Все мы знаем главный принцип достижения прогресса в спорте. 40% тренировки, 20% сон, и 40% питание. Но, как правильно рассчитывать питание для достижения тех или иных целей? Конечно, для этого составляется план, в котором учитывается физические и умственные потребности и расходы. Но из всей этой формулы выпадает один единственный фактор, который и будет рассмотрен в следующем материале – основной обмен веществ.

Что это такое

Основной обмен веществ – один из показателей интенсивности метаболизма и энергии в организме человека. Определяется количеством тощаковой энергии в оптимальных температурных условиях, которая необходима для поддержания состояния в полном физическом и психическом покое.

Т.е., базальный метаболизм показывает, сколько энергии тратит организм для поддержания постоянной деятельности внутренних органов, мышц.

Энергия, которую получает вследствие таких реакций организм, идет на обеспечение постоянства температуры тела ( — Учебник «Физиология обмена веществ и эндокринной системы», Теппермен).

Благодаря полноценности базального метаболизма обеспечиваются:

• Синтез основных гормонов.
• Синтез основных ферментов.
• Обеспечение базовой когнитивной функции.
• Переваривание пищи.
• Поддержание работоспособности иммунитета.
• Поддержание соотношения по отношению к катаболическим.
• Поддержание дыхательных функций.
• Транспортировка кровью основных энергетических элементов.
• Поддержание постоянной температуры тела по закону Рубнера.

И это далеко не полный список происходящего в нашем организме. В частности, даже когда человек спит, большая часть из процессов, пускай и в замедленном порядке, помогают синтезировать новые строительные элементы, и проводят расщепление гликогена на глюкозу. Все это требует постоянного притока калорийности, которую человек получает из пищи. В частности, этот базовый расход и является ежедневной минимальной нормой того, сколько калорий нужно для поддержания основных функций организма.

Поверхность Рубнера

Как ни странно, но иногда обмен веществ определяется не только биохимическими процессами, но и простыми физическими законами.

Ученый Рубнер выявил зависимость, связывающую общую поверхность с количеством затрачиваемых калорий.

Как это работает на самом деле? Есть 2 основных фактора, из-за которых его предположение оказалось верным.

• 1-ое – размер организма. Чем больше поверхность тела, тем больше органы, и больший рычаг при любом действии, что приводит в движение большую «машину», потребляющую «больше топлива».
• 2-ое – поддержание тепла. Для нормального функционирования организма, обменные процессы происходят с выделением тепла. В частности, для человека это 36.6. Причем температура (за редким исключением) равномерно распределяется по всему организму. Так вот, чтобы протопить большую площадь, нужно больше энергии. Все это связано с термодинамикой.

Следовательно, из этого всего можно сделать вывод:

Плотные люди, действительно тратят больше энергии во время основного обмена веществ. Высокие люди, чаще всего худые из-за дефицита калорийности, вызванного увеличенным базальным метаболизмом и тратами на сохранение температуры для большей площади тела.

Исходная интенсивность базального метаболизма у мужчин с массой тела около 70 кг в среднем равна 1700 ккал. Для женщин такие параметры на 10% меньше ( — «Википедия»).

Если рассматривать уровень базального метаболизма, как динамическую систему, подвижную, то есть факторы, которые определяют базовый фон, и количество распределяемой энергии:

• Количество поступающей энергии. Чем фривольней человек относится к своему питанию (постоянный переизбыток калорийности, частые перекусы, ), тем активнее тратит организм их даже в пассивном режиме. Все это приводит к постоянному гормональному фону и общему увеличению нагрузки на организм, и, как следствие, более быстрый выход отдельных систем из строя.
• Наличие искусственных стимуляторов скорости метаболизма. Например, люди, употребляющие кофеин имеют более низкий базальный метаболизм в случае отказа от кофеина. В то же время, их гормональная система начинает давать сбой.
• Общая подвижность человека. Так, во время сна, организм транспортирует глюкозу из печени в мышцы, синтезирует новые аминокислотные цепочки, и синтезирует ферменты. Количество (а, значит, и ресурсы), которые тратятся на эти процессы, напрямую зависят от общей нагрузки на организм.
• Изменение базовой скорости метаболизма. Если человек, вывел себя из баланса (естественной скорости), то организм будет тратить дополнительную энергию на восстановление и стабилизацию всех процессов. Причем это касается как ускорения, так и замедления.
• Наличие внешних факторов. Изменение температуры, заставит усиленно выделять тепло кожными покровами для поддержания общей температуры, что может изменить динамический фактор, влияющий на общий уровень базального метаболизма.
• Соотношение усваиваемых и выводимых нутриентов. При постоянном переизбытке калорийности, организм может просто отказаться от лишних нутриентов, в этом случае, базальные растраты увеличатся на процесс превращения полезных нутриентов в транспортировочный шлак.

Кроме этого стоит выделить и основные конечные продукты обмена веществ, которые выводятся из организма вне зависимости от его скорости.




Чем регулируется?

Теперь нужно определить, не только на что тратится основная энергия при общем обмене веществ, но и чем регулируется количество затрачиваемой энергии.

• Во-первых, это изначальная скорость метаболизма, которая определяется как соотношение общей подвижности к наличию избытка энергии.
• Во-вторых, базальный метаболизм регулируется изначальным уровнем гормонов в крови. Например, для диабетиков или для людей, страдающих проблемами с ЖКТ – общий метаболизм будет отличаться по скорости и соответственно по затратам от среднестатистического.
• В третьих, возраст. С взрослением, базальный метаболизм замедляется, это связано с оптимизацией ресурсов организма, в попытках на дольше растянуть срок службы основных систем. Сюда также можно отнести рост и исходную массу тела, так как базальный метаболизм зависим от этих параметров.
• Достатком кислорода. Без окисления сложных полисахаридов до уровня простых моносахаридов, выделение энергии невозможно. Точнее изменяется механизм её вычленения. При большом количестве кислорода, скорость выделения увеличивается, что увеличивает и затраты базового метаболизма. В тоже время, в условиях недостатка кислорода, организм может перейти на топление жировых тканей, что кардинально отличается по скорости и по затратности.
• Сезонность. Доказано, что весной и ранним летом основной обмен повышен, а зимой и поздней осенью обменные процессы замедляются.
• Характер питания. Еда и ее последующее переваривание усиливают основной обмен, особенно если в рационе превалирую белки. Указанное влияние пищи на скорость базального метаболизма называется «специфическим динамическим действием пищи» . Ограничение питания или его избыток, концентрация различных питательных веществ в рационе питания непосредственно влияет на скорость основного обмена ( — Учебник «Физиология обмена веществ и эндокринной системы», Теппермен).

Продолжая проводить аналогии с машинами, это уменьшение скорости для того, чтобы уменьшить расход масла в двигателе, и, соответственно, уменьшить общий износ двигателя, тем самым продлив жизнь отдельной запчасти.

Нарушение баланса

Расчет основного обмена веществпроисходит с учетом динамических стрессов. Так, например, занятия спортом выводят организм из баланса, заставляя его постепенно ускорять обмен веществ, и полностью перестраиваться под новые условия. Это, в свою очередь, вызывает противодействие (которое характеризуется большой потерей питательного потенциала, и, возможно, на некоторое время выведением из штатного режима большинство систем организма).

Кроме того, для регуляции последствий стресса, увеличиваются расходы на поддержание эмоционального фона. Ну, и плюс, если равновесие выведено окончательно, организм начинает полностью перестраиваться под новый режим с новой скоростью метаболизма.

Так, например, резкое изменение в питании, с последующим замедлением метаболизма тоже является достаточным фактором для изменения уровня базового расхода. При выведении системы из баланса она будет стремиться к нему. Это определяет текущий уровень ферментов и гормонов.




Формулы для расчёта базовых потребностей

Формула расчета основного обмена веществ является несовершенной. Она не учитывает такие факторы как:

• Индивидуальная скорость метаболизма.
• Соотношение подкожного и глубинного жира.
• Наличие гликогенового депо.
• Внешнюю температуру.

Однако для общей прикидки, подойдет и такая формула. Перед таблицей вставим разъяснения:

• МТ – масса тела. Для наиболее точного расчета, лучше использовать чистую массу (без учета жировой ткани).
• Р – рост. В формуле используется из-за теоремы Рубнера. Является одним из самых неточных коэффициентов.
• Свободный коэффициент – волшебная цифра, подгоняющая ваш результат под нормы, еще раз доказывающая, что без такого коэффициента (индивидуального для каждого случая), получить адекватный расчет базального метаболизма не получится.

Пол	Возраст	Уравнение
М	10-18	16.6 мт + 119Р + 572
Ж	10-18	7.4 мт + 482Р + 217
М	18-30	15.4 мт + 27Р + 717
Ж	18-30	13.3 мт + 334Р + 35
М	30-60	11.3 мт + 16Р + 901
Ж	30-60	8.7 мт + 25Р + 865
М	>60	8.8 мт + 1128Р - 1071
Ж	>60	9.2 мт + 637Р - 302

Важно понимать, что формула расчёта не учитывает неравномерность растрат калорийности в течение дня. Так, например, днем во время приема пищи или после тренировки, разогнанный метаболизм заставляет организм потреблять больше энергии, пускай и использует её не так рационально. В то время, как во сне процессы метаболизма оптимизируются максимально, что позволяет достичь оптимального результата в поставленных целях.

Общий метаболизм

Естественно, что основные этапы и процессы, происходящие в организме во время основного обмена веществ, – это не единственные траты. При создании плана питания, скажем, для похудения, нужно воспринимать базальный метаболизм не как константу (посчитанную по формуле), а как динамическую систему, любое изменение в которой приводит к изменению в расчётах.

Во-первых, для расхода полной калорийности питания, нужно включить в список растраты калорийности на все производимые действия.

Примечание: Подробней расчет двигательных и умственных потребностей человека был рассмотрен в статье « ».

Во-вторых, изменение скорости метаболизма, возникающее как раз в ходе двигательной активности, или её отсутствия. В частности, возникновение белкового и углеводного окна после тренировок, стимулирует не только ускорение метаболизма, но и изменение трат организма на пищеварение. В это время, базальный метаболизм усиливается на 15-20%, пускай и в краткосрочном периоде, не считая остальных потребностей.

Итог

Расчет базального метаболизма для атлета, конечно, не является нужным и определяющим фактором для достижения оптимального роста. Несовершенство формул, изменение постоянных процессов, требует регулярной коррекции. Однако при первичном подсчете расхода калорий для создания избытка или дефицита, базальный метаболизм поможет понять, как корректировать получившиеся цифры.

Это особенно важно для тех, кто привык не самостоятельно составлять план питания, а пользоваться готовыми диетами. Все мы понимаем принципы похудения, а, следовательно, любую диету нужно подстраивать под себя. И, что для 90 килограммового толстяка похудение, то для 50 килограммовой фитоняшки, может оказаться вредным и избыточным.

Тема: Физиология и Патофизиология обмена веществ

Вопросы для самостоятельного изучения:

Понятие об обмене веществ. Анаболические и катаболические процессы.

Основной и общий обмен веществ.

Обмен белков и его регуляция.

Обмен жиров и его регуляция.

Обмен углеводов и его регуляция.

Обмен воды и минеральных веществ.

Нарушения обмена белков.

Нарушение обмена жиров.

Нарушение обмена углеводов.

Нарушение обмена воды и минеральных солей.

Задание для самоподготовки:

– составление конспекта по теме (возможно использование ниже приведенных материалов + хрестоматия).

– выполнение лабораторных работ, приведенных в лабораторном занятии 3 (в лабораторной работе №2 выполнить только задание по определению суточной калорийности питания).

Контроль:

проверка конспекта по теме;

проверка протокола лабораторного занятия 3.

Литература

Физиология человека: учеб. пособие для учащихся специальности "Лечебное дело" учреждений, обеспечивающих получение сред. спец. образования / А.А. Семенович [и др.]; под ред. А. А. Семеновича. – 3-е изд., испр. – Минск: Выш. шк., 2009. – 544 с. (С. 413–450).

Вопрос 1. Понятие об обмене веществ. Анаболические и катаболические процессы.

Обмен веществ – совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт до образования конечных продуктов распада, выделяемых из организма.

Обмен веществ является основой жизни.

К необходимым для поддержания жизни веществам относятся белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные вещества, кислород и вода.

В процессе роста обновление клеток организма возможно лишь тогда, когда в организм непрерывно поступает О 2 и питательные вещества, являющиеся строительным материалом, из которого строится организм. Но для построения новых клеток организма, их непрерывного обновления, а также для совершения человеком какой-то работы нужна энергия. Эту энергию организм человека получает при распаде и окислении в процессах обмена веществ (метаболизма). Причем процессы метаболизма (анаболизм и катаболизм) тонко согласованы друг с другом и протекают в определенной последовательности.

Анаболизм – процесс усвоения организмом веществ, при котором расходуется энергия (т.е. совокупность реакций синтеза).

Катаболизм – процесс распада сложных органических соединений, протекающий с высвобождением энергии т.е. совокупность реакций распада.

Необходимо учитывать, что оба эти процесса непрерывно связаны. Катаболические процессы обеспечивают анаболизм энергией и исходными веществами, а анаболические процессы - синтез структур, формирование новых тканей в связи с процессами роста организма, синтез гормонов и ферментов, необходимых для жизнедеятельности.

Процессы анаболизма и катаболизма находятся в динамическом равновесии. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет к частичному разрушению тканевых структур, выделению энергии.

Установлено, что в детском возрасте преобладает анаболизм, в старческом – катаболизм.

Вопрос 2. Основной обмен и общий обмен энергии.

Основной обмен - минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма в состоянии покоя в стандартных условиях.

Стандартные условия требуют определения основного обмена утром натощак (через 12-14 ч после последнего приема пищи), в положении пациента лежа на спине, при полном расслаблении мышц, в условиях температурного комфорта (18-20 °С).

Показатель основного обмена - это величина энергии, которая потребовалась бы организму для пребывания в условиях основного обмена на протяжениисуток, выраженная в ккал/сут или кДж/сут.

Средняя величина основного обмена составляет около 1700 ккал/сут.

Энергия основного обмена расходуется на :

1) синтез АТФ и анаболические процессы, обеспечивающие обновление и рост тканей;

2) механическую работу, выполняемую сердечной и дыхательными мышцами, гладкими мышцами внутренних органов;

3) транспорт веществ через мембраны, генерацию биопотенциалов, секреторные процессы в организме.

Нормальная величина основного обмена является одним из показателей благополучия в организме. У взрослого человека интенсивность основного обмена приближается к 1 ккал на 1 кг массы тела в 1 ч.

У детей она больше, а у пожилых людей меньше приведенной величины.

В условиях основного обмена особенно интенсивны энергетические затраты на единицу массы у тканей коры мозга, печени и почек. В тех же условиях отмечается наименьший расход энергии в жировой ткани. Поэтому у худых людей на единицу массы расходуется несколько больше энергии основного обмена, чем у полных.

Интенсивность основного обмена зависит от

возраста,

• площади поверхности тела.

На основе этих данных рассчитывают показатель должной величины основ ного обмена - индивидуальную норму для конкретного человека.

Для такого расчета применяются таблицы и формулы. Весьма употребительны таблицы Гаррис-Бенедикта.

Но особенно сильно коррелирует величина основного обмена с площадью поверхности тела. Эта закономерность отражена в

правиле Рубнера : величина энергетических затрат организма в условиях физиологического покоя прямо пропорциональна площади поверхности тела.

Такая корреляция выявляется не только для людей, но и распространяется на всех теплокровных животных. Так, у мыши и слона на единицу площади поверхности тела приходится приблизительно одинаковый расход энергии.

У мужчин основной обмен в пересчете на единицу массы тела приблизительно на 10% больше, чем у женщин. Это связано с тем, что мужские половые гормоны стимулируют обменные процессы, а также тем, что у мужчин меньше относительная масса жировой и больше относительная масса мышечной ткани.

Определение показателей основного обмена используется для диагностики в клинической практике. Особенно ценны данные об уровне основного обмена для диагностики нарушений функций щитовидной железы. При ее гиперфункции величина основного обмена повышается более чем на 20% относительно нормы. Величина основного обмена также повышается при туберкулезе, малярии, при развитии лихорадки.

Общий обмен энергии .

Общим обменом энергии называют энергетические затраты организма в условиях проявления обыч ной жизнедеятельности.

Так, интенсивность расхода энергии в организме увеличивается после приема пищи. Это называют специфическим динамическим действием пищи (затрата энергии па переваривание, всасывание, транспорт и ассимиляцию нутриентов на уровне клетки).

Прием богатой углеводами пищи увеличивает энергетические затраты организма на 5-10%, богатой белками - до 30%.

В общий обмен энергии входит также рабочая прибавка , т.е. затраты энергии на выполнение работы, величина которых зависит от вида и интенсивности работы.

Умственная работа требует относительно небольшого увеличения энергетических затрат (5-15%). Несмотря на небольшое увеличение суммарных энергетических затрат организма, при умственной нагрузке интенсивность обменных процессов в отдельных локальных участках головного мозга может значительно возрастать. Такая работа сопряжена с расходом некоторых биологически активных веществ и при наличии переутомления может вызывать ряд неблагоприятных изменений в организме.

Интенсивность энергетических затрат увеличивается пропорционально возрастанию мышечной работы и может быть в десятки раз больше, чем в состоянии физического покоя.

Если принять общий обмен за 100%, а основной за 60% от общего обмена, то у ребенка 15% энергии расходуется на рост и отложение веществ, 0,5% – на специфически–динамическое действие пищи, 15% – на работу мышц и 5–10% на потерю с экскрементами. У взрослого нет расхода энергии на рост и отложение веществ, на специфически–динамическое действие пищи приходится 10%, на работу мышц –25%, на потерю с экскрементами –5%. Остальная часть обмена веществ у детей и взрослых приходится на внутренние органы.

На основе определения уровня общих энергетических затрат организма разработаны критерии подразделения трудоспособного населения по группам. Каждая из этих групп имеет свои нормы пищевого рациона, особенности нормирования рабочего дня, периодичности отдыха и отпусков.

В литературе приводятся гигиенические нормативы суточных энергозатрат для лиц разной профессиональной принадлежности:

I группа - работники умственного труда : руководители предприятий, медики (кроме хирургов), педагоги, научные работники, писатели, работники печатной отрасли, журналисты, студенты. Суточный расход энергии составляет для мужчин 2550-2800 ккал, для женщин 2200-2400 ккал, т. е. в среднем 40 ккал/кг массы тела;

II группа - работники легкого физического труда (рабочие автоматизированных линий, швейники, агрономы, ветеринары, медсестры, продавцы промтоваров, тренеры, инструкторы по физической культуре). Суточный расход энергии составляет 3000-3200 ккал для мужчин и 2550-2700 ккал для женщин; в среднем 43 ккал;

III группа - работники среднего по тяжести труда (водители, хирурги, работники пищевой промышленности, продавцы продовольственных товаров, работники водного транспорта). Суточный расход энергии составляет 3200-3650 ккал (муж.) и 2600-2800 ккал (жен.), на 1 кг массы в среднем 46 ккал;

IV группа - работники тяжелого физического труда (строители, сельхозрабочие, механизаторы, металлурги, спортсмены). Суточный расход энергии составляет 3700-4250 ккал (муж.) и 3150-2900 ккал (жен.), 53 ккал/кг массы;

V группа - лица особо тяжелого физического труда (сталевары, лесорубы, шахтеры, грузчики). Суточный расход энергии составляет 3900-4300 ккал у мужчин (61 ккал/кг); для женщин этот расход не нормируется. Вышеуказанные цифры энергозатрат ориентированы на мужчин и женщин среднего веса (70 кг и 60 кг, соответственно).

В каждой перечисленной группе следует различать три возрастные категории: 18-29, 30-39 и 40-59 лет . Для лиц 60-74 лет среднесуточный расход энергии составляет 2300 ккал (муж.), 2100 ккал (жен.); старше 75 лет - 2000 ккал (муж.) и 1900 ккал (жен.).

Если лица пенсионного возраста работают, то расход энергии у них возрастает на 5-10 %.

Для лиц, занимающихся спортом профессионально, существуют другие нормативные значения суточных энергозатрат, конкретизированные по видам спорта.

Что такое энергетический обмен?

Какие, на ваш взгляд, вещества дают больше энер¬гии - жиры, белки или углеводы?

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) - совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии.

При расщеплении 1 грамма белков выделяется 17,6 кДж (килоджоуль) энергии.

При расщеплении 1 грамма углеводов выделяется 17,6 кДж (килоджоуль) энергии. При расщеплении 1 грамма липидов выделяется 39,1 кДж либо 38,9 кДж (килоджоуль) энергии. Соответственно жиры дают больше энергии.

1. Что такое основной обмен? Почему он меньше общего?

Под основным обменом понимают энерготраты в стандартных условиях: у спокойно лежащего, но не спящего человека, утром натощак. Общий обмен кроме основного обмена включает еще энергограты на все другие виды деятельности, например на мышечную работу.

2. Чем объяснить, что у подростков основной обмен выше, чем у взрослых людей?

Скорость основного обмена уменьшается по мере взросления организма. Подросток - это еще ребенок. У детей скорость основного обмена выше, чем у взрослых, потому что быстрее проходят обменные реакции и двигательные процессы больше, а также гормоны.

3. Почему энергоёмкость пищи должна несколько превышать энергетические траты?

Потому что пища, которую мы поглощаем, усваивается не полностью, и она идет не только на энергию, но и на замену отмерших клеток.

4. Достаточно ли при составлении рациона учитывать только калорийность продуктов? Ответ обоснуйте.

Немецкий ученый Макс Рубнер установил важную закономерность. Белки, углеводы и жиры в энергетическом отношении взаимозаменяемы. Так, 1 г углеводов или 1 г белков при окислении дают 17,17 кДж, a 1г жира - 38,97 кДж. Значит, для того чтобы правильно составить рацион, надо знать, сколько килоджоулей было потрачено и сколько пищи необходимо съесть, чтобы компенсировать израсходованную энергию, т. е. надо знать энерготраты человека и энергоемкость (калорийность) пищи. Последняя величина показывает, сколько энергии может выделиться при ее окислении.

5. Как определяются нормы питания?

При составлении норм питания учитываются средние энерготраты за неделю и разовые нагрузки.

6. Проделайте опыт с задержкой дыхания до и после нагрузки. По таблице 5 определите, к какой категории людей вы бы смогли отнести себя. Ответьте на вопросы.

Почему после выполнения физической работы удаётся задержать дыхание на меньшее время, чем до неё?

Почему у тренированных людей меньше разница между временем задержки дыхания до и после работы?

При выполнении физической работы организм человека настраивается на специфический режим дыхания (быстро втянуть воздух, быстрее извлечь из него кислород и т.д., чтобы скорее снабжать органы и ткани кислородом). Чем интенсивнее работа, тем больше это проявляется. И необходимо некоторое время для адаптации к состоянию покоя и более равномерному дыханию, прежде чем удастся максимизировать вдох. У тренированных людей организм уже привык к нагрузкам, и экономит энергию. А организм обычного человека, в экстремальной ситуации, тратит очень много энергии.

Основной обмен- энергозатраты связаны с поддержанием минимально необходимого для жизни клеток уровня окислительных процессов и с деятельностью постоянно работающих органов и систем - дыхательной мускулатуры, сердца, почек, печени. Некоторая часть энергозатрат в условиях основного обмена связана с поддержанием мышечного тонуса. Освобождение в ходе всех этих процессов тепловой энергии обеспечивает ту теплопродукцию, которая необходима для поддержания температуры тела на постоянном уровне, как правило, превышающем температуру внешней среды.

Условия определения основного обмена: обследуемый должен находиться

1) в состоянии мышечного покоя (положение лежа с расслабленной мускулатурой), не подвергаясь раздражениям, вызывающим эмоциональное напряжение;

2) натощак, т. е. через 12- 16 ч после приема пищи;

3) при внешней температуре «комфорта» (18-20 °С), не вызывающей ощущения холода или жары.

Основной обмен определяют в состоянии бодрствования. Во время сна уровень окислительных процессов и, следовательно, энергетических затрат организма на 8-10 % ниже, чем в состоянии покоя при бодрствовании.

Методы определения основного обмена:

Прямая, непрямая калориметрия;

По уравнениям с учетом пола, возраста, роста, массы тела с помощью специальных таблиц.

Нормальные величины основного обмена человека. Величину основного обмена обычно выражают количеством тепла в килоджоулях (килокалориях) на 1 кг массы тела или на 1 м2 поверхности тела за 1 ч или за одни сутки.

Для мужчины среднего возраста (примерно 35 лет), среднего роста (примерно 165 см) и со средней массой тела (примерно 70 кг) основной обмен равен 4,19 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела в час, или 7117 кДж (1700 ккал) в сутки, для женщин около 15ОО ккал/сут. У женщин на 5-1О% ниже, чем у мужчин. У детей выше, чем у взрослых. У стариков ниже на 1О-15%. .

3.Потенциал действия и его фазы. Ионные механизмы возбуждения, Изменения проницаемости клеточной мембраны при возбуждении.

Потенциал действия - это кратковременное изменение разности потенциала между наружной и внутренней поверхностями мембраны (или между двумя точками ткани), возникающее в момент возбуждения. При регистрации потенциала действия с помощью микроэлектродной техники наблюдается типичный пикообразный потенциал. В нем выделяют следующие фазы или компоненты:

Локальный ответ - начальный этап деполяризации.

Фазу деполяризации - быстрое снижение мембранного потенциала до нуля и перезарядка мембраны (реверсия, или овершут).

Фазу реполяризации - восстановление исходного уровня мембранного потенциала; в ней выделяют фазу быстрой реполяризации и фазу медленной реполяризации, в свою очередь, фаза медленной реполяризации представлена следовыми процессами (потенциалами):следовая негативность (следовая деполяризация) и следовая позитивность (следовая гиперполяризация). Амплитудно-временные характеристики потенциала действия нерва, скелетной мышцы таковы: амплитуда потенциала действия 140-150 мВ; длительность пика потенциала действия (фаза деполяризации + фаза реполяризации) составляет 1-2 мс, длительность следовых потенциалов - 10-50 мс. Форма потенциала действия (при внутриклеточном отведении) зависит от вида возбудимой ткани: у аксона нейрона, скелетной мышцы - пикообразные потенциалы, у гладких мышц в одних случаях пикообразные, в других - платообразные (например, потенциал действия гладких мышц матки беременной женщины - платообразный, а длительность его составляет почти 1 минуту). У сердечной мышцы потенциал действия имеет платообразную форму.

Во внеклеточной жидкости высока концентрация ионов натрия и хлора, во внутриклеточной жидкости – ионов калия и органических соединений. В состоянии относительного физиологического покоя клеточная мембрана хорошо проницаема для катионов калия, чуть хуже для анионов хлора, практически непроницаема для катионов натрия и совершенно непроницаема для анионов органических соединений. В покое ионы калия без затрат энергии выходят в область меньшей концентрации (на наружную поверхность клеточной мембраны), неся с собой положительный заряд.

Ионы хлора проникают внутрь клетки, неся отрицательный заряд. Ионы натрия продолжают оставаться на наружной поверхности мембраны, еще больше усиливая положительный заряд.

Ионный механизм возбуждения:

В основе потенциала действия лежат последовательно развивающиеся во времени изменения ионной проницаемости клеточной мембраны. При действии на клетку раздражителя проницаемость мембраны для ионов Na+ резко повышается за счет активации натриевых каналов. При этом ионы Na+ по концентрационному градиенту интенсивно перемещаются извне-во внутриклеточное пространство. Вхождению ионов Na+ в клетку способствует и электростатическое взаимодействие. В итоге проницаемость мембраны для Na+ становится в 20 раз больше проницаемости для ионов К+.

Поскольку поток Na+ в клетку начинает превышать калиевый ток из клетки, то происходит постепенное снижение потенциала покоя, приводящее к реверсии - изменению знака мембранного потенциала. При этом внутренняя поверхность мембраны становится положительной по отношению к ее внешней поверхности. Указанные изменения мембранного потенциала соответствуют восходящей фазе потенциала действия (фазе деполяризации). Мембрана характеризуется повышенной проницаемостью для ионов Na+ лишь очень короткое время 0.2 - 0.5 мс. После этого проницаемость мембраны для ионов Na+ вновь понижается, а для К+ возрастает. В результате поток Na+ внутрь клетки резко ослабляется, а ток К+ из клетки усиливается. В течение потенциала действия в клетку поступает значительное количество Na+, а ионы К+ покидают клетку. Восстановление клеточного ионного баланса осуществляется благодаря работе Na+, К+ - АТФазного насоса, активность которого возрастает при повышении внутренней концентрации ионов Na+ и увеличении внешней концентрации ионов К+.

Благодаря работе ионного насоса и изменению проницаемости мембраны для Na+ и К+ первоначальная их концентрация во внутри - и внеклеточном пространстве постепенно восстанавливается.Итогом этих процессов и является реполяризация мембраны: внутреннее содержимое клетки вновь приобретает отрицательный заряд по отношению к внешней поверхности мембраны.

БИЛЕТ 24

Все пищевые вещества обладают определенным запасом энергии. Организм называют трансформатором энергии, ибо в нем постоянно происходят специфические превращения питательных веществ, приводящие к освобождению энергии и переходу ее из одного вида в другой. Соотношение между количеством энергии, получаемой с пищей, и количеством затрачиваемой энергии носит название энергетического баланса организма . Для его изучения необходимо определение энергетической ценности пищи.

Исследования показали, что каждый грамм полисахаридов и белков дает 17,2 кДж. При распаде грамма жиров освобождается 38,96 кДж. Отсюда следует, что энергетическая ценность различных продуктов питания неодинакова и зависит от того, какие в данном продукте содержатся питательные вещества. Так, например, энергетическая ценность орехов оказывается равной 2723,5 кДж, сливочного масла – 3322,2 кДж и т. д. Энергетическая ценность пищевых веществ не всегда совпадает с их физиологической ценностью, ибо последняя еще определяется способностью к усвоению. Пищевые вещества животного происхождения усваиваются лучше, чем растительного.

Количество энергии, освобождающееся в организме, зависит от химических превращений веществ в нем, т. е. от обменных процессов. Отсюда следует, что количество тепла, выделенное организмом, может служить показателем обмена веществ. Определение количества тепла, т. е. количества калорий, выделенных организмом, дает всю сумму энергетических превращений в виде конечного теплового итога. Такой способ определения энергии носит название прямой калориметрии. Определение количества калорий методом прямой калориметрии производится с помощью калориметрической камеры, или калориметра.

Все эти определения можно произвести гораздо проще, изучая газообмен. Определение количества энергии, выделенной организмом, с помощью изучения газообмена, получило название непрямой калориметрии. Зная, что все количество энергии, выделяемой в организме, есть результат распада белков, жиров и углеводов, зная также, какое количество энергии выделяется при распаде этих веществ, и какое количество их подверглось распаду за определенный промежуток времени, можно вычислить количество освобождающейся энергии.

Различают общий обмен веществ и основной обмен веществ. Основным обменом называется энергетические затраты организма в условиях покоя, связанные с поддержанием минимального уровня обменных процессов, необходимого для жизнедеятельности клеток. Основной обмен определяют в состоянии мышечного покоя – лежа, через 12 – 16 часов после еды при температуре 18 – 20°С. В этих условиях энергия тратится на работу сердца, дыхание, поддержание температуры тела и т. д. Но эта затрата энергии невелика. Главные затраты при определении основного обмена связаны с биохимическими процессами, всегда имеющими место в живых клетках. Величина основного обмена составляет от 4200 до 8400 кДж в сутки для мужчин и от 4 200 до 7 140 кДж – для женщин. В среднем у человека среднего возраста основной обмен составляет 4187 Дж на 1 кг массы в час или 7140 – 7560 тыс. Дж в сутки. У детей 8 – 9 лет основной обмен в 2 – 2,5 раза больше, чем у взрослого.

Чем меньше ребенок, тем больше расходуется энергии на его рост. Так, в возрасте 3 месяцев расход энергии составляет 36%, в 6 месяцев – 26%, 10 месяцев – 21% общей энергетической ценности пищи.

В дошкольном и младшем школьном возрасте отмечается соответствие интенсивности снижения основного обмена и динамики ростовых процессов: чем больше скорость относительного роста, тем значительнее изменения обмена покоя.

Величина основного обмена у девочек несколько ниже, чем у мальчиков. Это различие начинает проявляться во второй половине первого года жизни.

Второй после основного обмена составляющей энерготрат организма являются так называемые регулируемые затраты энергии . Они соответствуют потребности энергии, используемой на работу сверх основного обмена. Любой вид мышечной деятельности, даже изменение положения тела (из положения лежа в положение сидя), увеличивает энергозатраты организма. Изменение величины потребления энергии определяется продолжительностью, интенсивностью и характером мышечной работы. Увеличение обмена тем значительней, чем интенсивнее была мышечная нагрузка. В связи с этим работники различных профессий тратят неодинаковое количество энергии в сутки (от 12 600 до 21 000 кДж). Умственная работа вызывает незначительное повышение обмена веществ: всего на 2 – 3%. Всякие эмоциональные возбуждения неизбежно приводят к повышению обмена веществ. Обмен веществ изменяется и под влиянием приема пищи. После приема пищи обмен возрастает на 10 – 40%. Влияние пищи на обмен веществ не зависит от деятельности желудочно-кишечного тракта, оно обусловлено специфическим действием пищи на обмен. В связи с этим и принято говорить о специфическо-динамическом действии пищи на обмен, понимая под этим его увеличение после принятия пищи.