معامل التنفس للبروتينات متساوي. معامل التنفس. مصادر الطاقة وطرق تحولها في الجسم

طرق قياس استهلاك الطاقة (قياس السعرات الحرارية المباشرة وغير المباشرة).

التعليم واستهلاك الطاقة.

تتراكم الطاقة المنطلقة أثناء تحلل المواد العضوية على شكل ATP، والتي يتم الحفاظ على كميتها في أنسجة الجسم عند مستوى مستوى عال. تم العثور على ATP في كل خلية من خلايا الجسم. أكبر كميةتم العثور عليه في العضلات الهيكلية- 0.2-0.5%. يتزامن أي نشاط للخلية دائمًا في الوقت المناسب تمامًا مع انهيار ATP.

انهار جزيئات ATPيجب أن يتعافى. يحدث هذا بسبب الطاقة التي يتم إطلاقها أثناء تحلل الكربوهيدرات والمواد الأخرى.

يمكن الحكم على كمية الطاقة التي ينفقها الجسم من خلال كمية الحرارة التي يطلقها على البيئة الخارجية.

قياس السعرات الحرارية المباشرةيعتمد على التحديد المباشر للحرارة المنبعثة أثناء حياة الجسم. يتم وضع الشخص في غرفة خاصة لقياس السعرات الحرارية، حيث يتم أخذ كمية الحرارة المنبعثة من جسم الإنسان بعين الاعتبار. يتم امتصاص الحرارة الناتجة عن الجسم عن طريق الماء المتدفق عبر نظام الأنابيب الموضوعة بين جدران الغرفة. هذه الطريقة مرهقة للغاية ويمكن استخدامها في المؤسسات العلمية الخاصة.ونتيجة لذلك، في الطب العمليتستخدم على نطاق واسع طريقة قياس السعرات الحرارية غير المباشرة.جوهر هذه الطريقة هو أنه يتم تحديد حجم التهوية الرئوية أولاً، ثم كمية الأكسجين الممتص وثاني أكسيد الكربون المنطلق. تسمى نسبة حجم ثاني أكسيد الكربون المنطلق إلى حجم الأكسجين الممتص حاصل الجهاز التنفسي . ويمكن استخدام قيمة المعامل التنفسي للحكم على طبيعة المواد المؤكسدة في الجسم.

أثناء أكسدة الكربوهيدرات، يكون معامل الجهاز التنفسي يساوي 1، لأنه من أجل الأكسدة الكاملة لجزيء واحد من الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، يلزم 6 جزيئات من الأكسجين، ويتم إطلاق 6 جزيئات من ثاني أكسيد الكربون:

С 6 Н12О 6 +60 2 =6С0 2 +6Н 2 0

معامل الجهاز التنفسي لأكسدة البروتين هو 0.8، لأكسدة الدهون - 0.7.

تحديد استهلاك الطاقة عن طريق تبادل الغازات.كمية الحرارة التي ينطلقها الجسم عند استهلاك لتر واحد من الأكسجين - المعادل الحراري للأكسجين - يعتمد على أكسدة المواد التي يستخدم فيها الأكسجين. مكافئ السعرات الحرارية للأكسجين أثناء أكسدة الكربوهيدرات هو 21.13 كيلو جول (5.05 كيلو كالوري) والبروتينات - 20.1 كيلو جول (4.8 كيلو كالوري) والدهون - 19.62 كيلو جول (4.686 كيلو كالوري).

استهلاك الطاقةفي البشر يتم تحديدها على النحو التالي. يتنفس الشخص لمدة 5 دقائق من خلال قطعة فم توضع في الفم. تحتوي قطعة الفم المتصلة بكيس مصنوع من القماش المطاطي على صمامات. وهي مصممة بحيث يستنشق الشخص الهواء الجوي بحرية ويخرج الهواء إلى الكيس. باستخدام ساعة الغاز، يتم قياس حجم الهواء الزفير. بناء على مؤشرات محلل الغاز يتم تحديده نسبة مئويةالأكسجين وثاني أكسيد الكربون الموجودين في الهواء الذي يستنشقه الإنسان ويخرجه. ثم يتم حساب كمية الأكسجين الممتص وثاني أكسيد الكربون المنطلق، وكذلك حاصل الجهاز التنفسي. وباستخدام الجدول المناسب، يتم تحديد السعرات الحرارية المكافئة للأكسجين على أساس معامل التنفس ويتم تحديد استهلاك الطاقة.

معامل التنفس هو نسبة ثاني أكسيد الكربون المنطلق أثناء التنفس إلى كمية الأكسجين الممتص (CO2/O2). في حالة التنفس الكلاسيكي، عندما تتأكسد الكربوهيدرات CbH^O^ ويتشكل فقط ثاني أكسيد الكربون وH2O كنواتج نهائية، فإن معامل التنفس يساوي الوحدة. ومع ذلك، فإن هذا ليس هو الحال دائمًا؛ ففي بعض الحالات يتغير لأعلى أو لأسفل، ولهذا السبب يُعتقد أنه مؤشر على إنتاجية التنفس. يعتمد تباين قيمة معامل التنفس على الركيزة التنفسية (المادة المؤكسدة) وعلى منتجات التنفس (الأكسدة الكاملة أو غير الكاملة).

عند استخدام الدهون الأقل أكسدة من الكربوهيدرات، بدلا من الكربوهيدرات أثناء التنفس، سيتم استخدام المزيد من الأكسجين لأكسدتها - في هذه الحالة، سينخفض ​​معامل الجهاز التنفسي (إلى قيمة 0.6 - 0.7). وهذا ما يفسر ارتفاع محتوى السعرات الحرارية من الدهون مقارنة بالكربوهيدرات.

إذا تمت أكسدة الأحماض العضوية (المواد التي تتأكسد أكثر من الكربوهيدرات) أثناء التنفس، فسيتم استخدام كمية أقل من الأكسجين مقارنة بثاني أكسيد الكربون المنبعث، وسيزداد معامل الجهاز التنفسي إلى قيمة أكبر من واحد. وسيكون أعلى (يساوي 4) أثناء التنفس بسبب حمض الأكساليك الذي يتأكسد حسب المعادلة

2 С2Н2О4 + 02 4С02 + 2Н20.

وقد ذكر أعلاه أنه مع الأكسدة الكاملة للركيزة (الكربوهيدرات) إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، فإن معامل التنفس يساوي واحدا. ولكن مع الأكسدة غير الكاملة والتكوين الجزئي لمنتجات نصف العمر، سيبقى جزء من الكربون في النبات دون تكوين ثاني أكسيد الكربون؛ سيتم امتصاص المزيد من الأكسجين، وسوف ينخفض ​​حاصل الجهاز التنفسي إلى أقل من الوحدة.

وبالتالي، من خلال تحديد معامل التنفس، يمكن الحصول على فكرة عن الاتجاه النوعي للتنفس، وركائز ومنتجات هذه العملية.

الاعتماد على التنفس العوامل البيئية.

التنفس ودرجة الحرارة

مثل العمليات الفسيولوجية الأخرى، تعتمد شدة التنفس على عدد من العوامل البيئية، وتكون أقوى وأكثر قوة

يتم التعبير بشكل واضح عن الاعتماد على درجة الحرارة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن التنفس هو أكثر العمليات الأنزيمية "كيميائية" من بين جميع العمليات الفسيولوجية. العلاقة بين نشاط الإنزيم ومستوى درجة الحرارة لا يمكن إنكارها. التنفس يخضع لقاعدة فانت هوف وله معامل درجة حرارة (2ω 1.9 - 2.5.

يتم التعبير عن اعتماد التنفس على درجة الحرارة من خلال منحنى أحادي الذروة (بيولوجي) بثلاث نقاط أساسية. تختلف النقطة الدنيا (المنطقة) باختلاف النباتات. في النباتات المقاومة للبرد، يتم تحديده من خلال درجة حرارة تجميد الأنسجة النباتية، بحيث يتم اكتشاف التنفس في الأجزاء غير المتجمدة من الصنوبريات عند درجات حرارة تصل إلى -25 درجة مئوية. وفي النباتات المحبة للحرارة، تقع النقطة الدنيا فوق الصفر وتتحدد بدرجة الحرارة التي تموت عندها النباتات. تقع النقطة (المنطقة) المثالية للتنفس في النطاق من 25 إلى 35 درجة مئوية، أي أعلى قليلاً من المستوى الأمثل لعملية التمثيل الضوئي. في النباتات ذات درجات مختلفة من المحبة للحرارة، يتغير موقعها أيضًا إلى حد ما: فهي أعلى في النباتات المحبة للحرارة وأقل في النباتات التي تتحمل البرد. درجة حرارة التنفس القصوى تتراوح بين 45 إلى 53 درجة مئوية.> يتم تحديد هذه النقطة بموت الخلايا وتدمير السيتوبلازم، لأن الخلية تتنفس وهي على قيد الحياة. وبالتالي فإن منحنى درجة حرارة التنفس يشبه منحنى التمثيل الضوئي، لكنه لا يكرره. الفرق بينهما هو يا له من منحنىيغطي التنفس نطاقًا حراريًا أوسع من منحنى التمثيل الضوئي، ويتم إزاحة المستوى الأمثل له قليلاً نحو درجات حرارة أعلى.

تقلبات درجات الحرارة لها تأثير قوي على شدة التنفس. تؤدي التحولات الحادة من الأعلى إلى الأسفل والظهر إلى زيادة التنفس بشكل كبير، وهو ما تم تأسيسه * بواسطة V. I. Palladin في عام 1899.

عندما تتقلب درجات الحرارة، لا تحدث تغيرات كمية فحسب، بل نوعية أيضًا في التنفس، أي تغيرات في مسارات أكسدة المواد العضوية، ولكن في الوقت الحالي لم تتم دراستها بشكل جيد، لذلك لم يتم عرضها هنا.

تسمى كمية الحرارة المنطلقة بعد أن يستهلك الجسم 1 لتر من الأكسجين ما يعادل السعرات الحراريةالأكسجين.

معرفة إجمالي كمية الأكسجين التي يستخدمها الجسم، من الممكن حساب تكاليف الطاقة فقط إذا كان من المعروف ما هي المواد - البروتينات أو الدهون أو الكربوهيدرات - التي تتأكسد في الجسم. مؤشر على ذلك يمكن أن يكون معامل الجهاز التنفسي.

حاصل الجهاز التنفسي وأهميته في البحوث الأيضية

معامل التنفس هو نسبة حجم ثاني أكسيد الكربون المنطلق إلى حجم الأكسجين الممتص.

يختلف معامل التنفس أثناء أكسدة البروتينات والدهون والكربوهيدرات.

دعونا نفكر، على سبيل المثال، في حاصل الجهاز التنفسي عندما يستخدم الجسم الجلوكوز. يمكن التعبير عن النتيجة الإجمالية لأكسدة جزيء الجلوكوز بالصيغة:

أثناء أكسدة الجلوكوز، يكون عدد جزيئات ثاني أكسيد الكربون المتكون وعدد جزيئات الأكسجين المستهلكة (الممتصة) متساويين. عدد متساو من جزيئات الغاز عند نفس درجة الحرارة ونفس الضغط يشغل نفس الحجم (قانون أفوجادرو-جيرارد). وبالتالي حاصل الجهاز التنفسي

النسبة) أثناء أكسدة الجلوكوز والكربوهيدرات الأخرى تساوي الوحدة.

عندما تتأكسد الدهون والبروتينات، فإن حاصل الجهاز التنفسي سيكون أقل من الوحدة. أثناء أكسدة الدهون، يكون معامل التنفس 0.7. دعونا نوضح ذلك باستخدام مثال أكسدة تريبالميتين:

النسبة بين حجم ثاني أكسيد الكربون والأكسجين في هذه الحالة هي:

ويمكن إجراء حساب مماثل للبروتين؛ وعندما يتأكسد في الجسم يكون معامل التنفس 0.8. 20 مع الطعام المختلط، يكون معامل التنفس لدى الشخص عادة 0.85-0.9. يتوافق معامل تنفسي معين مع مكافئ معين من السعرات الحرارية للأكسجين، كما يتبين من الجدول. 20.

		طاولة
حاصل الجهاز التنفسي إلى نسبة مكافئ السعرات الحرارية للأكسجين
معامل التنفس
حاصل الجهاز التنفسي إلى نسبة مكافئ السعرات الحرارية للأكسجين
ما يعادل السعرات الحرارية

تحديد استقلاب الطاقة لدى البشر أثناء الراحة باستخدام طريقة النظام المغلق مع تحليل غير مكتمل للغاز. إن الثبات النسبي للغاية لمعامل الجهاز التنفسي (0.85-0.90) لدى الأشخاص الذين يتمتعون بتغذية طبيعية في ظل ظروف الراحة يسمح بتحديد دقيق إلى حد ما لاستقلاب الطاقة لدى الشخص أثناء الراحة، وحساب فقط كمية الأكسجين المستهلكة وأخذ ما يعادلها من السعرات الحرارية عند متوسط ​​معامل التنفس.

تتم دراسة كمية الأكسجين التي يستهلكها الجسم باستخدام أنواع مختلفة من أجهزة التنفس.

ومن خلال تحديد كمية الأكسجين الممتصة وجعل متوسط ​​معامل التنفس 0.85، يمكن حساب إنتاج الطاقة في الجسم؛ إن السعرات الحرارية المكافئة لـ 1 لتر من الأكسجين عند معامل تنفسي معين تساوي 20.356 كيلوجول، أي 4.862 كيلو كالوري (انظر الجدول 20). أصبحت طريقة التحليل غير المكتمل للغاز منتشرة على نطاق واسع بسبب بساطتها.

حاصل التنفس أثناء العمل

أثناء العمل العضلي المكثف، يزداد معامل الجهاز التنفسي ويقترب في معظم الحالات من الوحدة. وذلك لأن المصدر الرئيسي للطاقة أثناء النشاط المضني هو أكسدة الكربوهيدرات. بعد الانتهاء من العمل، يزداد معامل التنفس خلال الدقائق القليلة الأولى من فترة التعافي المزعومة بشكل حاد ويمكن أن يتجاوز الواحد. بعد ذلك، ينخفض ​​\u200b\u200bمعامل الجهاز التنفسي بشكل حاد إلى قيم أقل من القيم الأولية، وبعد 30-50 دقيقة فقط من العمل الشاق يعود عادة إلى طبيعته. وتظهر هذه التغييرات في حاصل الجهاز التنفسي في الشكل. 196.

إن التغيرات في حاصل الجهاز التنفسي بعد الانتهاء من العمل لا تعكس العلاقة الحقيقية بين الأكسجين المستخدم حاليا وثاني أكسيد الكربون المنطلق. يزداد معامل الجهاز التنفسي في بداية فترة الشفاء للسبب التالي: يتراكم حمض اللاكتيك في العضلات أثناء العمل، حيث لا يوجد ما يكفي من الأكسجين أثناء الأكسدة أثناء العمل (وهذا ما يسمى بدين الأكسجين). يدخل حمض اللاكتيك إلى الدم ويزيح ثاني أكسيد الكربون من البيكربونات، ويربط القواعد. ونتيجة لذلك، فإن كمية ثاني أكسيد الكربون المنطلقة أكبر من كمية ثاني أكسيد الكربون المتكونة حاليًا في الأنسجة. ويلاحظ الصورة المعاكسة في. علاوة على ذلك، عندما يكون حمض اللاكتيك بعد

أرز. 196. منحنيات أربع ملاحظات (1-4) للتغيرات في معامل التنفس خلال ساعتين من العمل المكثف وبعده.

تختفي الرغوة من الدم. يتأكسد البعض منه، ويعاد تصنيع البعض الآخر إلى الجليكوجين، ويطرح البعض الآخر في البول والعرق. ومع انخفاض حمض اللاكتيك، يتم إطلاق القواعد التي تم أخذها سابقًا من البيكربونات. تربط هذه القواعد ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى وتشكل البيكربونات. لذلك، بعد مرور بعض الوقت على العمل، ينخفض ​​\u200b\u200bمعامل الجهاز التنفسي بشكل حاد بسبب احتباس ثاني أكسيد الكربون في الدم القادم من الأنسجة.

دراسة الصرف الإجمالي

إن تحديد تبادل الغازات على المدى الطويل (على مدار اليوم) يجعل من الممكن ليس فقط تحديد إنتاج الحرارة في الجسم، ولكن حل مسألة مصادر المغذيات التي كانت بسبب الأكسدة التي تم توليد الحرارة منها. دعونا ننظر إلى هذا مع مثال.

لنفترض أن الشخص الذي يجري فحصه استخدم 654.141 لترًا من الأكسجين يوميًا وأطلق 574.180 لترًا من ثاني أكسيد الكربون. خلال نفس الوقت، تم إخراج 16.8 جم من النيتروجين و9.0191 جم من الكربون في البول.

يتم تحديد كمية البروتين المتحللة في الجسم عن طريق نيتروجين البول. نظرًا لوجود 1 جرام من النيتروجين في 6.25 جرام من البروتين، فإن ذلك يعني أن 16.8-6.25 = 105 جرام من البروتين قد تحطم في الجسم. أوجد كمية الكربون ذات الأصل البروتيني. للقيام بذلك، نحدد كمية الكربون في البروتين المتحلل. وبما أن البروتينات تحتوي على حوالي 53٪ من الكربون، لذلك فهي في الانهيار

لقد كان سنجابًا.

الفرق بين

بين كمية الكربون في البروتين المتحلل والكربون المنطلق في البول، 55.65-9.0191 == 46.63 جم. نحدد الكميات الحجمية لثاني أكسيد الكربون من أصل البروتين المنطلق عبر الرئتين، بناءً على حقيقة أنه من جزيء 1 جرام. يتكون من الكربون (12 جم).

22.4 لتر ثاني أكسيد الكربون

.

ولأكسدة البروتينات نجد كمية الأكسجين المستخدمة لأكسدة الكربوهيدرات والدهون 654.141 - 108.8 = 545.341 لتر C>2. ومن الفرق بين كل ثاني أكسيد الكربون المنطلق وثاني أكسيد الكربون ذو الأصل البروتيني المنطلق من الرئتين، نجد كمية ثاني أكسيد الكربون المتكونة أثناء أكسدة الكربوهيدرات والدهون، 574.18-87.043 == 487.137 لتر COa. نقوم بتحديد كمية الكربوهيدرات والدهون المؤكسدة في جسم المادة يوميا. بناءً على أنه أثناء أكسدة 1 جم من الدهون، يتم استهلاك 2.019 لترًا من الأكسجين ويتكون 1.431 لترًا من ثاني أكسيد الكربون، وأثناء أكسدة 1 جرام من الكربوهيدرات، يتم استهلاك 0.829 لترًا من الأكسجين ونفس الكمية ( يتكون 0.829 جم) من ثاني أكسيد الكربون (DC للكربوهيدرات هو 1)، نحسب المعادلة، مع الأخذ في الاعتبار Xكمية من الدهون، و فيكمية الكربوهيدرات المؤكسدة في الجسم. وبحل نظام المعادلات بمجهولين نحصل على:

أوجد كمية الكربوهيدرات المؤكسدة في الجسم عن طريق التعويض بالقيمة Xفي أي من المعادلات:

لذلك حدث إطلاق الطاقة في الجسم بسبب أكسدة 105 جرام من البروتينات و 99 جرامًا من الدهون و 417 جرامًا من الكربوهيدرات. وبمعرفة كمية الحرارة المتولدة أثناء أكسدة 1 جرام من كل مادة (انظر الجدول 19)، يسهل حساب إجمالي إنتاج الحرارة للجسم يومياً:

بي اكس

تعتمد شدة عمليات الأكسدة وتحويل الطاقة على الخصائص الفردية للجسم (الجنس والعمر ووزن الجسم والطول وظروف وطبيعة التغذية وعمل العضلات وحالة الغدد الصماء والجهاز العصبي والأعضاء الداخلية - الكبد والكلى ، الجهاز الهضمي، وما إلى ذلك)، وكذلك على الظروف البيئية (درجة الحرارة، الضغط الجوي، رطوبة الهواء وتكوينه، التعرض للطاقة الإشعاعية، إلخ).

لتحديد مستوى العمليات المؤكسدة وتكاليف الطاقة المتأصلة في كائن معين، يتم إجراء الدراسة في ظل ظروف قياسية معينة. وفي الوقت نفسه، فإنهم يسعون جاهدين لاستبعاد تأثير عدد من العوامل التي تؤثر بشكل كبير على كثافة تكاليف الطاقة، وهي عمل العضلات، تناول الطعام، تأثير درجة الحرارة المحيطة. يسمى إنفاق الطاقة في الجسم في ظل هذه الظروف القياسية الأيض القاعدي.

ترتبط تكاليف الطاقة في عملية التمثيل الغذائي الأساسي بالحفاظ على الحد الأدنى من عمليات الأكسدة اللازمة لحياة الخلية وبنشاط الأعضاء والأنظمة التي تعمل باستمرار - عضلات الجهاز التنفسي والقلب والكلى والكبد. ترتبط بعض تكاليف الطاقة لعملية التمثيل الغذائي الأساسي بالحفاظ على قوة العضلات، حيث يوفر إطلاق الطاقة الحرارية خلال كل هذه العمليات إنتاج الحرارة الضروري للحفاظ على درجة حرارة الجسم عند مستوى ثابت، وعادةً ما يتجاوز درجة حرارة البيئة الخارجية.

لتحديد معدل الأيض الأساسي، يجب أن يكون الشخص: 1) في حالة من الراحة العضلية (وضعية الاستلقاء مع استرخاء العضلات)، دون التعرض للتهيج الذي يسبب الإجهاد العاطفي. 2) على معدة فارغة أي بعد 12-16 ساعة من تناول الطعام. 3) عند درجة حرارة خارجية "الراحة" (18-20 درجة مئوية) لا تسبب الشعور بالبرد أو الحرارة.

يتم تحديد التمثيل الغذائي الأساسي في حالة اليقظة. أثناء النوم، يكون مستوى عمليات الأكسدة، وبالتالي استهلاك الطاقة في الجسم، أقل بنسبة 8-10٪ مما هو عليه أثناء الراحة عند الاستيقاظ.

القيم الطبيعية لمعدل الأيض الأساسي للإنسان.عادة ما يتم التعبير عن قيمة التمثيل الغذائي الأساسي على أنها كمية الحرارة بالسعرات الحرارية الكبيرة لكل 1 كجم من وزن الجسم أو لكل 1 م 2 من سطح الجسم لكل ساعة أو يوميًا.

بالنسبة للرجل متوسط ​​العمر (حوالي 35 عامًا)، ومتوسط ​​الطول (حوالي 165 سم) ومتوسط ​​وزن الجسم (حوالي 70 كجم)، فإن معدل الأيض الأساسي هو 4.19 كيلوجول (1 كيلو كالوري) لكل 1 كجم من وزن الجسم في الساعة، أو 7117 كيلوجول (1700 سعرة حرارية) في اليوم؛ وفي النساء من نفس الوزن يكون أقل بحوالي 10٪.

معدل الأيض الأساسي، المحسوب لكل 1 كجم من وزن الجسم، أعلى بكثير عند الأطفال منه عند البالغين. يظل معدل الأيض الأساسي للشخص الذي يتراوح عمره بين 20 و 40 عامًا عند مستوى ثابت إلى حد ما. في سن الشيخوخة، يتناقص التمثيل الغذائي الأساسي.

وفقًا لصيغة دراير، فإن معدل الأيض الأساسي اليومي بالكيلو كالوري (//) هو:

أين الخامس-وزن الجسم بالجرام, أ - عمر الشخص،/< - константа, равная для муж­чины 0,1015, а для женщины-0,1129.

تعرض صيغ وجداول معدل الأيض الأساسي متوسط ​​البيانات المستمدة من عدد كبير من الدراسات التي أجريت على أشخاص أصحاء من مختلف الأجناس والأعمار والأوزان والارتفاعات.

تحديد التمثيل الغذائي الأساسي، وفقًا لهذه الجداول، لدى الأشخاص الأصحاء ذوي اللياقة البدنية الطبيعية يعطي قيم إنفاق الطاقة الصحيحة تقريبًا (الخطأ "5-8%)". لوحظت قيم عالية بشكل غير متناسب لمعدل الأيض الأساسي لوزن الجسم والطول والعمر وسطح الجسم مع فرط نشاط الغدة الدرقية. يحدث انخفاض في التمثيل الغذائي الأساسي مع قصور الغدة الدرقية (الوذمة المخاطية) والغدة النخامية والغدد التناسلية.

القاعدة السطحية

إذا قمنا بإعادة حساب شدة التمثيل الغذائي الأساسي لكل 1 كجم من وزن الجسم، ففي الحيوانات ذوات الدم الحار أنواع مختلفة(الجدول 21) يختلف الأمر تمامًا عند الأشخاص ذوي الأوزان والارتفاعات المختلفة. إذا قمنا بإعادة حساب شدة التمثيل الغذائي الأساسي لكل 1 م 2 من سطح الجسم، فإن القيم التي تم الحصول عليها من مختلف الحيوانات والبشر لا تختلف بشكل حاد.

الجدول 21

كمية إنتاج الحرارة لدى الإنسان والكائنات الحية الأخرى

		إنتاج الحرارة خلال 24 ساعة كيلوجول (كيلو كالوري)
كائن IP
التالي		لكل 1 كجم من الوزن	1 متر أعلاه
			جسم

وفقًا لقاعدة سطح الجسم، يتناسب استهلاك الطاقة لدى الحيوانات ذوات الدم الحار مع حجم سطح الجسم.

يبلغ إنتاج الحرارة اليومي لكل متر مربع من سطح الجسم لدى البشر 3559-5234 كيلوجول (850-1250 كيلو كالوري)، ومتوسط ​​الرقم لدى الرجال هو 3969 كيلوجول (948 كيلو كالوري).

لتحديد سطح الجسم/؟ يتم تطبيق الصيغة:

تم اشتقاق هذه الصيغة بناءً على تحليل نتائج القياسات المباشرة لسطح الجسم. ثابت لفي البشر هو 12.3. تم اقتراح صيغة أكثر دقة من قبل دوبوا:

حيث 1У 7 هو وزن الجسم بالكيلو جرام، ن - الارتفاع بالسنتيمتر.

يتم التعبير عن نتيجة الحساب بالسنتيمتر المربع.

القاعدة السطحية ليست صحيحة تمامًا. كما هو مبين في الجدول أعلاه. 21، إنها تمثل فقط قاعدة لها أهمية عملية معينة للحسابات التقريبية لإطلاق الطاقة في الجسم.

تتجلى نسبية القاعدة السطحية في حقيقة أن معدل التمثيل الغذائي لشخصين لديهما سطح جسم واحد يمكن أن يختلف بشكل كبير. لا يتم تحديد مستوى عمليات الأكسدة عن طريق نقل الحرارة من سطح الجسم، ولكن عن طريق إنتاج الحرارة، اعتمادًا على السمات البيولوجيةنوع الحيوان وحالة الجسم التي يتحددها نشاط الجهاز العصبي والغدد الصماء وغيرها.

تبادل الطاقة في العمل البدني

العمل العضلي يزيد بشكل كبير من إنفاق الطاقة. لذلك، فإن إنفاق الطاقة اليومي للشخص السليم الذي يقضي جزءًا من اليوم في الحركة والعمل البدني يتجاوز بشكل كبير قيمة معدل الأيض الأساسي. هذه الزيادة في تكاليف الطاقة زيادة العمل،وكلما كان ذلك أكبر، كلما كان العمل العضلي أكثر كثافة.

أثناء العمل العضلي، يتم إطلاق الطاقة الحرارية والميكانيكية. تسمى نسبة الطاقة الميكانيكية إلى إجمالي الطاقة المبذولة في الشغل، معبرًا عنها بنسبة مئوية كفاءة.أثناء العمل البدني البشري، يتراوح عامل الكفاءة من 16 إلى 25% ويبلغ في المتوسط ​​20%، ولكن في بعض الحالات يمكن أن يكون أعلى.

وتختلف الكفاءة تبعا لعدد من الشروط. وبالتالي، فهو أقل لدى الأشخاص غير المدربين منه لدى الأشخاص المدربين، ويزداد مع التدريب.

كلما كان العمل العضلي الذي يقوم به الجسم أكثر كثافة، كلما زاد إنفاق الطاقة. يمكن ملاحظة ذلك من خلال البيانات التالية: إذا كان استهلاك الطاقة في ظل ظروف التمثيل الغذائي الأساسي يبلغ متوسطه 4.2 كيلو جول (1 كيلو كالوري) لكل 1 كجم من وزن الجسم في الساعة، فعند الجلوس بهدوء، يبلغ متوسط ​​إنفاق الطاقة 5.9 كيلو جول (1.4 كيلو كالوري)) لكل 1 كجم. من وزن الجسم في الساعة، عند الوقوف دون توتر - 6.3 كيلوجول (1.5 كيلو كالوري)، أثناء العمل الخفيف (عمال المكاتب، الخياطون، الميكانيكا الدقيقة، المعلمون) -7.5-10.5 كيلوجول (1.8-2.5 كيلو كالوري)، مع عمل عضلي بسيط مرتبط المشي (الأطباء، مساعدو المختبرات، سعاة البريد، المجلدون) - 11.8-13.4 كيلوجول-(2.8-3.2 كيلو كالوري)، مع العمل المرتبط بالعمل العضلي المعتدل (عمال المعادن، الرسامين، النجارين)، 13.4-16.8 كيلوجول (3.2-4.0 كيلو كالوري)، مع العمل البدني الثقيل 21.0-31.5 كيلوجول (5.0-7.5 كيلو كالوري).

وفقًا لتكاليف الطاقة، يتم تقسيم السكان البالغين إلى 4 مجموعات حسب خصائص المهنة (الجدول 22).

الجدول 22 مقدار تكاليف الطاقة حسب خصائص المهن

	مميزات المهنة	إجمالي إنفاق الطاقة اليومي
	الأشخاص الذين لا يتطلب عملهم ممارسة الرياضة البدنية	9211 .-13816 كيلوجول (2200-
	عمل فني أو يتطلب بدنيًا غير ضروري
	جهد بدني
		9838-14654 كيلوجول (2350-
	الخدمات التي لا يتطلب العمل فيها الكثير
	جهد بدني
	عمال الميكانيكا والصناعية	10467-15491 كيلوجول (2500-
	الخدمات التي يرتبط عملها بأهمية كبيرة
	مجهود بدني كبير
الرابع	العمال غير الآليين أو بدوام جزئي	12142-17585 كيلوجول (2900-
	لكن العمالة الآلية كبيرة ومتوسطة

تعتمد الاختلافات الكبيرة في متطلبات الطاقة بين المجموعات على الجنس (أكثر عند الرجال)، والعمر (الانخفاض بعد 40 عامًا)، ومستوى النشاط الترفيهي ومستوى المرافق.

يعتمد استهلاك الطاقة اليومي للأطفال والمراهقين على العمر والمتوسطات:

في سن الشيخوخة، ينخفض ​​\u200b\u200bاستهلاك الطاقة وبحلول سن الثمانين يصل إلى 8373-9211 (2000-2200 سعرة حرارية).

تبادل الطاقة أثناء العمل العقلي

أثناء العمل العقلي، تكون تكاليف الطاقة أقل بكثير مما كانت عليه أثناء العمل البدني.

تؤدي الحسابات الرياضية الصعبة، والعمل مع كتاب وأشكال أخرى من العمل العقلي، إذا لم تكن مصحوبة بالحركة، إلى زيادة طفيفة (2-3٪) في إنفاق الطاقة مقارنة بالراحة الكاملة. ومع ذلك، في معظم الحالات أنواع مختلفةيصاحب العمل العقلي نشاط عضلي، خاصة عندما يكون العامل متحمسًا عاطفيًا (محاضر، فنان، كاتب، متحدث، إلخ)، وبالتالي يمكن أن تكون تكاليف الطاقة كبيرة نسبيًا. يمكن للإثارة العاطفية أن تسبب زيادة في التمثيل الغذائي بنسبة 11-19٪ خلال الأيام القليلة المقبلة. "

عمل ديناميكي محدد للطعام

بعد تناول الطعام، يزداد معدل الأيض ونفقات الطاقة في الجسم مقارنة بمستواهما في ظل ظروف الأيض الأساسية. تبدأ الزيادة في التمثيل الغذائي والطاقة خلال ساعة، وتصل إلى حد أقصى بعد 3 ساعات من تناولها وتستمر لعدة ساعات. يُطلق على تأثير تناول الطعام، الذي يزيد من عملية التمثيل الغذائي وإنفاق الطاقة ديناميكية محددةأفعال الطعام.

مع الأطعمة البروتينية يكون الأمر أعظم: يزداد التمثيل الغذائي بمعدل 30٪. عند تناول الدهون والكربوهيدرات يرتفع معدل التمثيل الغذائي لدى الشخص بنسبة 14-15%.

تنظيم استقلاب الطاقة

يعتمد مستوى استقلاب الطاقة بشكل وثيق على النشاط البدني والضغط العاطفي وطبيعة التغذية ودرجة توتر التنظيم الحراري وعدد من العوامل الأخرى.

تم الحصول على العديد من الحقائق التي تشير إلى حدوث تغير منعكس مشروط في استهلاك الأكسجين وتبادل الطاقة. يمكن لأي حافز غير مبال سابقًا، يرتبط بمرور الوقت بنشاط العضلات، أن يكون بمثابة إشارة لزيادة التمثيل الغذائي والطاقة.

في حالة ما قبل البدء، يزداد استهلاك الرياضي للأكسجين بشكل كبير، وبالتالي يزداد تبادل الطاقة. ويحدث الأمر نفسه عند القدوم إلى العمل وتحت تأثير عوامل بيئة العمل لدى العاملين الذين ترتبط أنشطتهم بالمجهود العضلي. إذا تم إخبار أحد الأشخاص، تحت التنويم المغناطيسي، أنه يقوم بعمل عضلي ثقيل، فقد يزيد معدل التمثيل الغذائي لديه بشكل ملحوظ، على الرغم من أنه في الواقع لا يقوم بأي عمل. كل هذا يدل على أن مستوى استقلاب الطاقة في الجسم يمكن أن يتغير تحت تأثير القشرة الدماغية.

تلعب منطقة ما تحت المهاد في الدماغ دورًا خاصًا في تنظيم استقلاب الطاقة. هنا تتشكل التأثيرات التنظيمية التي تتحقق عن طريق الأعصاب اللاإرادية أو الرابط الخلطي بسبب زيادة إفراز عدد من الغدد الصماء. يتم تعزيز التعبير بشكل خاص عن طريق تبادل الطاقة لهرمونات الغدة الدرقية - هرمون الغدة الدرقية وثلاثي يودوثيرونين وهرمون النخاع الكظري - الأدرينالين.

تَغذِيَة

مهمة علماء الفسيولوجيا في تبرير التغذية العقلانية هي الإشارة إلى التركيب والكمية المنتجات الغذائيةوالتي يمكن أن تلبي احتياجات الجسم. لا ينبغي أن يكون مفهوم "المنتجات الغذائية" أو "محضرات الطعام".

الخلط بينه وبين مفهوم "المغذيات". وتشمل العناصر الغذائية مجموعات معينة من المركبات الكيميائية: البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأملاح المعدنية والفيتامينات والماء. وهي موجودة بكمية أو بأخرى في أي منتج يكون في معظم الحالات خليطًا من عدد من المواد.

معاملات السعرات الحرارية العناصر الغذائية

من خلال معرفة تركيبة المنتجات الغذائية وقابليتها للهضم، يمكنك حساب قيمة الطاقة للطعام المأخوذ باستخدام ما يسمى بمعاملات السعرات الحرارية للمواد الغذائية. السعرات الحرارية،أو معامل حراري,هي كمية الحرارة المنبعثة أثناء احتراق 1 جرام من المادة. معاملات السعرات الحرارية للعناصر الغذائية الرئيسية أثناء أكسدتها في الجسم هي كما يلي.

مختبر 21

تحديد المعامل التنفسي للبذور النابتة

مبدأ الطريقة. معامل التنفس (RK)- مؤشر تبادل الغازات في الأنسجة الحية. هذه هي نسبة كمية ثاني أكسيد الكربون المنطلقة أثناء التنفس إلى كمية الأكسجين الممتصة:

العاصمة = ثاني أكسيد الكربون / O2.

تعتمد قيمة معامل التنفس على عدد من الأسباب. العامل الأول هو الطبيعة الكيميائية للركيزة المؤكسدة أثناء التنفس. إذا تم استخدام الكربوهيدرات، فإن DC يقترب من الوحدة:

C6H12O6 + 6O2 = 6 CO2 + 6 H2O.

إذا تمت أكسدة المزيد من المواد المختزلة، مثل الدهون والبروتينات، فسيتم استهلاك الأكسجين أكثر من إطلاق ثاني أكسيد الكربون، ويكون DC أقل من واحد. على سبيل المثال، أثناء أكسدة حمض دهني، تكون نسبة ثاني أكسيد الكربون: O2 18:26، أي 0.69.

عند أكسدة المواد التي تحتوي على أكسجين أكثر من الكربوهيدرات، يكون معامل التنفس أكبر من الواحد. وبالتالي، عند التنفس بسبب حمض الأكساليك حسب المعادلة 2C2O2H2 + O2 = 4 CO2 + 2H2O، يكون معامل التنفس 4.

العامل الثاني الذي يحدد قيمة التيار المستمر هو ظروف التهوية. مع نقص الأكسجين في الهواء، أي في الظروف اللاهوائية، يزداد التيار المستمر، وفي حالة أكسدة الكربوهيدرات، يصبح أعلى من الواحد.

تشير قيمة DC إلى اكتمال أكسدة الركيزة. إذا لم تكتمل عملية التحلل أثناء أكسدة الكربوهيدرات، ولكن المنتجات الوسيطة التي تتأكسد أكثر من الكربوهيدرات تتراكم، فإن قيمة DC تصبح أقل من واحد. ولوحظت ظاهرة مماثلة في الأجسام التي تنمو بشكل مكثف.

الغرض من العمل:تحديد معامل التنفس للبذور النابتة.

تقدم العمل:في التجربة، يستخدمون جهازًا يتكون من أنبوب اختبار، مغلق بإحكام بسدادة مطاطية، مع إدخال أنبوب أفقي به أقسام. ضع أنبوب الاختبار في دورق، وهو عبارة عن حامل وعازل حراري.

املأ ½…2/3 من حجم أنبوب الاختبار ببذور القمح أو عباد الشمس النابتة وأغلقه بإحكام بسدادة بأنبوب قياس. الشرط المطلوبالملاحظة الصحيحة هي ثبات درجة حرارة الجهاز، حيث أن تشغيله يرتبط بالتغيرات في حجم الغازات.

ولذلك، يجب أن يقبل الجهاز المثبت درجة حرارة الغرفة، والذي يتم تحقيقه خلال 5...7 دقائق.

623 " style="width:467.25pt;border-collapse:collapse;border:none">

المعدات والمواد: 1) بذور القمح الطري المنبتة ( تريتيكوم إيستيفومل.)، البازلاء ( بيسوم ساتيفومل.) إلخ؛ 2) 20% محلول حمض الأكساليك؛ 3) ماء ملون باللون الأزرق الميثيلين. 4) كوب الخزف. 5) ملاقط. 6) الحاكم. 7) ماصة ذات نهاية متراجعة؛ 8) شرائح من ورق الترشيح مقاس 2x6 سم.

تركيب لتحديد معامل التنفس: يتم إدخال انحناء رفيع بزاوية قائمة في أنبوب اختبار بسدادة مطاطية مناسبة أنبوب زجاجي. يتم تدرج الكوع الأفقي للأنبوب عن طريق ربط شريط من ورق الرسم البياني به باستخدام حلقات مطاطية، ويتم وضع أنبوب الاختبار في كوب طويل (على طول أنبوب الاختبار) مصنوع من الصوف القطني.

أسئلة أمنية

1. تصنيف الأجهزة التنفسية الأنزيمية. آليات العمل.

2. مسارات تحويل الركيزة التنفسية. تحلل السكر. دورة فوسفات البنتوز.

3. الفسفرة التأكسدية في الميتوكوندريا النباتية.

4. دورة كريبس.

5. مفهوم معامل التنفس. طرق تحديد معامل التنفس.

6. بيئة التنفس. اعتماد التنفس على العوامل الداخلية والخارجية.

10.1.5. معامل التنفس

يميز معامل الجهاز التنفسي، أو نسبة تبادل الغازات الرئوية (PG)، نوع استخدام المنتجات الغذائية في عملية التمثيل الغذائي. ويتم تحديد هذا المؤشر على النحو التالي:

أين V CO 2 هو إطلاق ثاني أكسيد الكربون، وO 2 هو استهلاك O 2. في حالة أكسدة الجلوكوز، تكون كمية الأكسجين المستهلكة وكمية ثاني أكسيد الكربون المنطلقة متساوية، وبالتالي DC = 1. وبالتالي، تكون قيمة DC لواحد هي مؤشر أكسدة الكربوهيدرات(الجدول 10.1).

الجدول 10.1. قيم معاملات الجهاز التنفسي (RC) ومعادلات الطاقة أثناء أكسدة العناصر الغذائية المختلفة

العناصر الغذائية	لا أعرف	معادلات الطاقة
		كيلوجول/لتر O2	سعرة حرارية/ل2
الكربوهيدرات	1,00	21,1	5,05
الدهون	0,70	19,6	4,69
السناجب	0,81	18,8	4,48

قد يكون لأهمية DC في حالة أكسدة الدهون تفسير بسيط. نظرًا لوجود عدد أقل من ذرات الأكسجين في الأحماض الدهنية لكل ذرة كربون واحدة مقارنة بالكربوهيدرات، فإن أكسدتها تتميز بمعامل تنفسي أقل بكثير (DC = 0.7). في حالة أكسدة الأطعمة البروتينية البحتة، DC يساوي 0.81 (الجدول 10.1). مع الطعام المختلط، يكون معدل التنفس لدى الشخص عادة 0.83-0.9. يتوافق DC معين مع طاقة معينة (السعرات الحرارية) مكافئ الأكسجين(الجدول 10.2) وهو ما يعني كمية الحرارة المنطلقة بعد أن يستهلك الجسم 1 لتر من O2.

تعتمد النسبة بين كمية ثاني أكسيد الكربون المنطلق وكمية الأكسجين المستهلكة على نوع العناصر الغذائية وعلى تحويل بعض العناصر الغذائية إلى مواد أخرى. في الحالات التي تشكل فيها الكربوهيدرات غالبية النظام الغذائي، يمكن تحويلها إلى دهون. نظرًا لحقيقة أن الدهون تحتوي على أكسجين أقل من الكربوهيدرات، فإن هذه العملية مصحوبة بإطلاق كمية مناسبة من الأكسجين. عندما يكون هناك فرط التشبع بالكربوهيدرات، فإن كمية الأكسجين الممتصة في الأنسجة تنخفض، ويزداد التيار المستمر. وفي حالة التغذية القسرية (الإوز والخنازير)، تم تسجيل قيم التيار المستمر مثل 1.38. في فترات الصيام و داء السكرييمكن أن تنخفض العاصمة إلى قيمة تساوي 0.6. ويرجع ذلك إلى زيادة كثافة استقلاب الدهون والبروتينات مع انخفاض استقلاب الجلوكوز.

عامل مهم يؤثر على قيمة العاصمة فرط التنفس.تأتي الكمية الإضافية من ثاني أكسيد الكربون التي يتم الزفير أثناء التنفس الزائد من تلك المخزونات الهائلة من ثاني أكسيد الكربون

الجدول 10.2. طاقة تعادل 1 لتر O 2 بمعاملات تنفسية مختلفة

معامل التنفس	معادل الطاقة
	كيلوجول	سعر حراري
0,707	19,62	4,686
0,75	19,84	4,739
0,80	20,10	4,801
0,85	20,36	4,862
0,90	20,62	4,924
0,95	20,87	4,985
1,00	21,13	5,047

من الناحية العملية، في الحسابات التقريبية، يتم أخذ متوسط ​​قيمة الطاقة المكافئة على أنها 20.2 كيلوجول/لتر O 2، وهو ما يتوافق مع قيمة DC الأيضية = 0.82. نطاق التقلبات في مكافئ الطاقة اعتمادًا على قيمة التيار المستمر يكون عادةً صغيرًا. ولذلك فإن الخطأ المرتبط باستخدام متوسط ​​قيمة الطاقة المكافئة لا يتجاوز ± 4%.