Методи вимірювання витрат енергії (пряма і непряма калориметрія).
Освіта і витрата енергії.
Енергія, що звільняється при розпаді органічних речовин, накопичується в формі АТФ, кількість якої в тканинах організму підтримується на високому рівні. АТФ міститься в кожній клітині організму. Найбільша кількість її виявляється в скелетних м'язах - 0,2-0,5%. Будь-яка діяльність клітини завжди точно збігається за часом з розпадом АТФ.
руйнуються молекули АТФ повинні відновитися. Це відбувається за рахунок енергії, яка звільняється при розпаді вуглеводів і інших речовин.
Про кількість витраченої організмом енергії можна судити за кількістю тепла, яке він віддає в навколишнє середовище.
пряма калориметрія заснована на безпосередньому визначенні тепла, що вивільняється в процесі життєдіяльності організму. Людину поміщають в спеціальну калориметричну камеру, в якій враховують всі кількість тепла, що віддається тілом людини. Тепло, що виділяється організмом, поглинається водою, що протікає по системі труб, прокладених між стінками камери. Метод дуже громіздкий, застосування його можливо в спеціальних наукових установах. Внаслідок цього в практичній медицині широко використовують метод непрямої калориметрії. Сутність цього методу полягає в тому, що спочатку визначають обсяг легеневої вентиляції, а потім - кількість поглиненого кисню і виділеного вуглекислого газу. Відношення обсягу виділеного вуглекислого газу до об'єму поглиненого кисню носить назву дихального коефіцієнта . За величиною дихального коефіцієнта можна судити про характер речовин, що окисляються в організмі.
При окисленні вуглеводів дихальний коефіцієнт дорівнює 1 так як для повного окислення 1 молекули глюкози до вуглекислого газу і води буде потрібно 6 молекул кисню, при цьому виділяється 6 молекул вуглекислого газу:
З 6 Н12О 6 +60 2 \u003d 6С0 2 + 6Н 2 0
Дихальний коефіцієнт при окисленні білка дорівнює 0,8, при окисленні жирів - 0,7.
Визначення витрати енергії по газообміну. Кількість тепла, що вивільняється в організмі при споживанні 1 л кисню - теплотворний еквівалент кисню - залежить від того, на окисленні яких речовин використовується кисень. Теплотворний еквівалент кисню при окисленні вуглеводів дорівнює 21,13 кДж (5,05 ккал), білків - 20,1 кДж (4,8 ккал), жирів - 19,62 кДж (4,686 ккал).
витрата енергії у людини визначають наступним чином. Людина дихає протягом 5 хв, через мундштук (загубник), взятий в рот. Мундштук, з'єднаний з мішком із прогумованої тканини, має клапани. Вони влаштовані так, що людина вільно вдихає атмосферне повітря, а видихає повітря в мішок. За допомогою газових годин вимірюють обсяг видихнути повітря. За показниками газоаналізатора визначають процентний вміст кисню і вуглекислого газу у вдихуваному і видихуваному людиною повітрі. Потім розраховують кількість поглиненого кисню і виділеного вуглекислого газу, а також дихальний коефіцієнт. За допомогою відповідної таблиці за величиною дихального коефіцієнта встановлюють теплотворний еквівалент кисню і визначають витрата енергії.
Дихальним коефіцієнтом називається відношення виділеної при диханні вуглекислоти до кількості поглиненого кисню (СО2 / О2). У разі класичного дихання, коли окислюються вуглеводи СБН ^ Про ^ і в якості кінцевих продуктів утворюються тільки СО2 і Н2О, дихальний коефіцієнт дорівнює одиниці. Однак так буває далеко не завжди, в ряді випадків він змінюється в бік збільшення або зменшення, чому і вважають, що він є показником продуктивності дихання. Мінливість величини дихального коефіцієнта залежить від субстрату дихання (окисляемого речовини) і від продуктів дихання (повного або неповного окислення).
При використанні в процесі дихання замість вуглеводів жирів, які менш окислені, ніж вуглеводи, на їх окислення буде використовуватися більше кисню - в такому випадку дихальний коефіцієнт буде зменшуватися (до величини 0,6 - 0,7). Цим пояснюється велика калорійність жирів у порівнянні з вуглеводами.
Якщо ж при диханні будуть окислюватися органічні кислоти (речовини більш окислені в порівнянні з вуглеводами), то кисню буде використовуватися менше, ніж виділятися вуглекислоти, і дихальний коефіцієнт зростає до величини більше одиниці. Найвищим (рівним 4) він буде при диханні за счет.щавелевой кислоти, яка окислюється за рівнянням
2 С2Н2О4 + 02 4С02 + 2Н20.
Вище було згадано, що при повному окисленні субстрату (вуглеводу) до вуглекислого газу і води дихальний коефіцієнт дорівнює одиниці. Але при неповному окисленні і частковому освіті продуктів напіврозпаду частина вуглецю буде залишатися в рослині, не утворюючи вуглекислого газу; кисню буде поглинатися більше, і дихальний коефіцієнт опуститься до величини менше одиниці.
Таким чином, визначаючи дихальний коефіцієнт, можна отримати уявлення про якісну спрямованості дихання, про субстратах і продуктах цього процесу.
Залежність дихання від екологічних чинників.
Дихання і температура
Як і інші фізіологічні процеси, інтенсивність дихання залежить від ряду екологічних факторів, причому сильніше і
чіткіше виражена температурна залежність. Це обумовлено тим, що з усіх фізіологічних процесів дихання є найбільш "хімічним", ферментативним. Зв'язок же ак, тивности ферментів з рівнем температури незаперечна. Дихання підпорядковується правилу Вант-Гоффа і має температурний коефіцієнт (2 ю 1,9 - 2,5.
Температурна залежність дихання виражається одновершінной кривої (біологічної) з трьома кардинальними точками. Точка (зона) мінімуму різна у різних рослин. У холодостійких вона визначається температурою замерзання рослинної тканини, так що у незамерзаючих частин хвойних дихання виявляється при температурі до -25 ° С. У теплолюбних рослин точка мінімуму лежить вище нуля і визначається температурою відмирання рослин. Точка (зона) оптимуму дихання лежить в інтервалі від 25 до 35 ° С, т. Е. Трохи вище, ніж оптимум для фотосинтезу. У різних за ступенем теплолюбна рослина її положення також дещо змінюється: вона лежить вище у теплолюбних і нижче у холодостійких. Максимальна температура дихання знаходиться в інтервалі від 45 до 53 ° С.\u003e Ця точка визначається відмиранням клітин і руйнуванням цитоплазми, бо клітина дихає, поки жива. Таким чином, температурна крива дихання подібна кривої фотосинтезу, але не повторює її. Різниця між ними полягає в тому, що- крива дихання охоплює ширший температурний діапазон, ніж крива фотосинтезу, а оптимум її дещо зміщений в сторону повишенйой температури.
Сильне дію на інтенсивність дихання надають коливання температури. Різкі переходи її від високої до низької і назад значно посилюють дихання, що було, встановлено * ще В. І. Палладіним в 1899 р
При коливаннях температури відбуваються не тільки кількісні, а й якісні зміни дихання, т. Е. Зміна шляхів окислення органічної речовини, проте в даний час вони ісследованьг слабо, тому тут не викладаються.
Кількість тепла, що звільняється після споживання організмом 1 л кисню, носить назву калорического еквівалента кисню.
Знаючи загальну кількість кисню, використане організмом, можна обчислити енергетичні витрати тільки в тому випадку, якщо відомо, які речовини - білки, жири або вуглеводи окислялись в тілі. Показником цього може служити дихальний коефіцієнт.
Дихальний коефіцієнт і його значення в дослідженні обміну речовин
Дихальним коефіцієнтом називається відношення обсягу виділеного вуглекислого газу до об'єму поглиненого кисню. Дихальний коефіцієнт різний при окисленні білків, жирів і вуглеводів. Розглянемо для прикладу, який буде дихальний коефіцієнт при використанні організмом глюкози. Загальний підсумок окислення молекули глюкози можна виразити формулою:
При окисленні глюкози кількість молекул утворився вуглекислого газу і кількість молекул витраченого (поглиненого) кисню рівні. Рівна кількість молекул газу при одній і тій же температурі і одному і тому ж тиску займає один і той же обсяг (закон Авогадро - Жерара). Отже, дихальний коефіцієнт
відношення) при окисленні глюкози і інших вуглеводів дорівнює одиниці.
При окисленні жирів і білків дихальний коефіцієнт буде нижче одиниці. При окисленні жирів дихальний коефіцієнт дорівнює 0,7. Проілюструємо це на прикладі окислення трипальмитин:
Відношення між обсягами вуглекислого газу і кисню становить в даному випадку:
Аналогічний розрахунок можна зробити і для білка; при його окисленні в організмі дихальний коефіцієнт дорівнює 0,8.
При змішаній їжі у людини дихальний коефіцієнт зазвичай рівний 0,85-0,9. Певного дихального коефіцієнту відповідає певний теплотворний еквівалент кисню, що видно з табл. 20.
Таблиця 20 Співвідношення дихального коефіцієнта і калорического еквівалента кисню
|
дихальний коефіцієнт |
||||||||
|
теплотворний еквівалент | ||||||||
|
кисню, в килоджоулях | ||||||||
|
теплотворний еквівалент | ||||||||
|
кисню, в кілокалорії | ||||||||
Визначення енергетичного обміну у людини в спокої методом закритої системи з неповним газовим аналізом. Оч відносна сталість дихального коефіцієнта (0,85-0,90) у людей при звичайному харчуванні в умовах спокою дозволяє виробляти досить точне визначення енергетичного обміну у людини в спокої, обчислюючи тільки кількість спожитого кисню і беручи його теплотворний еквівалент при усередненому дихальному коефіцієнті.
Кількість спожитого організмом кисню досліджується за допомогою різного типу спірографів.
Визначивши кількість поглиненого кисню і прийнявши усереднений дихальний коефіцієнт дорівнює 0,85, можна розрахувати енергоутворення в організмі; Калорії-ний еквівалент 1 л кисню при даному дихальному коефіцієнті дорівнює 20,356 кДж, т. е. 4,862 ккал (див. табл. 20). Спосіб неповного газоанализа, завдяки своїй простоті, набув широкого поширення.
Дихальний коефіцієнт під час роботи
Під час інтенсивної м'язової роботи дихальний коефіцієнт підвищується і в більшості випадків наближається до одиниці. Це пояснюється тим, що головним джерелом енергії під час напруженої діяльності є окислення вуглеводів. Після завершення роботи дихальний коефіцієнт протягом декількох перших хвилин так званого періоду відновлення різко підвищується і може перевищити одиницю. Надалі дихальний коефіцієнт різко знижується до величин менших, ніж вихідні, і тільки через 30-50 хв після напруженої роботи він зазвичай нормалізується. Ці зміни дихального коефіцієнта показані на рис. 196.
Зміни дихального коефіцієнта після закінчення роботи не відображають справжнього ставлення між використовуваним в даний момент киснем і виділеної вуглекислотою. Дихальний коефіцієнт на початку відновного періоду підвищується з наступних причин: в м'язах під час роботи накопичується молочна кислота, на окислення якої під час роботи не вистачало кисню (це так званий кисневий борг). Молочна кислота надходить в кров і витісняє вуглекислоту з бікарбонатів, приєднуючи підстави. Завдяки цьому кількість виділеного вуглекислого газу більше кількості вуглекислого газу, що утворився в даний момент в тканинах. Зворотна картина спостерігається в. Надалі, коли молочна кислота посаді-
Мал. 196. Криві чотирьох спостережень (1-4) зміни дихального коефіцієнта під час двогодинної інтенсивної роботи і після неї.
пінно зникає з крові. Частина її окислюється, частина ресинтезируется в глікоген, а частина виділяється з сечею і потом. У міру зменшення молочної кислоти звільняються підстави, які до того були відняті у бікарбонатів. Ці підстави знову пов'язують вуглекислоту і утворюють бікарбонати. Тому через деякий час після роботи дихальний коефіцієнт різко падає внаслідок затримки в крові вуглекислоти, що надходить з тканин.
Дослідження валового обміну
Тривале (протягом доби) визначення газообміну дає можливість не тільки знайти теплопродукцию організму, але вирішити питання про те, за рахунок окислення яких поживних почав йшло теплоутворення. Розглянемо це на прикладі.
Припустимо, що обстежуваний людина за добу використовував 654,141 л кисню і виділив 574,180 л вуглекислого газу. За цей же час з сечею виділилося 16,8 г азоту і 9,0191 г вуглецю.
Кількість білка, що розпався в організмі, визначаємо по азоту сечі. Так як 1 г азоту міститься в 6,25 г білка, то, отже, в організмі розпалося 16,8-6,25 \u003d\u003d 105 г білка. Знаходимо кількість вуглецю білкового походження. Для цього визначаємо кількість вуглецю в розпаду білку. Так як в білках міститься близько 53% вуглецю, то, отже, в розпалася 
ду кількістю вуглецю в розпаду білку і вуглецем, що виділився з сечею, 55,65-9,0191 \u003d\u003d 46,63 м Визначаємо об'ємні кількості вуглекислого газу білкового походження, виділеного через легені, виходячи з того, що з 1 грам-молекули вуглецю (12 г) утворюється
рівного для білків 0,8, знаходимо кількість кисню, який пішов на окислення білків:
на окислення білків, знаходимо кількість кисню, який пішов на окислення вуглеводів і жирів, 654,141 - 108,8 \u003d 545,341 л З\u003e 2. По різниці між усім, що виділився вуглекислим газом і вуглекислим газом білкового походження, що виділився легкими, знаходимо кількість вуглекислого газу, що утворився при окисленні вуглеводів і жирів, 574,18-87,043 \u003d\u003d 487,137 л СОа. Визначаємо кількість вуглеводів і жирів, окислилися в організмі обстежуваного за добу. На підставі того, що при окисленні 1 г жиру споживається 2,019 л кисню і утворюється 1,431 л вуглекислого газу, а при окисленні 1 г вуглеводів споживається 0,829 л кисню і стільки ж (0,829 г) утворюється вуглекислого газу (ДК для вуглеводів дорівнює 1), складаємо рівняння, прийнявши за х кількість жиру, а за у кількість вуглеводів, окислених в організмі. Вирішивши систему рівнянь з двома невідомими, отримаємо:
Знаходимо кількість вуглеводів, окислених в організмі, підставляючи значення х в будь-який з рівнянь:
Отже, звільнення енергії в організмі протікало за рахунок окислення 105 г білків, 99 г жирів і 417 г вуглеводів. Знаючи кількість тепла, що утворюється при окисленні 1 г кожного з речовин (див. Табл. 19), неважко розрахувати загальну теплопродукцию організму за добу:
основний обмін
Інтенсивність окисних процесів і перетворення енергії залежить від індивідуальних особливостей організму (стать, вік, маса тіла і зростання, умови і характер харчування, м'язова робота, стан ендокринних залоз, нервової системи і внутрішніх органів - печінки, нирок, шлунково-кишкового тракту та ін. ), а також від умов зовнішнього середовища (температура, барометричний тиск, вологість повітря і його склад, вплив променистої енергії і т. д.).
Щоб визначити властивий даному організму рівень окислювальних процесів і енергетичних витрат, проводиться дослідження в певних стандартних умовах. При цьому прагнуть виключити вплив ряду факторів, які істотно позначаються на інтенсивності енергетичних витрат, а саме м'язову роботу, Прийом їжі, вплив температури навколишнього середовища. Енергетичні витрати організму в таких стандартних умовах отримали назву основного обміну.
Енергетичні витрати основного обміну пов'язані з підтриманням мінімально необхідного для життя клітин рівня окислювальних процесів і з діяльністю постійно діючих органів і систем - дихальної мускулатури, серця, нирок, печінки. Деяка частина енергетичних витрат основного обміну пов'язана з підтриманням м'язового "тонусу. Звільнення в ході всіх цих процесів теплової енергії забезпечує ту теплопродукцию, яка необхідна для підтримки температури тіла на постійному рівні, як правило, перевищує температуру зовнішнього середовища.
Для визначення основного обміну обстежуваний повинен знаходитися: 1) в стані м'язового спокою (положення лежачи з розслабленою мускулатурою), не наражаючись подразнень, що викликає емоційну напругу; 2) натщесерце, т. Е. Через 12-16 год після прийому їжі; 3) при зовнішній температурі «комфорту» (18-20 ° С), що не викликає відчуття холоду або спеки.
Основний обмін визначають в стані неспання. Під час сну рівень окислювальних процесів і, отже, енергетичних витрат організму на 8-10% нижче, ніж в стані спокою при стані.
Нормальні величини основного обміну людини. Величину основного обміну зазвичай висловлюють кількістю тепла в великих калоріях на 1 кг маси тіла або на 1 м 2 поверхні тіла за 1 год або за одну добу.
Для чоловіка середнього віку (приблизно 35 років), середнього зросту (приблизно 165 см) і з середньою масою тіла (приблизно 70 кг) основний обмін дорівнює 4,19 кДж (1 ккал) на 1 кг маси тіла в годину, або 7117 кДж ( 1700 ккал) на добу; У жінок тієї ж маси він приблизно на 10% нижче.
Інтенсивність основного обміну, перерахована на 1 кг маси тіла, у дітей значно вище, ніж у дорослих. Величина основного обміну людини у віці від 20 до 40 років зберігається на досить постійному рівні. У літньому віці основний обмін знижується.
Відповідно до формули Дрейера, добова величина основного обміну в кілокалорії (//) становить:
де V - маса тіла в грамах, А - вік людини, /< - константа, равная для мужчины 0,1015, а для женщины-0,1129.
Формули і таблиці основного обміну представляють середні дані, виведені з великого числа досліджень здорових людей різної статі, віку, маси тіла і росту.
Визначення основного обміну, відповідно до цих таблиць, у здорових людей нормальної статури дають приблизно вірні (помилка «5-8%) величини витрати енергії. Непропорційно високі для даної маси тіла, зростання, віку і поверхні тіла величини основного обміну спостерігаються при надмірній функції щитовидної залози. Зниження основного обміну зустрічається при недостатності щитовидної залози (мікседема), гіпофіза, статевих залоз.
правило поверхні
Якщо перерахувати інтенсивність основного обміну на 1 кг маси тіла, то у теплокровних тварин різних видів (Табл. 21) і у людей з різною масою тіла і ростом вона дуже різна. Якщо ж провести перерахунок інтенсивності основного обміну на 1 м 2 поверхні тіла, отримані у різних тварин і людей величини розрізняються не настільки різко.
Таблиця 21
Величина теплопродукції у людини та інших організмів
|
Теплопродукція за 24 год кДж (ккал) |
|||
|
об'єкт ис | |||
|
слідування |
на 1 кг маси |
на 1 м поверх |
|
|
ності тіла |
|||
Згідно з правилом поверхні тіла, витрати енергії теплокровними тваринами пропорційні величині поверхні тіла.
Щоденна продукція тепла на 1 м 2 поверхні тіла у людини одно 3559- 5234 кДж (850-1250 ккал), середня цифра для чоловіків-3969 кДж (948 ккал).
Для визначення поверхні тіла /? застосовується формула:
Ця формула виведена на підставі аналізу результатів прямих вимірювань поверхні тіла. Константа До у людини дорівнює 12,3. Більш точна формула запропонована Дюбуа:
де 1У 7 - маса тіла в кілограмах, Н - зростання в сантиметрах.
Результат обчислення виражений в квадратних сантиметрах.
Правило поверхні вірно неабсолютно. Як показано в наведеній вище табл. 21, воно являє собою лише правило, має відоме практичне значення для орієнтовних розрахунків звільнення енергії в організмі.
Про відносність правила поверхні свідчить той факт, що інтенсивність обміну речовин у двох індивідуумів, у яких поверхня тіла однакова, може значно відрізнятися. Рівень окислювальних процесів визначається не стільки тепловіддачею з поверхні тіла, скільки теплопродукцией, що залежить від біологічних особливостей виду тварин і стану організму, що обумовлено діяльністю нервової, ендокринної та інших систем.
Обмін енергії при фізичній праці
М'язова робота значно збільшує витрату енергії. Тому добова витрата енергії у здорової людини, яка проводить частину доби в русі і фізичній роботі, значно перевищує величину основного обміну. Це збільшення енергетичних витрат становить робочу надбавку, яка тим більше, чим інтенсивніше м'язова робота.
При м'язовій роботі звільняється теплова і механічна енергія. Ставлення механічної енергії до всієї енергії, витраченої на роботу, виражене у відсотках, називається коефіцієнтом корисної дії. При фізичній праці людини коефіцієнт корисної дії коливається від 16 до 25% і дорівнює в середньому 20%, але в окремих випадках може бути і вище.
Коефіцієнт корисної дії змінюється в залежності від ряду умов. Так, у нетренованих людей він нижчий, ніж у тренованих, і збільшується в міру тренування.
Витрати енергії тим більше, чим інтенсивніше чинена організмом м'язова робота. Це видно з наступних даних: якщо витрати енергії в умовах основного обміну складають в середньому 4,2 кДж (1 ккал) на 1 кг маси тіла в годину, то при спокійному сидінні витрати енергії в середньому рівні 5,9 кДж (1,4 ккал ) на 1 кг маси тіла в годину, при стоянні без напруги - 6,3 кДж (1,5 ккал), при легкій роботі (канцелярські службовці, кравці, механіки по тонким робіт, вчителі) -7,5-10,5 кДж (1,8-2,5 ккал), при невеликій м'язовій роботі, пов'язаної з ходьбою (лікарі, лаборанти, листоноші, переплетчики) -11,8-13,4 кДж- (2,8-3,2 ккал), при праці, пов'язаному з м'язової роботою середньої тяжкості (металісти, малярі, столяри), 13,4-16,8 кДж (3,2-4,0 ккал), при важкій фізичній праці 21,0-31,5 кДж (5, 0-7,5 ккал).
Доросле населення з енергетичних витрат ділиться на 4 групи в залежності від особливостей професії (табл. 22).
Табліца22 Величина енергетичних витрат в залежності від особливостей професій
|
особливості професії |
Загальний добовий витрата енергії |
|
|
Особи, робота яких не пов'язана з витратою фізкабінет |
9211.-13 816 кДж (2200- |
|
|
чеського праці або вимагає не істотних фі | ||
|
зичних зусиль | ||
|
9838-14 654 кДж (2350- |
||
|
обслуговування, праця яких не вимагає великих | ||
|
фізичних зусиль | ||
|
Працівники механізованої праці і сфери |
10 467-15 491 кДж (2500- |
|
|
обслуговування, праця яких пов'язана з значи | ||
|
тільними фізичними зусиллями | ||
|
четверта |
Працівники немеханизированного праці або чистячі |
12 142-17 585 кДж (2900- |
|
але механізованого праці великої і середньої | ||
Значні відмінності енергетичної потреби в групах залежать від статі (у чоловіків більше), віку (знижуються після 40 років), ступеня активності відпочинку та рівня комунального обслуговування.
Добовий витрата енергії дітей і підлітків залежить від віку і становить в середньому:
У старості енерговитрати знижуються і до 80 років становлять 8373-9211 (2000-2200 ккал).
Обмін енергії при розумовій праці
При розумовій праці енергетичні витрати значно нижче, че.м при фізичному.
Важкі математичні обчислення, робота з книгою та інші форми розумової праці, якщо вони не супроводжуються рухом, викликають незначна (2-3%) підвищення витрати енергії в порівнянні з повним спокоєм. Однак в більшості випадків різні види розумової праці супроводжуються м'язовою діяльністю, особливо при емоційному збудженні працюючого (лектор, артист, письменник, оратор і т. д.), тому і енергетичні витрати можуть бути відносно великими. Пережите емоційне збудження може викликати протягом кількох наступних днів підвищення обміну на 11-19%. "
Специфічно-динамічна дія їжі
Після прийому їжі інтенсивність обміну речовин і енергетичні витрати організму збільшуються але порівняно з їх рівнем в умовах основного обміну. Збільшення обміну речовин і енергії починається через годину, досягає максимуму через 3 години після прийому їжі і зберігається протягом декількох годин. Вплив прийому їжі, що підсилює обмін речовин і енергетичні витрати, отримало назву специфічно-динамічної дії їжі.
При білкової їжі воно найбільш велике: обмін збільшується в середньому на 30%. При харчуванні жирами і вуглеводами обмін збільшується у людини на 14-15%.
Регуляція обміну енергії
Рівень енергетичного обміну знаходиться в тісній залежності від фізичної активності, емоційної напруги, характеру харчування, ступеня напруженості терморегуляції і ряду інших чинників.
Отримано численні факти, що свідчать про условнорефлекторном зміні споживання кисню і енергообміну. Будь раніше індиферентний подразник, будучи пов'язаний в часі з м'язовою діяльністю, може служити сигналом до збільшення обміну речовин і енергії.
У спортсмена в передстартовому стані разко збільшується споживання кисню, а отже, і енергообмін. Те ж відбувається під час приходу на роботу і при дії факторів робочої обстановки у робочих, діяльність яких пов'язана з м'язовими зусиллями. Якщо під гіпнозом випробуваному вселити, що він виконує важку м'язову роботу, обмін у нього може значно підвищитися, хоча в дійсності він не робить ніякої роботи. Все це свідчить про те, що рівень енергетичного обміну в організмі може змінюватися під впливом кори головного мозку.
Особливу роль в регуляції обміну енергії грає гіпоталамічсская область мозку. Тут формуються регуляторні впливу, які реалізуються вегетативними нервами або гуморальним ланкою за рахунок збільшення секреції ряду ендокринних залоз. Особливо вираз підсилюють обмін енергії гормони щитовидної залози - тироксин і трийодтиронін і гормон мозкового шару надниркової залози - адреналін.
ХАРЧУВАННЯ
Завдання фізіологів в обгрунтуванні раціонального харчування полягає в тому, щоб вказати склад і кількість харчових продуктів, Які можуть задовольнити потреби організму. Поняття «харчові продукти», або «харчові засоби», не слід
змішувати з поняттям «поживні речовини». До живильних речовин відносяться певні групи хімічних сполук: білки, жири, вуглеводи, мінеральні солі, вітаміни і вода. У тій або іншій кількості вони містяться в будь-якому продукті, який в більшості випадків являє собою суміш ряду речовин.
калоріческіе коефіцієнти поживних речовин
Знаючи склад харчових продуктів і їх засвоюваність, можна обчислити енергетичну цінність прийнятої їжі, використовуючи так звані калорические коефіцієнти поживних речовин. калоріческой, або тепловим, коефіцієнтом, називають кількість тепла, що звільняється при згорянні 1 г речовини. Калоріческіе коефіцієнти основних поживних речовин при окисленні їх в організмі такі.
Лабораторна робота 21
Визначення дихального коефіцієнта проростає насіння
Принцип методу. Дихальний коефіцієнт (ДК)- показник газообміну живих тканин. Це відношення кількості виділеного при диханні вуглекислого газу до кількості поглиненого при цьому кисню:
ДК \u003d СО2 / О2.
Величина дихального коефіцієнта залежить від ряду причин. Перший фактор - хімічна природа окисляемого при диханні субстрату. Якщо використовуються вуглеводи, то ДК близький до одиниці:
C6H12O6 + 6O2 \u003d 6 CO2 + 6 H2O.
Якщо окислюються більш відновлені речовини, жири і білки, то кисню споживається більше, ніж виділяється вуглекислого газу, і ДК менше одиниці. Наприклад, при окисленні стеаринової кислоти ставлення CO2: O2 одно 18:26, тобто 0,69.
При окисленні речовин, що містять в собі більше кисню, ніж у вуглеводах, дихальний коефіцієнт більше одиниці. Так, при диханні за рахунок щавлевої кислоти за рівнянням 2C2O2H2 + O2 \u003d 4 CO2 + 2H2O дихальний коефіцієнт дорівнює 4.
Другим фактором, що визначає величину ДК, є умови аерації. При нестачі кисню в повітрі, тобто в анаеробних умовах, ДК підвищується і в разі окислення вуглеводів стає вище одиниці.
Величина ДК свідчить про повноту окислення субстрату. Якщо при окисленні вуглеводів процес розпаду йде не до кінця, а накопичуються проміжні, більш окислені, ніж вуглеводи, продукти, то величина ДК стає менше одиниці. Подібне явище спостерігається у інтенсивно зростаючих об'єктів.
Мета роботи: визначити дихальний коефіцієнт проростає насіння.
Хід роботи: в досвіді використовують прилад, що складається з пробірки, яка щільно закрита каучукової пробкою, із вставленої в неї горизонтальної трубкою з поділами. Пробірку помістити в колбу, яка є одночасно і штативом, і термоизолятором.
Проростають насінням пшениці або соняшника заповнити ½ ... 2/3 об'єму пробірки і щільно закрити її пробкою з вимірювальної трубкою. Обов'язкова умова правильного спостереження - сталість температури приладу, так як його робота пов'язана зі зміною обсягів газів.
Тому змонтований прилад повинен прийняти кімнатну температуру, Що досягається протягом 5 ... 7 хвилин.
623 "style \u003d" width: 467.25pt; border-collapse: collapse; border: none "\u003e
Устаткування і матеріали: 1) наклюнувшиеся насіння пшениці м'якої ( Triticum aestivumL.), гороху посівного ( Pisum sativumL.) та ін .; 2) 20% розчин щавлевої кислоти; 3) вода, підфарбована метиленової синьої; 4) порцелянова чашка; 5) пінцет; 6) лінійка; 7) піпетка з витягнутим кінцем; 8) смужки фільтрувального паперу розміром 2 × 6 см.
Установка для визначення дихального коефіцієнта: В пробірку з добре приганяє гумовою пробкою вставлена \u200b\u200bзігнута під прямим кутом тонка скляна трубка. Горизонтальне коліно трубки градуируют, прикріплюючи до неї за допомогою гумових кілець смужку міліметрового паперу, пробірку встановлюють в високий (по довжині пробірки) стакан з ватою.
Контрольні питання
1. Класифікація ферментативних систем дихання. Механізми дії.
2. Шляхи перетворення дихального субстрату. Гліколіз. Пентозофосфатний цикл.
3. Окислювальне фосфорилування в мітохондріях рослин.
4. Цикл Кребса.
5. Поняття про дихальному коефіцієнті. Методи визначення дихального коефіцієнта.
6. Екологія дихання. Залежність дихання від ендогенних і екзогенних факторів.
10.1.5. дихальний коефіцієнт
Дихальний коефіцієнт, або співвідношення легеневого газообміну (ДК), характеризує тип використання харчових продуктів в обміні речовин. Цей показник визначають наступним чином:
де V CO 2 - виділення СО2, a O 2 - споживання O 2. У разі окислення глюкози кількість споживаного кисню і кількість вуглекислого газу рівні, так що ДК \u003d 1. Таким чином, значення ДК, рівне одиниці, є показником окислення вуглеводів(Табл. 10.1).
Таблиця 10.1. Значення дихальних коефіцієнтів (ДК) і енергетичних еквівалентів при окисленні різних харчових речовин
| харчові речовини | ДК | енергетичні еквіваленти | |
| кДж / л О2 | ккал / л О2 | ||
| вуглеводи | 1,00 | 21,1 | 5,05 |
| жири | 0,70 | 19,6 | 4,69 |
| білки | 0,81 | 18,8 | 4,48 |
Значення ДК в разі окислення жирів може мати просте пояснення. У зв'язку з тим що в жирних кислотах на 1 атом вуглецю доводиться менше атомів кисню, ніж у вуглеводах, їх окислення характеризується значно нижчими дихальним коефіцієнтом (ДК \u003d 0,7). У разі окислення чисто білкової їжі ДК виявляється рівним 0,81 (табл. 10.1). При змішаній їжі у людини дихальний коефіцієнт зазвичай становить 0,83-0,9. Певного ДК відповідає певний енергетичний (Теплотворний) еквівалент кисню(Табл. 10.2), який означає кількість теплоти, що вивільняється після споживання організмом 1 л O 2.
Співвідношення між кількістю виділяється СО2 і споживаного O 2 залежить як від типу харчових речовин, так і від перетворення одних харчових речовин в інші. У тих випадках, коли переважну частину раціону складають вуглеводи, вони можуть перетворюватися в жири. У зв'язку з тим що жири містять в своєму складі менше кисню, ніж вуглеводи, такий процес супроводжується вивільненням відповідної кількості кисню. При перенасичення вуглеводами кількість поглинається в тканинах кисню знижується, а ДК збільшується. У разі насильницького харчування (гуси і свині) були зареєстровані такі значення ДК, як 1,38. У періоди голодування і при цукровому діабеті ДК може знижуватися до величини, рівної 0,6. Це пов'язано з посиленням інтенсивності обміну жирів і білків поряд зі зниженням метаболізму глюкози.
Важливим фактором, що впливає на величину ДК, є гіпервентиляція.Додаткова кількість СО2, видихає при гіпервентиляції, надходить з тих великих запасів СО 2, які
Таблиця 10.2. Енергетичний еквівалент 1 л O 2 при різних дихальних коефіцієнтах
| дихальний коефіцієнт | енергетичний еквівалент | |
| кДж | ккал | |
| 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 |
У практиці при наближених розрахунках середнє значення енергетичного еквівалента приймають рівним 20,2 кДж / л O 2, що відповідає величині метаболічного ДК \u003d 0,82. Діапазон коливань енергетичного еквівалента в залежності від значення ДК, як правило, невеликий. Тому похибка, пов'язана з використанням середнього значення енергетичного еквівалента, не перевищує ± 4%.
