Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Обмен веществ и энергии (метаболизм) — превращения веществ и энергии, лежащие в основе жизнедеятельности организмов. Получая из окружающей среды различные органические и неорганические вещества (преимущественно пищевые), организм усваивает их, т. е. перерабатывает в специфические для себя вещества. Эта сторона обмена веществ и энергии обозначается как ассимиляция.
Процесс разрушения органических веществ — диссимиляция — является противоположной ассимиляции стороной обмена веществ и энергии. Ассимиляция и диссимиляция неразрывно связаны друг с другом. Рост, развитие, размножение всегда характеризуются преобладанием ассимиляции, что проявляется в увеличении общей массы организма, в образовании новых тканей и органов, в их росте и степени дифференциации. При некоторых патологических состояниях, а также при голодании преобладает диссимиляция, что выражается обычно в уменьшении массы живого тела.
Интенсивность обмена веществ и энергии в целом зависит от взаимоотношений организма с окружающей средой. У высших животных и человека процессы обмена веществ и энергии, в том числе соотношение ассимиляции и диссимиляции, регулируются центральной нервной системой.
Понятие обмена веществ и энергии включает как переработку организмом пищевых веществ, так и превращения тех веществ, которые входят в состав организма.
Процессы превращения веществ в тканях и органах, включая образование и расщепление промежуточных продуктов, называют межуточным обменом. Изучение межуточного обмена дает представление о последовательности биохимических превращений внутри организма, об их локализации в определенных органах и тканях, о взаимосвязи различных химических реакций в едином процессе обмена веществ и энергии целостного организма.
Процессы обмена веществ и энергии делятся на анаболические и катаболические. Термином «анаболизм» обозначают те химические реакции, при которых более простые вещества, взаимодействуя между собой, образуют более сложные, что приводит к построению новой протоплазмы клеток, к общему росту живого организма. Анаболические процессы лежат в основе ассимиляции, катаболические — в основе диссимиляции. Катаболизм представляет собой расщепление органических веществ не только пищевых, но и тканевых, что приводит к расходованию протоплазмы клеток. Анаболические и катаболические процессы протекают непрерывно, находясь в сложной динамической взаимосвязи; их невозможно отделить друг от друга. Вещества, получающиеся в результате катаболических процессов, не только выводятся из организма в виде конечных продуктов обмена, но могут и вовлекаться в анаболические процессы: сложные соединения при этом расщепляются, а их составные части, соединяясь в различных комбинациях, образуют новые вещества. Так, синтезу тканевых белков, жиров и углеводов предшествует распад пищевых белков, жиров и углеводов (см. Азотистый обмен, Жировой обмен, Углеводный обмен).
Важнейшей функцией катаболизма является высвобождение энергии, заключенной в органических соединениях, поступающих в организм или откладываемых в нем в качестве запасных веществ. Энергия используется для обновления и перестройки тканей; расходуется при функционировании органов (например, мышечная работа, передача нервных импульсов и др.); затрачивается в процессах синтеза органических соединений, в том числе ферментов; часть ее освобождается в виде тепла.
Катаболическими процессами, дающими энергию, являются брожение у растений и микроорганизмов, гликолиз у животных или окисление органических веществ до CO2и H2О, что распространено как в животных, так и растительных тканях. Если окислению подвергаются углеводы, то при поглощении 1 л кислорода высвобождается 5,05 ккал энергии, если жиры и белки,— соответственно 4,7 и 4,8 ккал. Каждому из этих веществ соответствует определенная величина дыхательного коэффициента (Rq), т. е. величина отношения объема CO2, выделенного за данный промежуток времени, к объему кислорода, поглощенного организмом за этот интервал времени. При окислении углеводов Rq равен 1, жиров — 0,7, белков — 0,8. Поскольку расщепление различных пищевых веществ в организме происходит одновременно, величина Rq может варьировать. Среднее значение Rq для человека в норме находится в пределах 0,83— 0,87. Определив Rq опытным путем, с помощью специальных таблиц устанавливают количество освобождающейся энергии в калориях. Энергетика обмена, таким образом, может служить показателем интенсивности обменных процессов в организме и характеризуется величиной балансового (суммарного) обмена.
В клинической практике для сравнения интенсивности обмена веществ и энергии у разных людей и выявления его отклонений от нормы первоначально определяют уровень основного обмена, т. е. количество энергии, расходуемой только на поддержание жизни в состоянии покоя, натощак, которое характеризуется у одного и того же организма значительным постоянством.
На основании многочисленных определений основного обмена у людей составлены таблицы нормальных величин этого показателя в зависимости от возраста, пола и общей поверхности тела. В этих таблицах величины основного обмена приводятся в больших калориях (ккал) на 1 м2 поверхности тела за 1 час. У лиц одного пола, роста, веса и возраста основной обмен приблизительно одинаков и колеблется в пределах ±10—15%. Факторы внешней среды (климат, температура, барометрическое давление), различные формы трудовой деятельности, занятияспортом, режим и тип питания, функциональное состояние организма вызывают в нем довольно значительные отклонения от нормы. Большое влияние на основной обмен оказывают изменения в гормональной функции организма. Особенно выражено действие щитовидной железы: при ее гиперфункции основной обмен может превышать нормальный уровень на 80%, при гипофункции основной обмен может быть ниже нормы на 40%. Выпадение функции передней доли гипофиза или коры надпочечников влечет за собой снижение основного обмена. Возбуждение симпатической нервной системы, усиленное образование или введение адреналина извне усиливают основной обмен. В клинике исследование основного обмена проводят натощак, т. е. через 12—16 час. после приема пищи, определяя газообменв течение 10—15 мин. Температура помещения — от 20 до 22°. Величины основного обмена принято давать в процентах отклонений от нормы.
Основной обмен - это минимальный обмен веществ, который характеризуется минимальным количеством энергии, которое необходимо для поддержания жизнедеятельности организма в состоянии физического и психического покоя.
Энергия ОО необходима для:
1. Обеспечение базального уровня обмена веществ в каждой клетке.
2. Поддержание деятельности жизненно-важных органов (ЦНС, сердце,
почки, печень, дыхательная мускулатура).
3. Поддержание постоянной температуры тела.
Для определения ОО необходимо соблюдать следующие условия:
- физический и эмоциональный покой,
- "зона комфорта" (см. выше),
- натощак (не менее 12-16 часов после приема пищи, чтобы избежать
эффекта "специфически-динамического действия пищи", начинается через 1 час после приема пищи, достигает максимума через 3 часа, наиболее сильно повышается при белковом питании (на 30%)),
- бодрствование (во время сна ОО снижается на 8-10%).
^ Величина основного обмена зависит от:
-пола (у мужчин на 10% больше),
- роста (прямо пропорциональная зависимость), /правило поверхности тела/.
- возраста (до 20-25 лет увеличивается, максимальный прирост - в 14-17 лет, до 40 лет - "фаза плато", затем снижается),
веса (прямо пропорциональная зависимость), правило поверхности тела.
^ Понятие о должном основном обмене.
Определяется должный основной обмен (ДОО) по таблицам (с учетом всех этих факторов).
В норме ДОО для мужчин равен 1 ккал (4,19 кДж)/кг/час.
Для женщин - на 10% меньше.
В среднем для человека среднего возраста и усредненных параметров ОО составляет 1400-1700 ккал/сутки.
Могут быть ситуации, когда при равных параметрах имеем разные значения ОО, это указывает на отклонения в функциональном состоянии. На пример,
по показателям основного обмена судят о функциональном состоянии эндокринных желез, главным образом, щитовидной (гипер- и гипотиреоз).
^
- Основной обмен может определяться расчетным методом по формулам, учитывающим возраст и пол, или определять по таблице с учетом массы тела, возраста и пола, а к нему прибавляются 10% от основного обмена и рабочие надбавки по таблицам с учетом вида деятельности, отдыха, домашней работы и времени, затрачиваемого на них.
Что такое спирография?
Спирография – это метод оценки состояния легких путем измерения объема и скорости выдыхаемого воздуха.
Эта процедура безболезненна, не связана с введением в организм пациента каких-либо медицинских инструментов, может проводиться в амбулаторных исследованиях и занимает всего несколько минут.
Зачем нужна спирография?
Данное исследование позволяет определить функциональное состояние легких и предположить или подтвердить диагноз бронхиальной астмы
В обоих случаях правильно установленный диагноз помогает начать своевременное лечение, сохраняя здоровье и качество жизни пациента.
Помимо этого, спирография проводимая с лекарственными средствами, уменьшающими спазм бронхов (например, вентолином) позволяет уточнить, является ли нарушение их проходимости обратимым.
Дыхательный коэффициент
Дыхательный коэффициент, или соотношение легочного газообмена (ДК), характеризует тип использования пищевых продуктов в обмене веществ. Этот показатель определяют следующим образом:
где VCO2 — выделение СO2 , a O2 — потребление O2 . В случае окисления глюкозы количество потребляемого кислорода и количество выделяемого углекислого газа равны, так что ДК = 1. Таким образом, значение ДК, равное единице, являетсяпоказателем окисления углеводов (табл. 10.1).
Таблица 10.1. Значения дыхательных коэффициентов (ДК) и энергетических эквивалентов при окислении различных пищевых веществ
|
Пищевые вещества |
ДК |
Энергетические эквиваленты |
|
|
кДж/л О2 |
ккал/л О2 |
||
|
Углеводы |
1,00 |
21,1 |
5,05 |
|
Жиры |
0,70 |
19,6 |
4,69 |
|
Белки |
0,81 |
18,8 |
4,48 |
Значение ДК в случае окисления жиров может иметь простое объяснение. В связи с тем что в жирных кислотах на 1 атом углерода приходится меньше атомов кислорода, чем в углеводах, их окисление характеризуется значительно более низким дыхательным коэффициентом (ДК = 0,7). В случае окисления чисто белковой пищи ДК оказывается равным 0,81 (табл. 10.1). При смешанной пище у человека дыхательный коэффициент обычно составляет 0,83−0,9. Определенному ДК соответствует определенный энергетический (калорический) эквивалент кислорода(табл. 10.2), который означает количество теплоты, высвобождающейся после потребления организмом 1 л O2 .
На образование 38 молекул АТФ затрачено 38-30,6 кДж = 1162,8 кДж. Всего при сжигании 1 моль глюкозы выделяется 8824 кДж: С6Н1206 + 602 -> 6С02 + 6Н20 + 2824 кДж. Таким образом, КПД процесса дыхания при самых благоприятных условиях составляет около 40%. Часть энергии выделяется в виде тепла большая ее часть запасается в виде энергии химических связей при образовании макроэргических соединений (АТФ, НАД и др.)
Энергия, необходимая человеку для совершения различных видов работы, высвобождается в его организме в процессе окислительно-восстановительного распада углеводов, белков, жиров и других органических соединений, содержащихся в продуктах питания.
Окислительно − восстановительные реакции в живых организмах могут протекать как с участием кислорода (аэробное окисление), так и без участия кислорода (анаэробное окисление).
Анаэробное окисление характеризуется меньшим количеством высвобождаемой энергии и имеет ограниченное значение у высших организмов.
При аэробном окислении 1 г жира в организме высвобождается 38,94, а при окислении 1 г белка или 1 г углеводов − 17,16 кДж энергии.
Высвобожденная энергия частично расходуется на совершение полезной работы, а частично (до 60 %) рассеивается в виде теплоты в живых тканях, нагревая тело человека.
Совокупность химических реакций в организме, необходимых для жизнедеятельности, называется обменом веществ.
Для характеристик суммарного энергетического обмена используют понятия основного обмена и обмена при различных видах деятельности.
Основной обмен характеризуется величиной энергетических затрат в состоянии полного мышечного покоя в стандартных условиях (при комфортной температуре окружающей среды, спустя 12...16 ч после приема пищи в положении лежа).
Расход энергии в этих условиях составляет 87,5 Вт для человека массой 75 кг.
При изменении положения тела либо при совершении любой работы энергетические затраты повышаются по сравнению с основным обменом
Дополнительные затраты энергии зависят от:
· рабочей позы тела;
· интенсивности мышечной деятельности;
· информационной насыщенности труда;
· степени эмоционального напряжения и других факторов.
В положении сидя за счет работы мышц туловища затраты энергии превышают на 5...10 % уровень основного обмена, в положении стоя − на 10...15, при вынужденной неудобной позе − на 40...50%.
Энергозатраты при мышечной работе зависят от ее напряженности и продолжительности.
Так, при легкой сидячей работе они составляют 116,4...125 Вт, при легкой физической работе − 408...583 Вт, при тяжелой физической работе − 583...875 Вт.
При интенсивной интеллектуальной работе потребности мозга в энергии составляют 15...20 % основного обмена (масса мозга составляет около 2 % массы тела).
Повышение суммарных энергетических затрат при умственной работе определяется степенью нервно-эмоциональной напряженности.
Так, при чтении вслух сидя расход энергии повышается на 48 %, при выступлении с публичной лекцией −на 94%, у операторов вычислительных машин − на 60...100 %.
Суточные энергозатраты зависят от деятельности человека.
|
Вид деятельности |
Суточные энергозатраты, МДж |
|
Работники умственного труда (врачи, педагоги, диспетчеры и др.) |
10,5…11,7 |
|
Работники механизированного труда и сферы обслуживания (медсестры, продавцы, рабочие, обслуживающие автоматы) |
11,3…12,5 |
|
Работники, выполняющие работу средней тяжести (станочники, шоферы, хирурги, полиграфисты, литейщики, сельскохозяйственные рабочие и др.) |
12,5…15,5 |
|
Работники, выполняющие тяжелую работу (лесорубы, грузчики, горнорабочие, металлурги) |
16,3…18,0 |
Кислородный долг. Если во время работы сердечнососудистая и дыхательная системы не в состоянии удовлетворить полностью кислородный запрос, то организм будет испытывать недостаток кислорода, и возникнет кислородный долг. Кислородный долг измеряется разницей между кислородным запросом и кислородным потреблением во время работы. Величина кислородного долга зависит от мощности и длительности работы. С увеличением мощности и длительности работы увеличивается и кислородный долг. При накоплении максимального кислородного долга выполнять работу с той же мощностью становится невозможно. По прекращении работы наступает период восстановления, когда кислородный долг погашается. В восстановительном периоде в ткани поступает кислорода больше, чем это требуется в условиях покоя. За счет дополнительного поступления кислорода в организм ликвидируется кислородный долг и устраняются те недоокисленные вещества, которые образовались в процессе работы (в частности, молочная кислота). После небольшой физической работы кислородный долг погашается за несколько минут, а после длительной тяжелой физической нагрузки затягивается на несколько часов.
Максимальный кислородный долг характеризует анаэробную производительность, т. е. способность организма работать за счет анаэробных источников энергии. Максимальный кислородный долг у неспортсменов небольшой 57 л, а у спортсменов высокого класса может достигать 2021 л.
5.
Теплопродукция и размеры тела
Температура большинства теплокровных млекопитающих лежит в диапазоне от 36 до 40 °С, несмотря на значительные различия в размерах тела. В то же время интенсивность метаболизма (М) зависит от массы тела (m) как ее показательная функция: M = k x m0,75, т.е. величина М/m0,75 одна и та же для мыши и для слона, хотя у мыши интенсивность метаболизма на 1 кг массы тела значительно больше, чем у слона. Этот так называемый закон снижения интенсивности обмена веществ в зависимости от массы тела отражает то, что теплопродукция соответствует интенсивности теплоотдачи в окружающее пространство. Для данной разницы температур между внутренней средой организма и окружающей средой потери тепла на единицу массы тела оказываются тем больше, чем больше соотношение между поверхностью и объемом тела, причем последнее соотношение уменьшается с увеличением размеров тела.
Температура тела и тепловой баланс
Когда для поддержания постоянства температуры тела требуется дополнительное тепло, оно может быть выработано за счет:
1) произвольной двигательной активности;
2) непроизвольной ритмической мышечной активности (дрожь, вызванная холодом);
3) ускорения обменных процессов, не связанных с сокращением мышц.
У взрослого человека дрожь – наиболее важный непроизвольный механизм термогенеза. «Недрожательный термогенез» встречается у новорожденных животных и детей, а также у мелких, адаптированных к холоду животных и у животных, впадающих в зимнюю спячку. Главным источником «недрожательного термогенеза» служит так называемый бурый жир – ткань, характеризующаяся избытком митохондрий и «мультилакулярным» распределением жира (многочисленные мелкие капельки жира, окруженные митохондриями). Эта ткань обнаруживается между лопатками, в подмышечных впадинах и в некоторых других местах.
Чтобы температура тела не изменялась, теплопродукция должна равняться теплоотдаче. По закону охлаждения Ньютона отданное телом тепло (за вычетом потерь, связанных с испарением) пропорционально разности температур между внутренней частью тела и окружающим пространством. У человека теплоотдача равна нулю при температуре окружающей среды 37 °С, а при понижении температуры она возрастает. Теплоотдача зависит также от проведения тепла внутри организма и периферического кровотока.
6.
Тепловой баланс, процессы теплопродукции и теплоотдачи.
|
Учитывая, что продукция тепла меняется в зависимости от вида физической активности человека, а величина теплоотдачи во многом зависит от температуры окружающей среды, необходимы механизмы регуляции теплопродукции и теплоотдачи. Они осуществляются с участием специализированных структур мозга, объединенных в центр терморегуляции. Принцип регулирования заключается в том, что управляющее устройство (центр терморегуляции) получает информацию от терморецепторов. На основании этой информации оно вырабатывает такие команды, благодаря которым деятельность рабочих структур, определяющих интенсивность теплопродукции и теплоотдачи изменяется так, что возникает новый уровень теплового баланса, в результате которого температура тела сохраняется на постоянном уровне. Система терморегуляции может работать в режиме слежения или по принципу рассогласования - изменилась температура крови, изменяется рабочих структур. Однако в системе терморегуляции предусмотрен и более мягкий способ поддержания постоянства температуры тела, который основан на принципе регуляции по возмущению: улавливается изменение температуры среды, и не дожидаясь, когда она отразится на температуре крови, в системе возникают команды, меняющие работу объектов управления таким образом, что температура крови сохраняется постоянной. Кроме того, система терморегуляции может функционировать и в режиме управления по прогнозированию, т. е. досрочного управления (это условные рефлексы): человек еще только собирается выйти на зимнюю улицу, а у него уже возрастает продукция тепла, необходимого для компенсации теплопотерь, которые произойдут у человека на улице в условиях низкой температуры. Во всех случаях для оптимального регулирования интенсивности теплопродукции и теплоотдачи необходима информация о температуре тела. Основную роль в терморегуляции играет гипоталамус. В нем различают скопления нейронов, регулирующих теплоотдачу (центр теплоотдачи) и теплопродукцию. Источником тепла в организме являются экзотермические реакции окисления белков, жиров, углеводов, а также гидролиза АТФ. При необходимости повысить теплопродукцию (например, в условиях низкой температуры среды), помимо возможности получения тепла извне, в организме существуют механизмы, повышающие продукцию тепла. Например, сокращение мышц, активность конечностей, холодовая мышечная дрожь, активация гликолиза, липолиза. МЕХАНИЗМЫ ТЕПЛООТДАЧИ Основная масса тепла образуется во внутренних органах. Поэтому внутренний поток тепла для удаления из организма должен подойти к коже. Перенос тепла от внутренних органов осуществляется за счет теплопроведения (таким способом переносится менее 50% тепла) и конвекции, т. е. тепломассапереноса. Кровь в силу своей высокой теплоемкости является хорошим проводником тепла. Второй поток тепла - это поток, направленный от кожи в среду. Его называют наружным потоком. Рассматривая механизмы теплоотдачи, обычно имеют ввиду именно этот поток. Отдача тепла в среду осуществляется с помощью 4 основных механизмов: 1)испарения- 2)теплопроведения- это способ отдачи тепла телу, которое непосредственно контакти-рует с телом человека; 3)теплоизлучения- отдача тепла с участков кожи, не прикрытых одеждой. ; 4)конвекции. При конвекции воздух, соприкасающийся с кожей, нагревается и поднимается, его место занимает «холодная» порция воздуха и т. д. Таким способом -- за счет тепломассапереноса отдается в условиях температурного комфорта до 15% тепла. |
Регуляция температуры – поддержание постоянства
Температура кожи, а следовательно интенсивность теплоизлучения и теплопроведения могут изменяться в холодных или жарких условиях внешней среды в результате перераспределения крови в сосудах и при изменении объема циркулирующей крови.
На холоде кровеносные сосуды кожи, главным образом артериолы, сужаются; большее количество крови поступает в сосуды брюшной полости и тем самым ограничивается теплоотдача. Поверхностные слои кожи, получая меньше теплой крови, излучают меньше тепла, поэтому теплоотдача уменьшается. Кроме того, при сильном охлаждении кожи происходит открытие артериовенозных анастомозов, что уменьшает количество крови, поступающей в капилляры, и тем самым препятствует теплоотдаче.
Перераспределение крови, происходящее на холоде, — уменьшение количества крови, циркулирующей через поверхностные сосуды, и увеличение количества крови, проходящей через сосуды внутренних органов, — способствует сохранению тепла во внутренних органах, температура которых поддерживается на постоянном уровне.
При повышении температуры окружающей среды сосуды кожи расширяются, количество циркулирующей в них крови увеличивается. Возрастает также объем циркулирующей крови во всем организме вследствие перехода воды из тканей в сосуды, а также потому, что селезенка и другие кровяные депо выбрасывают в общий кровоток дополнительное количество крови. Увеличение количества крови, циркулирующей через сосуды поверхности тела, способствует теплоотдаче посредством радиации и конвекции. Для сохранения постоянства температуры тела при высоких температурах окружающей среды имеет значение и потоотделение, происходящее за счет теплоотдачи в процессе испарения воды.