Обмен энергии и энергетические затраты организма. Единицы энергии. Энергетический баланс. Регулируемые траты энергии – расход энергии в процессе трудовой деятельности.
Энергетический баланс – состояние организма, при котором энергетические затраты полностью покрываются, то есть количество вырабатываемой энергии в организме соответствуют энергозатратам.
Различают положительный, отрицательный энергетический баланс, и энергетическое равновесие.
. Суточные энерготраты человека включают 3 составные части: основной обмен, специфически-динамическое действие пищевых веществ (СДД) и энерготраты на различные виды деятельности.
Энергозатраты на основной обмен и специфическое динамическое действие пищи следует относить к нерегулируемым волей человека тратам энергии, а к регулируемым энергозатратам – расход энергии в процессе трудового, бытового и домашнего поведения, при занятиях спортом и других видах деятельности.
Под основным обменом следует понимать обмен энергии, необходимый для поддержания физиологических функций (дыхательной мускулатуры, сердца, печени, почек и др.), поддерживающих жизнедеятельность организма в состоянии полного мышечного и нервного покоя, при исключении всех эндо- и экзогенных влияний (натощак или через 12-16 часов после приема пищи, при комфортной температуре воздуха 18-20оС).
Приблизительно величина основного обмена для лиц среднего возраста (35 лет), среднего роста (165см) и средней массе тела (70 кг) составляет 1 ккал (4,186 кДж) на 1 кг массы за 1 час. Основной обмен выше у детей, чем у взрослых, у мужчин на 10% выше, чему женщин. У лиц пожилого возраста основной обмен снижается.
Значительные изменения основного обмена происходят при нарушении функций отдельных органов и систем. При таких заболеваниях как малярия, брюшной тиф, туберкулез, базедова болезнь – основной обмен повышен; при микседеме – снижен.
Основной обмен изменяется в зависимости от сезона года и климатических условий, что обусловлено изменениями гормональных функций организма. При действии низких температур основной обмен повышается, при высоких – понижается.
Специфическим динамическим действием пищи (термогенное действие) называется повышение энергетического обмена при приеме пищи. Эта энергия тратится организмом на процессы пищеварения, абсорбцию, транспорт, метаболизм и хранение переваренной пищи. Выделяется слабое специфическое динамическое действие пищи (увеличение энергетического обмена на 10%), достаточное (увеличение от 10% до 20%) и хорошо выраженное (более 20%). Наибольшим СДД обладают белки (в среднем 26,8%), наименьшим – углеводы (2,8%) и среднее место занимают жиры (8,9%). При приеме смешанной пищи СДД равняется 10 – 15% от основного обмена.
Увеличение энергозатрат при выполнении умственной и физической работы называется рабочей надбавкой. Рабочая надбавка рассчитывается на основе хронометража всех видов деятельности при учете времени, затраченной на каждый вид. По специальной таблице определяется значение энерготрат в ккал/час на каждый вид деятельности, что будет являться рабочей надбавкой. Сумма рабочих надбавок составят энерготраты на различные виды деятельности в ккал и кДж в час.
В рабочих надбавках отражаются регулируемые траты энергии, которые в зависимости от условий и воли человека могут увеличиваться или уменьшаться.
Сумма основного обмена, СДД и рабочей надбавки и составляет суточные энергозатраты.
КФА – это отношение общих энергозатрат к основному обмену.
В соответствии с КФА все трудящееся население делится на следующие группы:
1 группа – лица преимущественно умственного труда. КФА – 1,4 (научные работники, студенты гуманитарных специальностей, операторы ЭВМ, педагоги, диспетчеры, контролеры, работники пультов управления).
2 группа – лица, занятые легкой физической работой. КФА – 1,6 (водители трамваев, троллейбусов, работники конвейеров, упаковщики, швейники, работники радиоэлектронной промышленности, агрономы, медсестры, санитарки, работники связи, сферы обслуживания, продавцы промтоваров).
3 группа – лица, занятые физической работой средней тяжести. КФА – 1,9 (слесари, наладчики, экскаваторщики и бульдозеристы, водители автобусов, врачи-хирурги, железнодорожники, обувщики, продавцы продтоваров).
4 группа – лица, занятые тяжелым физическим трудом (строители, проходчики, доярки, металлурги, литейщики). КФА для мужчин – 2,3, для женщин – 2,2.
3. Существуют различные методы определения суточных энерготрат человека.
Наиболее точным методом является метод прямой калориметрии, который заключается в непосредственном определении выделяемой человеком тепловой энергии в калориметрической камере. Между стенками камеры протекает вода, которая имеет постоянную теплоемкость. По степени нагрева воды определяют количество выделенного тепла. Этот метод имеет ограничения применительно к различным видам деятельности.
Для определения суточных энергозатрат при различных видах деятельности и быта чаще используется метод непрямой калориметрии. При этом методе исследуется газообмен. С этой целью в мешки Дугласа-Холдена производится сбор выдыхаемого воздуха, определяется в нем содержание углекислоты и кислорода. Рассчитывается дыхательный коэффициент (СО2 / О2): отношение выделенной углекислоты (л) к количеству потребленного кислорода (л). По таблице определяется калорическая ценность 1 л кислорода при данном дыхательном коэффициенте. Перемножаются количество потребленного кислорода за сутки и калорическая ценность кислорода. Это будут суточные энергозатраты человека.
Предложены различные табличные методы:
- определяется основной обмен по таблицам Гарриса-Бенедикта. Число А по данным веса и пола и число Б – по росту, возрасту и полу. Складываются 2 числа, что будет составлять основной обмен. К этой цифре прибавляется 10% от нее (на переваривание и усвоение пищи). По таблицам учета рабочей надбавки на различные виды деятельности на основе хронометража определяется третья составная часть суточных энергозатрат, которая прибавляется к величине основного обмена и специфически динамическому действию пищи.
- Основной обмен может определяться расчетным методом по формулам, учитывающим возраст и пол, или определять по таблице с учетом массы тела, возраста и пола, а к нему прибавляются 10% от основного обмена и рабочие надбавки по таблицам с учетом вида деятельности, отдыха, домашней работы и времени, затрачиваемого на них.
4. В последние годы получил распространение хронометражно-табличный метод. Разработаны таблицы энергетических затрат человека на различные виды деятельности, включающих энерготраты на основной обмен, в том числе и сон.
Хронометраж суток предполагает определение всех видов деятельности и времени, затрачиваемой на каждый из них в минутах. В общей сложности должно быть 24 часа – 1440 мин (сутки). Затем определяются в таблицах энергетические коэффициенты, то есть затраты энергии на каждый вид деятельности в ккал/мин/кг.
Рассчитываются энерготраты в ккал/кг на каждый вид деятельности с учетом затраченного времени. Для этого время в минутах умножается на энергетический коэффициент ккал/мин/кг.
Суточные энеготраты будут составлять сумму энерготрат на все виды деятельности ккал/кг за сутки, умноженное на вес с прибавлением 10% неучтенных движений.
Кало́рия (кал, cal) — внесистемная единица количества работы и энергии, равная количеству тепла, необходимого
Под калорийностью, или энергетической ценностью, пищи подразумевается количество энергии, которое получает организм при полном её усвоении.