Физиология обмена веществ. Терморегуляция.

1. Понятие об обмене веществ и энергии. Энергетический баланс между средой и организмом.

Обмен веществ и энергии – это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой.

Заключается:

- в поступлении различных веществ из окружающей среды

- в превращении их и использовании в своей жизнедеятельности

- в выделении продуктов распада в окружающую среду.

Метаболизм – все происходящие в организме процессе преобразования веществ и энергии. Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).

Анаболизм – совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей). Обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также накопление энергии (синтез макроэргов). Анаболизм – синтез, из маленьких структур собирается большая молекула (включение аминокислот в белки в процессе синтеза).

Катаболизм – совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простых веществ. Обеспечивает извлечение химической энергии из содержащихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций. Например, образование свободных аминокислот в результате расщепления поступающих с пищей белков и последующее окисление этих аминокислот в клетке с образованием углекислого газа и воды, что сопровождается высвобождением энергии.

К конечным продуктам катаболизма у человека относятся:

• вода (350 мл/сут)

• двуокись углерода (230 мл/мин)

• окись углерода (0,007 мл/мин)

• мочевина (30 г/день)

Процессы анаболизма и катаболизма нах-ся в организме в состоянии динамического равновесия. Преобладание анаболизма над катаболизмом - рост, накопление массы тканей; наоборот – частичное разрушение тканевых структур. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста, состояния здоровья, выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки.

Превращение и использование энергии.

Человек и животные получают энергию из окружающей среды в виде потенциальной энергии, заключенной в химических связях молекул бжу. Все процессы обеспечиваются энергией за счет анаэробного и аэробного метаболизма. Получение энергии без участия кислорода, например, гликолиз, наз-ся анаэробным обменом. Но такой энергии недостаточно, поэтому реакции, происходящие с участием кислорода, энергетически более эффективны (т.е. аэробный обмен).

2. Методы определения расхода энергии: прямая и непрямая калориметрия. Дыхательный коэффициент, калорический эквивалент кислорода.

АТФ является аккумулятором химической энергии и средством ее переноса, диффундируя в те места, где она требуется.

Энергетический обмен служит показателем общего состояния и физиологической активности организма. Единица измерения энергии – калория (кал). Она определяется как количество энергии, необходимое для повышения температуры 1г воды на 1 градус. В международной системе единиц при измерении энергетических величин используется джоуль (1 ккал = 4,19 кДж).

Запас энергии в пище определяется в калориметрической бомбе – замкнутой камере, погруженной в водяную баню. Точно взвешенную пробу помещают в эту камеру, наполненную чистым кислородом и поджигают. Количество выделившейся энергии определяется по изменению температуры воды, окружающей камеру.

Окисление углеводов – 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г); 1 г жира – 38,96 кДж (9,3 ккал), белки в организме окисляются не полностью, поэтому при сжигании белка – 22,61 кДж/г (5,4 ккал/г), а в организме – 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г).

Определение уровня метаболизма. Для определения количества затрачиваемой организмом энергии применяют прямую и непрямую калориметрию. Первые прямые измерения провели в 1788 г. Лавуазье и Лаплас.

Прямая калориметрия заключается в непосредственном измерении тепла, выделяемого организмом. Объект исследования (человек) помещают в специальную герметическую камеру, по трубам, проходящим через нее, протекает вода. Для вычисления теплопродукции используются данные о теплоемкости жидкости, ее объеме, протекающем через камеру за единицу времени, и разности температур поступающей в камеру и вытекающей жидкости.

Непрямая калориметрия основана на том, что источником энергии в организме являются окислительные процессы, при которых потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен можно оценивать, исследуя газообмен. Наиболее распространен способ Дугласа-Холдейна, при котором в течение 10-15 мин собирают выдыхаемый обследуемым человеком воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа). Затем определяют объем выдохнутого воздуха и процентное содержание в нем О2 и СО2. По соотношению между количеством выделенного углекислого газа и количеством потребленного за данный период времени кислорода – дыхательному коэффициенту (ДК=VCO2/VO2) – можно установить, какие вещества окисляются в организме.

ДК при окислении белков равен 0,8 (77,5 VCO2/96 VO2); при окислении жиров – 0,7(102 VCO2/145 VO2), а углеводов – 1,0 (6 VCO2/6 VO2). Каждому значению ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода, т.е. то количество тепла, которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода.

Дыхательный коэффициент	Калорический эквивалент кислорода (ккал/О2)
0,71 (жиры) 0,75 0,8(белки) 0,85 0,9 0,91 1,0(белки)	4,7 4,73 4,8 4,86 4,92 4,98 5,05

Для косвенного определения интенсивности обмена могут быть использованы некоторые физиологические параметры, связанные с потреблением кислорода: частота дыханий и вентиляционный объем, чсс и минутный объем кровотока – все они отражают затраты энергии. Однако эти показатели недостаточно точны.

Расчет теплопродукции организма:

Q = V (O2) * КЭК

Q – ккал/мин

V (O2) – л/мин

КЭК – ккал/л