Что понимают под термином основной обмен. Общая характеристика обмена энергии

Оглавление темы "Обмен веществ и энергии. Питание. Основной обмен.":
1. Обмен веществ и энергии. Питание. Анаболизм. Катаболизм.
2. Белки и их роль в организме. Коэффициент изнашивания по Рубнеру. Положительный азотистый баланс. Отрицательный азотистый баланс.
3. Липиды и их роль в организме. Жиры. Клеточные липиды. Фосфолипиды. Холестерин.
4. Бурый жир. Бурая жировая ткань. Липиды плазмы крови. Липопротеины. ЛПНП. ЛПВП. ЛПОНП.
5. Углеводы и их роль в организме. Глюкоза. Гликоген.


8. Роль обмена веществ в обеспечении энергетических потребностей организма. Коэффициент фосфорилирования. Калорический эквивалент кислорода.
9. Способы оценки энергетических затрат организма. Прямая калориметрия. Непрямая калориметрия.

Под основным обменом понимают минимальный уровень энергозатрат, необходимых для поддержания жизнедеятельности организма в условиях относительно полного физического, эмоционального и психического покоя. В состоянии относительного покоя энергия затрачивается на осуществление функций нервной системы, постоянно идущий синтез веществ, работу ионных насосов, поддержание температуры тела, деятельность дыхательной мускулатуры, гладких мышц, работу сердца и почек.

Энергозатраты организма возрастают при физической и умственной работе, психоэмоциональном напряжении, после приема пищи, при понижении температуры среды. Для того, чтобы исключить влияние перечисленных факторов на величину энергозатрат, определение основного обмена проводят в стандартных строго контролируемых условиях: утром, в положении лежа, при максимальном расслаблении мышц, в состоянии бодрствования, в условиях температурного комфорта (около 22 °С), натощак (через 12-14 ч после приема пищи). Полученные в таких условиях величины основного обмена характеризуют исходный «базальный» уровень энергозатрат организма.

Для взрослого человека среднее значение величины основного обмена равно 1 ккал/кг/ч (4,19 кДж). Следовательно, для взрослого мужчины массой 70 кг величина энергозатрат составляет около 1700 ккал/сут (7117 кДж), для женщин - около 1500 ккал/сут. Интенсивность основного обмена тесно связана с размерами поверхности тела, что обусловлено прямой зависимостью величины отдачи тепла от площади поверхности тела. У теплокровных организмов, имеющих разные размеры тела, с 1 м2 поверхности тела в окружающую среду рассеивается одинаковое количество тепла. На этом основании сформулирован закон поверхности тела , согласно которому энергетические затраты теплокровного организма пропорциональны величине поверхности тела.

Таблица 12.4. Уравнения для расчета величины основного обмена.

Величины основного обмена определяют методами прямой или непрямой калориметрии. Его должные величины можно рассчитать по уравнениям с учетом пола, возраста, роста и массы тела (табл. 12.4).

Нормальные величины основного обмена у взрослого человека можно рассчитать также по формуле Дрейера:

Н = W/K А,

где W -масса тела (г), А -возраст, К -константа (0,1015 для мужчин и 0,1129 - для женщин).

Величина основного обмена зависит от соотношения в организме процессов анаболизма и катаболизма. Преобладание в детском возрасте процессов анаболической направленности в обмене веществ над процессами катаболизма обусловливает более высокие значения величин основного обмена у детей (1,8 и 1,3 ккал/кг/ч у детей 7 и 12 лет соответственно) по сравнению со взрослыми людьми (1 ккал/кг/ч), у которых уравновешены в состоянии здоровья процессы анаболизма и катаболизма.

Так как показатели теплопродукции, артериального давления и пульса взаимосвязаны, то можно рассчитать величину основного обмена и его отклонения от нормы по следующей формуле:

ПО = 0,75 (ЧСС + ПД 0,74) - 72,

где ПО - процент отклонения от нормы, ЧСС - частота сердечных сокращений, ПД - пульсовое давление.

Для каждой возрастной группы людей установлены и приняты в качестве стандартов величины основного обмена . Это дает возможность при необходимости измерить его величину у человека и сравнить полученные у него показатели с нормативными. Отклонение величины основного обмена от стандартной не более чем на +10 % считается в пределах нормы. Более значительные отклонения основного обмена могут служить диагностическими признаками таких состояний организма, как нарушение функции щитовидной железы; выздоровление после тяжелых и длительных заболеваний, сопровождающееся активацией метаболических процессов; интоксикация и шок, сопровождающиеся угнетением метаболизма.

Интенсивность основного обмена в различных органах и тканях неодинакова. По мере уменьшения энерготрат в покое их можно расположить в таком порядке: внутренние органы-мышцы-жировая ткань.

Общий обмен энергии это сумма основного обмена, рабочей прибавки и энергии специфически-динамического действия пищи. Рабочая прибавка это энергозатраты на физическую и умственную работу. По характеру производственной деятельности и энергозатратам выделяют следующие группы населения:

1.Лица умственного труда (преподаватели, студенты, врачи и т.д.). Их энергозатраты 2200-3300 ккал/сут.

2.Работники занятые механизированным трудом (сборщики на конвейере). 2350-3500 ккал/сут.

3.Лица занятые частично механизированным трудом (шофера, токари, слесари). 2500-3700 ккал/сут.

4.Занятые тяжелым немеханизированным трудом (грузчики). 2900-4200 ккал/сут.

Специфически-динамическое действие пищи это энергозатраты на усвоение питательных веществ. Наиболее выражено он у белков. Меньше у жиров и углеводов. В частности белки повышают энергетический обмен на 30%, а жиры и углеводы на 15%.

Физиологические основы питания. Режимы питания

В зависимости от возраста, пола и профессии, потребление белков, жиров и углеводов должно составлять:

В прошлом веке Рубнер сформулировал закон изодинамии, согласно которому пищевые вещества могут взаимозаменяться по своей энергетической ценности. Однако он имеет относительное значение, так как белки, выполняющие пластическую роль, не могут синтезироваться из других веществ. Это же касается незаменимых жирных кислот. Поэтому требуется питание сбалансированное по всем веществам. Кроме того необходимо учитывать усвояемость пищи. Это соотношение всосавшихся и выделившихся с калом питательных веществ. Наиболее легко усваиваются животные продукты. Поэтому животный белок должен составлять не менее 50% суточного белкового рациона, но жиры не более 70% жирового.

Под режимом питания подразумевается кратность приемов пищи и распределение ее калорийности на каждый прием. При трехразовом питании на завтрак должно приходится 30% калорийности суточного рациона, обед 50%, ужин 20%. Интервал между завтраком и обедом не должен превышать 5 часов. Ужин должен быть не менее чем за 3 часа до сна. Часы приема пищи должны быть постоянными.

Обмен воды и минеральных веществ

Содержание воды в организме в среднем 73%. Водный баланс организма поддерживается путем равенства потребляемой и выделяемой воды. Суточная потребность в ней составляет 20-40 мл/кг веса. С жидкостями поступает около 1200 мл воды, пищей 900 мл и 300 мл образуется в процессе окисления питательных веществ. Минимальная потребность в воде 1700 мл. При недостатке воды наступает дегидратация и если ее количество в организме снижается на 20% наступает смерть. Избыток воды сопровождается водной интоксикацией с возбуждением ЦНС и судорогами.

Натрий, калий, кальций, магний, хлор необходимы для нормального функционирования всех клеток. В частности они обеспечивают механизмы возникновения мембранного потенциала, потенциалов действия, регуляцию трансмембранного обмена и т.д.. Суточная потребность в натрии и калии 2-3 г, кальции 0,8 г, хлоре 3-5 г. Кальций необходим для формирования костного скелета. Кроме того он нужен для свертывания крови, регуляции клеточного метаболизма, генерации потенциалов действия и сокращения мышц и т.д.. Основная масса фосфора также сосредоточена в костях. Одновременно он входит а состав фосфолипидов мембран, участвует в процессах метаболизма. Суточная потребность в нем 0,8 г. Большая часть железа содержится в гемоглобине и миоглобине. Железо обеспечивает связывание кислорода. Фтор входит в состав эмали зубов. Сера в состав белков и витаминов. Цинк является компонентом ряда ферментов и инсулина. Кобальт и медь необходимы для эритропоэза. Потребность во всех этих микроэлементах от десятков до сотен мг в сутки.

Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов усвоения питательных веществ в организме с высвобождением энергии. В обмене веществ (метаболизме) выделяют два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса - анаболизм и катаболизм. Анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза органических соединений, компонентов клеток, органов и тканей из поглощенных питательных веществ. Катаболизм - это процессы расщепления сложных компонентов до простых веществ, обеспечивающих энергетические и пластические потребности организма. Жизнедеятельность организма обеспечивается энергией за счет анаэробного и аэробного катаболизма поступающих с пищей белков, жиров и углеводов.

Основным обменом называется количество энергии, которое тратит организм при полном мышечном покое, через 12-14 часов после приема пищи и при окружающей температуре 20-22 °С. Основной обмен поддерживает жизнь организма на самом низком уровне деятельности нервной системы, сердца, дыхательного аппарата, пищеварения, желез внутренней секреции, выделительных процессов, покоя скелетных мышц. Даже в условиях полного покоя в клетках и тканях не прекращается обмен веществ - основа жизни организма. Показателем основного обмена является теплопроизводство в ккал в 1 ч на 1 кг веса тела и равен 1 ккал.

Ведущая роль в обмене веществ принадлежит функциональному состоянию нервной системы, регулированию ею уровня обмена веществ в органах и тканях, поддерживающему относительное постоянство состава белков, химического состава крови, температуры и т. д. относительно независимо от изменений внешней среды, при разных условиях жизни. Существенно влияет на основной обмен также деятельность желез внутренней секреции. Например, основной обмен увеличивается при повышении функции щитовидной железы и, наоборот, уменьшается при понижении ее функций и гипофиза. При повышении температуры тела на 1 °С основной обмен в среднем увеличивается на 10 %. В холодном климате основной обмен возрастает, а в жарком снижается на 10-20 %. Во время сна в результате расслабления скелетных мышц он уменьшается до 13 %. При голодании основной обмен снижается. С 20 до 40 лет основной обмен поддерживается примерно на одинаковом уровне, а затем постепенно падает: у мужчин до 7 %, а у женщин до 17 %.

Общий обмен веществ - происходит в обычных условиях жизни. Он значительно выше основного обмена и зависит главным образом от деятельности скелетных мышц, а также увеличения деятельности внутренних органов. Килокалории, расходуемые при этом сверх основного обмена, называются моторными калориями. Чем интенсивнее мышечная деятельность, тем больше моторных калорий и тем выше общий обмен веществ. При умственном труде общий обмен веществ увеличивается незначительно - на 2-3 %, а если умственный труд сопровождается мышечной деятельностью - на 10-20 %.

Значительное увеличение обмена веществ происходит также при переваривании пищи, что обозначается как ее специфически-динами-ческое действие. Так как для переваривания белков требуется особенно большая затрата энергии, то специфически-динамическое действие белков особенно велико. В среднем, после употребления белковой пищи основной обмен увеличивается на 30-37 %, а после жиров и углеводов на 4-6 %.

При физической и умственной работы, после еды, при изменении позы тела, эмоциях процессы обмена становятся более интенсивными. Уровень обмена в обычных условиях называется общим обменом. Его прирост зависит от интенсивности сокращения мышц. Имеет значение и умственная активность, и если она сопровождается эмоциями, то обмен активизируется значительной степени. Это объясняется активизацией процессов создания ряда гормонов, которые усиливают обменные процессы.
Специфически динамическое воздействие пищи. Повышение обмена наблюдается в течение многих часов после еды (до 10-12 ч). В данном случае энергия расходуется не только на сам процесс пищеварения (секреция, моторика, всасывание). Проявляется так называемая специфически динамическое действие пищи. Она в значительной степени обусловливается активизацией процессов обмена продуктами пищеварения. Особенно это влияние выражено при поступлении белков. Уже через 1 час и в течение последующих 3-12 часов (продолжительность зависит от количества принятой пищи) при поступлении белков активность процессов Энергообразование возрастает до 30% от уровня общего обмена. При поступлении углеводов и жиров этот прирост составляет не более 15%.
Влияние температуры. Интенсивность процессов обмена увеличивается при отклонениях температуры окружающей среды от комфортного уровня. Больше всего это проявляется при снижении температуры, поскольку для сохранения постоянной температуры тела энергия других видов переходит в тепловую.
Обмен энергии при трудовой деятельности. Наибольший прирост энергозатрат обуславливается сокращением скелетных мышц. Поэтому уровень обменных процессов в первую очередь зависит от физической активности человека. Взрослое население по уровню общего обмена может быть разделен на пять групп:
1-я-е, занятых преимущественно умственным трудом;
Примечание:
1) потребность женщины при беременности сроком 5-6 мес в среднем составляет 12 133 кДж (2900 ккал), 2) потребность кормящих грудью, в среднем составляет 13388 кДж (3200 ккал).
2 - я - занятые легким физическим трудом;
3 - я - те, кто выполняет средней тяжести физическую работу;
4 - и - занятые тяжелым физическим трудом;
5 - и - заняты очень тяжелым физическим трудом.
В основу классификации положены интенсивность физического труда, степень нервного напряжения, возникающего при исполнении трудовых процессов, отдельных операций, и др.. По мере внедрения и распространения новых видов и форм трудовой деятельности, связанных с техническим прогрессом, классификация должна пересматриваться, уточняться и дополняться.
В связи с менее интенсивной динамикой обменных процессов, меньшей мышечной массой потребность организма женщины в энергии примерно на 15% ниже, чем у мужчин. Потребность в энергии повышается у людей, работа которых сопровождается не только физическим, но и нервно-психическим нагрузкам. Причем в современных условиях значение последнего фактора повышается. При установлении потребности в энергии взрослого трудоспособного населения признано целесообразным все расчеты проводить для трех возрастных категорий: 18-29 лет, 30-39 лет, 40-59 лет. Основанием для этого есть некоторые возрастные особенности обмена веществ. Так, в возрасте 18-19 лет еще продолжаются процессы роста и физического развития. Начиная с 40 лет, а особенно после 50, процессы катаболизма начинают доминировать над процессами анаболизма. При разработке критериев потребности в энергии для населения в возрасте от 18 до 60 лет учитывается условно принята идеальная масса тела: у мужчин она составляет 70 кг, у женщин - 60 кг. Потребность в энергии может рассчитываться на 1 кг идеальной массы тела у мужчин и женщин практически одинаково и составляет для первой группы 167,4 кДж (40 ккал), второй-179,9 кДж (43 ккал), для третьей-192,5 кДж (46 ккал), для четвертой - 221,7 кДж (53 ккал), для пятой - 255,2 кДж (61 ккал).

text_fields

text_fields

arrow_upward

Под основным обменом (ОО) понимают мини­мальный уровень энергозатрат, необходимых для поддержания жизнедеятельности организма в условиях относительно полного физи­ческого и эмоционального покоя.

В состоянии относительного покоя энергия затрачивается на осуществление функций нервной системы, постоянно идущий синтез веществ, работу ионных насосов, поддер­жание температуры тела, работу дыхательной мускулатуры гладких мышц, работу сердца и почек.

Энергозатраты организма возрастают при физической и умствен­ной работе, психоэмоциональном напряжении, после приема пищи, при понижении температуры.

Oпределение основного обмена

text_fields

text_fields

arrow_upward

Для того, чтобы исключить влияние перечисленных факторов на величину энергозатрат, определение ОО проводят в стандартных строго контролируемых условиях:

1. Утром, в положении лежа, при максимальном расслаблении мышц,

2. В состо­янии бодрствования, в условиях температурного комфорта (около 22°С),

3. Натощак (через 12- 14 часов после приема пищи).

Полученные в таких условиях величины ОО характеризуют исходный «базальный» уровень энергозатрат организма.

Для взрослого человека среднее значение величины ОО равно 1 ккал/кг/час. Отсюда

для мужчины массой 70 кг величина энергозатрат ОО составляет около 1700 ккал/сутки,
для женщин - около 1500 ккал/сутки.

Закон поверхности тела

text_fields

text_fields

arrow_upward

Энергетические затраты в расчете на 1 кг массы тела могут колебаться в больших пределах. Интенсивность основного обмена более тесно связана с размерам поверхности тела, что обусловлено прямой зависимостью величины отдачи тепла от площади поверхности тела. Еще в прошлом столетии немецкий физиолог М.Рубнер показал, что у теплокровных организмов, имею­щих разные размеры тела, с 1 м 2 поверхности тела в окружающую среду рассеивается одинаковое количество тепла.

На этом основании Рубнер сформулировал Закон поверхности тела , согласно которому Энергетические затраты теплокровного организма пропорциональны величине поверхности тела.

Расчет основного обмена

text_fields

text_fields

arrow_upward

Величины Основного Обмена определяют , а также рассчитывают по уравнениями с учетом пола, возраста, роста и массы тела (табл. 10.4).

Пол	Возраст (лет)	Уравнения для расчета ОО (ккал/сутки)
М	10 — 18	16.6 мт + 119Р + 572
Ж		7.4 мт + 482Р + 217
М	18 — 30	15.4 мт — 27Р + 717
Ж		13.3 мт + 334Р + 35
М	30 — 60	11.3 мт + 16Р + 901
Ж		8.7 мт — 25Р + 865
М	> 60	8.8 мт + 1128Р — 1071
Ж		9.2 мт + 637Р — 302
мт - масса тела (кг), Р - рост (м)

Величина ОО зависит от соотношения в организме процессов анаболизма и катаболизма .

Преобладание в детском возрасте про­цессов анаболической направленности в обмене веществ над про­цессами катаболической направленности обусловливает более высокие значения величин ОО у детей (1,8 ккал/кг/ч и 1,3 ккал/кг/ч у детей 7 и 12 лет соответственно) по сравнению со взрослыми людьми (1 ккал/кг/ч), у которых уравновешены в состоянии здоро­вья процессы анаболизма и катаболизма.

Для каждой возрастной группы людей установлены и приняты в качестве стандартов величины Основного Обмена . Это дает возможности при не­обходимости измерить величину ОО у человека и сравнить получен­ные у него показатели с нормативными. Отклонение величины ОО от стандартной не более чем на ±10% считается в пределах нормы. Более резкие отклонения ОО могут служить диагностическими при­знаками таких состояний организма, как нарушение функции щи­товидной железы; выздоровление после тяжелых и длительных за­болеваний, сопровождающееся активацией метаболических процес­сов: интоксикация и шок, сопровождающиеся угнетением метабо­лизма.

text_fields

text_fields

arrow_upward

Энергетические затраты организма в условиях физической нагрузки. Интенсивность обменных процессов в организме значи­тельно возрастает в условиях физической нагрузки. Прямая зависи­мость величины энергозатрат от тяжести нагрузки позволяет испо­льзовать уровень энергозатрат в качестве одного из показателей ин­тенсивности выполняемой работы (табл. 10.5).

В качестве еще одно­го критерия для определения интенсивности физической работы, выполняемой организмом, может быть принята скорость потребле­ния кислорода . Однако, этот показатель при тяжелой физической нагрузке не отражает точного расхода энергии, так как часть энер­гии организм получает за счет анаэробных процессов гликолиза, идущих без затраты кислорода.

Рабочая прибавка

text_fields

text_fields

arrow_upward

Разница между величинами энергозатрат организма на выполнение различных видов работ и энергозатрат на основной обмен состав­ляет так называемую рабочую прибавку .

Предельно допустимая по тяжести работа, выполняемая на протяжении ряда лет, не должна превышать по энергозатратам уровень основного обмена для данно­го индивидуума более, чем в три раза.

Умственный труд не требует столь значительных энергозатрат, как физический. Энергозатраты организма возрастают при умственной работе в среднем лишь на 2-3%. Умственный труд, сопровожда­ющийся легкой мышечной деятельностью, психоэмоциональным на­пряжением, приводит к повышению энергозатрат уже на 11-19% и более.

Специфически-динамическое действие пищи

text_fields

text_fields

arrow_upward

Специфически-динамическое действие пищи - усиление под вли­янием приема пищи интенсивности обмена веществ и увеличение энергетических затрат организма относительно уровней обмена и энергозатрат, имевших место до приема пищи.

Специфически-ди­намическое действие пищи обусловлено затратами энергии на:

1. Пере­варивание пищи,

2. Всасывание в кровь и лимфу питательных веществ из желудочно-кишечного тракта,

3. Ресинтез белковых, сложных липидных и других молекул;

4. Влиянием на метаболизм биологически активных веществ, поступающих в организм в составе пищи (в особенности белковой) и образующихся в нем в процессе пищева­рения (см. также гл.9).

Увеличение энергозатрат организма выше уровня, имевшего место до приема пищи, проявляется примерно через час после приема пищи, достигает максимума через три часа, что обусловлено разви­тием к этому времени высокой интенсивности процессов пищева­рения, всасывания и ресинтеза поступающих в организм веществ. Специфически-динамическое действие пищи может продолжаться 12-18 часов. Оно наиболее выражено при приеме белковой пищи, повышающей интенсивность обмена веществ до 30%, и менее зна­чительно при приеме смешанной пищи, повышающей интенсивность обмена на 6-15%.

Уровень общих энергозатрат, как и Основной Обмен, зависит от возраста:

Суточный расход энергии возрастает у детей с 800 ккал (6 мес -1 год) до 2850 ккал (11-14 лет).

Резкий прирост энергозатрат имеет место у подростков-юношей 14-17 лет (3150 ккал).

После 40 лет энергозатраты снижаются и к 80 годам составляют около 2000-2200 ккал/сутки.

В повседневной жизни уровень энергозатрат у взрослого человека зависит не только от особенностей выполняемой работы, но и от общего уровня двигательной активности, характера отдыха и соци­альных условий жизни.