Расход энергии при физической нагрузке
Лекция № 12(11)
Обмен веществ и энергии. Терморегуляция.
Обмен энергии и терморегуляция
В основе процессов обмена энергии лежат законы термодинамики – взаимных превращений различных видов энергии при переходах ее от одних тел к другим в форме теплоты или работы.С точки зрения термодинамики живые организмы относятся к открытым стационарным неравновесным системам. Это означает, что:
· Во-первых, они обмениваются с окружающей средой веществом и энергией;
· Во-вторых, способны в течение определенного времени удерживать свои основные параметры, но вместе с тем под влиянием внешней среды переходить из одного стационарного состояния в другое в пределах колебаний жизненно важных констант, допустимых для сохранения жизни;
· В-третьих, в организме создаются условия для неравновесного распределения вещества и энергии между живыми системами и окружающей средой.
Законы термодинамики
Первый закон термодинамики – закон сохранения и превращения энергии (Ломоносов М.В., 1748)
Энергия не исчезает и не творится вновь, а только переходит из одной формы в другую: механическая работа, кинетическая энергия и теплота могут превращаться друг в друга.
В 1783 г. А. Лавуазье и П. Лапас показали, что первый закон термодинамики приложим к живым организмам.
Второй закон термодинамики (Больцман, 1880) гласит:
Если любой вид энергии можно трансформировать в эквивалентное количество тепла, то в случае обратного превращения полная трансформация невозможна.
Единицы измерения энергетического обмена. Энергетические затраты учитывают по количеству тепла, выделяемого организмом в единицу времени. Единицей измерения энергии в Международной системе единиц (СИ) является джоуль (Дж) или килоджоуль (кДж). В физиологических и медицинских исследованиях для определения количества энергии, выделенной организмом, используют внесистемные единицы – калорию (кал) или килокалорию (ккал); 1 кал = 4,19 кДж. Калория – количество энергии (тепла), необходимое для повышения температуры 1г воды на 1°С.
Энергетическая ценность питательных веществ. Сложные органические молекулы, окисляясь в присутствии кислорода (аэробное окисление) до двуокиси углерода и воды, выделяют заключенную в их химических связях энергию. При сжигании 1 г белка выделяется 4,0 ккал тепла; 1 г углеводов – 4,0 ккал; 1 г жиров – 9,0 ккал. Это – физический энергетический эквивалент указанных веществ.
Основной обмен
Основной обмен – минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения нормальной жизнедеятельности в условиях относительного физического и психического покоя. Эта энергия расходуется на процессы клеточного метаболизма, кровообращения, дыхание, выделение, поддержание температуры тела, функционирования жизненно важных нервных центров мозга, постоянную секрецию эндокринных желез.
· Печень потребляет 27% энергии основного обмена;
· Мозг – 19%;
· Мышцы – 18%;
· Почки – 10%;
· Сердце – 7%;
· Все остальные органы и ткани – 19%.
Любая работа – физическая или умственная, а также прием пищи, колебания температуры окружающей среды и другие внешние и внутренние факторы, изменяющие уровень обменных процессов, влекут за собой увеличение энерготрат. Поэтому основной обмен определяют в строго контролируемых, искусственно создаваемых условиях: утром, натощак (через 12-14 ч после последнего приема пищи), в положении лежа на спине, при полном расслаблении мышц, в состоянии спокойного бодрствования, в условиях температурного комфорта (18-20°С). За 3 сут. До исследования из рациона исключают белковую пищу. Выражается основной обмен количеством энергозатрат из расчета 1 ккал на 1 кг массы тела в час.
Факторы, определяющие величину основного обмена. Основной обмен зависит от возраста, роста, массы тела пола человека. Самый интенсивный основной обмен в расчете на 1 кг массы тела отмечается у детей (у новорожденных – 53 ккал/кг в сутки, у детей первого года жизни – 42 ккал/кг). Средние величины основного обмена у взрослых здоровых мужчин составляют 1300-1600 ккал/сут; у женщин эти величины на 10% ниже. Это связано с тем, что у женщин меньше масса и поверхность тела.
Расход энергии при физической нагрузке
Общий расход энергии человеком зависит от состояния организма и мышечной деятельности. Мышечная работа сопряжена co значительными затратами энергии, c одной стороны, и увеличением теплопродукции - c другой. У спокойно лежащего человека теплопродукция составляет 35 ккал.
• Если исследуемый слегка приподнимается и облокачивается o спинку кровати, теплопродукция повышается на 15 %;
• если принимает сидячее положение, на 42 %;
• в положении стоя на 70 %,
• при спокойной неторопливой ходьбе теплопродyкция увеличивается на 180 %.
Разность между энергозатратами при физической нагрузке и энергозатратами основного обмена составляет рабочую прибавку, которая тем больше, чем интенсивнее работа. Рабочая прибавка - это вся остальная энергия, которую тратит организм в течение суток на физическую и умственную активность.
Сумма основного обмена и рабочей прибавки составляет валовый обмен.
Сумма валового обмена и специфического динамического действия пищи называется общим обменом.
При кратковременных нагрузках энергия выделяется за счет окисления углеводов. При длительных мышечных нагрузках в организме расщепляются преимущественно жиры, обеспечивая 80 % потребной энергии.
По энергетическим затратам все профессии разделены на несколько групп, каждая из которых характеризуется своим суточным расходом энергии и коэффициентом физической активности.
Коэффициент физической активности - отношение общих энерготpат на все виды жизнедеятельности к величине основного обмена, т.е. расходу энергии в состоянии покоя. Группа I- работники преимущественно умственного труда: научные работники, студенты гуманитарных специальностей, операторы ЭВМ, контролеры, педагоги, диспетчеры, работники пульта управления и др. Очень легкая физическая активность; коэффициент физической активности 1,4; расход энергии 1800-2450 ккал/сут.
Группа II - работники, занятые легким физическим трудом: водители трамваев, троллейбусов, работники конвейеров, весовщицы, упаковщицы, работники сферы обслуживания, агрономы, медицинские сестры, санитарки, продавцы промышленных товаров и др. Легкая физическая активность; коэффициент физической активности 1,6; расход энергии 2100-2800 ккал/сут.
Группа III - работники средней тяжести труда: слесари, наладчики, настройщики, станочники, буровики, водители экскаваторов и бульдозеров, водители автобусов, врачи-хирурги, текстильщики, обувщики, железнодорожники, водители угольных комбайнов, продавцы продовольственных товаров, водники, аппаратчики, металлурги-доменщики, работники химических заводов и др. Средняя физическая активность; коэффициент физической активности 1,9; расход энергии 2500-3300 ккал/сут.
Группа IV - работники тяжелого физического труда: строительные рабочие, помощники буровиков, проходчики, хлопкоробы, основная масса сельскохозяйственных рабочих и механизаторов, доярки, овощеводы, деревообработчики, металлурги, литейщики и др. Высокая физическая активность; коэффициент физической активности 2,2; расход энергии 2850-3850 ккал/сут.
Группа V - работники особо тяжелого труда, только мужчины: механизаторы, сельскохозяйственные рабочие в посевной и уборочный периоды, горнорабочие, вaльщики леса, бетонщики, каменщики, землекопы, грузчики немеханизированного труда, оленеводы и др. Очень высокая физическая активность; коэффициент физической активности 2,5; расход энергии 3750-4200 ккал/сут.
TEPMOPEГУЛЯЦИЯ