношение называют дыхательным коэффициентом (ДК). По дыхательному коэффициенту можно судить о том, какие вещества преимущественно окисляются в организме. 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 в 1 литре поглощенного при этом кислорода. Калорический эквивалент кислорода при питании смешанной пищей равен 4,8 ккал (20,1 кДж). Это означает, что при полном сгорании пищевых веществ в атмосфере одного литра кислорода выделяется 4,8 ккал (20,4 кДж). Определив реальное количество кислорода, потреблённого организмом, можно рассчитать энергетические затраты за минуту, час, сутки.

Непрямая калориметрия с использованием данных газового анализа подразделяется на три метода.

1). Метод непрямой калориметрии с использованием данных неполного газового анализа. Он основан на определении только количества поглощенного кислорода. Количество образовавшегося тепла вычисляют по калорическому эквиваленту кислорода для усредненного ДК (0,85).

2). Метод непрямой калориметрии с использованием данных полного газового анализа, т. е. определения количества поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа, с последующим расчетом ДК. По таблицам определяют тот калорический эквивалент кислорода, который соответствует найденному ДК и рассчитывают количество образовавшегося тепла.

184

3). Метод непрямой калориметрии с использованием данных полного газового анализа и с учетом количества распавшегося бепка. Так как в состав молекулы белка входит азот, который выделяется с калом, мочой, потом, то можно определить количество выделившегося азота, а, следовательно, и количество распавшегося белка, зная, что 1 г азота содержится в 6,25 г белка. Используя эти данные, определяют количество тепла, образовавшегося при окислении белков, жиров и углеводов.

Интенсивность обменных процессов и превращения энергии зависит от многих факторов, включающих индивидуальные особенности организма, характер питания и производственной деятельности, климатические характеристики зоны обитания и др. 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. Энергия основного обмена необходима для обеспечения жизнедеятельности организма и расходуется на работу сердца, лёгких, мозга и других внутренних органов. Основной обмен - это минимальные для бодрствующего организма затраты энергии, определенные в строгих стандартных условиях:

•в положении лежа, при полном мышечном и эмоциональном покое (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.

На основании многочисленных экспериментальных исследований основного обмена у здоровых людей разного пола, веса тела, роста и возраста статистическим путем были составлены таблицы для мужчин и женщин, но которым можно рассчитать величину основного обмена. В среднем, величина основного обмена составляет 1,0 ккал в 1 час на !,() кг массы тела. У мужчин в сутки основной обмен равен примерно 1700 ккал, у женщин - на 10% ниже.

Величина основного обмена зависит от многих факторов, но особенно сильно она изменяется при некоторых эндокринных заболеваниях. Например, резкое повышение величины основного обмена наблюдается при гиперфункции щитовидной железы, а при гипофункции этой железы, наблюдается его снижение. К снижению величины основного обмена приводит недостаточность функции гипофиза и половых желез.

Суточный расход энергии у здорового человека составляет рабочий обмен и значительно превышает величину основного обмена. Он складывается из следующих компонентов:

185

Глава 10. Обмен веществ и энергии. Основы рационального питания

•основного обмена;

•рабочей прибавки, т. е. энергозатрат, связанных с движением и с выполнением той или иной работы;

•специфического динамического действия пищи - увеличения интенсивности обмена веществ и энергозатрат, связанных с приемом пищи, процессами пищеварения и всасывания.

Так, прием белковой пищи увеличивает обмен в среднем на 30%, а смешанной пищи - на 15%.

Нормальная жизнедеятельность организма может осуществляться только в том случае, если происходит адекватное приспособление процессов обмена веществ и энергии к изменяющимся условиям. Такое приспособление организма обеспечивается процессами саморегуляции.

Основы рационального питания.

Исходным материалом для обновления и создания живой ткани и источником энергии является пища. Поэ тому питание человека должно быть рациональным, то есть точно соответствовать потребностям организма в пластических веществах и энергии, минеральных солях, витаминах и воде, обеспечивать нормальную деятельность организма, хорошее самочувст вие, высокую работоспособность, сопротивляемость инфекциям, правильный рост и развитие детского организма.

Основа рационального питания - сбалансированность, т.е. оптимальное соотношение компонентов пищи. Рациональный подход к организации питания предполагает соблюдение ряда принципов при составлении пищевого рациона, т. е. количества и состава продуктов питания, необходимых человеку в сутки.

1. Калорийность пищевого рациона должна покрывать энергетические затраты организма, которые определяются видом трудовой деятельности. Все взрослое население в зависимости от выполняемой работы делится на 5 групп, каждой из которых соответствует определенное количество расходуемой энергии в сутки.

•I группа - работники умственного труда - 2100-2450 ккал (9799-10265

кДж);

•II группа - работники механизированного труда и сферы обслуживания

-2500-2800 ккал (10475-11732 кДж);

•III группа - работники занятые трудом средней тяжести - 2950-3300 ккал (12360-13827 кДж);

•IV группа - работники тяжелого, немеханизироваиного труда - 3400-3850 ккал (14246-16131 кДж);

186

Основы рационального питания.

• V группа - работники очень тяжелого физического труда - 3850-4200 ккал (16131-17598 кДж).

2.Учитывается калорическая ценность питательных веществ.

3.Возможность использования закона изодинамии питательных веществ,

т.е. взаимозаменяемости белков, жиров и углеводов. Например, исходя из энергетической ценности, 1 г жира, высвобождающий при окислении 9,3 ккал, может заменить 2,3 г белка или углеводов. Однако следует помнить, что такая замена возможна только на короткое время, т. к. питательные вещества выполняют не только энергетическую, но и пластическую функцию, т. е. они необходимы для построения новых клеток.

жира, 400-600 г углеводов. Особое значение имеет содержание белков. О достаточности или недостаточности белкового рациона позволяет судить так называемый азотистый баланс, соответствие количества азота вводимого с пищей, количеству азота, выводимого из организма. В норме должно иметь место азотистое равновесие — состояние, при котором количество азота, вводимого в организм, равно его количеству, выводимому из организма. Если белковый рацион недостаточен, то возникает состояние отрицательного азотистого ба- ланса-и организм азота вводится меньше, чем выводится с продуктами распада. Отрицательный азотистый баланс наблюдается при голодании, при тяжелых инфекционных заболеваниях, в старческом возрасте, при распаде опухолей и т. д. Положительный азотистый баланс наблюдается, когда азота в организм вводится больше, чем выводится из организма, т. е. идет ретенция (задержка) азота в организме. Это состояние наблюдается в период роста организма, при беременности, после длительного голодания, после тяжелых инфекционных болезней, в период роста опухолей.

5.В пищевом рационе количество белков, жиров и углеводов должно содержаться в соотношении 1:1:4.

6.Пищевой рацион должен полностью удовлетворять потребность орга-

низма в витаминах, минеральных солях и воде.

7.Пища обязательно должна содержать полноценные и неполноценные

белки.

8.Рекомендуется включать в пищевой рацион одну треть суточной нормы белков и жиров животного происхождения.

9.Необходимо учитывать степень усвоения различных питательных ве-

ществ.

10.При составлении суточного рациона питания следует учитывать объем. пищи, т. к. от объема пищи зависит чувство насыщения, а также моторная функция желудочно-кишечного тракта.

187

Глава 10. Обмен веществ и энергии. Основы рационального питания

11.Пищевой рацион должен обязательно включать достаточное потребление воды с учётом её суточной экскреции.

12.Лучшее усвоение питательных веществ обеспечивается правильным режимом питания.

13.Необходимо учитывать правильное распределение суточной калорийности рациона по отдельным приемам пищи. Продукты, богатые белком (мясо, рыба, бобовые), рекомендуется употреблять в дневные часы, вечером - молочно-растительные блюда.

13. При составлении пищевого рациона необходимо помнить, что вкус пищи, ее внешний вид, запах, обстановка приема пищи имеют большое значение для условно-рефлекторной регуляции функций желудочно-кишечного тракта. В частности, на эти раздражители выделяется желудочный сок, который И. П. Павлов назвал «запальным» или «аппетитным» соком. Функция последнего заключается в подготовке органов пищеварения к приему пищи и ее немедленной переработке

ГЛАВА 11. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ

Температура тела многих животных изменяется в соответствии с температурой окружающей среды. Такие животные называются пойкилотермными, т. е. животными с непостоянной температурой тела. К пойкилотермным относятся земноводные и пресмыкающиеся. Скорость биохимических реакций, протекающих в организме и определяющих физиологическую активность живых существ, существенно зависит от температуры тела и окружающей среды. Известно, что скорость метаболических превращений при изменении температуры на 10 градусов изменяется в 2 раза. Поэтому адаптивные возможности пойкилотермных животных ограничены. В холодное время года они впадают в состояние анабиоза.

Существуют гетеротермные животные с факультативной пойкилотермностью — способностью на время выключать терморегуляцию и переходи ть в состояние гипоили анабиоза. К таким животным относятся бурые медведи, летучие мыши, некоторые птицы.

Животные с постоянной температурой тела называются гомойотермными. К ним относятся высшие позвоночные и человек. Температура тела человека поддерживается на постоянном уровне, несмотря на значительные колебания температуры окружающей среды. Изотермия - постоянство температуры тела

— имеет для организма большое значение, т. к., во-первых, обеспечивает независимость скорости и интенсивности обменных процессов в тканях от колебаний температуры окружающей среды; во-вторых, создает температурные

188

условия для оптимальной активности метаболических процессов. Эти особенности гомойотермных организмов позволяют вести активный образ жизни и обеспечивают адекватность приспособительных реакций при значительных колебаниях температуры внешней среды.

Организм человека можно представить как состоящий из внутреннего гомойотермного «ядра» и пойкилотермной «оболочки», меняющей температуру в зависимости внешних условий. Постоянная температура тела (37° С), свойственная внутренним органам и глубоким тканям тела человека, имеет место лишь на глубине более 2 см. Слой поверхностных тканей толщиной до 2-2,5 см имеет температуру ниже температуры ядра, легко изменяющуюся под влиянием внешних и внутренних причин.

Температура отдельных участков тела человека различна, что связано с неодинаковыми условиями теплопродукции и отдачи тепла. В состоянии покоя и умеренной физической нагрузки наибольшая теплопродукция и наименьшая теплоотдача происходит во внутренних органах, поэтому их температура относительно высока (самая высокая в печени - 37,8-38" С). От внутренних органов тепло переносится кровью к поверхности тела, где теплопродукция невысока, но выражена теплоотдача, поэтому температура кожных покровов ниже температуры внутренних органов и неодинакова в различных участках тела. Ее значения образуют «температурную схему тела». Наиболее низкая температура кожи у человека отмечается в области кистей и стоп. Значительно выше температура в подмышечной впадине, где она обычно измеряется. Температуру можно измерять в полости рта, в паховой складке, в прямой кишке. В нормальных условиях у здорового человека температура в подмышечной впадине равна 36,5-36,9° С. В течение суток температура тела человека колеблется: она минимальна в 3-4 часа, а максимальна - в 16-18 часов.

Способность гомойотермных животных поддерживать температуру тела на постоянном уровне обеспечивается двумя взаимосвязанными процессами теплообразованием и теплоотдачей, соответствие которых обеспечивает изотермию организма.

Процессы, связанные с образованием тепла в организме, объединяют понятием химическая терморегуляция, а процессы, обеспечивающие отдачу тепла — физическая терморегуляция.

Химическая терморегуляция обеспечивает определенный уровень теплопродукции (термогепеза), необходимый для нормального осуществления метаболических процессов в тканях. Образование тепла в организме происходит вследствие непрерывно совершающихся экзотермических реакций, которые протекают во всех органах и тканях, но с различной интенсивностью. Наиболее интенсивное образование тепла происходит в работающих мышцах.

Различают два вида термогенеза.

Несократительный термогенез, связанный с образованием:

189

Глава 11. Терморегуляция

•первичной теплоты, выделяющейся при окислительном фосфорилировании в митохондриях;

•вторичной теплоты, выделяющейся при использовании АТФ для обеспечения деятельности органов.

В процессах теплообразования значительную роль играют мозг, печень и почки. На долю печени приходится до 34% образующегося тепла, мозг выделяет 16%, почки - 8%.

Сократительный термогенез, обусловленный:

• непроизвольными мышечными сокращениями следующих видов - а) терморегуляторным тонусом мышц головы, шеи, сгибателей конечно-

стей; б) мышечной дрожью - нерегулярными сериями сокращений мышц анта-

гонистов, начинающихся с жевательных мышц;

• произвольными мышечными сокращениями, которые могут увеличить общую теплопродукцию в 12-15 раз.

В общем объеме тепла, образующегося в состоянии покоя, доля теплопродукции скелетных мышц составляет 16%, а сердца - 11%. Напряжение мускулатуры в горизонтальном положении человека увеличивает теплообразование на 10%, незначительная двигательная активность приводит к повышению теплообразования на 50-80%, а тяжелая мышечная работа - на 400-500%.

Физическая терморегуляция. Физическая терморегуляция осуществляется путем изменения отдачи тепла организмом. Теплоотдача осуществляется следующими путями:

•излучением (радиацией);

•испарением,

•конвекцией;

•проведением (кондукцисй);

Инфракрасное излучение с поверхности тела обеспечивает наибольшую отдачу тепла окружающей среде. В состоянии покоя и в условиях температурного комфорта за счет радиации выделяется более 60% тепла, образующегося в организме.

Отдача тепла путем испарения воды с поверхности кожи и со слизистых оболочек дыхательных путей в процессе дыхания обеспечивает около 20% теплопотери. Испарение воды с поверхности тела происходит при выделении пота. Даже в условиях температурного комфорта и при отсутствии видимого потоотделения через кожу испаряется до 0,5 л воды в сутки. Испарение 1 л пота у человека может понизить температуру тела на 10°С. При температуре окружающей среды, равной или выше температуры тела человека, когда другие способы отдачи" тепла резко уменьшаются, испарение воды становится главным способом отдачи тепла - испарение 1 литра воды требует расхода 580

190