Энергетический обмен в организме

В процессе жизнедеятельности организм непрерывно расходует энергию: на синтез различных соединений, на совершение мы­шечной работы, на осуществление дыхания, пищеварения, кро­вообращения, на поддержание температуры тела, на преодоление осмотических сил во время секреторных и выделительных про­цессов, на поддержание, мембранных потенциалов и т. д.. Эту энергию клетки получают из белков, жиров и углеводов пищи. Все превращения веществ связаны с энергетическими превраще­ниями. 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 итоге все виды энергии пере­ходят в тепловую; часть энергий сразу выделяется в виде тепла ~ первичное тепло, после использования АТФ часть энергии трансформируется во вторичное тепло.

Разработка основных норм питания разных групп населения.

Физиологические нормы питания для различных возрастных и профессиональных групп населения дифференцированы в зави­симости oт:

— пола;
— возраста;
— состояния здоровья;
— профессии;
— климатических условий

Особенность: у женщин учитывают состояние беременности и лактации.

Профессия: используется лечебно — профилактическое питание для работающих с вредными производственными факторами, применяют продукты (молоко, вареная свекла, морковь, творог, сыр, соки), которые либо снижают действие вредного фактора, либо способствуют его быстрому выведению из организма.

Состояние здоровья:
— лечебное питание: в стационарах, 15 столов (диет).
— диетическое питание: для людей, страдающих хроническими заболеваниями вне обострения. Ограничение продуктов, блюд, формы приготовления.

Исследование энергетического обмена в клинике.

1. Для диагностики и прогноза заболевания, наблюдения за его течением и эффективностью лечебных мероприятий
2. Исследование энергетического обмена при физической на­грузке позволяет выяснить функциональную недостаточность сердечно — сосудистой и дыхательной системы, которая не обнаруживается в состоянии покоя.
3. Исследование энергетического обмена у реконвалесцентов может служить основанием; для определения времени восстанов­ления работоспособности,
4. У спортсменов позволяет выяснить эффективность трени­ровки, предельных возможностей спортсмена.

Приход и расход питательных веществ.

Приход — суточный рацион питания.

Расход:
— на обеспечение пластических процессов: рост и обновление клеточных элементов тканей.
— энергетическое обеспечение физиологических процессов: электрических, химических, осмотических, механических.

Суточная потребность: определяется физиологическими нормами питания для различных возрастных и профессиональных групп населения.

У адекватно питающегося взрослого человека с достаточной дви­гательной активностью обычно имеет место энергетическое рав­новесие: поступление в организм энергии соответствует ее рас­ходу.

Методы физиологической калоримерии

Методы оценки энергетического баланса основаны на двух принципах:
— прямого измерения количества выделившегося тепла (прямая калориметрия);
— непрямого измерения путем определения количества погло­щаемого кислорода и выделяемого углекислого газа (непрямая калориметрия).

Прямая калориметрия:

1. водяная;
2. воздушная;
3. изотермическая;
4. компенсационная.

Непрямая калориметрии:

1. метод Крога;
2. метод Шатерникова;
3. метод Дугласа-Холдейна.

Непрямая (косвенная) калориметрия

Не проводится теплоизмерение, осуществляется газовый анализ: определяется химический состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха с помощью газоанализаторов.

На основании газоанализа определяют:
1. Объем потребленного организмом кислорода;
2. Объем выделенного из организма углекислого газа.

Показатели косвенно отражают интенсивность окислительных процессов. На основании полученных данных рассчитывают ды­хательный коэффициент.

ДК = V_СО2 / V_О2

Дыхательный коэффициент — это отношение выделенного угле­кислого газа к объему потребленного организмом кислорода.
Значение этого показателя зависит от того, какие вещества и в каком количестве окисляются в организме.

При окислении углеводов ДК = 1, так как
С₂Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О
ДК = 6:6 = 1.

При окислении белков ДК=0,8; жиров ДК=0,7.

В организме осуществляется смешанный тип окисления и ре­зультирующая сумма ДК зависит от количественного соотноше­ния 3-х типов реакций.
Так как человек находится на смешанном питании в стандарт­ных условиях ДК=0,85-0,86.

Определение калорической стоимости кислорода.

Калорическая стоимость кислорода — это количество тепло­вой энергии в килокалориях, выделяемой из организма при потреблении 1 л кислорода.

Данный показатель зависит от дыхательного коэффициента и определяется по специальным таблицам, где каждому значению ДК соответствует значение калорической стоимости кислорода.

Например: ДК = 0,8; КС = 4,801 ккал,
ДК = 0,9; КС = 4,924 ккал.
Таким образом, данные газоанализа переводят в тепловые еди­ницы.
Объем кислорода, потребленный организмом в единицу вре­мени (сутки, час, минута).

Появляется возможность определить количество тепла, выде­ленного организмом в единицу времени. Используется табличная калорическая стоимость кислорода и умножается на объем ки­слорода.

Методы косвенной калориметрии

1. Методы закрытых систем.

Используются замкнутые камеры, в которые помещается иссле­дуемый объект. Температура постоянная = 18-20° С. Постоянная влажность. В камеру подается кислород, прибор показывает расход кислорода. Из камеры удаляется отработанный воздух, проходит через фильтры поглотителей. Прибор поглотителя уг­лекислого газа покажет объем газа, выделенного из организма.

Метод Шатерникова в клинике не используется.

Метод Крога.

Крог предложил метаболиметр. Дыхательный коэффициент не определяется, для анализа используется стандартная величина ДК=0,86; т.е. допускается, что пациент находится на смешанном питании.

В ходе дыхания часть кислорода, который находится в метаболиметре, поглощается организмом. Выдыхаемый воздух поступа­ет в метаболиметр и поглощается натронной известью, следова­тельно, в метаболиметре поддерживается низкая концентрация углекислого газа, что не делает воздух вредным для здоровья и дыхания.

Через несколько минут происходит опускание верхнего цилинд­ра, так как уменьшается объем кислорода. На специальной шка­ле можно определить объем кислорода, потребленного организ­мом. Объем углекислого газа не определяется, так как значение ДК принимают стандартное.

2. Методы открытых систем.

Метод называется Дугласа — Холдейна.

Для забора выдыхаемого воздуха используется мешок Дугласа. Испытуемый вдыхает воздух атмосферы, а отработанный воздух поступает в мешок. Через несколько минут выдыхаемый воздух поступает в газоанализатор, который выдает информацию о со­держании кислорода и углекислого газа в выдыхаемом воздухе.

Содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере постоян­но, следовательно, по изменениям концентраций кислорода и углекислого Таза вычисляется объем потребленного кислорода и выделенного углекислого газа в единицу времени. Дальнейший расчет проводится по схеме. Им пользуются все клиники, где имеются больные с нарушениями энергетического обмена.

Основной обмен и факторы, влияющие на его величину

Основной обмен — это физиологический показатель, отражаю­щий уровень энергетических процессов в стандартных условиях, которые максимально приближены к состоянию функционально­го покоя организма.

Косвенно отражает интенсивность обмена энергии в условиях мышечного и психического покоя. Это минимальный уровень энергетических затрат: базальный уровень энергетического обме­на.

Для определение основного обмена необходимо выполнение 5 условий:

1. Время — исследование проводится утром до 9 часов после сна.
2. Натощак, так как прием и действие пищи вызывает интен­сификацию энергетических процессов: специфически динамиче­ское действие пищи (СДД).
3. Температура комфорта в помещении: 18-20° С.
4. Исследование проводится лежа, т.е. в состоянии мышечного покоя.
5. Предварительно исключается прием фармакологических препаратов, влияющих на энергетические процессы; а также нар­котических веществ.

В данных условиях у здорового взрослого человека основной обмен составляет от 1600 до 1800 ккал. Допустимые колебания + 10%.

Факторы, определяющие потребность организма в энергии.

1. Уровень обменных процессов, направленных на сохранение постоянства внутренней среды организма и самообновление его морфологических структур.
2. Расход энергии на питание/ адаптацию организма к меняю­щимся условиям окружающей среды, на трудовую деятельность и активный отдых.

Q = ОО + МД + СДД.
Q — энерготраты;
ОО — основной обмен;
МД — мышечная деятельность;
СДД — специфическое динамическое действие пищи.

Затраты энергии в условиях основного обмена.

1. Химические процессы в организме.
2. Механическая работа, выполняемая отдельными органами:
— сердце;
— дыхательная система (дыхательные мышцы);
— кровеносные сосуды;
— кровеносные сосуды;
— кишечник.
3. Постоянная деятельность железисто- секреторного аппарата.

Факторы, повышающие основной обмен

Внешние факторы:

1. Мышечная работа;
2. Изменение температуры окружающей среды;
3. Процессы переваривания и усвоения пищи;
4. Нервно-эмоциональное напряжение;
5. Условно-рефлекторная деятельность и другие нервные влияния;
6. Эндокринные заболевания.

Внутренние факторы:

1. Возраст;
2. Масса тела (вес);
3. Рост;
4. Пол.

Совокупность основного обмена и энергетических трат организ­ма, обеспечивающих его жизнедеятельность в условиях терморе­гуляторной, эмоциональной, пищевой и рабочей нагрузок назы­вают рабочим обменом.

Терморегуляторное повышение интенсивности обмена веществ и энергии развивается в условиях охлаждения и может достигать 300%.

При эмоциях увеличение расхода энергии у взрослого человека составляет 40-90% от уровня основного обмена и связано главным образом с вовлечением мышечных реакций — фазных и

тонических.

Во время сна уровень метаболизма на 10-15% ниже, чем в ус­ловиях бодрствования, что обусловлено расслаблением мышц, снижением тонуса симпатическом нервной системы, снижением выработки гормонов надпочечников и щитовидной железы, уве­личивающих катаболизм.

Специфическое динамическое действие пищи представляет собой повышение расхода энергии, связанное с превращением пита­тельных веществ в организме, после их всасывания из пищева­рительного тракта. Так прием белковой пищи увеличивает обмен на 30-40%, а при питании жирами и углеводами обмен увеличи­вается на 4-15%.

Регуляция обмена энергии

На уровне отдельных клеток и органов можно обнаружить нали­чие местных механизмов регуляции процесса энергообразования. Так, при повышении активности и расхода энергии в клетках организма накапливается АДФ и неорганический фосфат, обра­зующийся при расщеплении молекулы АТФ. Повышение кон­центрации АДФ является фактором, ускоряющим ресинтез АТФ. Неорганический фосфат играет роль сигнального фактора, который по принципу обратной связи активируй пластические процессы клетки. В результате яри длительном повышении на­грузки увеличивается синтез структур и растут функциональные возможности клетки,

Регуляция процессов в целом организме осуществляется вегета­тивной нервной и эндокринной системами. В гипоталамусе рас­положены центры голода, жажды, пищевого и питьевого насы­щения; раздражение «эрготропных» и «трофотроиных» зон гипо­таламуса может приводить к значительному преобладанию соот­ветственно катаболических или анаболических процессов.

Гормоны гипоталамуса, гипофиза, поджелудочной и других эндокринных желез оказывают влияние как на рост, размножение. Развитие организма, так и на соотношение процессов анаболизма и  катаболизма.

Лимбическая кора больших полушарий способствует вегетатив­ному, в том числе метаболическому обеспечению, эмоциональных реакций. Новая кора может быть субстратом: для выработки индивидуальных механизмов регуляции — условных рефлексов.