Коэффициент изнашивания по Рубнеру • • О суммарном количестве белка, подвергшегося распаду за сутки, судят по количеству азота, выводимого из организма человека. В белке содержится около 16 % азота (т. е. в 100 г белка — 16 г азота). Выделение организмом 1 г азота соответствует распаду 6, 25 г белка. За сутки из организма взрослого человека выделяется около 3, 7 г азота. Масса белка, подвергшегося за сутки полному разрушению, составляет 3, 7 х 6, 25 = 23 г, или 0, 028— 0, 075 г азота на 1 кг массы тела в сутки.
Азотистый баланс • Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, принято считать, что организм находится в состоянии азотистого равновесия.
• Когда в организм поступает азота больше, чем его выделяется, говорят о положительном азотистом балансе (задержке, ретенции азота).
• Когда количество выводимого из организма азота превышает его поступление в организм, говорят об отрицательном азотистом балансе.
Липиды и их роль в организме Липиды организма человека: триглицеридыфосфолипиды стерины. , , Липиды играют в организме энергетическую и пластическую роль. • В удовлетворении энергетических потребностей организма основную роль играют нейтральные молекулы жира (триглицериды).
• Пластическая функция липидов в организме осуществляется, главным образом, за счет фосфолипидов, холестерина, жирных кислот. По сравнению с молекулами углеводов и белков молекула липидов является более энергоемкими. За счет окисления жиров обеспечивается около 50 % потребности в энергии взрослого организма.
Жиры являются источником образования эндогенной воды При окислении 100 г нейтрального жира в организме образуется около 107 г воды.
Углеводы и их роль в организме Организм человека получает углеводы в виде растительного полисахарида крахмала и в виде животного полисахарида гликогена. • В желудочно-кишечном тракте осуществляется их расщепление до уровня моносахаридов (глюкозы, фруктозы, лактозы, галактозы).
• Моносахариды всасываются в кровь и через воротную вену поступают в печеночные клетки. • В печеночных клетках фруктоза и галактоза превращается в глюкозу. Концентрация глюкозы в крови поддерживается на уровне 0, 8— 1, 0 г/л.
• При избыточном поступлении в печень глюкозы она превращается в гликоген. • По мере снижения концентрации глюкозы в крови происходит расщепление гликогена. Глюкоза выполняет в организме энергетические и пластические функции.
Глюкоза необходима для синтеза частей молекул нуклеотидов и нуклеиновых кислот, некоторых аминокислот, синтеза и окисления липидов, полисахаридов.
Минеральные вещества и их роль в организме Минеральные вещества: Натрий, Кальций, Калий, Хлор, Фосфор, Железо, Йод, Медь, Фтор, Магний, Сера, Цинк, Кобальт. Из них к группе микроэлементов относятся: йод, железо, медь, марганец, цинк, фтор, хром, кобальт.
Функции минеральных веществ: • являются кофакторами ферментативных реакций, • создают необходимый уровень осмотического давления, • обеспечивают кислотно-основное равновесие, • участвуют в процессах свертывания крови, • создают мембранный потенциал и потенциал действия возбудимых клеток.
Витамины и их роль в организме • • Витамины — группы разнородных по химической природе веществ, не синтезируемых или синтезируемых в недостаточных количествах в организме, но необходимых дл нормального осуществления обмена веществ, роста, развити организма и поддержания здоровья.
Витамины не являются непосредственными источниками энергии и не выполняют пластических функций. Витамины являются составными компонентами ферментных систем и играют роль катализаторов в обменных процессах.
Основными источниками водорастворимых витаминов являются пищевые продукты растительного происхождения и в меньшей мере животного происхождения. Основными источниками жирорастворимых витаминов являются продукты животного происхождения.
Для удовлетворения потребностей организма в витаминах имее значение нормальное осуществление процессов пищеварения и всасывания веществ в желудочно-кишечном тракте.
Роль обменавеществв обеспечении энергетических потребностей организма • Организм человека получает энергию в виде потенциальной химической энергии питательных веществ Эта энергия в процессе катаболизма преобразуются в конечные продукты обмена с более низким содержанием энергии.
• Высвобождающаяся в процессе биологического окисления энергия используется для синтеза АТФ. • Одна часть энергии в процессе биологического окисления используется для синтеза АТФ, другая часть этой энергии превращается в теплоту. Эта теплота получила название первичной.
• Аккумулированная в АТФ энергия в последующем используется для осуществления в организмеработы и в конечном итоге тоже превращается в теплоту, получившую название вторичной.
Количество синтезированных молей АТФ на моль окисленног субстрата зависит от его вида (белка, жира, углевода) и от величины коэффициента фосфорилирования.
Коэффициент фосфорилирования – Р/О равен количеству синтезированных молекул АТФ в расчете на один атом кислорода. • Р/О отражает энергетические затраты клетки на синтез АТФ в митохондриях и транспорт макроэрга против химического градиента из митохондрий к местам потребления.
• Какая часть энергии будет использована на синтез АТФ зависит от величины Р/О и эффективности сопряжения в митохондриях процессов дыхания и фосфорилирования.
• Разобщение дыхания и фосфорилирования ведет к уменьшению коэффициента Р/О, превращению в первичную теплоту большей части энергии химических связей окисляемого вещества.
Обмен энергии в клетке
Пути превращения энергии в живом организме при высокой степени физической активности (числовые значения округлены)
Калорический эквивалент кислорода (КЭ 0) 2 • По количеству образовавшегося в организме тепла можно судить о величине энергетических затрат, произведенных на осуществление процессов жизнедеятельности.
• Основным источником энергии для осуществления в организме процессов жизнедеятельности является биологическое окисление питательных веществ. На это окисление расходуется кислород.
Следовательно, измерив количество потребленного организмом кислорода можно судить о величине энергозатрат организма за время измерения.
• Между количеством потребленного за единицу времени организмом кислорода и количеством образовавшегося в нем за это же время тепла существует связь, выражающаяся через калорический эквивалент кислорода (КЭ 02). КЭ 02 — количество тепла, образующегося в организме при потреблении им 1 л кислорода.
Способы оценки энергетических затрат организма • Прямая калориметрия основана на измерении количества тепла, непосредственно рассеянного организмом в теплоизолированной камере.
• Непрямая калориметрия основана на измерении количества потребленного организмом кислорода и последующем расчете энергозатрат с использованием данных о величинах дыхательного коэффициента (ДК) и КЭ 02.
Дыхательный коэффициент — отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода. ДК = Vco 2/Vo 2
Биокалориметр Этуотера— Бенедикта
Основной обмен Под основным обменом понимают минимальный уровеньэнергозатрат необходимых для , поддержания жизнедеятельности организма в условиях относительно полного физического, эмоционального и психического покоя.
• Энергозатраты организма возрастают при физической и умственной работе, психоэмоциональном напряжении, после приема пищи, при понижении температуры среды. • Для взрослого мужчины массой 70 кг величина энергозатрат составляет около 1700 ккал/сут (7117 к.
Дж), для женщин — около 1500 ккал/сут.
Основной обмен Величины основного обмена определяют методами прямой или непрямой калориметрии. Нормальные величины основного обмена у взрослого человека можно рассчитать по формуле Дрейера: Н = W/K • А, где W —масса тела (г), А —возраст, К—константа (0, 1015 для мужчин и 0, 1129 — для женщин).
• Величина основного обмена зависит от соотношения в организме процессов анаболизма и катаболизма. • Для каждой возрастной группы людей установлены и приняты в качестве стандартов величины основного обмена. • Интенсивность основного обмена в различных органах и тканях неодинакова.
По мере уменьшения энерготрат в покое их можно расположить в таком порядке: внутренние органы—мышцы—жировая ткань.
Регуляция обмена веществ и энергии Целью регуляции обмена веществ и энергии является обеспечение потребностей организма, его органов, тканей и отдельных клеток в энергии и в разнообразных веществах в соответствии с уровнем функциональной активности.
В целостном организме постоянно существует необходимость согласования общих метаболических потребностей с потребностями клетки органа, ткани. Такое согласование достигается посредством распределения между органами и тканями веществ, поступающих из окружающей среды и синтезированных внутри организма.
Регуляция обмена веществ и энергии является мультипараметрической , включающей в себя регулирующие системы множества функций организма (например, дыхания, кровообращения, выделения, теплообмена и др. ).
Центр регуляции обмена веществ и энергии Роль центра регуляции обмена веществ и энергии играют ядра гипоталамуса. В гипоталамусе имеются полисенсорные нейроны , реагирующие на изменения концентрации глюкозы, водородных ионов, температуры тела, осмотического давления, т.
е. важнейших гомеостатических констант внутренней среды организма. В ядрах гипоталамуса осуществляется анализ состояния внутренней среды и формируются управляющие сигналы , которые посредством эфферентных систем приспосабливают ход метаболизма к потребностям организма.
Эфферентные звенья регуляции обмена веществ В качестве звеньев эфферентной системы регуляции обмена используются: 1. симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы. 2. эндокринная система.
Гормоны гипоталамуса, гипофиза и других эндокринных желез оказывают прямое влияние на рост, размножение, дифференцировку, развитие и другие функции клеток.
Важнейшим эффектором, через который оказывается регулирующее воздействие на обмен веществ и энергии, являются клетки органов и тканей.
Клеточный уровень регуляции обмена веществ и энергии заключается в воздействии на скорость биохимических реакций, протекающих в клетках. Наиболее частыми эффектами регуляторных воздействий на клетку являются изменения • каталитической активности ферментов, • концентрации ферментов, • сродства фермента и субстрата, • свойств микросреды, в которой функционируют ферменты.
Темпиратура тела Существует непосредственная прямая взаимосвяз между интенсивностью обмена веществ и количеством образующегося тепла в организме: увеличение скорости обменных процессов вызывает рост теплообразования, а повышение температуры тела ускоряет биологическое окисление в организме. Изотермия Температура тела человека поддерживается на относительно постоянном уровне независимо от колебаний температуры окружающей среды. Изотермия свойственна только гомойотермным ил теплокровным организмам.
• У пойкилотермных или холоднокровных животных температура тела переменна и , мало отличается от температуры окружающей среды. • Гетеротермные организмы при благоприятных условиях существования обладают способностью к изотермии, а при внезапном понижении температуры внешней среды, недостатке пищи и воды — становятся холоднокровными.
Система терморегуляции Основная функция системы терморегуляции — поддерживать оптимальную для метаболизма организма, или нормальную, температуру тела. Включает в себя: 1. температурные рецепторы, реагирующие на изменение температуры внешней и внутренней среды; 2. центр терморегуляции, расположенный в гипоталамусе; 3. эффекторное (исполнительное) звено терморегуляции.
Температура различных областей тела человека при низкой (А) и высокой (Б) внешней температуре. Темно-красное поле — область «ядра» , «оболочка» окрашена цветами убывающей интенсивности по мере снижения температуры
Эндогенная терморегуляция
Теплопродукция • Суммарная теплопродукция (теплообразование) в организме состоит из первичной и вторичной теплоты. • Уровень теплообразования в организме зависит от величины основного обмена.
• Вклад в общую теплопродукцию организма отдельных органов и тканей неравнозначен. Термогенез : • Сократительный за счет сокращения мышц.
– • Несократительный за счет ускорения – метаболизма бурого жира.
Теплоотдача Существуют следующие пути отдачи тепла организмом в окружающую среду: 1. излучение, 2. теплопроведение, 3. конвекция, 4. испарение.
Виды теплоотдачи
Центр терморегуляции 1) 2) 3) 4) расположен в медиальной преоптической области переднего отдела гипоталамуса и в заднем отделе гипоталамуса.
Группы нервных клеток : термочувствительные нейроны преоптической области; клетки, «задающие» уровень поддерживаемой в организме температуры тела в переднем гипоталамусе; интернейроны гипоталамуса; эффекторные нейроны в заднем гипоталамусе.
Система терморегуляции не имеет собственных специфических эффекторных органов, она использует эффекторные пути других физиологических систем (сердечно-сосудистой , дыхательной, скелетной мускулатуры, выделительной и др. ).
Роль обмена веществ в обеспечении энергетических потребностей организма. Коэффициент фосфорилирования. Калорический эквивалент кислорода
Оглавление темы «Обмен веществ и энергии. Питание. Основной обмен.»: 1. Обмен веществ и энергии. Питание. Анаболизм. Катаболизм. 2. Белки и их роль в организме. Коэффициент изнашивания по Рубнеру. Положительный азотистый баланс. Отрицательный азотистый баланс. 3. Липиды и их роль в организме. Жиры. Клеточные липиды. Фосфолипиды.
Холестерин. 4. Бурый жир. Бурая жировая ткань. Липиды плазмы крови. Липопротеины. ЛПНП. ЛПВП. ЛПОНП. 5. Углеводы и их роль в организме. Глюкоза. Гликоген. 6. Минеральные вещества и их роль в организме. Физиологическая роль, суточная потребность, источник минеральных веществ. 7. Витамины и их роль в организме.
Физиологическая роль, потребность организма и источник поступления витаминов. Водорастворимые витамины. Жирорастворимые витамины. 8. Роль обмена веществ в обеспечении энергетических потребностей организма. Коэффициент фосфорилирования. Калорический эквивалент кислорода. 9. Способы оценки энергетических затрат организма.
Прямая калориметрия. Непрямая калориметрия. 10. Основной обмен. Уравнения для расчета величины основного обмена. Закон поверхности тела.
Количество энергии, поступающей в организм с пищей, должно обеспечивать подержание равновесного энергетического баланса на фоне неизменной массы тела, физической активности и соответствующих скоростях роста и обновления структур организма.
Организм человека получает энергию в виде потенциальной химической энергии питательных веществ. Эта энергия аккумулирована в химических связях молекул жиров, белков и углеводов, которые в процессе катаболизма преобразуются в конечные продукты обмена с более низким содержанием энергии.
Высвобождающаяся в процессе биологического окисления энергия используется, прежде всего, для синтеза АТФ, которая как универсальный источник энергии необходима в организме для осуществления механической работы, химического синтеза и обновления биологических структур, транспорта веществ, осмотической и электрической работы. Схема процессов превращения энергии в клетке представлена на рис. 12.1.
Количество синтезированных молей АТФ на моль окисленного субстрата зависит от его вида (белка, жира, углевода) и от величины коэффициента фосфорилирования.
Этот коэффициент, обозначаемый как Р/О, равен количеству синтезированных молекул АТФ в расчете на один атом кислорода, потребленный при окислении восстановленных органических соединений в процессе дыхания. При переносе каждой пары электронов по дыхательной цепи от НАД • Н до 02 величина Р/О = 2.
Для субстратов, окисляемых НАД • Н2-зависимыми ферментами, Р/О = 1,3. Эти соотношения Р/О отражают энергетические затраты клетки на синтез АТФ в митохондриях и транспорт макроэрга против химического градиента из митохондрий к местам потребления.
Рис. 12.1. Обмен энергии в клетке. В процессе биологического окисления аминокислот, моносахаридов и жирных кислот освобождающаяся химическая энергия используется для синтеза макроэргического соединения (АТФ). При расщеплении АТФ его энергия реализуется для осуществления всех видов работы клетки (химической, электрической, осмотической и механической)
Таким образом, одна часть аккумулированной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов энергии в процессе биологического окисления используется для синтеза АТФ, другая часть этой энергии превращается в теплоту. Эта теплота, выделяющаяся сразу же в процессе биологического окисления питательных веществ, получила название первичной.
Какая часть энергии будет использована на синтез АТФ и будет вновь аккумулирована в ее химических макроэргических связях, зависит от величины Р/О и эффективности сопряжения в митохондриях процессов дыхания и фосфорилирования.
Разобщение дыхания и фосфорилирования под действием гормонов щитовидной железы, ненасыщенных жирных кислот, липопротеидов низкой плотности, динитрофенола ведет к уменьшению коэффициента Р/О, превращению в первичную теплоту большей, чем в условиях нормального сопряжения дыхания и фосфорилирования, части энергии химических связей окисляемого вещества.
При этом снижается коэффициент полезного действия синтеза АТФ, количество синтезированных молекул АТФ уменьшается.
При полном окислении 1 г смеси углеводов пищи выделяется 4 ккал тепла. В процессе окисления в организме 1 г углеводов синтезируется 0,13 моля АТФ.
Если считать, что энергия пирофосфатной связи в АТФ равна 7 ккал/моль, то при окислении 1 г углеводов лишь 0,91 (0,13 х 7) ккал энергии будет запасено в организме в синтезированной АТФ. Остальные 3,09 ккал будут рассеяны в виде тепла (первичная теплота).
Отсюда можно рассчитать коэффициент полезного действия синтеза АТФ и аккумулирования в ней энергии химических связей глюкозы:
к.п.д. = (0,91 : 4,0) х 100 = 22,7 %.
Из приведенного расчета видно, что только 22,7 % энергии химических связей глюкозы в процессе ее биологического окисления используется на синтез АТФ и вновь запасается в виде химической макроэргической связи, 77,3 % энергии химических связей глюкозы превращается в первичную теплоту и рассеивается в тканях.
Аккумулированная в АТФ энергия в последующем используется для осуществления в организме химических, транспортных, электрических процессов, производства механической работы и в конечном итоге тоже превращается в теплоту, получившую название вторичной.
В названиях первичная и вторичная теплота отражено представление о двухступенчатости полного превращения всей энергии химических связей питательных веществ в тепло (первая ступень — образование первичной теплоты в процессе биологического окисления, вторая ступень — образование вторичной теплоты в процессе затраты энергии макроэргов на производство различных видов работы).
Таким образом, если измерить все количество тепла, образовавшегося в организме за час или сутки, то это тепло станет мерой суммарной энергии химических связей питательных веществ, подвергшихся за время измерения биологическому окислению.
По количеству образовавшегося в организме тепла можно судить о величине энергетических затрат, произведенных на осуществление процессов жизнедеятельности.
Основным источником энергии для осуществления в организме процессов жизнедеятельности является биологическое окисление питательных веществ. На это окисление расходуется кислород. Следовательно, измерив количество потребленного организмом кислорода за минуту, час, сутки, можно судить о величине энергозатрат организма за время измерения.
Между количеством потребленного за единицу времени организмом кислорода и количеством образовавшегося в нем за это же время тепла существует связь, выражающаяся через калорический эквивалент кислорода (КЭ02). Под КЭ02 понимают количество тепла, образующегося в организме при потреблении им 1 л кислорода.
— Также рекомендуем «Способы оценки энергетических затрат организма. Прямая калориметрия. Непрямая калориметрия.»
Роль обмена веществ в обеспечении энергетических потребностей организма
- Рубрики
- Анатомия
- Без рубрики
- БОЛЕЗНИ
- ДИЕТЫ
- ЗДОРОВЫЙ ОБРАЗ ЖИЗНИ
- ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ПРЕПАРАТЫ
- Лечение за рубежом
- Микробиология
- МКБ-10
- Класс I
- Класс II
- Класс III
- Класс IV
- Класс V
- Класс VI
- Класс VII
- Класс XI
- НЕВРОЛОГИЯ И НЕЙРОХИРУРГИЯ
- ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
- ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
- ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ
- Разное
- СЛОВАРЬ МЕДИЦИНСКИХ ТЕРМИНОВ
- ФАРМАКОГНОЗИЯ
- Лекарственные растения
- Общие положения
- ФАРМАКОЛОГИЯ
- ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА
Потребность организма в энергии характеризуется таким уровнем ее потребления с пищей, при котором на фоне неизменной массы тела, физической активности и соответствующих скоростях роста и обновления организма достигается энергетический баланс поступления и расхода энергии.
Живые организмы получают энергию в виде потенциальной энергии питательных веществ. Эта энергия аккумулирована в химических связях молекул жиров, белков и углеводов, которые в процессе катаболизма преобразуются в конечные продукты обмена с более низким содержанием энергии.
Высвобождающаяся в процессе биологического окисления энергия используется, прежде всего, для синтеза АТФ, которая как универсальный источник энергии, необходима в организме для последующего осуществления механической работы, химического синтеза и обновления структур, транспорта веществ, осмотической и электрической работы. (см.рис.10.2). Количество синтезированных молей АТФ на моль окисленного субстрата зависит от его вида и от величины коэффициента фосфорилирования. Этот коэффициент, обозначаемый как Р/О, равен количеству синтезированных молекул АТФ в расчете на один атом кислорода, потребленный при окислении восстановленных органических соединений в процессе дыхания. При переносе каждой пары электронов по дыхательной цепи от НАД • Н до О2 величина Р/О = 2. Для субстратов, окисляемых ФАД • Н2 — зависимыми ферментами Р/О = 1,3. Эти соотношения Р/О отражают энергетические затраты клетки на синтез АТФ в митохондриях и транспорт макроэрга против химического градиента из митохондрий к местам потребления.
Рис.10.2. Схематическое представление взаимосвязи обмена веществ и энергии в организме
Таким образом, одна часть аккумулированной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов энергии в процессе биологического окисления используется для синтеза АТФ, другая часть этой энергии превращается в теплоту.
Первичная теплота. Теплота, выделяющаяся сразу же в процессе биологического окисления питательных веществ, получила название первичной.
Какая часть энергии будет использована на синтез АТФ и будет вновь аккумулирована в ее химических макроэргических связях зависит от величины Р/О и эффективности сопряжения в митохондриях процессов дыхания и фосфорилирования.
Разобщение дыхания и фосфорилирования под действием гормонов щитовидной железы, ненасыщенных жирных кислот, липопротеидов низкой плотности, динитрофенола ведет к уменьшению коэффициента Р/О, превращению в первичную теплоту большей, чем в условиях нормального сопряжения дыхания и фосфорилирования части энергии химических связей окисляемого вещества. При этом снижается коэффициент полезного действия синтеза АТФ, количество синтезированных молекул АТФ уменьшается.
Наиболее ярким примером преимущественного превращения энергии химических связей окисляемого жира в первичную теплоту, а не на синтез АТФ и получения быстрого калоригенного эффекта является разобщающее действие полипетида молекулярной массой 32000 в бурой жировой ткани.
В нормальных условиях при полном окислении 1 г смеси углеводов пищи выделяется 4 ккал тепла. В процессе окисления в организме 1 г углеводов синтезируется 0,13 моля АТФ.
Если считать, что энергия пирофосфатной связи в АТФ равна 7 ккал/моль, то при окислении 1 г углеводов лишь 0,91 (0.13 х 7) ккал энергии будет запасено в организме в синтезированной АТФ. Остальные 3,09 ккал будут рассеяны в виде тепла (первичная теплота).
Отсюда можно рассчитать коэффициент полезного действия синтеза АТФ и аккумулирования в ней энергии химических связей глюкозы.
К.П.Д.%=0,91/4,0 ×100=22,7%
Из приведенного расчета видно, что только 22,7% энергии химических связей глюкозы в процессе ее биологического окисления используется на синтез АТФ и вновь запасается в виде химической макроэргической связи, 77,3% энергии химических связей глюкозы превращается в первичную теплоту и рассеивается в тканях.
Процессы использования энергии в тепло можно представить на схеме (рис. 10.2). Из нее видно, что аккумулированная в АТФ энергия в последующем используется для осуществления в организме химических, транспортных, электрических процессов, производства механической работы и в конечном итоге тоже превращается в теплоту.
Вторичная теплота. Теплота, выделяющаяся при использовании АТФ как универсальный источник энергии для осуществления в организме химических, транспортных, электрических процессов, производства механической работы
В названиях первичная и вторичная теплота отражено представление о двухступенчатости полного превращения всей энергии химических связей питательных веществ в тепло (первая ступень — образование первичной теплоты в процессе биологического окисления, вторая ступень — образование вторичной теплоты в процессе затраты энергии макроэргов на производство различных видов работы).
Таким образом, если измерить все количество тепла, образовавшегося в организме за час или сутки, то это тепло станет мерой суммарной энергии химических связей питательных веществ, подвергшихся за время измерения биологическому окислению.
По количеству образовавшегося в организме тепла можно судить о величине энергетических затрат, произведенных на осуществление процессов жизнедеятельности.
Основным источником энергии для осуществления в организме процессов жизнедеятельности является биологическое окисление питательных веществ.
На это окисление расходуется кислород. Следовательно, измерив количество потребленного организмом кислорода за минуту, час, сутки, можно судить о величине энергозатрат организма за время измерения.
Между количеством потребленного за единицу времени организмом кислорода и количеством образовавшегося в нем за это же время тепла существует связь, выражающаяся через калорический эквивалент кислорода (КЭО2).
Калорический эквивалент кислорода(КЭО2) — это количество тепла, образующегося в организме при потреблении им 1 л кислорода.
Существует два способа оценки энергетических затрат организма: прямая и непрямая калориметрия
4.1. Прямая калориметрия
Прямая калориметрия основана на измерении количества тепла, непосредственно рассеянного организмом в теплоизолированной камере.
При прямой калориметрии достигается высокая точность оценки энергозатрат организма, однако, ввиду громоздкости и сложности способ используется только для специальных целей.
4.2. Непрямая калориметрия
- Непрямая калориметрия — основана на измерении количества потребленного организмом кислорода и последующем расчете энергозатрат с использованием данных о величинах дыхательного коэффициента (ДК) и КЭО2.
- Под дыхательным коэффициентом понимают отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода.
- Сущность непрямой калориметрии видна на примере окисления глюкозы. Известно, что этот процесс описывается следующими превращениями: С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + 675ккал
При окислении 1 г глюкозы количество выделяющейся энергии составляет 675:180 (масса 1 моля глюкозы ) = 3,75ккал.
На окисление 1 моля глюкозы затрачивается 6 молей О2 или 134,4(6×22,4)л. Калорический эквивалент 1л О2, использованного на окисление глюкозы, равен 675ккал:134,4л = 5,02ккал/л.
Так как смесь углеводов пищевых продуктов имеет несколько более высокую, чем чистая глюкоза, энергетическую ценность, то при окислении их в организме КЭО2 = 5,05ккал/л. Из приведенного уравнения реакции окисления глюкозы видно, что объем выделенного в процессе окисления углекислого газа равен объему затраченного кислорода. Следовательно, при окислении глюкозы
ДК = 6О2/6О2=1
В случае окисления жиров, в которых на 1 атом углерода приходится меньше атомов кислорода, чем в углеводах и белках, величина ДК имеет значение 0,7.
При окислении белковой, а также смешанной пищи величина ДК принимает промежуточное значение между 1,0 и 0,7.
Поскольку в организме все питательные вещества одновременно подвергаются окислению, то определив величину ДК, можно условно судить о преимущественном окислении в организме того или иного вида питательных веществ.
Так как для каждого питательного вещества характерна своя энергетическая ценность, то по величине дыхательного коэффициента можно рассчитать значение калорического эквивалента кислорода. Величины этих значений представлены в табл. 10.3.
| О2 | СО2 | ДК | КЭО2 | ||
| ккал/г | л/г | л/г | ккал/л | ||
| Углеводы | 4,0 | 0,81 | 0,81 | 1,0 | 5,05 |
| Белки | 4,0 | 0,94 | 0,75 | 0,8 | 4,46 |
| Жиры | 9,0 | 1,96 | 1,39 | 0,7 | 4,69 |
В условиях интенсивной физической нагрузки и при состояниях, когда в организме имеет место накопление углекислоты, ДК может принимать значение > 1,0. В этих случаях по нему нельзя судить о природе окисляемых веществ.
Определение обмена энергии методом Дугласа и Холдена. Дыхательный коэффициент. Калорический эквивалент кислорода
Основной обмен — это энергозатраты организма в условиях физиологического покоя, т. е. в положении лежа, натощак (10—12 часов после приема пищи), при температурном комфорте. То есть это минимальные затраты организма, которые нужны для поддержания его жизнедеятельности.
Основной обмен связан с функционированием жизненно важных органов. Относительный вклад (в \%) различных органов в обеспечение основного обмена
| Органы | Печень | Мытптгы | Мозг | Сердце | Почки | Другие органы |
| \% | 26 | 26 | 18 | 9 | 7 | 14 |
Условия определения основного обмена:
- а) утром сразу после сна (учитывается также необходимость бодрствования ис1тытуемого);
- б) в покое, в лежачем состоянии (увеличение обмена веществ происходит при усилении работы скелетных мышц);
- 404
в) натощак, т. к. во время переваривания пищи обмен усиливается (специфическое динамическое действие пищи);
- г) в условиях температурного комфорта при температуре окружающей среды около 18 °С (это необходимо для исключения усиления обмена веществ, направленного на терморегуляцию);
- д) в условиях эмоционального покоя (для исключения соответствующего изменения обмена веществ за счет действия гормонов и других регуляторов, связанных с эмоциями).
- Методы определения основного обмена
Прямая калориметрия. Метод основан на измерении количества тепла, выделенного организмом в окружающую среду, например, за один час или за сутки.
…
Для изучения подобным способом теплопродукции человека используют оценку нагревания воды, циркулирующей в стенах, потолке и полу специальной камеры. О количестве выделенной энергии судят по величине нагрева воды.
Непрямая калориметрия (метод Дугласа—Холдена). Это оценка энерготрат, основанная на расчете данных количества потребленного кислорода и выделенного углекислого газа, расчета дыхательного коэффициента и соответствующего калорического коэффициента кислорода.
Суть метода состоит в следующем. Определяют объемы потребленного СО и выделенного СОза определенное время. Их отношение (называемое дыхательным коэффициентом отражает преимущественный характер окисляемых веществ (белков, жиров, углеводов в разных соотношениях).
Дыхательный коэффициент таким образом свидетельствует о том, как эффективно был использован потребленный О2 (различные окислявшиеся вещества дают разное количество энергии; а характер этих веществ показывает дахательный коэффициент).
Зная «ценность» потребленного кислорода («калорический эквивалент кислорода») и количество потребленного О2, получаем энергопродукцию за время опыта. Перерасчет результата на сутки дает величину суточной энергопродукции.
ДЫХАТЕЛЬНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ
отношение объёма СО2, выделяемого из организма при дыхании, к объёму поглощаемого за то же время О2; характеризует особенности газообмена и обмена веществ живых организмов. Д. к. зависит от химич. природы дыхат. субстрата, содержания СО2 и О2 в атмосфере и нек-рых др.
факторов, характеризуя таким образом специфику и условия дыхания. При окислении углеводов в организме хищных животных (и свободном доступе О2) Д. к. равен 1, жиров — 0,7, белков — 0,8. У растительноядных животных он составляет ок. 0,7. У человека в норме в состоянии покоя Д. к.
равен 0,85, при умеренной работе — ок. 1. При интенсивной работе и гипервентиляции лёгких Д. к. может возрастать до 2. При длит, работе, а также при голодании Д. к. постепенно снижается (примерно до 0,7). У растений Д. к. равен 1 (напр.
, в листьях, богатых углеводами); больше 1— при неполном окислении в условиях анаэробиоза (в семенах с твёрдой оболочкой, напр. льна) или при использовании субстрата более богатого О2, чем углеводы,— орга-нич. к-т (напр., в яблоках после зимней лёжки) и др.
; меньше 1 — при окислении субстрата с меньшим относит, содержанием кислорода, чем в углеводах,— липидов или белков (напр., в прорастающих семенах пшеницы, бобовых).
Калорический эквивалент кислорода — количество энергии, освобождающееся при потреблении организмом 1 л кислорода; величина К. э. к. зависит от относительного содержания в пище жиров, белков и углеводов; используется при непрямой калориметрии.
128. Основной обмен энергии, его значение. Факторы, от которых зависит его величина. Основной обмен (ОО) — суточные энергозатраты организма в стандартных условиях:
- — Утром (потому, что являются суточные колебания уровня энергозатрат — он минимален ночью в 3-4 часа и максимальный вечером в 17-18 часов);
- — В условиях физического и эмоционального покоя (мышечная работа сопровождается увеличением энергозатрат, так как на сокращение мышц необходимо тратить значительное количество энергии; в условиях эмоционального напряжения активируется симпатический отдел вегетативной нервной системы увеличивается количество катехоламинов и тироксина расщепления окисления и фосфорилирования увеличения энергозатрат)
- — Лежа (чтобы не тратилась лишняя энергия на сокращение мышц на поддержание антигравитационной позы);
- — При температуре комфорта (при этом поддержание постоянства температуры тела не требует напряжения процессов теплоотдачи и теплопродукции, то на эти процессы не тратится энергия);
- — Натощак (через 10-12 часов после приема пищи, чтобы не проявлялась специфически динамическое действие жратвы).
Специфически-динамическое действие пищи — увеличение энергозатрат, что связано с приемом пищи. После приема углеводной и жировой пищи, специфически динамическое действие пищи составляет 10-15%, а белковой — 30%.
Увеличение энергозатрат связано с активацией гладких мышц ЖКТ и выделения секретов (пищеварительных секретов), с процессами всасывания — все эти процессы протекают с использованием энергии АТФ.
Аминокисноты после всасывания в печени дезаминуються и пераминуються, что также требует энергозатрат, поэтому специфически-динамическое действие белковой пищи выше, чем углеводородного и жировой.
- Соответственно, определяя ОО создают условия, при которых энергия окисления питательных веществ витрачаеть на поддержание нормальной жизнедеятельности организма в состоянии бодрствования, но при условии, что энергозатраты организма минимальны. Энергия окисления питательных веществ при этом расходуется так:
- — 50% ее превращается в первичное тепло и выделяется из организма, 50% идет на синтез АТФ;
- Расходы АТФ следующие:
- процессы биосинтеза — 23%;
- сокращения мышц (поддержание тонуса скелетных мышц, сокращения миокарда и дыхательных мышц) — 15%;
- работа механизмов активного транспорта веществ — 12%.
- Факторы от которых зависит величина ОО:
- Пол.
- Масса тела.
- Рост.
- Возраст.
Особенности процессов обмена веществ в организме, а именно процессов аэробного окислительного фосфорилирования, степень сопряжения окисления и фосфорилирования в дыхательной цепи. Это в свою очередь, определяется влиянием на процессы окислительного фосфорилирования регуляторных механизмов — катехоламинов и тироксина.
Оценивают величину ОО, сравнивая ее со стандартным обменом — надлежащая (нормальная) величина для данного человека. Точнее величину стандартного обмена определяют по таблицам Хариса и Бенедикта. При этом учитывают пол, массу, рост и возраст.
Допустимые отклонения ОО от должной величины на 15%. Если ОО выше или ниже должной величины более чем на 15%, это свидетельствует о нарушении нормального протекания в организме окислительного фосфорилирования, т.е.
нарушение механизмов регуляции этих процессов.
129. Энергетический баланс организма. Регуляция. Калорическая ценность питательных веществ. Требования к соотношению питательных веществ в пищевых рационах. Энергетический обмен присущ каждому живому организму. В вашем теле идет постоянный и непрерывный обмен веществ и энергии.
При этом богатые питательными веществами продукты усваиваются и химически преобразуются, а конечные продукты их утилизации (низкоэнергетические) выделяются из организма.
Высвобождающаяся энергия используется для поддержания жизнедеятельности клеток организма и для обеспечения его работы (сокращение мышц, работа сердца, функционирование внутренних органов).
Единицей измерения процесса энергетического обмена является калория. Одна калория равняется такому количеству энергии, которое необходимо для нагревания на 1 °С одного миллилитра воды. Это очень маленькая величина.
Поэтому энергобаланс организма измеряют в «больших» калориях — килокалориях (1 килокалория равна 1000 калорий и обозначается ккал). В единицах Международной системы СИ для определения количества тепловой энергии используется джоуль (Дж). 1 кал =4,19 Дж, 1 ккал -4,19 кДж.
Сколько энергии необходимо человеку для нормальной жизнедеятельности в течение суток? Ответ на данный вопрос поможет определиться в причинах ожирения.
Необходимо знать, какие энергозатраты наиболее эффективны для сжигания лишнего жира и как эти знания можно использовать для успешного похудения.
Наиболее частая величина, рассчитанная для абстрактного человека, имеющего склонность к полноте или избыточный вес, равняется 2200 ккал.
Более точную цифру можно получить при умножении вашего нормального веса в кг на 33 ккал (для мужчин) или на 30 ккал (для женщин). Это упрощенный вариант, который широко используется при расчете рационов питания.
Основной обмен. Основной обмен — это минимальная величина энергии, необходимая для поддержания жизни организма, находящегося в состоянии покоя (утром, лежа, натощак, в условиях температурного комфорта).
- Многочисленные исследования основного обмена позволили установить, что для мужчин норма основного обмена составляет 1 ккал на 1 кг массы тела в час, для женщин (имеющих меньшую массу мышечной ткани) — 0,9 ккал на 1 кг массы тела в 1 час. Произведем примерный расчет: О = М х 24 х П
- где О — суточный основной обмен веществ в ккал; 24 — количество часов в сутки; П — интенсивность часового основного обмена веществ в ккал на килограмм; М — нормальная масса тела в килограммах. Например: у мужчины с нормальной массой тела 70 кг
- О = 70 х 24 х 1 =70х24= 1680 ккал в сутки.
Таким образом, приблизительная величина нормального суточного основного обмена для мужчины с нормальной массой тела 70 кг равна 1700 ккал. Аналогичный расчет этого показателя для женщины с нормальной массой 70 кг составляет 1500 ккал. Подобное различие обусловлено, в основном, тем, что у женщин мышечная масса меньше.
Питательные вещества, содержащиеся в разных кормах, необходимы для поддержания жизни животных.
Существует 6 главных групп питательных веществ, 3 из которых обеспечивают организм энергией — это белки, жиры и углеводы. Другие питательные вещества — витамины, минеральные вещества и вода — являются не энергетическими веществами.
В организме белки, жиры и углеводы расщепляются с образованием энергии. Количество энергии, высвобождающейся при этом из 1г вещества, называется калорической ценностью. Эта величина измеряется в килокалориях. Протеин и углеводы образуют при расщеплении примерно 4 ккал/г вещества, а жиры — 9 ккал/г.
Однако, все эти питательные вещества выполняют не только энергетическую, но также и пластическую функцию, т.е. используются для построения структур организма и синтеза секретов.
Белки
Белки представляют собой вещества, состоящие из аминокислот. У животных большая часть белков используется для пластического обмена, т.е. для построения и обновления биологических структур (мышц, ферментов, белков крови и т.д.).
Количество протеина, требуемого животному, зависит от вида и возраста животного и от качества протеина. В состав пищи собак обязательно должны входить белки, содержащие так называемые незаменимые аминокислоты.
Все животные нуждаются во всех 23 аминокислотах, но многие аминокислоты могут синтезироваться в организме животных. Собакам требуется 10 незаменимых аминокислот, которые обязательно должны поступать с кормом.
Незаменимыми аминокислотами для собак являются: аргинин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, валин.
Качество протеина оценивается по его биологической ценности. Животные белки являются более полноценными по сравнению с растительными, т.к. содержат много незаменимых аминокислот.
Однако, комбинируя в правильной пропорции растительные и животные протеины, можно значительно повысить их биологическую полноценность.
Например, соевая мука является самым качественным источником растительного протеина.
Наиболее отчётливым признаком дефицита белка является ухудшение роста у молодых животных, снижение веса и продуктивности у взрослых животных. Рост шерсти ухудшается, линька затягивается, появляются участки выпадения волос с грубой, шершавой кожей.
Однако, надо помнить, что излишнее потребление собаками белков в составе корма, может способствовать развитию у них мочекаменной и почечных заболеваний. Поэтому существует оптимальный уровень протеина в составе кормов, зависящий от возраста, физической активности и других физиологических особенностей животных.
Углеводы
Углеводы оказывают значительное влияние на пищеварительную функцию. Содержатся в основном в различных злаковых растениях. Подразделяются на растворимые и нерастворимые. Растворимые углеводы занимают самый большой процент в составе кормов. Избыточное количество углеводов в рационе может накапливаться в организме в виде гликогена или жира и способствует ожирению.
К нерастворимым углеводам относятся различные пищевые волокна: целлюлоза, гемицеллюлоза и т.д. Они оказывают большое влияние на транспортную функцию кишечника и на усвояемость различных питательных веществ. Потребность клетчатки в кормах для собак в 2 раза выше, чем у человека.
Жиры
В организме выполняют в основном энергетическую функцию. Кроме того, они необходимы для всасывания и хранения в организме жирорастворимых витаминов А, Д, Е, К,; повышают вкусовые качества кормов и являются источником незаменимых жирных кислот.
Различают насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Некоторые ненасыщенные жирные кислоты не синтезируются в организме и должны поступать обязательно с кормом. Это незаменимые жирные кислоты. Собаки нуждаются в поступлении с кормами 2х незаменимых жирных кислот: линолевой и арахидоновой, которые должны составлять не менее 1% от сухих веществ корма.
Много незаменимых жирных кислот содержится в растительных маслах, курином и рыбьем жире.
Дефицит незаменимых жирных кислот может приводить к повреждению кожного и шерстного покрова. Жиры подразделяются на животные и растительные. В растительных жирах содержится повышенное количество ненасыщенных жирных кислот.
- Однако, когда животные потребляют чрезмерное количество жира, может развиваться не только ожирение, но и различные заболевания печени, поджелудочной железы и желудочно-кишечного тракта собак.
- Витамины
- Витамины играют важнейшую роль в биохимических реакциях организма, выполняют роль ферментов и способствуют активации ферментов.
- Витамины содержатся как в растительной, так и в животной пище.
Витамины подразделяются на жирорастворимые (А,Д,Е,К) и воднорастворимые (вит.С и витамины группы В).
Воднорастворимые витамины не способны длительное время сохраняться в организме, в то время как жирорастворимые накапливаются в организме в жировой ткани, печени и т.д. Чрезмерное их потребление называется гипервитаминозом, а недостаток — гиповитаминозом.
Гипервитаминозы у собак встречаются гораздо чаще, чем гиповитаминозы.
Включение витаминных добавок в качественные коммерческие корма делает необоснованным их дополнительное скармливание, так как может вести к проявлению токсических эффектов и гипервитаминозам, из-за трудности правильного дозирования.
Как недостаток, так и избыток определенных витаминов может вызывать различные заболевания у животных, в том числе и собак. Поэтому все корма для них должны быть полностью сбалансированы по всем витаминам.
Вода
Вода является очень важным элементом питания. Вода составляет более 70% массы тела животных. Потеря организмом 15% воды приводит к смерти. Животные имеют два основных источника воды: метаболическая вода — образуется в результате окисления в организме белков, жиров и углеводов, и вода, поступаемая с кормом и питьем.
Когда количество воды, принимаемое с кормами, увеличивается, животное меньше пьет. Общее количество воды, требуемое собаке, эквивалентно требованиям в энергии в ккал/день.
При использовании обычных сухих кормов собаки обычно потребляют 1,5-2 мл воды на 1 г сухого корма. В консервах на воду обычно приходится около 75%, поэтому при кормлении консервами собаки пьют воды меньше.
Качество воды определяется количеством растворенных в ней веществ и жесткостью. Вода пригодная для человека, подходит и для домашних животных. Жесткая вода, содержащая большое количество магния, может являться причиной мочекаменной болезни.
Загрузка...
