Основной обмен веществ (базальный метаболизм). Обмен веществ и энергии при различных уровнях функциональной активности организма

Обмен веществ – это совокупность процессов поступления питательных веществ в организм, использования их организмом для синтеза клеточных структур и выработки энергии, а также выделения конечных продуктов в окружающую среду. Обмен веществ проходит в три этапа: 1) поступление веществ в организм (обеспечивает пищеварительная система); 2) использование веществ клетками организма и 3) выделение продуктов распада в окружающую среду посредством систем дыхания и выделения.

Питание – это совокупность питательных веществ и их способ поступления в организм. Питательные вещества – это продукты гидролиза жиров, белков и углеводов (мономеры0 – пластический и энергетический материал, а также вода, минеральные соли и витамины, которые являются только пластическими материалами.

Ассимиляция – совокупность процессов, обеспечивающих поступление питательных веществ во внутреннюю среду организма, и использование их для синтеза клеточных структур и секретов клеток.

Пищеварение – первый этап ассимиляции (расщепление белков, жиров и углеводов пищи с помощью гидролиза). Конечными продуктами гидролиза белков являются аминокислоты, нуклеотиды; углеводов – моносахариды; жиров – жирные кислоты, моноглицериды.

Анаболизм – заключительная часть ассимиляции, совокупность внутриклеточных процессов, обеспечивающих синтез структур и секретов клеток организма. Исходными продуктами анаболизма являются: мономеры (аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты, моноглицериды, нуклеотиды), а также вода, минеральные соли и витамины; конечными – полимеры: специфические белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. Анаболизм обеспечивает восстановление распавшихся в процессе диссимиляции клеточных структур, восстановление энергетического потенциала, рост развивающегося организма.

Диссимиляция – процесс распада клеточных структур до мономеров и других соединений без высвобождения энергии. Исходными продуктами диссимиляции являются белки, жиры и углеводы клеток организма, конечными – аминокислоты, моносахара, жирные кислоты, нуклеотиды, содержащие энергию.

Катаболизм – процесс распада мономеров и других соединений, попадающих в клетку из крови, до конечных продуктов (воды, углекислого газа и аммиака) с высвобождением энергии.

Основной обмен энерегии

Количество энергии, которое затрачивается организмом на выполнение жизненно важных функций, называется основным обменом. Это затраты энергии на поддержание постоянства температуры тела, работу внутренних органов, нервной системы, желез. Основной обмен измеряется методами прямой и непрямой калориметрии при базисных условиях, т.е. лежа с расслабленными мышцами, при температуре комфорта, натощак. Согласно закону поверхности, сформулированному в XIX веке Рубнером и Рише, величина основного обмена прямопропорциональна площади поверхности тела. Это связано с тем, что наибольшее количество энергии тратится на поддержание постоянства температуры тела. Помимо этого на величину основного обмена влияют пол, возраст, условия окружающей среды, характер питания, состояние желез внутренней секреции, нервной системы. У мужчин основной обмен на 10% больше, чем у женщин. У детей его величина относительно веса тела больше, чем в зрелом возрасте, а у пожилых наоборот меньше. В холодном климате или зимой он возрастает, летом снижается. При гипертиреозе он значительно увеличивается, а при гипотиреозе снижается. В среднем величина основного обмена у мужчин 1700 ккал/сут., а у женщин – 1550.

Общий обмен энергии

Общий обмен энергии - это сумма основного обмена, рабочей правки и энергии специфически-динамического действия пищи. Рабочая правка - это энергетические затраты на физическую и умственную работу. По характеру производственной деятельности и энергозатратам выделяют следующие группы работающих:

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 (шоферы). 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 это действие у белков, меньше у жиров и углеводов. В частности белки повышают энергетический обмен на 30%, а жиры и углеводы на 15%.

Физические основы питания. Режимы питания.

В зависимости от возраста, пола, профессии потребление белков, жиров, углеводов должно составлять: у мужчин I-IV групп (1:1:4)

· Белков – 96-108 г.

· Жиров – 90-120 г.

· Углеводов – 382-552 г.

у женщин I-IV групп (1:1:4)

· Белков – 82-92 г.

· Жиров – 77-102 г.

· Углеводов – 303-444 г.

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 питательным 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, а жиры не более 70% жирового.

Под режимом питания подразумевается кратность приема пищи и распределение ее калорийности на каждый прием. При трехразовом питании на завтрак должно приходится 30% калорийности суточного рациона, обед 50%, ужин 20%. При более физиологическом четырехразовом, на завтрак 30%, обед 40%, полдник 10%, ужин 20%. Интервал между завтраком и обедом не более 5 часов, а ужин должен быть не менее чем за 3 часа до сна. Часы приема пищи должны быть постоянными.

Многие считают, что обмен веществ и скорость переваривания пищи - синонимы, но это неправильно. Даем верное определение метаболизму и разбираемся, от чего зависит его скорость и к чему могут привести неполадки и сбои.

Обмен веществ (его также называют метаболизмом) - это основа жизненно важных процессов, происходящих в организме. Под метаболизмом понимают все биохимические процессы, происходящие внутри клеток. Тело постоянно заботится о себе, используя (или откладывая в резервные депо) полученные питательные вещества, витамины, минералы и микроэлементы для обеспечения всех функций организма.

Для обмена веществ, управляемого в том числе эндокринологической и нервной системами, огромное значение имеют гормоны и энзимы (ферменты). Традиционно самым важным органом в метаболизме считается печень.

Для того, чтобы выполнять все свои функции, организму нужна энергия, которую он черпает из белков, жиров и углеводов, получаемых вместе с едой. Поэтому процесс усвоения пищи можно считать одним из необходимых условий для метаболизма.

Обмен веществ происходит автоматически. Именно это дает возможность клеткам, органам и тканям самостоятельно восстанавливаться после влияния определенных внешних факторов или же внутренних сбоев.

В чем суть метаболизма?

Метаболизм – это изменение, превращение, переработка химических веществ, а также энергии. Этот процесс состоит из 2 основных, связанных между собой стадий:

Катаболизм (от греческого слова «разрушение»). Катаболизм предусматривает распад сложных органических веществ, поступивших в организм, до более простых. Это особый энергетический обмен, происходящий во время окисления или же распада определенного химического или органического вещества. В результате в организме происходит выброс энергии (большая ее часть рассеивается в виде тепла, оставшаяся позже используется в анаболических реакциях и при образовании АТФ);
Анаболизм (от греческого слова «подъем»). Во время данной фазы происходит образование важных для организма веществ – аминокислот, сахара и белка. Для этого пластического обмена необходимы большие затраты энергии.

Говоря простым языком, катаболизм и анаболизм – это два равноправных процесса в обмене веществ, последовательно и циклично сменяющих друг друга.

Что влияет на скорость обменных процессов

Одна из возможных причин медленного обмена веществ - генетический дефект. Существует предположение, что скорость процесса сжигания энергии зависит не только от возраста (об этом мы расскажем ниже) и строения тела, но и от наличия определенного индивидуального гена.

В 2013 году было проведено исследование, в ходе которого выяснилось, что причиной медленного обмена веществ может быть мутация KSR2 - гена, отвечающего за метаболизм. Если в нем имеется дефект, то у его носителя или носительницы отмечается не только повышенный аппетит, но и более медленный (по сравнению со здоровыми людьми), основной обмен (прим. ред.: под основным обменом подразумевают минимальное количество энергии, которое нужно организму утром для нормальной жизнедеятельности в положении лежа и состоянии бодрствования до первого приема пищи ). Однако учитывая тот факт, что данный генетический дефект имеется менее чем у 1% взрослых людей и менее чем у 2% детей с избыточным весом, данную гипотезу трудно назвать единственно верной.

С гораздо большей уверенностью ученые говорят о том, что скорость метаболизма зависит от пола человека.

Так, голландские исследователи выяснили, что у мужчин действительно более активный обмен веществ, чем у женщин. Они объясняют данное явление тем, что мужчины обычно обладают большей мышечной массой, кости у них тяжелее, а процент жира в организме меньше, поэтому что в состоянии покоя (речь про основной обмен), что при движении они потребляют большее количество энергии.

Также метаболизм замедляется с возрастом, и винить в этом стоит гормоны. Так, чем старше женщина, тем меньше эстрогена производит ее организм: это становится причиной появления (или увеличения уже имеющихся) жировых отложений в области живота. У мужчин снижается уровень тестостерона, что приводит к уменьшению мышечной массы. Кроме того - и на сей раз мы говорим о людях обоих полов - со временем тело начинает вырабатывать все меньше гормона роста соматотропина, призванного в том числе стимулировать расщепление жира.

Ответьте на 5 вопросов, чтобы узнать, насколько быстр ваш метаболизм!

Часто ли вам бывает жарко? Людям с хорошим обменом веществ, как правило, чаще бывает жарко, чем людям с плохим (медленным) метаболизмом, они гораздо меньше мерзнут. Если у вас не начался предклимактерический период, то положительный ответ на этот вопрос можно считать одним из признаков того, что ваш метаболизм в порядке.

Как быстро вы поправляетесь? Если вы склонны к быстрому набору веса, то можно предположить, что ваш обмен веществ функционирует не совсем правильно. При правильном метаболизме полученная энергия тратится практически сразу, а не откладывается в виде жира в депо.

Часто ли вы ощущаете бодрость и прилив сил? Люди с замедленным обменом веществ часто чувствуют себя уставшими и разбитыми.

Быстро ли вы перевариваете пищу? Люди с хорошим метаболизмом обычно могут похвастаться хорошим пищеварением. Частые запоры зачастую являются сигналом, что с обменом веществ что-то не так.

Как часто и много вы едите? Вы часто испытываете чувство голода и много едите? Хороший аппетит обычно указывает на то, что пища быстро усваивается организмом, и это признак быстрого метаболизма. Но, конечно же, это не повод отказаться от правильного питания и активного образа жизни.

Отметим, что слишком быстрый обмен веществ, о котором мечтают многие, тоже чреват проблемами: он может привести к бессоннице, нервозности, дефициту веса и даже проблемам с сердцем и сосудами.

Как наладить обмены при помощи питания?

Существует достаточно много продуктов питания, которые способны благотворно повлиять на обмен веществ, например:

богатые грубой клетчаткой овощи (свекла, сельдерей, капуста, морковь);
постное мясо (филе курицы без кожи, телятина);
зеленый чай, цитрусовые фрукты, имбирь;
богатая фосфором рыба (особенно морская);
экзотические фрукты (авокадо, кокосы, бананы);
зелень (укроп, петрушка, базилик).

Проверьте, не совершаете ли вы ошибки в пищевом поведении, которые ведут к ненужному замедлению метаболизма!

Ошибка №1. В вашем рационе слишком мало полезных жиров

Увлекаетесь продуктами с маркировкой light? Обязательно следите за тем, чтобы потреблять достаточное количество ненасыщенных жирных кислот, которые содержатся в том же лососе или авокадо. Они также помогают удерживать уровень инсулина в пределах нормы и не позволяют обмену веществ замедляться.

Ошибка №2. В вашем рационе много полуфабрикатов и готовой еды

Внимательно изучите этикетки, скорее всего, вы обнаружите, что сахар входит в состав даже тех продуктов, где его быть вовсе не должно. Именно он отвечает за скачки глюкозы в крови. Не устраивайте организму пищевые американские горки. Ведь тело расценивает подобные перепады как сигнал, что пора запасти побольше жира.\

Ошибка №3. Вы часто игнорируете приступы голода и пропускаете приемы пищи

Важно не только то, что вы едите, но и когда вы это делаете (питаться нужно регулярно и в одно и то же время). Тот, кто ждет, пока желудок не начнут скручивать голодные спазмы (или вообще игнорирует сигналы организма), рискует отрицательно повлиять на скорость обмена веществ. Ничего хорошего в этом случае ждать нельзя. По крайней мере, зверские приступы голода по вечерам, которых не избежать, в категорию «хорошее» точно не попадают.

Причины и следствия сбоев обмена веществ

Среди причин сбоя обменных процессов можно назвать патологические изменения в работе надпочечников, гипофиза и щитовидной железы.

Кроме этого, к предпосылкам сбоев относят несоблюдение рациона питания (сухая пища, частое переедание, болезненная увлеченность жесткими диетами), а также плохую наследственность.

Существует целый ряд внешних признаков, по которым можно самостоятельно научиться распознавать проблемы катаболизма и анаболизма:

недостаточная или чрезмерная масса тела;
соматическая усталость и отечность верхних и нижних конечностей;
ослабленные ногтевые пластины и ломкие волосы;
кожные высыпания, прыщи, шелушение, бледность или покраснение кожных покровов.

Если метаболизм отличный, то тело будет стройным, волосы и ногти - крепкими, кожа - без косметических дефектов, а самочувствие - хорошим.

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.

Расход энергии при работе

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.

РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

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

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.

Уровень обмена в условиях естественной жизни человека называется общим обменом. При выполнении физического и умственного труда, изменении позы, эмоциях, после потребления пищи обменные процессы становятся более интенсивными. Больше всего задействованные в этом процессе мышцы, сокращаются. Причем состояние скелетных мышц в основном влияет на интенсивность обмена и при некоторых других физиологических состояний. Так, даже при решении математической задачи повышается тоническое напряжение скелетных мышц. При этом в самих клетках ЦНС активность обменных процессов хотя и меняется, но не в такой степени, чтобы существенно повлиять на уровень энергозатрат всего организма. Вместе с тем, если умственная работа сопровождается эмоциональным напряжением, обмен активируется в большей степени. Это обусловлено увеличением образования ряда гормонов, усиливающих обменные процессы.

Специфически динамическое действие пищи

Повышение обмена наблюдают в течение достаточно длительного (до 10-12 ч) времени после еды. В этом случае энергия расходуется не только на собственно процесс пищеварения, секрецию, моторику, всасывание). Оказывается так называемая специфически динамическое действие пищи. Она в основном обусловлена активацией обменных процессов продуктами пищеварения. Этот эффект наибольший при поступлении белков. Уже через 1 ч и в течение последующих 3-12 ч (продолжительность зависит от количества потребленной пищи) активность процессов энергообразования возрастает до 30 % уровня основного обмена. При поступлении углеводов и жиров этот прирост составляет не более 15 %.

Влияние температуры

Интенсивность обменных процессов возрастает также при отклонении температуры окружающей среды от комфортного уровня. Найвираженіше сдвиги интенсивности обмена веществ при снижении температуры, поскольку для сохранения константной температуры тела энергия других видов превращается в тепловую.

Обмен энергии при трудовой деятельности

Наибольший прирост энергозатрат обусловлено скелетными скорочувальними мышцами. Поэтому в обычных условиях существования уровень обменных процессов в первую очередь зависит от физической активности человека. Взрослое население по уровню общего обмена можно разделить на пять групп. Классификация основывается на интенсивности физического труда, нервной напряженности, возникающей при выполнении трудовых процессов, отдельных операций, и ряде других особенностей. По мере внедрения и распространения новых видов и форм трудовой деятельности, связанных с техническим прогрессом, группы интенсивности труда должны пересматриваться, уточняться и дополняться. Выделено пять групп рабочих:

1-а - преимущественно умственной стираемые;

2-а - легкого физического труда;

3-я - физического труда средней степени тяжести;

4-а - тяжелого физического труда;

5-а - особо тяжелого физического труда.

Потребность в энергии повышена у лиц, труд которых характеризуется не только физическим, но и нервно-психической нагрузкой. Причем в современных условиях его значение во всех трудовых процессах все более возрастает.

У женщин через меньшую интенсивность обменных процессов, меньшую мышечную массу потребность в энергии примерно на 15 % ниже, чем у мужчин.

При определении потребности в энергии взрослого трудоспособного населения признано целесообразным все расчеты делать для трех возрастных категорий: 18-29, 30-39,40-59 лет. Основой для этого стали некоторые возрастные особенности обмена веществ. Так, в 18-29 лет еще продолжаются процессы роста и физического развития. С 40 лет, а особенно после 50, катаболизм начинает преобладать над анаболізмом.

При разработке критериев потребности в энергии для населения в возрасте от 18 до 60 лет условно определено идеальную массу тела: у мужчин она составляет 70 кг, у женщин - 60 кг. Потребность в энергии может исчисляться из расчета на 1 кг средней идеальной массы тела. Потребность в энергии на 1 кг идеальной массы у мужчин и женщин практически одинакова и составляет: для 1-й группы интенсивности труда - 167,4 кДж (40 ккал), для 2-й - 179,9 кДж (43 ккал), для 3-й - 192,5 кДж (46 ккал), для 4-й - 221,7 кДж (53 ккал), для 5-й - 255,2 кДж (61 ккал).

Регуляция обмена энергии

В организме постоянно должно происходить согласование метаболических потребностей всего организма с потребностями отдельных его органов и клеток. Это достигается с помощью распределения между ними усмоктуваних питательных веществ, а также перераспределением веществ из собственных депо организма или тех, что образуются в процессах биосинтеза.

На уровне отдельных клеток и кусочков органов можно выявить наличие местных механизмов регуляции процесса энергообразования. Так, во время выполнения мышечной работы начало сокращения мышцы запускает процессы ресинтеза применяемой АТФ (см. разд. 1 -"Скелетные мышцы").

Регуляция процессов энергообразования в организме в целом осуществляется вегетативной нервной и эндокринной системами с преобладанием последней. Основные регуляторы - гормоны щитовидной железы- тироксин и Г3, а также А надпочечников, стимулирующие эти процессы. Причем под влиянием этих гормонов находится и перераспределение метаболитов, применяют для образования энергии. Так, во время физической нагрузки с печени, жировых депо в кровь поступает глюкоза, жирные кислоты, которые применяются в мышцах.

Особую роль в регуляции играет гипоталамус, через который реализуются нервно-рефлекторные (вегетативные нервы) и эндокринные механизмы. С помощью их обеспечивается участие высших отделов ЦНС в регуляции обменных процессов. Можно обнаружить даже условно-рефлекторное повышение уровня образования энергии. Так, у спортсмена перед стартом, у рабочего перед выполнением трудового процесса обмен активируется. Гипнотическое внушение выполнения тяжелой мышечной работы может привести к повышению уровня обменных процессов.

Гормоны гипоталамуса, гипофиза, поджелудочной и других эндокринных желез влияют как на рост, размножение, развитие организма, так и на соотношение процессов анаболизма и катаболизма. В организме активность этих процессов находится в состоянии динамического равновесия, но в отдельные моменты реальной жизни вероятно и превалирование одного из них. (Подробнее эти процессы рассмотрены в курсе биохимии.)

Методы исследования

Методы оценки энергетического баланса организма основываются на двух главных принципах: прямом измерении количества тепла, которое выделилось (прямая калориметрия), и косвенном измерении - определением количества кислорода, поглощаемого и углекислого газа выделяется (непрямая калориметрия).

Чаще всего применяют способы непрямой калориметрии. При этом сначала определяют количество кислорода, поглощаемого и выделяемого углекислого газа, что выделяется. Зная их объемы, можно определить дыхательный коэффициент (ДК): отношение выделенного СО2 к поглощенного 02:

По величине ДК можно косвенно оценивать (есть соответствующие таблицы) окисненість продукта, так как в зависимости от этого выделяется разное количество тепла. Так, при окислении глюкозы выделяется 4 ккал1г тепла, жиров -9,0 ккал1г, белков-4,0 ккал1г (эти величины характеризуют энергетическую ценность соответствующих питательных веществ). Зависимость ДК от продукта окисляется, определяется тем, что при окислении глюкозы для образования каждой молекулы СО2 применяется такое же количество молекул 02 (ДК = 1,0). В связи с тем, что в структуре жирных кислот на один атом СО2 приходится меньше атомов 02, чем в углеводах, во время их окисления ДК равен 0,7. При потреблении белковой пищи ДК составляет 0,8.

Однако, применяя метод непрямой калориметрии, необходимо учитывать, что в реальных условиях жизни человека, как правило, окисляющиеся смешанные ингредиенты. Для практического применения разработаны специальные таблицы, с помощью которых по количеству поглощенного за единицу времени кислорода и величине ДК можно определить количество высвобожденной энергии, то есть интенсивность обменных процессов.

Возрастные и половые особенности энергетического обмена

В период онтогенетического развития обменные процессы претерпевают значительные изменения. До окончания периода полового созревания (табл. 15) преобладают процессы анаболизма.

Таблица 15. Возрастные изменения общего и основного обмена

Возраст	Общий обмен, ккал1добу	Основной обмен
Возраст	Общий обмен, ккал1добу	ккал1добу	ккал1м 1добу	ккал1кг1добу
1 день
1 мес.
1 год
3 года
5 лет
10 лет
14 лет
Взрослые

Поскольку для обеспечения возрастного развития расходуется большое количество энергии, уровень основного обмена в пересчете как на единицу массы, так и поверхность тела, резко увеличен. Самые высокие показатели на протяжении первых лет жизни, когда основной обмен увеличен по сравнению с таковым у взрослых в 2-2,5 раза. При старении преобладают катаболические процессы, что сопровождается постепенным снижением основного обмена. Причем во все возрастные периоды основной обмен у женщин ниже, чем у мужчин. Например, у мужчин в возрасте 40 лет его величина в среднем равна 36,3 ккал1м21год, в 70 лет-33 ккал1м21год; у женщин он составляет соответственно 34,9 и 31,7 ккал1м21год.