Обмен энергии

Обмен энергии заключается в том, что в процессе жизнедеятельности организма его внутренний энергетический запас все время уменьшается. Энергия непрерывно расходуется на осуществление различных физиологических функций, на внешнюю работу, на потери тепла. Поэтому продолжение жизни возможно лишь при постоянном пополнении запасов энергии, что и происходит благодаря приему пищи.

Превращение энергии в организме осуществляется хемодинамическим путем Это означает, что энергия освобождается в результате биохимических реакций и затем превращается в механическую, электрическую, тепловую и другие формы. При механической работе часть энергии превращается в кинетическую или потенциальную энергию перемещаемых тел, часть теряется в ви­де тепла.

Соотношение между количеством энергии, поступающей в ор­ганизм с пищей, и величиной энергетических трат называется энергетическим балансом. При избыточном поступлении пита­тельных веществ в организме происходит накопление энергети­ческих запасов; в условиях недостаточного питания эти запасы расходуются.

Методы определения расхода энергии. Расход энергии в организме можно определять разными способами. Из них наиболее распространены прямая и непрямая калориметрия.

Прямая калориметрия. Энергия, затрачиваемая орга­низмом на механическую работу, а также и все другие виды энер- гии в конечном счете переходят в тепло. Поэтому общий расход энергии в организме наиболее точно может быть определен по количеству освобождаемого тепла. При этом не учитывается лишь тепло, затрачиваемое на эндотермические реакции. Но это­го и не требуется, так как энергия, идущая на эндотермические реакции, не теряется, а сохраняется в организме в виде потен­циальной энергии сложных химических соединений.

Таким образом, прямой калориметрией называется способ оп­ределения энергетических затрат непосредственно по количеству выделяемого тепла.

Прибор, позволяющий определять количество выделяемого тепла, называется калориметром. Первый калориметр для опре­деления энергетических трат у человека был построен в лабора­тории В. В. Пашутина (1893). Здесь же впервые были получены, точные данные по обмену энергии у человека.

Калориметр представляет собою относительно боль­шую, герметически закрытую камеру с двойными стенками, меж-ду которыми находится воздух, обеспечивающий тепло-непроницаемость. В камере расположены трубки, по которым циркулирует вода. Тепло, выделяемое человеком или животным, находящимся в калориметре, нагревает эту воду. Зная количество воды, протекающей через камеру, и ее температуру при поступле­нии и при выходе, можно узнать количество тепла, освобождаемого организмом.

Прямая калориметрия — наиболее точный метод исследования энергетического расхода. Но он требует относительно длительных наблюдений и не дает возможности определить расход энергии при многих формах профессиональной и спортивной деятельно­сти человека.

Прямая калориметрия позволила сопоставить величину энер­гии, освобождаемой организмом в виде тепла, с количеством по­глощаемого кислорода и выделяемой углекислоты. Эти сопостав­ления легли в основу разработки широко распространенного в настоящее время метода определения энергетических трат путем исследования газообмена—непрямой калориметрии.

Непрямая калориметрия. Принцип этого метода раз­работан И. М. Сеченовым, М. Н. Шатерниковым, Д. С. Холденом, Д. Г. Дугласом и др. Установлено, что между теплом, освобож­даемым организмом, потребляемым кислородом и образуемой углекислотой существуют строго определенные количественные соотношения. Чем больше организм расходует энергии, тем интен­сивнее протекают окислительные процессы в его тканях и тем от­носительно больше поглощается кислорода и образуется угле­кислоты. В связи с этим о величине энергетического расхода мож­но судить не только по количеству освобождаемого тепла, как это делают при прямой калориметрии, но и по количеству поглощае­мого кислорода и образующейся углекислоты. Один литр кислорода окисляет в организме определенные ко­личества тех или иных веществ. При этом в зависимости от окис­ляемого вещества выделяется большее или меньшее количество энергии. Например, при окислении 1 г углеводов требуется 0,8 л 1кислорода и освобождается 4,1 ккал тепла. Следовательно, 1 л кислорода может полностью окислить 1,25 г углеводов, при этом освободится 5,05 ккал энергии. При окислении жира эти соотно­шения будут иными в связи с малым содержанием кислорода в его молекуле. Один литр кислорода может окислить всего 0,5 г жира, при этом освободится 4,7 ккал тепла. Количество энергии, освобожденное при использовании 1 л кислорода, называется его калорическим эквивалентом. При окислении углеводов калорический эквивалент равен 5,05 ккал, при окислении жира—4,7 ккал, белков—4,85 ккал. В организме обычно окисляется смесь пита­тельных веществ. Поэтому калорический эквивалент кислорода колеблется от 4,7 до 5,05 ккал. С увеличением в окисляемой смеси содержания углеводов калорический эквивалент кислорода повышается, а с увеличением количества жира снижается. О ве­личине калорического эквивалента кислорода узнают по величи­не дыхательного коэффициента.

Мышечная работа необходима для нормальной жизнедеятель­ности организма. Количество энергии, затрачиваемое непосред­ственно на физическую работу, должно составлять не менее 1200— 1300 ккал в сутки. В связи с этим для лиц, не занимающихся фи­зическим трудом и расходующих на мышечную деятельность меньшее количество энергии, физические упражнения особенно необходимы.

Увеличение обмена веществ происходит не только при вы­полнении физической работы, но и перед ней — под влиянием ус­ловных раздражителей. Любой из них после нескольких сочета­ний с безусловно-рефлекторными изменениями обмена веществ может стать сигналом, вызывающим такие же сдвиги обмена. Например, производственный шум вызывает увеличение расхода энергии у рабочих, даже находящихся в состоянии покоя. Расход энергии еще больше возрастает в помещении цеха при виде рабо­ты своей бригады. У спортсменов расход энергии повышается еще до начала мышечной деятельности — в предстартовом периоде. Дорабочее условно-рефлекторное повышение обмена веществ иг­рает важную роль в подготовке организма к предстоящей дея­тельности.

На уровень расхода энергии влияют также эмоции, возникаю­щие во время работы. Они могут усиливать или, наоборот, сни­жать обмен веществ и энергии в организме.

Энергетические траты зависят не только от величины выпол­няемой работы, но и от условий внешней среды, в которой произ­водится работа. На уровень энергетических процессов влияют ме­теорологические факторы: температура и влажность воздуха, ба­рометрическое давление, сила ветра и т. п. Например, при беге на лыжах при оттепели средняя скорость продвижения уменьшается, а расход энергии возрастает по сравнению с соответствующими величинами при низкой температуре окружающего воздуха, когда условия скольжения более благоприятны. Плохое скольжение при беге на лыжах, плохой лед при беге на коньках, мягкий грунт дорожки при легкоатлетическом беге снижают интенсивность вы­полняемой работы и одновременно увеличивают расход энергии.

Ритм рабочих движений влияет на расход энергии. Однако ритм работы, вызывающий минимальный расход энергии, не всегда бывает наиболее выгодным. Вообще об утомительности ра­боты нельзя судить по величине энергетических трат. Например, весьма утомительная статическая работа требует для своего вы­полнения меньше энергии, чем кажущаяся более легкой динами­ческая работа.

После окончания мышечной, деятельности расход энергии не­которое время остается еще повышенным по сравнению с уровнем покоя. Это обусловливается химическими процессами в мышце, главным образом связанными с окислением молочной кислоты и ликвидацией кислородного долга.

При выполнении человеком механической работы коэффици­ент полезного действия может достигать 20—25%. Вся остальная освобождаемая энергия превращается в тепло. Коэффициент по­лезного действия при физической работе зависит от структуры движений, их темпа, от количества вовлекаемых в работу мышц, от тренированности выполняющего работу.

Дата добавления: 2015-07-15