Енергетичний обмін

Размещено на http://www.allbest.ru/

Енергетичний обмін

Актуальність теми:

Основою життєдіяльності живого організму є обмін речовин і енергії пов'язаний з зовнішнім середовищем. У клінічній практиці лікар зустрічається з недугами, в основі яких лежить порушення обмінних процесів. Тому він повинен знати фізіологічні основи енергетичного обміну організму для встановлення діагнозу і лікування його розладів.

Мета роботи: Вивчити методи дослідження обміну речовин.

Задачі:

фізіологічні основи методів прямої й непрямої калориметрії, методи повного і неповного газового аналізу;

розрахунку величини належного основного обміну людини із урахуванням її статі, маси тіла, віку і зросту (за таблицями і формулами Харіса та Бенедикта);

визначення відповідності основного обміну до середньостатистичного рівня за гемодинамічними показниками;

визначення енерговитрат методом неповного газового аналізу за спірограмами.

Тема 1. Енергетичний обмін та методи його дослідження.

Теоретичний матеріал:

Обмін речовин

Більшість процесів життєдіяльності клітин відбувається із застосуванням енергії. Вона витрачається на підтримання цілісності клітинних структур, іонних градієнтів, біосинтетичних процесів, забезпечення специфічних форм клітинної активності (скорочення, проведення нервового імпульсу, секреція) тощо. У процесі утворення макроергів частина енергії відразу виділяється у вигляді тепла. Це первинне тепло. Після застосування АТФ частина енергії трансформується в тепло, назване вторинним.

Валова енергія, що виробляється організмом за одиницю часу, -- це сума зовнішньої роботи, втрат тепла й запасеної енергії. З огляду на це можна визначити ККД клітин:

ККД = Зовніш. роб./Вироб. енерг. · 100 % (41).

Наприклад, ККД ізольованого м'яза може досягати 35 %, хоча в природних умовах організму при м'язовій роботі цей показник рідко перевищує 25 %.

Основний обмін

Сумарна інтенсивність обмінних процесів, обчислена в умовах спокою, характеризує основний обмін.

Загальний обмін

Рівень обміну в умовах природного життя людини називається загальним обміном. утворення низки гормонів, що посилюють обмінні процеси.

Методи дослідження

Методи оцінювання енергетичного балансу організму ґрунтуються на двох головних принципах: прямому вимірюванні кількості тепла, що виділилося (пряма калориметрія) і непрямому вимірюванні -- визначенням кількості кисню, що поглинається, і вуглекислого газу, що виділяється (непряма калориметрія).

Метод прямої калориметрії ґрунтується на тому погляді, що всі види енергії зрештою можуть перетворюватися на тепло (рис. 10.1). Помістивши людину в спеціальну термоізольовану камеру, можна визначити кількість тепла, що виділилося. Для цього необхідно знати: кількість води в камері (m), початкову (t1) і кінцеву (t2) її температуру. Тоді кількість тепла (Q), що виділилося людиною, обчислюється формулою

Q = c · m · (t2 - t1) (42),

де с -- теплоємність води, що дорівнює одиниці.

Однак зазначений спосіб занадто громіздкий і нині його застосовують лише для проведення точних наукових досліджень.

Мал. 1.

Найчастіше застосовують способи непрямої калориметрії (рис 10.3). При цьому спочатку визначають кількість кисню, що поглинається, і вуглекислого газу, що виділяється. Знаючи їхні об'єми, можна визначити дихальний коефіцієнт (ДК): відношення виділеного СО2 до поглиненого О2:

ДК = vСО2 : v2 (43).

За величиною ДК можна побічно оцінювати (є відповідні таблиці) окисненість продукту, бо залежно від цього виділяється різна кількість тепла. Так, при окиснюванні глюкози виділяється 4,0 ккал/г тепла, жирів -- 9,0 ккал/г, білків -- 4,0 ккал/г (ці величини характеризують енергетичну цінність відповідних поживних речовин). Залежність ДК від продукту, що окиснюється, визначається тим, що при окиснюванні глюкози для утворення кожної молекули СО2 застосовується така ж кількість молекул О2 (ДК = 1,0). У зв'язку з тим, що в структурі жирних кислот на один атом СО2 припадає менше атомів О2, ніж у вуглеводах, під час їхнього окиснювання ДК дорівнює 0,7. При вживанні білкової їжі ДК становить 0,8.

Мал. 2.

Тепер знаючи величину ДК і визначивши кількість поглинання за одиницю часу кисню, можна розрахувати теплопродукування організму.

Однак, застосовуючи метод непрямої калориметрії, необхідно враховувати, що в реальних умовах життя людини, як правило, окиснюються змішані інгредієнти. Для практичного застосування розроблено спеціальні таблиці, за допомогою яких за кількістю поглиненого за одиницю часу кисню і величиною ДК можна визначити кількість вивільненої енергії, тобто інтенсивність обмінних процесів.

При проведенні досліджень у реальних умовах необхідно враховувати, що крім виду поживних речовин, що окиснюються, на величину ДК можуть впливати й інші фактори. Так, гіпервентиляція призводить до виділення з лужних резервів крові “запасних” кількостей вуглекислого газу. Звичайно, при цьому ДК може навіть перевищувати 1,0. Це трапляється, наприклад, на початку виконання м'язової роботи в перехідний період перед установленням нового стаціонарного робочого рівня обмінних процесів.

Ситуаційні задачі:

1. Обчисліть (у ккал і кДж) прихід енергії при надходженні в організм з їжею 10 г білків, 10 г жирів, 10 г вуглеводів.

Відповідь:

;

,

де 17,5 ккал - енергія незасвоєних поживних речовин (втрати з калом - близько 10 %).

2. Обчисліть дихальний коефіцієнт (ДК), якщо відомо, що у видихуваному повітрі міститься 17 % кисню і 4 % вуглекислого газу.

Відповідь:

Якщо врахувати, що в атмосферному повітрі зазвичай мітиться 21 % О2, калориметрія фізіологічний газовий спірограма

відсоток спожитого кисню становить:

.

СО2 у видихуваному повітрі також становить 4 %. Тому:

.

3. Карта розрахуноку основного обміну за таблицями.

Величина основного обміну характеризує мінімальні витрати енергії не сплячою людиною. Основний обмін визначають в наступних умовах:

1) людина лежить з розслабленою мускулатурою;

2) через 12-14 годин після останнього вживання їжі;

3) при температурі комфорту (близько 20оС для звичайно одягненої людини).

Для людини даної статі, віку, маси та росту величина основного обміну є відносно постійною, тому основний обмін дозволяє судити про те, чи є обмін енергії в організмі нормальним, чи він порушений (при захворюваннях).

Знайдену методами непрямої калориметрії величину порівнюють з даними таблиць, за якими визначають норму основного обміну для даної людини.

Для визначення норми основного обміну дорослих людей та підлітків користуються таблицями Бенедикта, складеними з урахуванням наступних показників: росту та віку (для чоловіків і жінок окремо) та маси тіла. Знаходять два числа: перше число за ростом та віком, друге число за масою. Обидва числа підсумовують. Знаходять стандарт основного обміну для даної людини за добу. Розраховують основний обмін на 1 кг маси в 1 годину. Наводимо відповідні таблиці (табл. 3 та табл. 4):

Таблиця 3 Дані для визначення основного обміну за добу за ростом і віком у чоловіків і жінок (перше число).

Таблиця 4 Дані для визначення основного обміну за добу за масою тіла у жінок і чоловіків (друге число)

Чоловік 23 років, вага 76 кг, ріст 180 см. Визначте його основний обмін.

Рішення:

· В таблиці 3 поряд із значенням ваги знаходимо цифру 1112.

· В таблиці 2 по горизонталі вік (23 роки) та по вертикалі (ріст 180 см), на перехресті цифра 745.

· Склавши дві цифри, отримують середньостатистичну величину нормального основного обміну (1112 + 745 =1857)

Розрахунок основного обміну за таблицями та обчислення величини відхилення основного обміну за формулою Ріда.

Формула Ріда дає можливість обчислити відсоток відхилення величини основного обміну від норми, ця формула заснована на існуванні взаємозв'язку між артеріальним тиском, частотою пульсу та теплопродукцією організму. Визначення основного обміну за формулами завжди дає лише приблизні результати, але при ряді захворювань (наприклад тиреотоксикоз) вони досить достовірні і тому часто застосовуються в клініці. Допустимим вважається відхилення до 10% від норми.

У випробовуваного визначають частоту пульсу за допомогою секундоміра та артеріальний тиск за способом Короткова 3 рази з проміжками в 2 хвилини при дотриманні умов, необхідних для визначення основного обміну. Відсоток відхилень основного обміну від норми визначають за формулою Ріда: ВВ = 0,75 * (ЧП + ПТ * 0,74)-72, де ВВ - відсоток відхилення основного обміну від норми, ЧП - частота пульсу, ПТ - пульсовий тиск (рівний різниці величин тиску систоли та діастоли). Числові величини частоти пульсу та артеріального тиску беруть як середнє арифметичне з трьох вимірювань.

1. Жінка 25 років, ріст 168, вага 62 кг, пульс 96/хв., АТ- 120/60 мм рт.ст. Визначте належний основний обмін і приблизне його дійсне значення. У якому стані це може спостерігатися?

А.

· В таблиці 3 поряд із значенням ваги знаходимо цифру 1248.

· В таблиці 2 по горизонталі вік (25 роки) та по вертикалі (ріст 168 см), на перехресті цифра 194.

· Склавши дві цифри, отримують середньостатистичну величину нормального основного обміну (1248 + 194 =1442)

В.

· відсоток відхилення визначається за формулою Ріда

ПВ = 0,75*(ЧП+ ПТ *0,74) -72,

ЧП - частота пульсу

ПТ - пульсовий тиск

ПВ = 0,75*(96+ (120-60)*0,74) -72 =33,3%,

· Оскільки коефіцієнт відхилення 33,3%, дійсний обмін рівняється

1442 - 100%

Х - 100+33,3%

Х = 1922,2

Це може спостерігатися при тиреотоксикозі.

2. Чоловік 35 роки, вага 68 кг, ріст 168 см, пульс 56/хв., АТ - 110/70 мм рт.ст., відсоток відхилення - 7,8. Визначите належний основний обмін і його дійсне значення. У якому стані це може спостерігатися?

А.

· В таблиці 3 поряд із значенням ваги знаходимо цифру 1002.

· В таблиці 2 по горизонталі вік (25 роки) та по вертикалі (ріст 168 см), на перехресті цифра 604.

· Склавши дві цифри, отримують середньостатистичну величину нормального основного обміну (1002 + 604 =1606)

В.

відсоток відхилення визначається за формулою Ріда

ПВ = 0,75*(ЧП+ ПТ *0,74) -72,

ЧП - частота пульсу

ПТ - пульсовий тиск

ПВ = 0,75*(56+(110-70)*0,74) -72 = -7,8%,

С.

· Оскільки коефіцієнт відхилення -7,8%, дійсний обмін рівняється

1442 100%

Х - 100 - 7,8%

Х = 1338,2

Це може спостерігатися при мексидемі.

Обчислення енергозатрат у спокої та при фізичному навантаженні за складом видихнутого повітря.

Під час роботи з ручною пилкою доросла людина за 5 хвилин видихнула 99,5 л повітря (об'єм повітря приведений до нормальних умов). Повітря, що видихається, містило: N2 - 79,25%, O2 - 16,9%, CO2 - 3,85%, повітря, що вдихається: N2 79,04%, O2 - 20,93%, CO2 - 0,03%. Скільки енергії витрачено при цій роботі?

Рішення:

При розрахунку приймаємо вміст кисню в атмосферному повітрі приймаємо за 21%. Якщо в атмосферному повітрі вміст кисню 21%, а у повітрі,що видихається 16,9% , то з кожних 100мл повітря, яке проходить через легені, утилізується організмом:

21 - 16,9 = 4,1мл кисню

Та виділяється 3,85 мл вуглекислого газу.

Розраховується споживання кисню за 1 хв. Піддослідний за 5 хв видихнув 99,5 л повітря. Отже ХОД рівний 18.9 л, або 1890 мл (99,5:5=18,9л)

Складемо рівняння:

із 100 мл повітря споживалось 4,1 мл кисню

із 18900 мл повітря споживалось - х

х = (18900*4,1)/100= 774,9 мл

тобто піддослідний за 1 хв споживав 774,9 мл кисню.

Таблиця 5 Величина калоричного коефіцієнта кисню при різних значеннях дихального коефіцієнту

Розраховуємо дихальний коефіцієнт:

ДК = СО2/О2 = 3,85/4,1 = 0,85

Калоричний еквівалент кисню при даному ДК находимо в таб. 5. Він дорівнює 4,863 ккал. Помноживши об'єм спожитого кисню за 1 хв на калоричний еквівалент кисню, знаходимо витрату енергії піддослідного за 1 хв. Він складає:

0,7749 мл * 4,863 ккал = 3,768 ккал

За 1 годину:

3,768 ккал * 60 хв = 226,08 ккал

За добу:

226,08 ккал * 24 = 5426,92 ккал

Размещено на Allbest.ru