Организм как открытая саморегулирующаяся система

Хотя в каждом отдельно взятом органе (регионе) кругооборот крови в процессе её движения не совершается, для обозначения гемодинамики в органах употребляется термин «регионарное кровообращение».

Главное назначение кровообращения, в обеспечении обмена газами, веществами и продуктами их метаболизма, а также тепловой энергией между кровью и клетками тканей, реализуется на уровне сосудистой системы органов.

Именно здесь осуществляется непосредственное соприкосновение обменных сосудов с тканевыми элементами, а структурные особенности строения стенки кровеносных капилляров и низкая линейная скорость кровотока в них создают оптимальные условия для полноценного осуществления обменно-транспортной функции кровообращения. Кроме того, процессы непрерывного приспособления организма к постоянно изменяющимся условиям внешней и внутренней среды вовлекают в активную деятельность различные регионы и группы органов.

Именно здесь осуществляется непосредственное соприкосновение обменных сосудов с тканевыми элементами, а структурные особенности строения стенки кровеносных капилляров и низкая линейная скорость кровотока в них создают оптимальные условия для полноценного осуществления обменно-транспортной функции кровообращения. Кроме того, процессы непрерывного приспособления организма к постоянно изменяющимся условиям внешней и внутренней среды вовлекают в активную деятельность различные регионы и группы органов.

В то время как кровообращение в мышцах и большинстве внутренних органов определяется общими принципами и закономерностями, описанными выше, кровообращение в ряде регионов требует специального рассмотрения.

Поперечно-полосатая мускулатура сердца в отличие от скелетной характеризуется высоким потреблением энергии аэробного происхождения, что обусловливает значительную потребность миокарда в интенсивном кровоснабжении. Доставка артериальной крови в миокард осуществляется венечными (коронарными) артериями, которые, разветвляясь и широко анастомозируя во всех слоях и отделах сердца, образуют густую сеть капилляров и практически каждое мышечное волокно снабжено собственным обменным сосудом.

Венозный отток от миокарда осуществляется через широкий венечный (коронарный) синус, открывающийся в полость правого предсердия. Прекращение кровотока по коронарным артериям при их закупорке или значительном спазме приводит к стойкому снижению кровоснабжения сердечной мышцы и к развитию инфаркта миокарда, что сопровождается нарушением нагнетательной функции сердца и может привести к смерти.

Поскольку в системе коронарного русла достаточно хорошо представлен модульный принцип организации, аналогичные изменения кровотока в пределах отдельных сосудистых модулей могут проявиться в виде микроинфарктов, осложняющихся нарушением проводимости и сократимости сердечной мышцы.

В состоянии функционального покоя у взрослого человека коронарный кровоток составляет 60-70 мл/100 г/мин. От общего сердечного выброса кровоснабжение миокарда составляет 4-5 %, то есть в среднем 200-250 мл/мин. В условиях интенсивной физической работы, когда происходит активация сердечной деятельности, объёмная скорость кровотока в сердечной мышце возрастает, достигая 350-400 мл/100 г/мин. (функциональная гиперемия).

Коронарный кровоток существенно изменяется в зависимости от периода сердечного цикла. В период систолы желудочков интенсивность коронарного кровотока (особенно в миокарде левого желудочка) снижается, а во время диастолы увеличивается. Описанные периодические колебания объясняются двумя основными причинами:

1) пульсирующий характер давления в аорте;

2) изменения напряжения в стенке миокарда (основная причина).

В систолу, когда это напряжение значительно возрастает, сдавливаются сосуды среднего и внутреннего слоёв миокарда, движение крови в левой коронарной артерии затруднено. В диастолу напряжение в миокарде падает, проходимость сосудов восстанавливается и кровоток увеличивается. В увеличении кровотока через миокард в период диастолы не исключена роль реактивной (постокклюзионной) гиперемии.

Несмотря на выраженное снижение кровотока во время систолы, метаболические потребности миокарда при нормальной частоте сокращений сердца полностью удовлетворяются за счёт ряда функциональных особенностей:

1) высокая экстракция кислорода миоглобином мышцы сердца (до 75 %);

2) высокая объёмная скорость кровотока в миокарде;

3) высокая растяжимость коронарных сосудов;

4) фазные колебания кровотока в венах сердца противоположной направленности, а именно ускорение оттока крови в систолу и замедление его в диастолу.

Вместе с тем в условиях тахикардии, когда происходит укорочение диастолы, эти функциональные особенности в меньшей степени компенсируют систолическое ограничение кровоснабжения сердца.

Регуляция венечного кровообращения. Представлена местными и дистантными механизмами. Для сосудов миокарда характерна высокая выраженность базального тонуса, а также миогенная метаболическая активность гладко-мышечных клеток (ГМК). Диапазон ауторегуляции кровотока в сердечной мышце находится в пределах 70-160 мм рт. ст. Метаболическая регуляция коронарных сосудов проявляет наибольшую активность по отношению к тканевому рО₂, концентрациям аденозина и метаболитам макроэргических соединений.

Симпатические адренергические нервные волокна вызывают в ряде случаев (физическая работа, стенические отрицательные эмоции) расширение венечных сосудов и увеличение кровотока в миокарде.

Наряду с этим в других условиях (астенические отрицательные эмоции, боль и т. п.) наблюдаются симпатические коронаросуживающие эффекты.

Причины таких противоположных влияний связывают с избирательной «настройкой» чувствительности б- и в-адренорецепторов, широко представленных в ГМК коронарных сосудов, а также с концентрацией катехоламинов, которые в зависимости от «дозы-эффекта» вмешиваются в метаболизм ГМК и интерстициальной ткани.

Парасимпатические холинергические влияния, опосредованно, угнетая сократительную активность сердечной мышцы, снижают её метаболические потребности и тем самым приводят к снижению кровоснабжения миокарда.

Головной мозг характеризуется непрерывно протекающими энергоёмкими процессами, требующими потребления глюкозы мозговой тканью. Известно, что нервная ткань практически не обладает ни субстратом для анаэробных окислительных процессов, ни запасами кислорода, а, следовательно, для нормального функционирования мозга необходима высокая интенсивность его кровоснабжения. В связи с этим головной мозг, средняя масса которого 1400-1500 г, в состоянии функционального покоя получает около 750 мл/мин. крови, что составляет примерно 15 % от сердечного выброса.

Объёмная скорость кровотока при этих условиях соответствует 50-60 мл/100 г/мин. Серое вещество обеспечивается кровью интенсивнее, чем белое, что обусловлено более высокой клеточной активностью.

У детей первого года жизни величина кровотока на 50-55 % больше, а в старческом возрасте примерно на 20 % меньше, чем у человека в зрелом возрасте.

Снижение интенсивности кровоснабжения головного мозга чревато развитием дефицита кислорода и глюкозы в мозговой ткани, что может привести к нарушениям деятельности мозга.

В здоровом организме, благодаря надёжным механизмам ауторегуляции мозгового кровотока, питание мозга остаётся практически неизменным при падении системного АД вплоть до 50 мм рт. ст.

Регуляция мозгового кровообращения. Известно, что мозг расположен в ригидном костном образовании -- черепе (исключение составляют дети грудного возраста, у которых имеются роднички, придающие некоторую подвижность стенкам черепной коробки). Поскольку в полости черепа, помимо мозгового вещества, содержатся кровь и цереброспинальная жидкость, являющиеся малосжимаемыми жидкостями, их общий объём остаётся почти постоянным.

Помимо ауторегуляции кровотока, предохранение головного мозга как органа, близко расположенного к сердцу, от высокого кровяного давления и избыточности пульсации осуществляется и за счёт особенностей строения сосудистой системы мозга.

В частности, эту функцию достаточно эффективно выполняют многочисленные изгибы (сифоны) по ходу сосудистого русла, которые способствуют значительному перепаду давления и сглаживанию пульсирующего кровотока.

В активно работающем мозге возникает потребность в увеличении интенсивности кровоснабжения. Благодаря феномену функциональной (рабочей) гиперемии такая возросшая потребность полностью удовлетворяется, не вступая в противоречие с необходимостью предотвращения головного мозга от избыточности кровенаполнения. Объясняется это специфическими особенностями мозгового кровообращения.

Во-первых, при повышенной активности всего организма (усиленная физическая работа, эмоциональное возбуждение и т. д.) кровоток в мозге увеличивается примерно на 20-25 %, что не оказывает повреждающего действия, поскольку мозг -- единственный орган, основной сосудистый бассейн которого располагается на поверхности (система сосудов мягкой мозговой оболочки) и, за счёт расстояния до твёрдой мозговой оболочки, располагает резервом для некоторого кровенаполнения.

Во-вторых, физиологически активное состояние человека (включая умственную деятельность) характеризуется развитием процесса активации в строго соответствующих нервных центрах (корковых представительствах функций), где и формируются доминантные очаги. В таком случае нет необходимости в увеличении суммарного мозгового кровотока, а лишь требуется внутримозговое перераспределение кровотока в пользу активно работающих участков мозга.

Эта функциональная потребность реализуется путём активных сосудистых реакций, развивающихся в пределах соответствующих сосудистых модулей -- структурно-функциональных единиц микрососудистой системы головного мозга.

Следовательно, особенностью мозгового кровообращения является высокая гетерогенность и изменчивость распределения локального кровотока в микроучастках нервной ткани.

Важнейшей особенностью организации кровоснабжения лёгких является её двухкомпонентный характер, поскольку лёгкие получают кровь из сосудов малого круга кровообращения и бронхиальных сосудов большого круга кровообращения. Функциональное значение сосудистой системы малого круга кровообращения состоит в обеспечении газообменной функции лёгких, тогда как бронхиальные сосуды удовлетворяют собственные циркуляторно-метаболические потребности лёгочной ткани.

Лёгочная артерия и её ветви диаметром более 1 мм являются сосудами эластического типа, что способствует значительному сглаживанию пульсации крови, поступающей во время систолы правого желудочка в лёгкие. Более мелкие артерии (диаметром от 1 мм до 100 мкм) относят к артериям мышечного типа. Они обусловливают величину гидродинамического сопротивления в малом круге кровообращения.

В самых мелких артериях (диаметром менее 100 мкм) и в артериолах содержание гладко-мышечных клеток прогрессивно снижается и в артериолах диаметром менее 45 мкм они полностью отсутствуют. Поскольку безмышечные артериолы тесно связаны с окружающей альвеолярной паренхимой, интенсивность кровоснабжения лёгких непосредственно зависит от интенсивности вентиляции альвеол.

Капилляры лёгких образуют на поверхности альвеол очень густую сеть и при этом на одну альвеолу приходится несколько капилляров. В связи с тем что стенки альвеол и капилляров тесно контактируют, образуя как бы единую альвеолярно-капиллярную мембрану, создаются наиболее благоприятные условия для эффективных вентиляционно-перфузионных взаимоотношений.

В условиях функционального покоя у человека капиллярная кровь находится в контакте с альвеолярным воздухом в течение примерно 0,75 с. При физической работе продолжительность контакта укорачивается более чем в два раза и составляет в среднем 0,35 с.

В результате слияния капилляров образуются характерные для лёгочной сосудистой системы безмышечные посткапиллярные венулы, трансформирующиеся в венулы мышечного типа и далее в лёгочные вены. Особенностью сосудов венозного отдела являются их тонкостенность и слабая выраженность гладко-мышечных клеток.

Структурные особенности лёгочных сосудов, в частности артерий, определяют большую растяжимость сосудистого русла, что создаёт условия для более низкого сопротивления (в 10 раз меньше, чем в системе большого круга кровообращения), а, следовательно, более низкого кровяного давления.

В связи с этим система малого круга кровообращения относится к области низкого давления. Давление в лёгочной артерии составляет в среднем 15-25 мм рт. ст., а в венах -- 6-8 мм рт. ст. Градиент давления равен примерно 9-17 мм рт. ст., то есть значительно меньше, чем в большом круге кровообращения. Несмотря на это, повышение системного АД или же значительное увеличение кровотока (при активной физической работе человека) существенно не влияет на трансмуральное давление в лёгочных сосудах из-за их большей растяжимости.

Большая растяжимость лёгочных сосудов определяет ещё одну важную функциональную особенность этого региона, заключающуюся в способности депонировать кровь и тем самым предохранять лёгочную ткань от отёка при увеличении минутного объёма кровотока.

Минутный объём крови в лёгких соответствует минутному объёму крови в большом круге кровообращения и в условиях функционального покоя составляет в среднем 5 л/мин. При активной физической работе этот показатель может возрасти до 25 л/мин.

Распределение кровотока в лёгких характеризуется неравномерностью кровоснабжения верхних и нижних долей, так как низкое внутрисосудистое давление определяет высокую зависимость лёгочного кровотока от гидростатического давления. Так, в вертикальном положении верхушки лёгкого расположены выше основания лёгочной артерии, что практически уравнивает АД в верхних долях лёгких с гидростатическим давлением.

По этой причине капилляры верхних долей слабо перфузируются, тогда как в нижних долях благодаря суммированию АД с гидростатическим давлением кровоснабжение обильное.

Описанная особенность лёгочного кровообращения играет важную роль в установлении перфузионно-вентиляционных отношений в дыхательной системе.

Интенсивность кровоснабжения лёгких зависит от циклических изменений плеврального и альвеолярного давлений в различные фазы дыхательного цикла. Во время вдоха, когда плевральное и альвеолярное давление уменьшаются, происходит пассивное расширение крупных внелёгочных и внутрилегочных сосудов, сопротивление сосудистого русла дополнительно снижается и кровоснабжение лёгких в фазу вдоха увеличивается.

Регуляция лёгочного кровообращения. Местная регуляция лёгочного кровотока в основном представлена метаболическими факторами, ведущая роль среди которых принадлежит рО₂ и рСО₂. При снижении рО₂ и/или повышении рСО₂ происходит местная вазоконстрикция лёгочных сосудов.

Следовательно, особенностью местной регуляции кровоснабжения лёгких является строгое соответствие интенсивности локального кровотока уровню вентиляции данного участка лёгочной ткани.

Нервная регуляция лёгочного кровообращения осуществляется в основном симпатическими сосудосуживающими волокнами. Природа сосудорасширяющих нервных влияний пока не выяснена. Система лёгочного кровообращения выделяется среди всех регионов наибольшей функциональной связью с центральной регуляцией системной гемодинамики в большом круге кровообращения.

Известно, что рефлексы саморегуляции кровообращения с баро- и хеморецепторов сонного (каротидного) синуса сопровождаются активными изменениями лёгочного кровотока. В свою очередь сосуды малого круга кровообращения являются мощной рефлексогенной зоной, порождающей рефлекторные изменения в сердечно-сосудистой системе.

Гуморальная регуляция лёгочного кровообращения в значительной степени обусловлена влиянием таких биологически активных веществ, как ангиотензин, серотонин, гистамин, простагландины, которые вызывают в основном вазоконстрикцию в лёгких и повышение кровяного давления в лёгочных артериях. Активность других, широко распространённых в организме гуморальных факторов (адреналин, норадреналин, ацетилхолин) в системе регуляции лёгочного кровотока выражена в меньшей степени.



191. Методы исследования энергетических затрат организма: прямая калориметрия, непрямая калориметрия

Ещё в прошлом столетии немецкий физиолог М. Рубнер сформулировал закон поверхности тела, согласно которому энергозатраты теплокровного организма пропорциональны величине поверхности тела.

Методы биокалориметрии.

• Прямая биокалориметрия.

• Непрямая (косвенная) биокалориметрия:

§ полный газовый анализ (по объёму выделенного СО₂ и поглощённого О₂);

§ неполный газовый анализ (по объёму поглощённого О₂).

Способы расчёта должного основного обмена (ДОО).

• Правило поверхности тела (по формуле Дюбуа):

§ для мужчин ДОО = 38,6 ккал/м² в час;

§ для женщин ДОО = 35,3 ккал/м² в час.

• По таблицам Гарриса-Бенедикта.

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 этот способ используется только для специальных целей.

• В современных условиях для вычисления теплопродукции организма в системах прямой калориметрии используют данные о теплоёмкости жидкости, общем её объёме, протекающем через изолированную камеру за единицу времени, и разности температур поступающей в камеру и оттекающей оттуда жидкости.

Непрямая калориметрия:

• Основана на измерении количества потреблённого организмом О₂ и последующем расчёте энергозатрат с использованием данных о величинах дыхательного коэффициента и калорического эквивалента О₂.

• Для этой цели используют закрытые и открытые респираторные системы.

• Принцип закрытых систем состоит в том, что испытуемый вдыхает определённое количество О₂ из заполненного воздухом спирометра. При этом измеряют уменьшение объёма или парциального давления О₂. Выдыхаемая газовая смесь проходит через камеру, в которой поглощается специальным поглотителем, после чего оставшаяся газовая смесь возвращается в спирометр. Кругооборот газовой смеси оказывается замкнутым, а респираторная система - закрытой.

• Принцип открытых респираторных систем состоит в том, что пути, по которым следует вдыхаемый и выдыхаемый воздух, разделены. Обычно вдыхается атмосферный воздух, на пути выдыхаемого воздуха устанавливается прибор для измерения его объёма и концентрации содержащихся в нём СО₂ и О₂.

• Сущность непрямой калориметрии видно на примере окисления глюкозы:

С₆Н₁₂О₆+6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О + 675 ккал

192. Дыхательный коэффициент и его значение в исследовании обмена

• Дыхательный коэффициент (ДК) - отношение объёма выделенного СО2 к объёму поглощённого О2

• при окислении углеводов ДК = 1,0

• при окислении жиров ДК = 0,7

• при окислении белков ДК = 0,8

• при окислении смешанной пищи ДК = 0,85-0,9

Определив величину ДК, можно условно судить о преимущественном окислении в организме того или иного вида питательных веществ.

193. Основной обмен и факторы, влияющие на его величину

Основной обмен (ОО) - минимальный уровень энергозатрат, необходимых для поддержания жизнедеятельности организма в условиях относительно полного физического и эмоционального покоя.

В состоянии относительного покоя энергия затрачивается на осуществление функций нервной системы, постоянно идущий синтез веществ, работу ионных насосов, поддержание температуры тела, работу дыхательной мускулатуры гладких мышц, работу сердца и почек.

Энергозатраты организма возрастают при:

физической и умственной работе;

психо-эмоциональном напряжении;

после приёма пищи;

понижении температуры окружающей среды.

Величина основного обмена зависит от ряда факторов:

пол (у мужчин на 10 % выше из-за более высокого уровня андрогенов);

возраст (на 1 кг массы тела ОО у детей выше, чем у взрослых, а у взрослых - выше, чем у пожилых);

масса тела (чем больше масса тела, тем больше ОО);

рост (чем больше рост, тем больше ОО);

площадь поверхности тела (чем больше S, тем больше ОО);

функциональное состояние организма (уровень тренированности - у спортсменов ОО выше, чем у нетренированных).



194. Способы определения должных величин основного обмена. Правило поверхности тела

Для того, чтобы исключить влияние перечисленных факторов на величину энергозатрат, определение основного обмена проводят в стандартных строго контролируемых условиях:

утром;

в положении лёжа на спине;

при максимальном расслаблении мышц;

в состоянии бодрствования;

в состоянии физического и психо-эмоционального покоя;

в условиях температурного комфорта (около 22 °С);

натощак (через 12-14 часов после приёма пищи).

Для взрослого человека среднее значение величины ОО равно 1 ккал/кг/час.

Отсюда для взрослого для взрослого мужчины массой 70 кг величина энергозатрат ОО составляет около 1700 ккал/сутки, для женщин примерно 1500 ккал/сутки.

Энергозатраты в расчёте на 1 кг массы тела могут значительно колебаться. Интенсивность ОО более тесно связана с размерами поверхности тела, что обусловлено прямой зависимостью величины отдачи тепла от площади поверхности тела.

Величину О. о. обычно выражают количеством тепла в килокалориях (ккал) или в килоджоулях (кДж) в расчете на 1 кг массы тела или на 1 м² поверхности тела за 1 ч или за 1 сутки. Величина, или уровень, О. о. колеблется у различных людей и зависит от возраста, веса (массы) тела, пола и некоторых других факторов.

Если расчет интенсивности О. о. производить не на единицу веса, а на единицу площади, то выясняется, что индивидуальные различия величины О. о. менее значительны. На основании фактов, свидетельствующих о наличии закономерной связи между интенсивностью обмена веществ и величиной поверхности, немецкий физиолог Рубнер (М. Rubner) сформулировал «закон поверхности тела», согласно которому затраты энергии теплокровными животными пропорциональны величине поверхности тела.

Вместе с тем установлено, что этот закон имеет относительное значение и позволяет проводить лишь ориентировочные расчеты высвобождения энергии в организме. Против абсолютного значения «закона поверхности» свидетельствует и тот факт, что интенсивность обмена веществ может значительно различаться у двух индивидуумов с одинаковой поверхностью тела. Уровень окислительных процессов определяется, т.о. не столько теплоотдачей с поверхности тела, сколько теплопродукцией тканей и зависит от биологических особенностей вида животных и состояния организма, которое обусловлено деятельностью нервной и эндокринной систем.

195. Обмен энергии при физическом и умственном труде. Распределение населения по группам в зависимости от характера труда

Общий обмен = ОО + РП + СДДП, где

ОО - основной обмен,

РП - рабочая прибавка, то есть повышение уровня обменных процессов во время трудовой деятельности (физической или умственной),

СДДП - специфически-динамическое действие пищи.

Лёгкий труд, ккал	Средний труд, ккал	Тяжёлый труд, ккал	Очень тяжёлый труд, ккал
2200-3300	2350-3500	2500-3700	2900-4200



Категории населения в зависимости от характера труда

Обмен энергии при физическом труде

Мышечная работа значительно увеличивает расход энергии, поэтому суточный расход энергии у здорового человека, проводящего часть суток в движении и физической работе, значительно превышает величину основного обмена. Это увеличение энерготрат составляет рабочую прибавку, которая тем больше, чем интенсивнее мышечная работа.

При мышечной работе освобождается тепловая и механическая энергия. Отношение механической энергии ко всей энергии, затраченной на работу, выраженное в процентах, называется коэффициентом полезного действия. При физическом труде человека коэффициент полезного действия колеблется от 16 до 25 % и составляет в среднем 20 %, но в отдельных случаях может быть и выше.

Коэффициент полезного действия изменяется в зависимости от ряда условий. Так, у нетренированных людей он ниже, чем у тренированных, и увеличивается по мере тренировки.

Затраты энергии тем больше, чем интенсивнее совершаемая организмом мышечная работа. Степень энергетических затрат при различной физической активности определяется коэффициентом физической активности (КФА), который представляет собой отношение общих энерготрат на все виды деятельности за сутки к величине основного обмена. По этому принципу все мужское население разделено на 5 групп (табл. 10.5)

Значительные различия энергетической потребности в группах зависят от пола (у мужчин больше), возраста (снижаются после 40 лет), степени активности отдыха и уровня коммунального обслуживания.

В старости энерготраты снижаются и к 80 годам составляют 8373--9211 кДж (2000--2200 ккал).

Обмен энергии при умственном труде

При умственном труде энерготраты значительно ниже, чем при физическом.

Трудные математические вычисления, работа с книгой и другие- формы умственного труда, если они не сопровождаются движением, вызывают ничтожное (2--3 %) повышение затраты энергии по сравнению с полным покоем. Однако в большинстве случаев различные виды умственного труда сопровождаются мышечной деятельностью, в особенности при эмоциональном возбуждении работающего (лектор, артист, писатель, оратор и т.д.), поэтому и энерготраты могут быть относительно большими. Пережитое эмоциональное возбуждение может вызвать в течение нескольких последующих дней повышение обмена на 11--19 %.

196. Специфически-динамическое действие пищи

После приема пищи интенсивность обмена веществ и энерготраты организма увеличиваются по сравнению с их уровнем в условиях основного обмена. Увеличение обмена веществ и энергии начинается через час, достигает максимума через 3 ч после приема пищи и сохраняется в течение нескольких часов. Влияние приема пищи, усиливающее обмен веществ и энергетические затраты, получило название специфического динамического действия пищи.

При белковой пище оно наиболее велико: обмен увеличивается в среднем на 30 %. При питании жирами и углеводами обмен увеличивается у человека на 14--15 %.

197. Принципы регуляции температуры тела

Человек, как и другие млекопитающие, относится к организмам с постоянной температурой тела - гомойотермные организмы, в отличие от пресмыкающихся, рыб, насекомых (пойкилотермные организмы). Внутренняя, или центральная, температура тела остается относительно постоянной, несмотря на значительные колебания температуры окружающей среды. Как правило, в среднем нормальная температуры тела равна 37 ^оС с колебаниями от 36,1 ^оС до 37,2 ^оС, т.е. внутренняя температура организма контролируется в пределах 0,6 ^оС. Максимальная температура тела отмечается в 18 часов, минимальная - в 4 часа утра.

Подобно колебаниям содержания кислорода и рН, изменение внутриклеточной температуры значительно модулирует метаболизм в клетках. Многие жизненно важные ферменты функционируют в узком температурном диапазоне, что требует соответствующих механизмов для поддержания теплового баланса.

Тепло образуется в процессе метаболизма. Любое усиление клеточного метаболизма (в результате увеличения уровня тиреоидных гормонов, адреналина или норадреналина в крови, увеличения скорости основного обмена или при физических нагрузках) повышает выработку тепла. В организме человека 60 % всего тепла образуется в мышцах, 30 % - в печени, 10 % - в прочих органах. В среднем человек массой 70 кгв условиях покоя выделяет около 72 ккал/час, а чтобы повысить его температуру на 1 ^оС, надо затратить примерно 58 ккал.

Тепловой баланс - это соотношение процессов теплопродукции, теплоудержания и теплоотдачи, т.е. баланс между системами, продуцирующими тепло и системами, в которых это тепло теряется.

Теплопродукция в основном является результатом биохимических процессов, теплоотдача и теплоудержание - преимущественно результат физических процессов.



198. Физиология терморецепторов. Центры терморегуляции

Терморегуляция осуществляется рефлекторно. Колебания температуры окружающей среды воспринимаются терморецепторами. В большом количестве терморецепторы располагаются в коже, в слизистой оболочке полости рта, верхних дыхательных путях. Обнаружены терморецепторы во внутренних органах, венах, а также в некоторых образованиях центральной нервной системы.

Терморецепторы кожи очень чувствительны к колебаниям температуры окружающей среды. Они возбуждаются при повышении температуры среды на 0,007° С и понижении -- на 0,012° С.

Нервные импульсы, возникающие в терморецепторах, по афферентным нервным волокнам поступают в спинной мозг. По проводящим путям они достигают зрительных бугров, а от них идут в гипоталамическую область и к коре большого мозга. В результате возникают ощущения тепла или холода.

В спинном мозге находятся центры некоторых терморегуляторных рефлексов.

Гипоталамус является основным рефлекторным центром терморегуляции. Передние отделы гипоталамуса контролируют механизмы физической терморегуляции, т. е. они являются центром теплоотдачи. Задние отделы гипоталамуса контролируют химическую терморегуляцию и являются центром теплообразования.

Важная роль в регуляции температуры тела принадлежит коре головного мозга. Эфферентными нервами центра терморегуляции являются главным образом симпатические волокна.

В регуляции теплообмена участвует и гормональный механизм, в частности гормоны щитовидной железы и надпочечников. Гормон щитовидной железы -- тироксин, повышая обмен веществ в организме, увеличивает теплообразование. Поступление тироксина в кровь возрастает при охлаждении организма. Гормон надпочечников -- адреналин -- усиливает окислительные процессы, увеличивая тем самым теплообразование. Кроме того, под действием адреналина происходит сужение сосудов, в частности сосудов кожи, за счет этого уменьшается теплоотдача.

Приспособление организма к пониженной температуре окружающей среды. При понижении температуры окружающей среды происходит рефлекторное возбуждение гипоталамуса. Повышение его активности стимулирует гипофиз, результатом чего является усиленное выделение тиреотропина и кортикотропина, повышающих активность щитовидной железы и надпочечников. Гормоны данных желез стимулируют теплопродукцию.

Таким образом, при охлаждении включаются защитные механизмы организма, повышающие обмен веществ, теплообразование и уменьшающие теплоотдачу.

Терморецепторы располагаются в коже, во внутренних органах, дыхательных путях, скелетных мышцах и ЦНС. Больше всего терморецепторов находится в коже головы и шеи. Есть холодовые и тепловые терморецепторы. Симпатическая нервная система регулирует процессы теплопродукции (гликогенолиз, липолиз) и теплоотдачи (потоотделение, изменение тонуса кожных сосудов и т.д.). Соматическая система регулирует тоническое напряжение, произвольную и непроизвольную активность скелетных мышц, т.е. процессы сократительного термогенеза.

199. Механизмы теплопродукции. Механизмы теплоотдачи

Механизмы теплопродукции. Основное количество тепла в организме образуется при окислении белков, жиров и углеводов, а также в результате гидролиза АТФ. В условиях низкой температуры среды в организме включаются дополнительные механизмы образования тепла:

1. Сократительный термогенез (образование тепла вследствие сокращения скелетных мышц):

а) произвольная двигательная активность;

б) холодовая мышечная дрожь;

в) холодовой мышечный тонус (прирост мышечного тонуса на холоде).

2. Несократительный термогенез (образование тепла в результате активации процессов катаболизма - гликолиза, гликогенолиза, липолиза). Он может наблюдаться в скелетных мышцах, печени, буром жире (за счет специфического динамического действия пищи).

Механизмы теплоотдачи. Отдача тепла организмом в окружающую среду осуществляется следующими путями (рисунок):

1) испарение - отдача тепла за счет испарения воды;

2) теплопроведение - отдача тепла путем непосредственного контакта с холодным воздухом окружающей среды (уменьшается при наличии одежды и подкожного жирового слоя);

3) теплоизлучение - отдача тепла с участков кожи, не прикрытых одеждой;

4) конвекция - отдача тепла за счет нагревания прилежащих слоев воздуха, поднимания этих нагретых слоев и их замены холодными порциями воздуха.

В условиях температурного комфорта (20 - 22 ^оС) основное количество тепла отдается благодаря теплопроведению, теплоизлучению и конвекции, и лишь 20 % теряется с помощью испарения. При высокой температуре окружающей среды путем испарения теряется до 80 - 90 % тепла.

Теплоудержание обеспечивается подкожным жировым слоем, волосяным покровом, одеждой и поддержанием позы, при которой поверхность тела и процессы теплоотдачи минимальны. У теплокровных животных температура поддерживается на постоянном уровне. При этом можно выделить 2 зоны поддержания температуры тела: гомойотермная «сердцевина» или «ядро», где температура действительно поддерживается постоянно и пойкилотермная «оболочка» - все ткани, расположенные не глубже 3 см от поверхности тела (кожа, подкожная клетчатка и т. д.), температура которых во многом зависит от температуры окружающей среды. Для определения средней температуры тела используют формулу Бартона:

Т_тела = 2/3 Т_ядра + 1/3 Т_{оболочки}.

Рисунок. Составляющие теплового баланса человека (Рафф, 2001)



У человека средняя температура мозга, крови, внутренних органов приближается к 37 ^оС. Физиологический предел ее колебаний составляет 1,5 ^оС. Температура тела более 43 ^оС практически несовместима с жизнью человека. Существуют циркадианные, т.е. околосуточные колебания температуры тела в пределах 1 °С. Минимальная температура отмечается в предутренние часы, максимальная - во второй половине дня.

При комфортной температуре (20 - 22 ^оС) окружающей среды поддерживается определенный баланс между теплопродукцией и теплоотдачей. При температуре окружающей среды ниже 12 ^оС возрастает теплоудержание и, соответственно, теплопродукция, при температуре окружающей среды выше 22 ^оС преобладают процессы теплоотдачи и снижается теплопродукция.

200. Мышечная работа и терморегуляция. Закаливание.

Во время мышечной деятельности к теплу, производимому клетками печени, сердца, головного мозга, желез внутренней секреции и добавляется огромное количество тепла, освобождаемое в результате мышечного сокращения.

Сокращающаяся мышца производит тепло несколькими способами, основными из которых являются:

· тепло распада химических веществ, обеспечивающих энергией процесс мышечного сокращения (основной способ теплообразования)

· тепло, образующееся в результате трения сократительных элементов мышечных клеток.

Лишь некоторая часть энергии распада химических веществ может быть использована на синтез АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты), и лишь часть энергии распада АТФ идет непосредственно на мышечное сокращение. Основная же часть энергии (более 70 %) рассеивается в виде тепла, обеспечивая согревание организма. Таким образом, коэффициент полезного действия мышечного сокращения чрезвычайно низок (менее 30 %).

Итак, основную роль в производстве тепла в организме играют процессы распада, происходящие в клетках. При мышечной работе основной производитель тепла - сокращающиеся мышцы.

Изменения в системе теплорегуляции при мышечной работе

При мышечной работе существенно возрастает образование тепла в сокращающихся мышцах. При интенсивной мышечной деятельности до 95 % всего тепла, производимого в организме, обеспечивается работающими мышцами.

Если человек лежит неподвижно, но с напряженными мышцами, количество образуемого в организме тепла увеличивается на 10 %. Легкая мышечная работа увеличивает производство тепла на 60-70 %, а при тяжелой мышечной работе образование тепла в организме увеличивается в 20 раз.

Одновременно с увеличением теплообразования во время выполнения мышечной деятельности повышается и теплоотдача. Если человек выполняет динамическую работу (двигается, а не только напрягается), увеличивается конвекция, во всех случаях повышаются теплопроведение и радиация, но главное - увеличивается скорость образования пота и, в нормальных условиях, скорость его испарения.

Таким образом, при выполнении мышечной работы основным механизмом теплообразования становится испарение пота. Пот, как любая жидкость, испаряется с поглощением энергии, что приводит к снижению температуры кожи. Проходящая по коже кровь охлаждается и охлаждает в дальнейшем другие органы. Еще раз стоит отметить, что теплопроведение, конвекция и радиация возможны только при условиях, когда температура окружающей среды ниже температуры тела. Снижение кожной температуры во время работы затрудняет механизмы теплопроведения, конвекции и радиации, так как уменьшается разница температур кожи и окружающей среды. Поэтому основным способом теплоотдачи во время мышечной деятельности является испарение пота. У высококвалифицированных бегунов на длинные дистанции скорость образования пота может достигать 2-3 литров в час (!). Вследствие значительного повышения дыхания во время мышечной работы, существенно увеличивается и испарение воды с поверхности дыхательных путей.

Значительные потери воды с потом и выдыхаемым воздухом приводят к резкому снижению массы тела за короткое время. Например, марафонцы за время пробегания дистанции могут потерять в массе до 2-4 кг (!).

Если мышечная деятельность достаточно интенсивна и длительна, то, несмотря на предельную мощность работы системы терморегуляции, образование тепла в организме превышает его отдачу, и наблюдается повышение температуры организма. В редких случаях у высококвалифицированных спортсменов, натренированных преодолевать существенные изменения внутренней среды организма, повышение температуры может достигать 41⁰ C и выше (по некоторым данным температура работающих мышц может достигать 42⁰ C).

Особенно характерно повышение температуры тела для бегунов на длинные дистанции. Если соревнования проходят при жаркой погоде, да еще при относительно высокой влажности, когда испарение пота затруднено, очень часто спортсмены получают тепловые удары. Нередкие также случаи смерти спортсменов от перегревания.

Умеренное повышение температуры во время работы имеет определенные преимущества

· Увеличиваются эластические свойства связок, мышц, суставных элементов. Повышается подвижность суставов, растяжимость мышц, уменьшается риск возникновения травм

· Уменьшается вязкость крови, что облегчает работу сердца по ее продвижению.Увеличивается скорость распада веществ, что позволяет освобождаться большему количеству энергии, которая может быть использована на мышечное сокращение.

· Другие преимущества.

Изменения в системе терморегуляции в результате многолетних занятий физическими упражнениями

В результате регулярных многолетних занятий физическими упражнениями в системе терморегуляции поисходят такие изменения, которые позволяют поддерживать постоянство температуры тела при существенном увеличении скорости производства тепла, характерном для мышечной деятельности.

У профессиональных спортсменов существенно увеличена способность отдавать тепло. При одинаковой нагрузке потоотделение у спортсмена начнется раньше и будет более эффективным, чем у неспортсмена.

Механизмы теплопродукции спортсменов меняются иным образом. Коэффициент полезного действия тренированных мышц выше, чем нетренированных, поэтому во время мышечного сокращения меньшее количество энергии переходит в тепло. Однако мышцы спортсменов способны развивать значительно большее напряжение, поэтому за одинаковое время их организм все равно способен произвести большее количество тепла.

Проблема закаливания организма. Во все периоды жизни необходимо закаливать организм. Под закаливанием понимают повышение устойчивости организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды и в первую очередь к охлаждению. Закаливание достигается путем использования естественных факторов природы -- солнца, воздуха и воды. Они действуют на нервные окончания и сосуды кожи человека, повышают активность нервной системы и способствуют усилению обменных процессов. При постоянном воздействии природных факторов происходит привыкание к ним организма.

Закаливание организма эффективно при соблюдении следующих основных условий:

а) систематическое и постоянное применение естественных факторов;

б) постепенное и систематическое увеличение длительности и силы их воздействия (закаливание начинать с использования теплой воды, постепенно снижать ее температуру и увеличивать время проведения водных процедур);

в) закаливание с применением контрастных по температуре раздражителей (теплая -- холодная вода);

г) индивидуальный подход к закаливанию.

Применение природных факторов закаливания необходимо сочетать с занятиями физической культурой и спортом. Хорошо способствует закаливанию утренняя гимнастика на свежем воздухе или в комнате при открытой форточке с обязательным обнажением значительной части тела и последующими водными процедурами (обливание, душ). Закаливание является наиболее доступным средством оздоровления людей.

201. Режим питания. Теории питания

Режим питания - приспособление характера питания, частоты и периодичности приема пищи к суточным ритмам труда и отдыха, к физиологическим закономерностям деятельности ЖКТ. Принято считать наиболее рациональным четырех разовый прием пищи в одни и те же часы суток.

Общую калорийность суточного пищевого рациона целесообразно распределять так:

завтрак-25%

второй завтрак-15%

обед-35 %

ужин-25%

от суточного рациона.

История науки знает две теории питания. Первая возникла во времена античности, вторая -- классическая теория сбалансированного питания -- окончательно сформировалась в конце XIX -- первой половине XX в.

Античная теория питания

связана с именами Аристотеля и Галена и является частью их представлений о живом.

Согласно этой теории питание всех структур организма происходит за счет крови, которая непрерывно образуется в пищеварительной системе из пищевых веществ в результате сложного процесса неизвестной природы, в некотором отношении сходного с брожением. В печени происходит очистка этой крови, после чего она используется для питания всех органов и тканей.

На основе этих представлений были построены многочисленные лечебные диеты, которые должны были обеспечить более легкое превращение пищи в кровь и лучшие свойства последней.

Классическая теория сбалансированного питания

С классической теорией сбалансированного питания тесно связаны широко распространенные представления об идеальной пище и оптимальном сбалансированном питании.

Эта теория опирается на балансный подход к оценке и режиму питания, что сохраняет свое значение и в настоящее время.

В упрощенном виде этот подход сводится к тому, что в организм должны поступать вещества такого молекулярного состава, который компенсирует их расход и потери, обусловленные основным обменом, работой, а для молодых организмов--также и ростом.

Фундаментальные положения классической теории сбалансированного питания:

приток веществ должен точно соответствовать их расходу;

приток пищевых веществ обеспечивается за счет разрушения пищевых структур и всасывания полезных веществ -- нутриентов, необходимых для метаболизма и построения структур тела;

утилизация пищи осуществляется самим организмом;

пища состоит из нескольких компонентов, различных по физиологическому значению: пищевых, балластных и токсичных веществ;

метаболизм определяется уровнем аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, витаминов и некоторых солей, следовательно, можно создать так называемые элементные ( мономерные) диеты.

Пищевыми веществами называют такие химические соединения или отдельные элементы, которые необходимы организму для нормального хода его жизненно важных процессов. Общим свойством белков, жиров и углеводов является их способность удовлетворять энергетические потребности. При этом они отличаются сравнительно высоким уровнем энергии, выделяющейся при воздействии на них пищеварительных ферментов.

Пища должна содержать белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные вещества и воду. Потребность как в общем, количестве пищи, так и в отдельных пищевых веществах зависит у детей в первую очередь от возраста, а у взрослых - от вида труда и условий жизни. Чтобы полнее удовлетворить эту потребность организма, необходимо знать, какое количество энергии расходуется им в сутки. Установлено, что образующаяся в организме энергия в конечном итоге выделяется в виде тепла.

Под наилучшими нормами питания понимают такие нормы, которые у взрослого полностью покрывают все затраты организма, а у детей обеспечивают, кроме того, потребности роста и развития. Правильный режим питания способствует трудоспособности человека и является одним из важнейших условий нормальной деятельности желудочно-кишечного тракта.



202. Классификация пищи

Классификация по происхождению:

Пища животного происхождения

Пища растительного происхождения

Классификация по химическому составу:

Белки

Жиры

Углеводы

Витамины

Минералы

Классификация по предоминантной функции:

Пища, идущая на строительство организма:

-мясо, молоко, рыба, яйца, бобовые и т.д.

Пища, дающая энергию:

-крупы, сахара, жиры, масла и т.д.

Пища, защищающая организм:

-овощи, фрукты, молоко и т.д.

203. Роль белков, жиров и углеводов в питании человека

Белки пищи представляют собой вещества, состоящие из аминокислот. Аминокислоты являются:

Источником синтеза структурных белков,

Ферментов,

Гормонов белковой и пептидной природы,

Источником энергии.

Белки содержаться как в животной, так и в растительной пище. Основными источниками животных белков служат:

Мясо

Рыба

Молоко, молочные продукты,

Яйца.

Содержание растительных белков высоко в хлебе и картофеле. Белковых соединений, содержащихся в бобах, фасоли, горохе, чечевице в 1,5-2 раза выше, чем в мясных.

Характеристика белков, входящих в состав пищевого рациона включает не только энергетическую ценность, но и спектр аминокислот, 10 из 20 которых являются незаменимыми.

Белки, содержащие полный набор незаменимых аминокислот, носят название биологически полноценных белков.

*За 1 сутки в организм взрослого человека должно поступать с пищей около 80-100г белка (1г на 1 кг массы тела - белковый оптимум), прич?м 30 г белка должно быть животного происхождения.

Животный белок почти полностью способен превратиться в белковые структуры организма, в то время как синтез животного белка из растительного ид?т менее эффективно: коэффициент превращения составляет 0,6-0,7, что связано с дисфункциями незаменимых аминокислот между животными и растительными белками.

*О количестве белка, подвергшегося в организме разрушению, судят по количеству азота, выводимого из организма (моча, пот).

Состояние, при котором количество поступающего с пищей азота равно его количеству, выводимому из организма, называется азотистым равновесием.

Состояние, при котором количество введ?нного с пищей азота меньше его количества, выведенного из организма называется отрицательным азотистым балансом.

Существует понятие коэффициент изнашивания Рубнера, который указывает, что потеря белка составляет 0,028-0,065г азота на 1кг массы тела человека (примерно равно 23 г/сутки).

*Для поддержания азотистого равновесия требуется как минимум 30-45г животного белка в сутки, что и составляет физиологический минимум белка.

Белок пищи в принципе не может депонироваться. Однако в условиях белкового голодания в ряде тканей активируется с помощью тканевых протеиназ процесс деградации белка. Источниками свободных аминокислот являются белки плазмы, ферментные белки, белки печени, слизистой оболочки кишечника и мышц, что позволяет длительное время поддерживать обновление белков мозга и сердца.

Липиды пищи играют важную роль в жизнедеятельность организма.

Фосфолипиды составляют основной компонент клеточных мембран или являются источником синтеза стероидных гормонов (холестерин).

После всасывания жиров они либо претерпевают окислительный распад, либо откладываются в тканях.

Для человека важнейшими полиненасыщенными жирными кислотами являются линолевая, линоленовая, арахидоновая.

*Жиры входят в состав почти всех продуктов животного происхождения. Содержаться в мясе, рыбе, молоке, молочных продуктах и яйцах.

Растительные жиры отличаются высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот. В состав жиров входят жирорастворимые витамины: A,D,E,K.

Гиперхолестеринемия вместе с ожирением являются фактором риска ряда заболеваний (атеросклероза, инфаркта миокарда, инсульта). В среднем человек ежедневно потребляет с пищей 750 мг холестерина, который содержится в яйцах, молочном жире, жирном мясе.

Содержание в рационе жиров также влияет на уровень холестерина в крови. При этом насыщенные жирные кислоты способствуют повышению концентрации холестерина в крови, а полиненасыщенные жирные кислоты - снижению концентрации.

* В среднем, взрослому человеку требуется 70-80г жиров. При сгорании 1г жира выделяется 9,3 ккал.

Углеводы входят в состав сложных клеточных структур (гликопептиды, гликопротеины, гликолипиды, липополисахариды, гликопротеины и др.)

*Главным углеводом в рационе человека служит растительный крахмал. В организме (в мышцах и печени) углеводы запасаются в виде гликогена (запасы до 400г), которые легко мобилизуются при необходимости.

Минимальные потребности в углеводах 100- 150г/сутки, оптимальная суточная доза примерно равна 500г. Человек потребляет почти исключительно растительные углеводы.

Фрукты, зел?ные растения, картофель, злаки и овощи содержат не только усваиваемые углеводы, но также большое количество неперевариваемых углеводов типа целлюлозы (клетчатки).

При недостаточном потреблении углеводов глюкоза может образовываться пут?м глюкогенеза из глюкопластических аминокислот.

При гипогликемии возникает сильное чувство голода и понижение физической и умственной работоспособности. В тяжелых случаях потеря сознания и судороги.

*Если углеводы потребляются в избытке, то они перевариваются в жиры и откладываются в запас.

*Чрезмерное потребление углеводов может приводить к расстройствам пищеварения из-за усиления процесса брожения в толстом кишечнике.

204. Физиологические нормы питания. Принципы составления пищевого рациона

Качественный и количественный состав пищевых рационов должен обеспечивать потребность организма в веществах, из которых в его клетках и тканях могут синтезироваться собственные структуры, необходимые для процессов жизнедеятельности, приспособительных и защитных реакций.Исходным материалом для создания живой ткани и её постоянного обновления, а также единственным источником энергии для человека и животных являются органические и неорганические вещества, поступающие в организм вместе с пищей.

...