Энергетический обмен и теплопродукция реферат

Обновлено: 02.07.2024

Включает 3 этапа:
1. Поступление веществ в ткани и клетки;
2. Использование этих веществ клетками;
3. Выведение конечных продуктов обмена.
2 этап – это совокупность двух процессов:
АНАБОЛИЗМА и КАТАБОЛИЗМА

3. Метаболизм (анаболизм и катаболизм)

Анаболизм – это процессы синтеза, обновления
клеток, накопления энергии;
Катаболизм - это процессы распада сложных
молекул до конечных продуктов (Н2О, СО2,
NH3) c освобождением энергии, необходимой
для жизнедеятельности клеток.

4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН

В процессе обмена веществ постоянно
происходит превращение энергии:
Энергия органических в-в превращается в
тепловую;
механическую; электрическую.

5. ЭНЕРГИЯ РАСХОДУЕТСЯ НА:

-
Поддержание температуры тела;
Выполнение работы;
Синтез структурных элементов клеток;
Обеспечение их жизнедеятельности;
Рост и развитие органихма
В сутки в организме взрослого человека
образуется и распадается около 70 кг АТФ

6. Для определения энергообразования:

- Используют 2 метода калориметрии:
Прямая и непрямая
- Прямая калориметрия основана на
прямом определении количества тепла,
выделяемого организмом;
- Непрямая калориметрия основана на
расчете показателей газообмена (СО2 и
О2).

* Схема превращения энергии в организме
БЕЛКИ
ГЛИКОГЕН
ЖИР (ДЕПО)
аминокислоты
глюкозо-6-фосфат
нейтральный жир
мочевина
триозофосфат
жирные кислоты
пировиноградная
кислота
кетоновые тела
СО2 + Н2О
энергия
превращения АТФ
механическая работа
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
ОРГАНИЗМА
химическая работа осмотическая работа
ОСНОВНОЙ ОБМЕН
электрическая работа

8. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН

Калорический коэффициент вещества – это
количество тепла, образуемого при сгорании 1 г
вещества.
• ЖИРЫ
- 9,3 ккал;
• БЕЛКИ
- 4,1 ккал;
• УГЛЕВОДЫ - 4,1 ккал.
Калорический эквивалент кислорода – это
количество тепла, освобождающегося в организме
при использовании 1 литра кислорода на окисление
определенного пищевого вещества :
• УГЛЕВОДЫ - 5,05 ккал/л;
• ЖИРЫ
- 4,69 ккал/л;
• БЕЛКИ
- 4,46 ккал/л.

9. ДЫХАТЕЛЬНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ (ДК) –
отношение объема выделенного
углекислого газа к объему
потребленного кислорода.
• ДК для углеводов = 1,0
• ДК для белков = 0,8
• ДК для жиров = 0,7

10. ОСНОВНОЙ ОБМЕН

ОСНОВНОЙ ОБМЕН (ОО) – минимальный уровень
энергозатрат организма, необходимый для поддержания
жизнедеятельности организма в условиях физического
и эмоционального покоя
УСЛОВИЯ определения ОО: 1) утро, состояние
бодрствования, эмоциональный и физический покой
(положение лежа, мышцы расслаблены); 2) натощак
(через 12-16 часов после приема пищи); 3) температура
среды около 220С (зона температурного комфорта).
НОРМЫ ОСНОВНОГО ОБМЕНА:
У
у
у
у
мужчин среднего возраста - 1 ккал/кг/час;
женщин среднего возраста - 0,9 ккал/кг/час;
стариков - 0,7 ккал/кг/час;
детей 7 лет - 1,8 ккал/кг/час;

11. ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОСНОВНОГО ОБМЕНА У МУЖЧИН И ЖЕНЩИН

12. НАДСТРОЙКИ НА ОСНОВНОЙ ОБМЕН

РАБОЧИЙ ОБМЕН - величина энергетического
обмена, характерная для определенного вида
трудовой деятельности
РАБОЧАЯ ПРИБАВКА - разница между рабочим и
основным обменом
СПЕЦИФИЧЕСКИ-ДИНАМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ПИЩИ –
увеличение уровней энерготрат спустя 1-3 часа
после приема пищи:
• для белков - на 30%;
• для углеводов и жиров - на 15%

13. ЕЖЕСУТОЧНЫЙ РАСХОД ЭНЕРГИИ

ПОВЕРХНОСТЬ ТЕЛА
(РАЗМЕРЫ)
УРОВЕНЬ ГОРМОНОВ
(напр. ТИРЕОИДНЫХ)
ЛИХОРАДКА, ЛЕКАРСТВА,
ЭМОЦИИ
ПОЛ
ВЕЛИЧИНА ОСНОВНОГО ОБМЕНА
КОНСТИТУЦИЯ
ВОЗРАСТ
МЫШЕЧНАЯ
АКТИВНОСТЬ
(рабочий
обмен)
ТЕМПЕРАТУРА
ОБЩИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН
ПРИЕМ ПИЩИ
(Специф. динамич. действие )
ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
(терморегуляция)

ГРУППЫ РАБОТНИКОВ ПО ЭНЕРГОТРАТАМ
1. Работники, преимущественно умственного труда: инженерный
состав, врачи (кроме хирургов), работники науки и искусства,
литературы, руководители и т.п. - 2500-2800 ккал/сут
2. Работники легкого физического труда: инженерно-технический
состав, работники связи, радиоэлектронной промышленности,
медсестры, санитарки и т.п. - 2800-3000 ккал/сут
3. Работники труда средней тяжести: токари, слесари,
железнодорожники, врачи-хирурги, водители автотранспорта,
продавцы продуктов, водники - 3000-3200 ккал/сут
4. Работники тяжелого физического труда: строительные рабочие,
металлурги и литейщики, механизаторы, плотники, нефтяники и
газовики, сельхозрабочие - 3400-3700 ккал/сут
5. Работники особого тяжелого труда: шахтеры, сталевары,
вальщики леса, землекопы, грузчики - 3900-4500 ккал/сут

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГОМЕОСТАЗИС
ПОЙКИЛОТЕРМИЯ
ГОМОЙОТЕРМИЯ
ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ
ХИМИЧЕСКАЯ
(ТЕПЛОПРОДУКЦИЯ)
ФИЗИЧЕСКАЯ
(ТЕПЛООТДАЧА)
ТЕРМОИЗОЛИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ТКАНЕЙ

Механизмы терморегуляции у гомойотермных и пойкилотермных
организмов
гомойотермные животные
внешняя среда: t = + 42О
внешняя среда: t = - 20О
уровень теплопродукции
t = +37О
t = +37О
уровень теплоотдачи
пойкилотермные животные
внешняя среда: t = + 37
О
внешняя среда: t = - 20О
уровень теплопродукции
t = +30О
t = -20О
уровень теплоотдачи
в условиях
высокой температуры
в условия
низкой температуры

18. Температура неодинакова в разных местах тела

19. Температура ядра и оболочки

*
Температура оболочки тела
человека
33.3
32.4
31.1
33.5
33.5
34.0
36.6
33.4
32.9
28.5
32.5
32.2
30.0
24.4

21. ПРОТИВОТОЧНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

22. СХЕМА КРОВООБРАЩЕНИЯ В КОЖЕ

23. ПРОЦЕССЫ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ

ТЕРМОГЕНЕЗ
(ТЕПЛОПРОДУКЦИЯ)
1. БАЗИСНЫЙ
2. РЕГУЛЯТОРНЫЙ:
СОКРАТИТЕЛЬНЫЙ
- МЫШЕЧНАЯ ДРОЖЬ
- МЫШЕЧНЫЙ ТОНУС
- ПРОИЗВОЛЬНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
НЕСОКРАТИТЕЛЬНЫЙ
- АКТИВАЦИЯ ОКИСЛЕНИЯ
- РАЗОБЩЕНИЕ ОКИСЛЕНИЯ И
ФОСОРИЛИРОВАНИЯ
ТЕПЛООТДАЧА
1. ВЛАЖНАЯ
(ИСПАРЕНИЕ)
- ОЩУТИМАЯ
- НЕОЩУТИМАЯ
1 мл воды – 0.58 ккал
2. СУХАЯ
- ТЕПЛОИЗЛУЧЕНИЕ
- ТЕПЛОПРОВЕДЕНИЕ
- КОНВЕКЦИЯ:
а) естественная,
б) форсированнная

24. ТЕРМОРЕЦЕПТОРЫ

• ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ В ОБОЛОЧКЕ
ТЕПЛОВЫЕ (30 000) И ХОЛОДОВЫЕ (250 000)
• ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ В ЯДРЕ
ТЕПЛОВЫЕ И ХОЛОДОВЫЕ
• ЦЕНТРАЛЬНЫЕ
ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ НЕЙРОНЫ

25. Общий механизм терморегуляции

26. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ

Верхняя граница диапазона гипертермии – 42- 430С
(тепловая смерть)
Нижняя граница диапазона гипотермии:
• естественная - 260 С
(холодовая смерть):
• искусственная - 24-230 С
Термонейтральная зона среды – 24 - 270 С
без ощутимого потоотделения и
регуляторной теплопродукции

28. ИСКУССТВЕННЫЕ ГИПОТЕРМИЯ И ГИПЕРТЕРМИЯ

ГИПОТЕРМИЯ – снижение температуры тела
ниже 350 С.
Искусственная медицинская гипотермия – 25-280 С.
Интенсивность обмена снижается до 3 раз
ГИПЕРТЕРМИЯ – повышение температуры
тела выше 370 С.
Искусственная медицинская гипертермия – 39-400С.
Интенсивность обмена возрастает до 2 раз

Все процессы, происходящие в организме, можно разбить на 3 группы: пластические, энергетические, информационные.

Использование химической энергии в организме называют энергетическим обменом.

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую.

За счет освобождающейся в организме энергии поддерживается определенная постоянная температура тела и совершается внешняя работа. Наибольшее количество энергии в организме расходуется на процесс движения, а также сердечную деятельность дыхание, перистальтику кишечника и др.

Часть заключенной в питательных веществах химической энергии преобразуется в другие биологически полезные формы - электрическую, осмотическую, механическую. Основная часть энергии выделяется в виде тепла.

В основе процессов обмена энергии лежат законы термодинамики - взаимных превращений различных видов энергии при переходах ее от одних тел к другим в форме теплоты или работы. С точки зрения термодинамики живые организмы относятся к открытым стационарным неравновесным системам. Это означает, что во-первых, они обмениваются с окружающей средой веществом и энергией.

Определение энергозатрат организма.

Вся энергия, выделяемая при распаде питательных веществ до конечных продуктов зависит только от состояния исходного вещества и конечных продуктов и не зависит от того, через какие промежуточные стадии или пути обмена идет их распад.

Когда физическая работа не совершается, вся химическая энергия переходит в тепло, что дает возможность использовать теплопродукцию в качестве показателя интенсивности энергетического обмена.

Количество тепла, выделяемого или поглощаемого в ходе различных физических и химических процессов, рассчитывают методами прямой и непрямой калориметрии.

В физиологии и медицине калориметрия используется для изучения тепловых эффектов в покое, при различных видах деятельности и при заболеваниях.

Прямая калориметрия.

Прямая калориметрия основана на непосредственном и полном учете количества выделенного организмом тепла. Измерения проводят в специальных камерах — биокалориметрах, хорошо герметизированных и теплоизолированных от окружающей среды. Для расчета количества выделенного тепла учитывают разность температур поступающей в камеру и оттекающей от нее воды.

Непрямая калориметрия.

Для расчета энергообразования у человека применяют метод непрямой калориметрии. Метод основан на определении количества потребленного кислорода и выделенной двуокиси углерода за определенный отрезок времени (полный газовый анализ) или в условиях относительного покоя — только количества поглощенного кислорода (неполный газовый анализ) с последующим расчетом теплопродукции.

Полный газовый анализ.

В настоящее время полный газовый анализ проводят открытым респираторным методом Дуглас а—Xолдейна. Метод основан на сборе выдыхаемого воздуха в специальный приемник (воздухонепроницаемый мешок) с последующим определением общего его количества и содержания в нем кислорода и двуокиси углерода при помощи газоанализаторов.

Схема определения энергетических затрат.

1. Зная содержание газов в атмосферном воздухе, можно вычислить, насколько уменьшилось содержание кислорода и насколько увеличилось содержание двуокиси углерода в выдыхаемом воздухе, а затем на основании этих данных определить дыхательный коэффициент.

Дыхательный коэффициент. Отношение объема выделенной двуокиси углерода к объему поглощенного кислорода называется дыхательным коэффициентом.

ДК = С0₂ (л) / 0₂ (л)

Для углеводов:ДК =1 Для жиров: ДК = 0,7 Для белков: ДК = 0,80

При смешанной пище дыхательный коэффициент составляет 0,8 - 0,9.

2. Определенному дыхательному коэффициенту соответствует определенный калорический эквивалент кислорода, т.е. количество тепла, которое освобождается при полном окислении 1 г питательного вещества (до конечных продуктов) в присутствии 1 л кислорода.

3. Найденный калорический эквивалент кислорода умножают на количество потребленного кислорода и находят количество энергии необходимое для выполнения определенного вида деятельности.

Обмен энергии и методы его определения ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Обмен энергии — совокупность процессов превращения энергии, происходящих в живых организмах, и обмен энергией между организмом и окружающей средой. Обмен энергии является основой жизнедеятельности организмов и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи, отличающих живое от неживого. В обмене веществ, или метаболизме, обеспеченном сложнейшей регуляцией на разных уровнях, участвует множество ферментных систем. В процессе обмена поступившие в организм вещества превращаются в собственные вещества тканей и в конечные продукты, выводящиеся из организма. При этих превращениях освобождается и поглощается энергия.

Клеточный метаболизм выполняет четыре основные специфические функции: извлечение энергии из окружающей среды и преобразование ее в энергию макроэргических (высокоэргических) соединений в количестве, достаточном для обеспечения всех энергетических потребностей клетки; образование из экзогенных веществ (или получение в готовом виде) промежуточных соединений, являющихся предшественниками высокомолекулярных компонентов клетки; синтез белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и других клеточных компонентов из этих предшественников; синтез и разрушение специальных биомолекул, образование и распад которых связаны с выполнением специфических функций данной клетки.

Гетеротрофные клетки, в свою очередь, можно разделить на два больших класса: аэробы, которые в качестве конечного акцептора электронов в цепи переноса электронов используют кислород, и анаэробы, где такими акцепторами являются другие вещества. Многие клетки — факультативные анаэробы — могут существовать как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Другие клетки — облигатные анаэробы — совершенно не могут использовать кислород и даже гибнут в его атмосфере.

Рассматривая взаимоотношения организмов в биосфере в целом, можно заметить, что в смысле питания все они так или иначе связаны друг с другом. Это явление носит название синтрофии (совместного питания). Фототрофы и гетеротрофы взаимно питают друг друга. Первые, являясь фотосинтезирующими организмами, образуют из содержащегося в атмосфере СО2 органические вещества (например, глюкозу) И выделяют в атмосферу кислород; вторые используют глюкозу и кислород в процессе свойственного им метаболизма и в качестве конечного продукта обмена веществ вновь возвращают в атмосферу СО2. Этот круговорот углерода в природе теснейшим образом связан с энергетическим циклом. Солнечная энергия преобразуется в ходе фотосинтеза в химическую энергию восстановленных органических молекул, которая используется гетеротрофами для покрытия своих энергетических потребностей. Химическая энергия, получаемая гетеротрофами, особенно высшими организмами, из окружающей среды, частично превращается непосредственно в тепло (поддержание постоянной температуры тела), а частично — в другие формы энергии, связанные с выполнением различного рода работы: механической (мышечное сокращение), электрической (проведение нервного импульса), химической (биосинтетические процессы, протекающие с поглощением энергии), работы, связанной с переносом веществ через биологические мембраны (железы, кишечник, почки и др.). Все эти виды работы суммарно могут быть учтены по теплопродукции.

Между обменом веществ и обменом энергии существует одно принципиальное различие. Земля не теряет и не получает сколько-нибудь заметного количества вещества. Вещество в биосфере обменивается по замкнутому циклу и т.о. используется многократно. Обмен энергией осуществляется иначе. Она не циркулирует по замкнутому циклу, а частично рассеивается во внешнее пространство. Поэтому для поддержания жизни на Земле необходим постоянный приток энергии Солнца. За 1 год в процессе фотосинтеза на земном шаре поглощается около 1021 кал солнечной энергии. Хотя она составляет лишь 0,02% всей энергии Солнца, это неизмеримо больше, чем та энергия, которая используется всеми машинами, созданными руками человека. Столь же велико количество участвующего в кругообороте вещества. Так, годовой оборот углерода составляет 33?109 т.

Законы сохранения вещества и энергии послужили теоретической основой для разработки важнейшего метода исследования обмена веществ и энергии — установления балансов, т. е. определения количества энергии и веществ, поступающих в организм и покидающих его в форме тепла и конечных продуктов обмена. Для определения баланса веществ необходимы достаточно точные химические методы и знание путей, по которым различные вещества выделяются из организма. Известно, что главными пищевыми веществами являются белки, липиды и углеводы. Как правило, для оценки содержания белков в пище и в продуктах распада достаточно определить количество азота, т.к. практически весь азот пищи находится в белках, в т. ч. в нуклеопротеидах; незначительным количеством азота, входящим в состав некоторых липидов и углеводов, в опытах по определению азотистого баланса можно пренебречь. Определение липидов и углеводов в пищевых продуктах требует специфических методов, что же касается конечных продуктов обмена липидов и углеводов, то это почти исключительно СО₂ и вода.

Баланс энергии определяют на основании калорийности вводимых пищевых веществ и количества выделенного тепла, которое может быть измерено или рассчитано. При этом надо учитывать, что величина калорийности, получаемая при сжигании веществ в калориметрической бомбе, может отличаться от величины физиологической калорической ценности, т.к. некоторые вещества в организме не сгорают полностью, а образуют конечные продукты обмена, способные к дальнейшему окислению. В первую очередь это относится к белкам, азот которых выделяется из организма главным образом в виде мочевины, сохраняющей некоторый потенциальный запас калорий. Важной величиной, характеризующей особенности обмена отдельных веществ, является дыхательный коэффициент (ДК), который численно равен отношению объема выдыхаемого СО₂ к объему поглощенного О₂. Калорическая ценность, ДК и величина теплообразования, рассчитанная на 1 л потребленного О₂ для разных веществ различны. Физиологическая калорическая ценность (в ккал/г) составляет для углеводов — 4,1; липидов — 9,3; белков — 4,1; величина теплообразования (в ккал на 1 л потребленного О₂) для углеводов — 5,05; липидов — 4,69; белков — 4,49.

Интенсивность обмена веществ и энергии может быть определена прямыми и непрямыми методами. В прямых методах с помощью большого калориметра путем тончайшего измерения температуры определяют отдачу тепла, одновременно производят полное определение баланса отдельных пищевых веществ. В непрямых методах, значительно более простых, измеряют лишь отдельные параметры обмена, чаще всего количество потребленного О₂ и выделенного СО₂ за определенное время и, кроме того, для оценки интенсивности белкового обмена определяют количество азота, выделенного за это время с мочой. Поскольку содержание азота в белках приблизительно постоянно и составляет в среднем 16 г на 100 г белка, 1 г выделенного азота соответствует 6,25 1 белка, вовлеченного в метаболизм. Зная количество белка, метаболизированного за время опыта, рассчитывают, сколько О₂ пошло на окисление белка и сколько СО₂ выделилось за счет белка. Эти количества вычитают из общего количества О₂ и СО₂, измеренного в ходе опыта. В результате получают так называемые небелковые О₂ и СО₂. Из их соотношения находят небелковый ДК. С помощью данных, помещенных в таблице 1, по величине небелкового ДК находят теплопродукцию за счет небелковых веществ и долю углеводов и липидов в этой теплопродукции.

энергия обмен метаболизм калориметрия Таблица 1.

Величины дыхательного коэффициента, теплопродукции и калорического эквивалента, кислорода при потреблении смесей липидов и углеводов различного состава.

Величина дыхательного коэффициента (ДК).

Доля теплопродукции (в процентах).

Величина теплообразования, пересчитанная на 1 л потребленного О₂, т. е. калорического эквивалента (ккал на 1 л О₂).