Metody měření energetického výdeje (přímá a nepřímá kalorimetrie).
Vzdělávání a spotřeba energie.
Energie uvolněná při odbourávání organických látek se hromadí ve formě ATP, jehož množství se v tkáních těla udržuje na vysoká úroveň. ATP se nachází v každé buňce těla. Největší množství nachází se v kosterní svaly- 0,2-0,5 %. Jakákoli buněčná aktivita se vždy přesně časově shoduje s rozpadem ATP.
Zhroucený molekuly ATP se musí zotavit. K tomu dochází díky energii, která se uvolňuje při štěpení sacharidů a dalších látek.
Množství energie vynaložené tělem lze posoudit podle množství tepla, které odevzdává vnějšímu prostředí.
Přímá kalorimetrie je založena na přímém stanovení tepla uvolněného během života těla. Člověk je umístěn ve speciální kalorimetrické komoře, ve které se bere v úvahu celé množství tepla vydávaného lidským tělem. Teplo vytvářené tělem je absorbováno vodou proudící soustavou trubek uložených mezi stěnami komory. Metoda je velmi těžkopádná a lze ji použít ve speciálních vědeckých institucích. V důsledku toho v praktické lékařstvíširoce používané metoda nepřímé kalorimetrie. Podstatou této metody je, že se nejprve stanoví objem plicní ventilace a poté množství absorbovaného kyslíku a uvolněného oxidu uhličitého. Poměr objemu uvolněného oxidu uhličitého k objemu absorbovaného kyslíku se nazývá dýchací kvocient . Hodnotu respiračního koeficientu lze použít k posouzení povahy oxidovaných látek v těle.
Během oxidace sacharidů je respirační koeficient roven 1, protože pro úplnou oxidaci 1 molekuly glukózy na oxid uhličitý a vodu je zapotřebí 6 molekul kyslíku a uvolňuje se 6 molekul oxidu uhličitého:
С 6 Н12О 6 +60 2 =6С0 2 +6Н 2 0
Respirační koeficient pro oxidaci bílkovin je 0,8, pro oxidaci tuků - 0,7.
Stanovení spotřeby energie výměnou plynu. Množství tepla uvolněného v těle při spotřebě 1 litru kyslíku - kalorický ekvivalent kyslíku - závisí na oxidaci kterých látek se kyslík používá. Kalorický ekvivalent kyslíku při oxidaci sacharidů je 21,13 kJ (5,05 kcal), bílkoviny - 20,1 kJ (4,8 kcal), tuky - 19,62 kJ (4,686 kcal).
Spotřeba energieu lidí se určuje následovně. Osoba dýchá po dobu 5 minut přes náustek umístěný v ústech. Náustek, spojený s pytlíkem z pogumované tkaniny, má ventilky. Jsou navrženy tak, aby člověk volně vdechoval atmosférický vzduch a vydechoval vzduch do vaku. Pomocí plynových hodin se měří objem vydechovaného vzduchu. Na základě indikátorů analyzátoru plynů se určí procento kyslík a oxid uhličitý ve vzduchu vdechovaném a vydechovaném lidmi. Poté se vypočítá množství absorbovaného kyslíku a uvolněného oxidu uhličitého a také respirační kvocient. Pomocí příslušné tabulky se na základě respiračního koeficientu stanoví kalorický ekvivalent kyslíku a určí se spotřeba energie.
Respirační koeficient je poměr oxidu uhličitého uvolněného při dýchání k množství absorbovaného kyslíku (CO2/O2). V případě klasického dýchání, kdy se oxidují sacharidy CbH^O^ a jako konečné produkty vznikají pouze CO2 a H2O, je respirační koeficient roven jednotce. To však není vždy případ, v některých případech se mění směrem nahoru nebo dolů, což je důvod, proč se má za to, že je indikátorem produktivity dýchání. Variabilita hodnoty respiračního koeficientu závisí na substrátu dýchání (oxidovaná látka) a na produktech dýchání (úplná nebo neúplná oxidace).
Při použití tuků, které jsou méně oxidované než sacharidy, se místo sacharidů při dýchání spotřebuje na jejich oxidaci více kyslíku - v tomto případě se sníží dechový koeficient (na hodnotu 0,6 - 0,7). To vysvětluje vyšší obsah kalorií v tucích ve srovnání se sacharidy.
Pokud se během dýchání oxidují organické kyseliny (látky, které jsou více oxidované než sacharidy), pak se spotřebuje méně kyslíku, než se uvolní oxid uhličitý, a respirační koeficient se zvýší na hodnotu větší než jedna. Nejvyšší (rovná se 4) bude při dýchání díky kyselině šťavelové, která se oxiduje podle rovnice
2 С2Н2О4 + 02 4С02 + 2Н20.
Výše bylo uvedeno, že při úplné oxidaci substrátu (sacharidů) na oxid uhličitý a vodu je respirační koeficient roven jedné. Ale s neúplnou oxidací a částečnou tvorbou produktů poločasu rozpadu část uhlíku zůstane v rostlině bez tvorby oxidu uhličitého; Bude absorbováno více kyslíku a respirační kvocient klesne na méně než jednotu.
Stanovením respiračního koeficientu lze tedy získat představu o kvalitativním směru dýchání, substrátech a produktech tohoto procesu.
Závislost dýchání na environmentální faktory.
Dýchání a teplota
Stejně jako ostatní fyziologické procesy závisí intenzita dýchání na řadě faktorů prostředí a je silnější a
Nejzřetelněji je vyjádřena teplotní závislost. To je způsobeno skutečností, že ze všech fyziologických procesů je dýchání nejvíce „chemické“, enzymatické. Souvislost mezi aktivitou enzymu a úrovní teploty je nepopiratelná. Dýchání se řídí Van't Hoffovým pravidlem a má teplotní koeficient (2ω 1,9 - 2,5.
Teplotní závislost dýchání vyjadřuje jednovrcholová (biologická) křivka se třemi světovými stranami. Minimální bod (zóna) je pro různé rostliny různý. U rostlin odolných vůči chladu je určována teplotou tuhnutí rostlinného pletiva, takže v nemrznoucích částech jehličnanů je dýchání zjišťováno při teplotách do -25 °C. U teplomilných rostlin leží minimální bod nad nulou a je určen teplotou, při které rostliny hynou. Optimální bod (zóna) pro dýchání leží v rozmezí od 25 do 35 °C, tedy mírně vyšší než optimum pro fotosyntézu. U rostlin s různým stupněm teplomilnosti se poněkud mění i její poloha: u teplomilných leží výše a u chladomilných níže. Maximální teplota dýchání je v rozmezí od 45 do 53 °C.> Tento bod je dán smrtí buněk a destrukcí cytoplazmy, protože buňka dýchá, dokud je živá. Teplotní křivka dýchání je tedy podobná křivce fotosyntézy, ale neopakuje se. Rozdíl mezi nimi je jaká křivka dýchání pokrývá širší teplotní rozsah než křivka fotosyntézy a jeho optimum je mírně posunuto směrem k vyšším teplotám.
Kolísání teplot má silný vliv na intenzitu dýchání. Ostré přechody z vysokého do nízkého a zpět výrazně zvyšují dýchání, což založil * V. I. Palladin v roce 1899.
Při kolísání teploty dochází nejen ke kvantitativním, ale i kvalitativním změnám dýchání, tedy ke změnám v oxidačních drahách organické hmoty, ale v současnosti jsou málo prozkoumány, proto zde nejsou uvedeny.
Množství tepla uvolněného poté, co tělo spotřebuje 1 litr kyslíku, se nazývá kalorický ekvivalent kyslík.
Při znalosti celkového množství kyslíku spotřebovaného tělem je možné vypočítat náklady na energii pouze tehdy, je-li známo, které látky - bílkoviny, tuky nebo sacharidy - byly v těle oxidovány. Indikátorem toho může být respirační koeficient.
Respirační kvocient a jeho význam v metabolickém výzkumu
Dýchací koeficient je poměr objemu uvolněného oxidu uhličitého k objemu absorbovaného kyslíku.
Dýchací koeficient je různý při oxidaci bílkovin, tuků a sacharidů.
Uvažujme například, jaký bude respirační kvocient, když tělo využije glukózu. Celkový výsledek oxidace molekuly glukózy lze vyjádřit vzorcem:
Při oxidaci glukózy se počet vytvořených molekul oxidu uhličitého a počet molekul spotřebovaného (absorbovaného) kyslíku rovnají. Stejný počet molekul plynu při stejné teplotě a stejném tlaku zaujímá stejný objem (Avogadro-Gerardův zákon). Proto respirační kvocient
poměr) při oxidaci glukózy a jiných sacharidů se rovná jednotce.
Při oxidaci tuků a bílkovin bude respirační kvocient pod jednotnou. Při oxidaci tuků je respirační koeficient 0,7. Ukažme si to na příkladu oxidace tripalmitinu:
Poměr mezi objemy oxidu uhličitého a kyslíku je v tomto případě:
Podobný výpočet lze provést pro protein; při jeho oxidaci v těle je respirační koeficient 0,8. 20 U smíšené stravy je dechový koeficient člověka obvykle 0,85-0,9. Určitý dechový koeficient odpovídá určitému kalorickému ekvivalentu kyslíku, jak je patrné z tabulky. 20.
|
Tabulka |
||||||||
|
Poměr respiračního kvocientu ke kalorickému ekvivalentu kyslíku | ||||||||
|
Respirační koeficient | ||||||||
|
Poměr respiračního kvocientu ke kalorickému ekvivalentu kyslíku | ||||||||
|
Kalorický ekvivalent | ||||||||
Stanovení energetického metabolismu u člověka v klidu metodou uzavřeného systému s neúplnou analýzou plynů. Velmi relativní stálost respiračního koeficientu (0,85-0,90) u lidí s normální výživou v klidových podmínkách umožňuje poměrně přesné stanovení energetického metabolismu u osoby v klidu, přičemž se spočítá pouze množství spotřebovaného kyslíku a vezme se jeho kalorický ekvivalent při průměrný dechový koeficient.
Množství kyslíku spotřebovaného tělem se studuje pomocí různých typů spirografů.
Stanovením množství absorbovaného kyslíku a průměrným respiračním koeficientem 0,85 je možné vypočítat produkci energie v těle; kalorický ekvivalent 1 litru kyslíku při daném respiračním koeficientu je roven 20,356 kJ, tj. 4,862 kcal (viz tabulka 20). Metoda neúplné analýzy plynů se díky své jednoduchosti rozšířila.
Dýchací kvocient při práci
Při intenzivní svalové práci se dechový koeficient zvyšuje a ve většině případů se blíží jednotě. Hlavním zdrojem energie při namáhavé činnosti je totiž oxidace sacharidů. Po dokončení práce se dechový koeficient během prvních několika minut takzvané doby zotavení prudce zvýší a může překročit jednu. Následně respirační koeficient prudce klesá na hodnoty nižší než počáteční a pouze 30-50 minut po tvrdé práci se obvykle vrátí k normálu. Tyto změny respiračního kvocientu jsou znázorněny na Obr. 196.
Změny respiračního kvocientu po ukončení práce neodrážejí skutečný vztah mezi aktuálně používaným kyslíkem a uvolněným oxidem uhličitým. Dýchací koeficient na začátku období rekonvalescence se zvyšuje z následujícího důvodu: ve svalech se při práci hromadí kyselina mléčná, na jejíž oxidaci nebylo při práci dostatek kyslíku (jde o tzv. kyslíkový dluh). Kyselina mléčná vstupuje do krve a vytlačuje oxid uhličitý z hydrogenuhličitanů a váže zásady. Díky tomu je množství uvolněného oxidu uhličitého větší než množství oxidu uhličitého, který se v současnosti tvoří ve tkáních. Opačný obrázek je vidět v. dále, když je kyselina mléčná post-
Rýže. 196. Křivky čtyř pozorování (1-4) změn dechového koeficientu během dvou hodin intenzivní práce a po ní.
pěna mizí z krve. Část se oxiduje, část se resyntetizuje na glykogen a část se vylučuje močí a potem. S ubýváním kyseliny mléčné se uvolňují zásady, které byly dříve odebírány z bikarbonátů. Tyto zásady opět vážou oxid uhličitý a tvoří hydrogenuhličitany. Proto nějakou dobu po práci respirační koeficient prudce klesá kvůli zadržování oxidu uhličitého v krvi pocházejícího z tkání.
Studie hrubé směny
Dlouhodobé (během dne) stanovení výměny plynů umožňuje nejen určit produkci tepla tělem, ale vyřešit otázku, které zdroje živin vznikly oxidací, které teplo vzniklo. Podívejme se na to na příkladu.
Předpokládejme, že vyšetřovaná osoba spotřebovala 654,141 litrů kyslíku za den a uvolnila 574,180 litrů oxidu uhličitého. Za stejnou dobu bylo močí vyloučeno 16,8 g dusíku a 9,0191 g uhlíku.
Množství bílkovin rozložených v těle je určeno dusíkem v moči. Vzhledem k tomu, že 1 g dusíku je obsaženo v 6,25 g bílkovin, vyplývá z toho, že se v těle odbouralo 16,8-6,25 = 105 g bílkovin. Najděte množství uhlíku bílkovinného původu. K tomu určíme množství uhlíku v rozloženém proteinu. Vzhledem k tomu, bílkoviny obsahují asi 53% uhlíku, proto se při rozkladu 
Rozdíl mezi
22,4 l oxidu uhličitého;
pro oxidaci bílkovin zjistíme množství kyslíku použitého pro oxidaci sacharidů a tuků, 654,141 - 108,8 = 545,341 l C>2. Z rozdílu veškerého uvolněného oxidu uhličitého a oxidu uhličitého bílkovinného původu uvolněného plícemi zjistíme množství oxidu uhličitého vzniklého při oxidaci sacharidů a tuků, 574,18-87,043 == 487,137 l COa. Zjišťujeme množství sacharidů a tuků zoxidovaných v těle subjektu za den. Na základě skutečnosti, že při oxidaci 1 g tuku se spotřebuje 2,019 litrů kyslíku a vznikne 1,431 litrů oxidu uhličitého a při oxidaci 1 g sacharidů se spotřebuje 0,829 litrů kyslíku a stejné množství ( vznikne 0,829 g) oxidu uhličitého (DC pro sacharidy je 1), vypočteme rovnici, vezmeme-li jako X množství tuku a pro na množství sacharidů zoxidovaných v těle. Po vyřešení soustavy rovnic se dvěma neznámými dostaneme:
Najděte množství sacharidů zoxidovaných v těle dosazením hodnoty X do kterékoli z rovnic:
Takže k uvolnění energie v těle došlo díky oxidaci 105 g bílkovin, 99 g tuků a 417 g sacharidů. Při znalosti množství tepla vzniklého během oxidace 1 g každé látky (viz tabulka 19) je snadné vypočítat celkovou produkci tepla tělem za den:
BX
Intenzita oxidačních procesů a přeměny energie závisí na individuálních vlastnostech organismu (pohlaví, věk, tělesná hmotnost a výška, podmínky a charakter výživy, svalová práce, stav žláz s vnitřní sekrecí, nervová soustava a vnitřní orgány – játra, ledviny , trávicí trakt atd. ), jakož i na podmínky prostředí (teplota, barometrický tlak, vlhkost vzduchu a její složení, vystavení energii záření atd.).
Pro stanovení úrovně oxidačních procesů a energetických nákladů, které jsou pro daný organismus vlastní, se za určitých standardních podmínek provádí studie. Zároveň se snaží vyloučit vliv řady faktorů, které výrazně ovlivňují intenzitu nákladů na energie, a to svalová práce, příjem potravy, vliv okolní teploty. Energetický výdej těla za takových standardních podmínek se nazývá bazálního metabolismu.
Energetické náklady bazálního metabolismu jsou spojeny s udržením minimální úrovně oxidačních procesů nezbytných pro život buněk a s činností neustále pracujících orgánů a systémů - dýchacích svalů, srdce, ledvin, jater. Některé energetické náklady bazálního metabolismu jsou spojeny s udržováním svalového tonusu Uvolňování tepelné energie během všech těchto procesů zajišťuje produkci tepla, která je nezbytná k udržení tělesné teploty na konstantní úrovni, obvykle přesahující teplotu vnějšího prostředí.
Pro stanovení bazálního metabolismu musí být subjekt: 1) ve stavu svalového klidu (ležení s uvolněnými svaly), aniž by byl vystaven podráždění, které způsobuje emoční stres; 2) nalačno, tj. 12-16 hodin po jídle; 3) při venkovní teplotě „komfort“ (18-20 °C), která nezpůsobuje pocit chladu ani horka.
Bazální metabolismus se určuje ve stavu bdělosti. Během spánku je úroveň oxidačních procesů a následně i energetický výdej těla o 8-10 % nižší než v klidu v bdělém stavu.
Normální hodnoty lidského bazálního metabolismu. Hodnota bazálního metabolismu se obvykle vyjadřuje jako množství tepla ve velkých kaloriích na 1 kg tělesné hmotnosti nebo na 1 m 2 tělesného povrchu za 1 hodinu nebo za den.
U muže průměrného věku (cca 35 let), průměrné výšky (cca 165 cm) a průměrné tělesné hmotnosti (cca 70 kg) je bazální metabolismus 4,19 kJ (1 kcal) na 1 kg tělesné hmotnosti za hodinu, popř. 7117 kJ (1700 kcal) za den; U žen stejné hmotnosti je přibližně o 10 % nižší.
Bazální metabolismus přepočtený na 1 kg tělesné hmotnosti je u dětí výrazně vyšší než u dospělých. Bazální metabolismus člověka ve věku 20 až 40 let zůstává na poměrně konstantní úrovni. Ve stáří se bazální metabolismus snižuje.
Podle Dreyerova vzorce je denní bazální metabolismus v kilokaloriích (//):
Kde PROTI- tělesná hmotnost v gramech, A - věk osoby, /< - константа, равная для мужчины 0,1015, а для женщины-0,1129.
Vzorce a tabulky pro bazální metabolismus představují průměrné údaje odvozené z velkého počtu studií zdravých lidí různého pohlaví, věku, hmotnosti a výšky.
Stanovení bazálního metabolismu podle těchto tabulek u zdravých lidí s normální postavou dává přibližně správné (chyba „5-8 %) hodnoty energetického výdeje. Při nadměrné funkci štítné žlázy jsou pozorovány neúměrně vysoké hodnoty bazálního metabolismu pro danou tělesnou hmotnost, výšku, věk a tělesný povrch. Ke snížení bazálního metabolismu dochází při insuficienci štítné žlázy (myxedém), hypofýze a gonád.
Pravidlo povrchu
Přepočteme-li intenzitu bazálního metabolismu na 1 kg tělesné hmotnosti, pak u teplokrevníků různé typy(Tabulka 21) a u lidí s různou tělesnou hmotností a výškou je to velmi rozdílné. Přepočteme-li intenzitu bazálního metabolismu na 1 m 2 tělesného povrchu, hodnoty získané od různých zvířat a lidí se tak výrazně neliší.
Tabulka 21
Množství produkce tepla u lidí a dalších organismů
|
Výroba tepla za 24 hodin kJ (kcal) |
|||
|
IP objekt | |||
|
následující |
na 1 kg hmotnosti |
1 m výše |
|
|
tělo |
|||
Podle pravidla tělesného povrchu je výdej energie teplokrevnými živočichy úměrný velikosti povrchu těla.
Denní produkce tepla na 1 m2 tělesného povrchu u člověka je 3559-5234 kJ (850-1250 kcal), průměrný údaj u mužů je 3969 kJ (948 kcal).
K určení povrchu tělesa /? použije se vzorec:
Tento vzorec byl odvozen na základě analýzy výsledků přímých měření povrchu těla. Konstantní NA u lidí je to 12.3. Přesnější vzorec navrhl Dubois:
kde 1У 7 je tělesná hmotnost v kilogramech, N - výška v centimetrech.
Výsledek výpočtu je vyjádřen v centimetrech čtverečních.
Pravidlo povrchu není absolutně pravdivé. Jak je uvedeno ve výše uvedené tabulce. 21, představuje pouze pravidlo, které má určitý praktický význam pro přibližné výpočty uvolňování energie v těle.
O relativitě pravidla povrchu svědčí fakt, že rychlost metabolismu dvou jedinců, jejichž tělesný povrch je stejný, se může výrazně lišit. Úroveň oxidačních procesů není dána ani tak přenosem tepla z povrchu těla, ale tvorbou tepla v závislosti na biologické rysy druh zvířete a stav těla, který je dán činností nervového, endokrinního a jiného systému.
Energetická výměna při fyzická práce
Svalová práce výrazně zvyšuje energetický výdej. Denní energetický výdej zdravého člověka, který část dne tráví v pohybu a fyzické práci, proto výrazně převyšuje hodnotu bazálního metabolismu. Toto zvýšení nákladů na energii je nárůst práce, což je větší, tím intenzivnější je svalová práce.
Při svalové práci se uvolňuje tepelná a mechanická energie. Poměr mechanické energie k celkové energii vynaložené na práci, vyjádřený v procentech, se nazývá účinnost. Při lidské fyzické práci se faktor účinnosti pohybuje od 16 do 25 % a je v průměru 20 %, ale v některých případech může být i vyšší.
Účinnost se liší v závislosti na řadě podmínek. U netrénovaných lidí je tedy nižší než u trénovaných a s tréninkem se zvyšuje.
Čím intenzivnější je svalová práce, kterou tělo vykonává, tím větší je energetický výdej. To je patrné z následujících údajů: pokud je energetický výdej za podmínek bazálního metabolismu v průměru 4,2 kJ (1 kcal) na 1 kg tělesné hmotnosti za hodinu, pak při klidném sezení je energetický výdej v průměru 5,9 kJ (1,4 kcal) ) na 1 kg tělesné hmotnosti za hodinu, ve stání bez napětí - 6,3 kJ (1,5 kcal), při lehké práci (kancelář, krejčí, jemní mechanici, učitelé) -7,5 - 10,5 kJ (1,8 - 2,5 kcal), s menší svalovou prací spojenou s chůze (lékaři, laboranti, pošťáci, knihaři) - 11,8-13,4 kJ-(2,8-3,2 kcal), s námahou spojenou se středně těžkou svalovou prací (obráběči kovů, malíři, truhláři), 13,4-16,8 kJ (3,2-4,0 kcal), při těžké fyzické námaze 21,0-31,5 kJ (5,0-7,5 kcal).
Podle nákladů na energii se dospělá populace dělí do 4 skupin v závislosti na charakteristikách profese (tab. 22).
Tabulka 22 Výše nákladů na energie v závislosti na charakteristice profesí
|
Vlastnosti profese |
Celkový denní výdej energie |
|
|
Osoby, jejichž práce nevyžaduje fyzické cvičení |
9211 .-13 816 kJ (2200- |
|
|
technickou práci nebo vyžaduje nepodstatnou fyzickou | ||
|
fyzickou námahu | ||
|
9838-14 654 kJ (2350- |
||
|
služby, jejichž práce nevyžaduje mnoho | ||
|
fyzickou námahu | ||
|
Strojní a průmysloví dělníci |
10 467–15 491 kJ (2 500– |
|
|
služeb, jejichž práce souvisí s významnými | ||
|
značná fyzická námaha | ||
|
Čtvrtý |
Nemechanizovaní pracovníci nebo brigádníci |
12 142–17 585 kJ (2 900– |
|
ale mechanizovaná práce velká a střední | ||
Významné rozdíly v energetických potřebách mezi skupinami závisí na pohlaví (více u mužů), věku (po 40 letech pokles), úrovni rekreační aktivity a úrovni služeb.
Denní energetický výdej dětí a dospívajících závisí na věku a průměrech:
Ve stáří spotřeba energie klesá a ve věku 80 let činí 8373-9211 (2000-2200 kcal).
Výměna energie při duševní práci
Při duševní práci jsou náklady na energii výrazně nižší než při fyzické práci.
Obtížné matematické výpočty, práce s knihou a další formy duševní práce, pokud nejsou doprovázeny pohybem, způsobují nevýznamné (2-3%) zvýšení energetického výdeje oproti úplnému odpočinku. Nicméně ve většině případů různé typy duševní práce je doprovázena svalovou aktivitou, zvláště když je pracovník emocionálně vzrušený (lektor, umělec, spisovatel, řečník atd.), proto mohou být náklady na energii poměrně velké. Zkušené emoční vzrušení může způsobit zvýšení metabolismu o 11-19% během několika příštích dnů. "
Specifické dynamické působení potravin
Po jídle se rychlost metabolismu a energetický výdej těla zvýší ve srovnání s jejich úrovní za podmínek bazálního metabolismu. Nárůst metabolismu a energie začíná během jedné hodiny, dosahuje maximálně 3 hodiny po požití a přetrvává několik hodin. Vliv příjmu potravy, který zvyšuje metabolismus a výdej energie, je tzv specifická dynamika akce jídla.
U bílkovinných potravin je to největší: metabolismus se zvyšuje v průměru o 30 %. Při příjmu tuků a sacharidů se metabolismus člověka zvyšuje o 14-15%.
Regulace energetického metabolismu
Úroveň energetického metabolismu je úzce závislá na fyzické aktivitě, emočním stresu, charakteru výživy, stupni termoregulačního napětí a řadě dalších faktorů.
Byla získána řada faktů naznačujících podmíněnou reflexní změnu ve spotřebě kyslíku a výměně energie. Jakýkoli dříve lhostejný podnět, který je v čase spojen se svalovou aktivitou, může sloužit jako signál ke zvýšení metabolismu a energie.
V předstartovním stavu se u sportovce výrazně zvyšuje spotřeba kyslíku a tím i výměna energie. Totéž se děje při příchodu do práce a pod vlivem faktorů pracovního prostředí u pracovníků, jejichž činnost je spojena se svalovou námahou. Pokud je subjektu v hypnóze řečeno, že vykonává těžkou svalovou práci, jeho metabolismus se může výrazně zvýšit, ačkoli ve skutečnosti žádnou práci nevykonává. To vše svědčí o tom, že úroveň energetického metabolismu v těle se může pod vlivem mozkové kůry měnit.
V regulaci energetického metabolismu hraje zvláštní roli hypotalamická oblast mozku. Zde se tvoří regulační vlivy, které jsou realizovány autonomními nervy nebo humorální vazbou v důsledku zvýšení sekrece řady endokrinních žláz. Expresi posiluje zejména energetická výměna hormonů štítné žlázy - tyroxinu a trijodtyroninu a hormonu dřeně nadledvin - adrenalinu.
VÝŽIVA
Úkolem fyziologů při zdůvodňování racionální výživy je udávat složení a množství potravinářské výrobky který dokáže uspokojit potřeby těla. Pojem „potravinářské výrobky“ nebo „potravinové přípravky“ by neměl být
zaměňovat s pojmem „živiny“. Mezi živiny patří určité skupiny chemických sloučenin: bílkoviny, tuky, sacharidy, minerální soli, vitamíny a voda. Jsou v tom či onom množství obsaženy v jakémkoli produktu, který je ve většině případů směsí řady látek.
Kalorické koeficienty živin
Při znalosti složení potravinářských výrobků a jejich stravitelnosti můžete vypočítat energetickou hodnotu přijatého jídla pomocí tzv. kalorických koeficientů živin. Kalorický, nebo tepelný koeficient, je množství tepla uvolněného při spalování 1 g látky. Kalorické koeficienty hlavních živin při jejich oxidaci v těle jsou následující.
Laboratoř 21
Stanovení respiračního koeficientu klíčících semen
Princip metody. Respirační koeficient (RK)- indikátor výměny plynů živých tkání. Toto je poměr množství oxidu uhličitého uvolněného během dýchání k množství absorbovaného kyslíku:
DC = CO2/02.
Hodnota respiračního koeficientu závisí na řadě důvodů. Prvním faktorem je chemická povaha substrátu oxidovaného během dýchání. Pokud se použijí sacharidy, pak se DC blíží jednotě:
C6H12O6 + 602 = 6 CO2 + 6 H20.
Pokud se oxiduje více redukovaných látek, tuků a bílkovin, pak se spotřebuje více kyslíku, než se uvolní oxid uhličitý, a DC je menší než jedna. Například při oxidaci kyseliny stearové je poměr CO2:O2 18:26, tedy 0,69.
Při oxidaci látek obsahujících více kyslíku než sacharidů je respirační koeficient větší než jedna. Při dýchání díky kyselině šťavelové podle rovnice 2C2O2H2 + O2 = 4 CO2 + 2H2O je tedy respirační koeficient 4.
Druhým faktorem určujícím hodnotu DC jsou podmínky provzdušňování. Při nedostatku kyslíku ve vzduchu, tedy za anaerobních podmínek, se DC zvyšuje a v případě oxidace sacharidů se dostává nad jednu.
Hodnota DC udává úplnost oxidace substrátu. Pokud během oxidace sacharidů proces rozkladu nedokončí, ale hromadí se meziprodukty, které jsou oxidovány více než sacharidy, pak hodnota DC bude nižší než jedna. Podobný jev je pozorován u intenzivně rostoucích objektů.
Účel práce: určit respirační koeficient klíčících semen.
Postup prací: V experimentu používají zařízení sestávající ze zkumavky, která je těsně uzavřena gumovou zátkou, do ní je vložena vodorovná trubička s přepážkami. Umístěte zkumavku do baňky, která je zároveň stojanem a tepelným izolantem.
Naplňte ½…2/3 objemu zkumavky klíčícími semeny pšenice nebo slunečnice a pevně ji uzavřete zátkou s odměrkou. Požadovaný stav správné pozorování je stálost teploty zařízení, protože jeho provoz je spojen se změnami objemu plynů.
Nainstalované zařízení tedy musí akceptovat pokojová teplota, kterého je dosaženo během 5...7 minut.
623 " style="width:467.25pt;border-collapse:collapse;border:none">
Vybavení a materiály: 1) naklíčená semena měkké pšenice ( Triticum aestivum L.), hrášek ( Pisum sativum L.) atd.; 2) 20% roztok kyseliny šťavelové; 3) voda tónovaná methylenovou modří; 4) porcelánový šálek; 5) pinzeta; 6) pravítko; 7) pipeta se zasunutým koncem; 8) proužky filtračního papíru o rozměrech 2x6 cm.
Instalace pro stanovení respiračního koeficientu: tenký ohnutý do pravého úhlu se vloží do zkumavky s dobře padnoucí pryžovou zátkou skleněná trubice. Vodorovné koleno zkumavky se odměří tak, že se k ní připevní pruh milimetrového papíru pomocí pryžových kroužků a zkumavka se umístí do vysoké (po délce zkumavky) sklenice s vatou.
Bezpečnostní otázky
1. Klasifikace enzymatických dýchacích systémů. Mechanismy působení.
2. Cesty pro transformaci respiračního substrátu. Glykolýza. Pentosový fosfátový cyklus.
3. Oxidační fosforylace v rostlinných mitochondriích.
4. Krebsův cyklus.
5. Pojem respirační koeficient. Metody stanovení respiračního koeficientu.
6. Ekologie dýchání. Závislost dýchání na endogenních a exogenních faktorech.
10.1.5. Respirační koeficient
Respirační koeficient neboli pulmonary gas exchange ratio (PG) charakterizuje typ použití potravinářských produktů v metabolismu. Tento ukazatel je určen následovně:
Kde PROTI CO2 je uvolňování CO2 a O2 je spotřeba O2. V případě oxidace glukózy se množství spotřebovaného kyslíku a množství uvolněného oxidu uhličitého rovnají, takže DC = 1. Hodnota DC jedna je tedy indikátor oxidace sacharidů(Tabulka 10.1).
Tabulka 10.1. Hodnoty respiračních koeficientů (RC) a energetických ekvivalentů při oxidaci různých živin
| Živiny | DK | Energetické ekvivalenty | |
| kJ/l O2 | kcal/l O2 | ||
| Sacharidy | 1,00 | 21,1 | 5,05 |
| Tuky | 0,70 | 19,6 | 4,69 |
| Veverky | 0,81 | 18,8 | 4,48 |
Význam DC v případě oxidace tuků může mít jednoduché vysvětlení. Vzhledem k tomu, že v mastných kyselinách je na 1 atom uhlíku méně atomů kyslíku než v sacharidech, vyznačuje se jejich oxidace výrazně nižším respiračním koeficientem (DC = 0,7). V případě oxidace čistě bílkovinných potravin se DC rovná 0,81 (tabulka 10.1). U smíšené stravy je dechový kvocient člověka obvykle 0,83-0,9. Určitý stejnosměrný proud odpovídá určité energii (kalorický) kyslíkový ekvivalent(Tabulka 10.2), což znamená množství tepla uvolněného poté, co tělo spotřebuje 1 litr O 2 .
Poměr mezi množstvím uvolněného CO 2 a spotřebovaného O 2 závisí jak na typu živin, tak na přeměně některých živin na jiné. V případech, kdy sacharidy tvoří většinu stravy, mohou být přeměněny na tuky. Vzhledem k tomu, že tuky obsahují méně kyslíku než sacharidy, je tento proces doprovázen uvolňováním odpovídajícího množství kyslíku. Při přesycení sacharidy se množství kyslíku absorbovaného v tkáních snižuje a DC se zvyšuje. V případě nuceného krmení (husy a prasata) byly zaznamenány hodnoty DC jako 1,38. Během období půstu a diabetes mellitus DC se může snížit na hodnotu rovnou 0,6. To je způsobeno zvýšením intenzity metabolismu tuků a bílkovin spolu se snížením metabolismu glukózy.
Důležitým faktorem ovlivňujícím hodnotu DC je hyperventilace. Dodatečné množství CO 2 vydechovaného během hyperventilace pochází z těchto obrovských zásob CO 2 , které
Tabulka 10.2. Energetický ekvivalent 1 l O 2 při různých respiračních koeficientech
| Respirační koeficient | Energetický ekvivalent | |
| kJ | kcal | |
| 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 |
V praxi se při přibližných výpočtech bere průměrná hodnota energetického ekvivalentu 20,2 kJ/l O 2, což odpovídá hodnotě metabolického DC = 0,82. Rozsah kolísání energetického ekvivalentu v závislosti na hodnotě DC je zpravidla malý. Chyba spojená s použitím průměrné hodnoty energetického ekvivalentu tedy nepřesahuje ± 4 %.
