В условиях полного покоя человек расходует некоторое количество энергии. Этот расход обусловлен тем, что в нашем организме непрерывно происходит затрата энергии, связанной
с его жизнедеятельностью. Большое количество энергии тратит , которое, сокращаясь, производит значительную работу, почки, где непрерывно идет процесс мочеобразования, дыхательные мышцы, которые регулярно сокращаются, печень, где идут процессы желчеобразования, да и все другие органы и ткани живого организма.
Количество энергии, которое тратит организм при полном покое, натощак, т. е. через 12-16 часов после еды, и при температуре 18-20°, называется основным обменом.
Основной обмен определяется методом непрямой калориметрии, т. е. изучением газообмена.
Основной обмен в среднем равен у взрослого здорового человека 1 большой калории на 1 кг веса в течение 1 часа.
У человека весом 70 кг основной обмен будет равен 70×24=1680 больших калорий. Это количество энергии, которое затрачивается для обеспечения жизнедеятельности организма. Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и веса человека. У мужчин основной обмен больше, чем у женщин того же веса.
Величина основного обмена на 1 кг веса тела у детей больше, чем у взрослого человека, но с возрастом теплообразование уменьшается. Понижение теплообразования продолжается до 20 лет. С 20 до 40 лет теплообразование не изменяется, а после 40 лет - вновь понижается.
Исследования показали, что у различных животных величина основного обмена, рассчитанная на 1 кг веса, колеблется довольно резко: чем меньше животное, тем больше основной обмен на 1 кг веса. Между тем, при расчете не на вес, а на единицу площади поверхности тела ока илось, что почти у всех животных количество энергии, расходуемой на 1 м 2 поверхности тела, приблизительно одинаково или колеблется в незначительных пределах. Это видно из мог 10.
ТАБЛИЦА Основной обмен при paсчете на 1 м 2 по верхности тела и на 1 кг веса тела у разных животных и у человека
Эта закономерность получила название закона поверхности, но он не является абсолютным. Однако этот закон дает возможность установить наиболее удобную для сравнения меру величины основного обмена: количество калорий, отдаваемых на единицу поверхности тела в сутки.
Изменения основного обмена наблюдаются при нарушении деятельности желез внутренней секреции. Так, например, усиление функции щитовидной железы приводит к повышению основного обмена, измерение которого часто производится с диагностической целью.
Основной обмен у здорового взрослого человека равен в среднем 1700 калорий. При мышечной работе расход энергии быстро возрастает: чем тяжелее мышечная работа, тем больше энергии тратит человек.
При работе важно вычислить коэффициент полезного действия, т. е. отношение произведенной работы к затраченному количеству энергии. Исследование показало, что коэффициент полезного действия у человека равен в среднем 20%; при тренировке он повышается и доходит до 25-35%.
По количеству затрачиваемой энергии людей разных профессий можно разделить на несколько групп.
Первая группа. Работа в сидячем положении, не требующая больших мышечных движений: канцелярские служащие, литографы и др.,-2200-2400 больших калорий.
ТАБЛИЦА Расход энергии за сутки лиц разных профессий
| Профессии | Расход энергии за сутки в больших калориях |
| Металлисты-токари и инструменталь щики | 3300 |
| Кузнецы | 3700 — 4000 |
| Рабочие прокатного цеха | 3500 — 4100 |
| Литейщики | 4000 — 4500 |
| Плотники | 4500 |
| Подносчики кирпича | 5400 |
| Каменщики, кладчики | 6000 |
| Трактористы | 3000 |
| Пахари …. | 4700 — 5000 |
| Косцы: | |
| Ручная косьба | 7200 |
| Машинная | 3600 |
| Вязальщики снопов | 5300-6500 |
| Студенты медицинского института | 2800-3000 |
| Учащиеся 8- 11 лет | 1900 |
| 12-14 | 2400 |
Вторая группа. Работа в сидячем положении- портные, механики по тонким работам,-2600 2800 больших калорий.
Третья группа. Умеренная мышечная работа: сапож ники, почтальоны,врачи, лабораторные работники — 3000 больших калорий.
Четвертая группа. Напряженная мышечная работа: металлисты, маляры, столяры,- 3400-3600 больших калорий.
Пятая группа. Тяжелый физический труд-4000 больших калорий и более.
Шестая группа. Очень тяжелый труд - 5000 больших калорий и более.
При умственной работе затрачивается очень небольшое количество энергии. В том случае, когда умственная работа сочетается с движением, мышечной нагрузкой, например у артиста или оратора, затрата энергии возрастает.
В последние годы подробно изучена затрата энергии у лиц разных профессий. Эти данные приводятся в табл.
При изучении действия усиливающее нервасердца И. П. Павлов показал, что усиливающий нерв оказывает трофическое влияние на сердечную мышцу, т. е. изменяет интенсивность протекающего в ней обмена веществ.
Учение о трофической функции нервной системы широко разработано советской физиологией. Показана роль вегетативной нервной системы, в регуляции обмена веществ и энергии. Осуществляется это действие влиянием нервной системы на и энергии как непосредственно, так и через физиологически активные - гормоны.
На и энергии влияют разные отделы нервной системы. Если животному произвести укол в дно IV желудочка продолговатого мозга, происходит резкое увеличение сахара в крови и сахар начинает выделяться с мочой. С белковым обменом связана деятельность промежуточного мозга.
На и энергии оказывают влияние большие полушария головного мозга. Опытами, проведенными в лаборатории К. М. Быкова, была показана тесная связь деятельности коры головного мозга с обменом веществ и энергии.
В наблюдениях над рабочими было установлено, что если рабочий спокойно сидит на стуле в цехе, а другие члены его бригады работают, обмен веществ и расход энергии у сидящего рабочего также резко усиливаются. Ясно, что это может произойти только под влиянием коры головного мозга.
В другом наблюдении определялся основной обмен у рабочего, причем в комнату, где производилось это определение, доходил рабочий шум из цеха. В этих условиях основной обмен повышался на 15-30%. В нерабочий день такого повышения не наблюдалось.
Как уже было сказано, на обмен веществ влияют гормоны желез внутренней секреции. Гормон надпочечника - адреналин, и гормон поджелудочной железы - инсулин, оказывают действие на углеводный обмен. На обмен жиров и белков влияют гормоны щитовидной железы, гипофиза, половых желез.
Выделение гормонов регулируется нервной системой, поэтому гормоны в здоровом организме действуют в том же направлении, что и в данный момент. Нервные и гормональные влияния представляют собой единый механизм.
Различные нарушения обмена веществ, возникающие при расстройстве деятельности той или другой железы внутренней секреции, будут подробно разобраны в главе о железах внутренней секреции.
Статья на тему Основной обмен у человека
У человека и животных при обычных условиях существования называют общим обменом.
Средний общий обмен у людей значительно выше, чем у животных. На 1 кг массы тела взрослый человек потребляет в течение жизни до 3 300 000 кДж, лошадь - 685000, собака - 690 000, корова - 592000 кДж. Из этого количества кДж на возобновление массы тела человек использует около 5%, лошадь и корова - 33%, собака - 35% (М. Рубнер). Следовательно, у человека на работу и теплообразование на каждый кг массы расходуется в течение жизни примерно 2 900 000 кДж, чего в несколько раз больше, чем у животных.
Обмен веществ при строго определенных условиях, позволяющий сравнивать обмен веществ у различных животных, называется основным.
Основной обмен - предельно низкий уровень обмена веществ, обеспечивающий жизнь человека при мышечном и умственном покое, натощак, в утренние часы, не менее чем через 12-14 ч после приема пищи, при нормальной температуре тела и температуре окружающей среды около 20-22 градусов.
Для каждого человека основной обмен - относительно постоянная величина. Основной обмен зависит от функционального состояния нервной системы, возраста, пола, роста и поверхности тела, физиологического состояния организма, времени года, а у животных также от вида и породы.
У животных основной обмен определяется при следующих условиях: 1) в состоянии относительного покоя, 2) при температуре, оптимальной для данного вида животных, 3) при относительно освобожденном от пищи пищеварительном канале.
Для сравнения основного обмена у различных животных организмов учитывают теплопроизводство в килоджоулях в 1 ч на 1 кг массы тела.
Основной обмен представляет собой наименьший уровень затрат энергии на поддержание основных процессов жизни в клетках, тканях и органах, на сокращения дыхательной мускулатуры, сердца, деятельность желез. При определении основного обмена следует учесть, что больше всего тепловой энергии освобождается при окислительных процессах в мускулатуре.
Средний основной обмен у здорового человека среднего возраста равен приблизительно 4,2 кДж в 1 ч на 1 кг массы тела.
Худые люди производят на 50% больше тепла на 1 кг массы, чем полные. Однако эта разница почти исчезает, если произвести расчет на 1 м 2 поверхности тела. Это позволило считать, что основной обмен веществ приблизительно пропорционален поверхности тела и не зависит от величины тела (правило Рубнера). Эта закономерность не подтвердилась. Оказалось, что обмен веществ зависит не только от поверхности, но и от величины тела животного, например, у лошади основной обмен на 1 м 2 почти в 2 раза больше, чем у крысы.
Интенсивность обмена веществ определяется главным образом активностью цитоплазмы, особенно мышечной деятельностью, а не величиной внешней поверхности, например, в первый год жизни вес ребенка увеличивается в 3 раза, а величина его наружной поверхности резко уменьшается (В. Н. Никитин, 1963).
Ведущая роль в регуляции уровня основного обмена веществ в соответствии с условиями существования принадлежит нервной системе.
Основной обмен уменьшается с возрастом. Во всех возрастах у мужчин основной обмен больше, чем у женщин.
Во время сна основной обмен понижается до 13% вследствие полного расслабления скелетной мускулатуры. При повышении тела на 1°С основной обмен увеличивается в среднем на 10%. В жарком климате основной обмен ниже на 10-20%, и, наоборот, он значительно выше в холодном климате. Основной обмен зависит и от деятельности желез внутренней секреции, например, при увеличении функции щитовидной железы он значительно повышается, а при понижении функции гипофиза и щитовидной железы - резко понижается.
Специфически-динамическое действие пищи состоит в том, что после приема пищи увеличивается обмен веществ. Поэтому основной обмен определяется до приема нищи.
Специфически-динамическое действие особенно велико. При поступлении белков в организм основной обмен веществ увеличивается в среднем на 30%, и - в среднем на 4%. Специфически-динамическое действие пищевых веществ зависит от усиления окислительных процессов продуктами промежуточного обмена веществ. Незначительную роль играет и увеличение деятельности пищеварительного канала после поступления в него пищи. Так как обмен веществ регулируется нервной системой, то специфически-динамическое действие зависит от функций нервной системы и регулируется безусловными рефлексами.
У детей специфически-динамическое действие пищевых веществ выражено слабее, чем у взрослых.
Прием пищи повышает обмен веществ и условнорефлекторым путем.
Рабочий обмен в течение дня намного выше основного обмена. Большая часть повышения расхода энергии - результат мышечной работы, меньшая - .
На мышечную работу расходуется сверх основного обмена. Этот расход тем больше, чем интенсивнее физический труд.
Расход энергии у человека в сутки при небольшом физическом труде равен 9211-11732 кДж, при физическом труде средней тяжести 11723-15073 кДж, при тяжелом физическом труде 150773-18841-30146 кДж. Расход энергии у студентов-физкультурников в среднем 16748 кДж.
Средний расход энергии в кДж на 1 кг массы тела во время (на - 3,9, лежания без сна - 4,63, чтения вслух - 6,3, печатания на машинке - 8,4, домашней работы - 7,55-12,6, спокойного бега по ровной дороге - 25,2, скоростного бега на 100 м - 189, ходьбы на лыжах со скоростью 12 км в 1 ч - 50,5, гребли - 10,5-25,2, езды на велосипеде - 14,7-37,8.
У человека расход энергии при умственном труде выше основною обмена на 2-3%, а если умственный труд сопровождается мышечной деятельностью при эмоциях (лектор, оратор, артист и т. д.), то расход энергии увеличивается на 10 - 20% в течение нескольких дней.
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 %.
Оглавление темы "Обмен веществ и энергии. Питание. Основной обмен.":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.
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).
