Współczynnik oddechowy dla białek jest równy. Oznaczanie współczynnika oddechowego. Współczynnik oddechowy podczas pracy

Współczynnik oddechowy (RC) to stosunek objętości uwolnionego dwutlenku węgla do objętości tlenu pochłoniętego w określonym czasie. Jeśli podczas procesu metabolicznego w organizmie utleniają się tylko węglowodany, wówczas współczynnik oddechowy będzie równy 1. Można to zobaczyć na podstawie następującego wzoru:

W związku z tym do wytworzenia jednej cząsteczki CO 2 podczas metabolizmu węglowodanów potrzebna jest jedna cząsteczka O 2. Ponieważ zgodnie z prawem Avogadro-Gerarda równa liczba cząsteczek w tej samej temperaturze i ciśnieniu zajmuje równe objętości. Dlatego współczynnik oddechowy utleniania węglowodanów będzie równy 1:

Dla tłuszczów będzie to:

Utlenienie jednej cząsteczki tłuszczu wymaga 81,5 cząsteczek tlenu, a utlenienie 1 grama cząsteczki tłuszczu wymaga 81,5 x 22,4 litrów tlenu, czyli 1825,6 litrów O 2, gdzie 22,4 to objętość jednego grama cząsteczki w litrach . Gram cząsteczka tłuszczu wynosi 890 g, wówczas 1 litr tlenu ulega utlenieniu 487 g tłuszczu. 1 g tłuszczu po całkowitym utlenieniu uwalnia 38,945 kJ (9,3 kcal)*, a 0,487 daje 18,551 kJ. Dlatego kaloryczny odpowiednik 1 litra tlenu o współczynniku oddechowym 0,7 będzie równy 18,551 kJ. W normalnych warunkach współczynnik oddechowy mieści się w przedziale od 1 do 0,7. Przy DC wynoszącym 0,7 tłuszcze ulegają utlenieniu w organizmie, a kaloryczny ekwiwalent, czyli wartość kaloryczna 1 litra tlenu, wynosi 18,551 kJ, a przy DC wynoszącym 1 wynosi 21,135.

Współczynnik oddechowy nazywa się stosunkiem objętości uwolnionego dwutlenku węgla do pochłoniętego tlenu. Współczynnik oddechowy jest inny podczas utleniania białek, tłuszczów i węglowodanów.

Zastanówmy się najpierw, jak to będzie współczynnik oddechowy kiedy organizm zużywa węglowodany. Weźmy na przykład glukozę. Ogólny wynik utleniania cząsteczki glukozy można wyrazić wzorem:

C 6 H 12 O 6 +6O2=6CO 2 +6H 2 O

Jak widać z równania reakcji, podczas utleniania glukozy liczba cząsteczek utworzonego dwutlenku węgla i zużytego (wchłoniętego) tlenu jest równa. Jednakowa liczba cząsteczek gazu w tej samej temperaturze i pod tym samym ciśnieniem zajmuje tę samą przestrzeń (prawo Avogadra-Gerarda). W konsekwencji współczynnik oddechowy (stosunek CO2/O2) podczas utleniania glukozy jest równy jedności. Współczynnik ten jest taki sam dla utleniania innych węglowodanów.

Współczynnik oddechowy będzie poniżej jedności podczas utleniania białek. Podczas utleniania tłuszczu współczynnik oddechowy wynosi 0,7. Można to zweryfikować na podstawie wyniku utlenienia części tłuszczu. Zilustrujemy to na przykładzie utleniania tripalmityny:

2C 3 H 5 (C 15 H 31 COO) 3 + 145 O 2 = 102 CO 2 + 98 H 2 O.

Stosunek objętości dwutlenku węgla i tlenu jest w tym przypadku równy:

102CO2/145O2 = 0,703.

Podobne obliczenia można przeprowadzić dla białek; gdy są utlenione w organizmie, współczynnik oddechowy wynosi 0,8.

W przypadku mieszanej żywności współczynnik oddechowy osoby wynosi zwykle 0,85-0,9.

Ponieważ liczba kalorii uwalnianych podczas zużywania tlenu różni się w zależności od tego, czy w organizmie utleniają się białka, tłuszcze czy węglowodany, jasne jest, że powinna się różnić również w zależności od wartości współczynnika oddechowego, który jest wskaźnikiem tego, które substancje są utleniane w organizmie.

Określony współczynnik oddechowy odpowiada pewnemu kalorycznemu odpowiednikowi tlenu, jak widać z poniższej tabeli:

W niektórych warunkach, np. pod koniec intensywnej pracy mięśni, wartość współczynnika oddechowego określona w krótkim czasie nie odzwierciedla spożycia białek, tłuszczów i węglowodanów.

Współczynnik oddechowy w pracy

Podczas intensywnej pracy mięśni współczynnik oddechowy wzrasta i w większości przypadków zbliża się do jedności. Wyjaśnia to fakt, że głównym źródłem energii podczas intensywnej pracy jest utlenianie węglowodanów. Pod koniec pracy współczynnik oddechowy w ciągu pierwszych kilku minut, tzw. Okresu rekonwalescencji, gwałtownie wzrasta i może przekroczyć jeden. W kolejnym okresie współczynnik oddechowy gwałtownie spada do wartości niższych od początkowych i dopiero po 30-50 minutach po dwóch godzinach ciężkiej pracy może powrócić do normalnych wartości. Te zmiany współczynnika oddechowego są widoczne Ryż. 98.

Zmiany współczynnika oddechowego pod koniec pracy nie odzwierciedlają rzeczywistej zależności pomiędzy aktualnie zużywanym tlenem a wydzielanym dwutlenkiem węgla. Współczynnik oddechowy na początku okresu rekonwalescencji wzrasta z następującego powodu: kwas mlekowy gromadzi się w mięśniach podczas pracy, do utlenienia którego podczas pracy nie było wystarczającej ilości tlenu ( ). Ten kwas mlekowy przedostaje się do krwi i wypiera dwutlenek węgla z wodorowęglanów, przyłączając zasady. Z tego powodu ilość uwalnianego dwutlenku węgla jest większa niż ilość dwutlenku węgla aktualnie powstającego w tkankach.

Wydalanie azotu można wykorzystać do określenia metabolizmu białek. Białko zawiera około 16% azotu. Podczas metabolizmu białek około 90% azotu zawartego w białku jest wydalane z moczem w postaci mocznika, kwasu moczowego, kreatyniny i innych mniej ważnych związków zawierających azot.

Pozostałe 10% wydalane z kałem Dlatego tempo rozkładu białek w organizmie można obliczyć, oznaczając zawartość azotu w moczu: do tej ilości dodać 10% azotu wydalanego z kałem i pomnożyć przez 6,25 (tj. 100/16). W ten sposób można określić całkowitą ilość białka rozkładanego w organizmie w ciągu dnia. Przykładowo wydalenie z moczem 8 g azotu dziennie oznacza, że ​​rozkładowi uległo około 55 g białka. Jeśli dzienne spożycie białka jest mniejsze niż ilość białka rozpadu, mówi się o ujemnym bilansie azotowym, co oznacza dzienny spadek zawartości białka w organizmie.

Współczynnik oddechowy- stosunek objętości uwolnionego CO2 do objętości zużytego O2 - można wykorzystać do określenia spożycia węglowodanów i tłuszczów. Jeśli węglowodany są metabolizowane przy użyciu tlenu, wówczas utlenianie każdej cząsteczki węglowodanów wytwarza 1 cząsteczkę dwutlenku węgla i zużywa 1 cząsteczkę tlenu. W tym przypadku stosunek objętości uwolnionego dwutlenku węgla do objętości zużytego tlenu, zwany współczynnikiem oddechowym, podczas utleniania węglowodanów będzie równy 1,0.

Podczas utleniania tłuszczuŚrednio na każde 70 wyprodukowanych cząsteczek dwutlenku węgla zużywa się 100 cząsteczek tlenu. Współczynnik oddechowy utleniania tłuszczu wynosi 0,7. Gdy utleniane są tylko białka, współczynnik oddechowy wynosi około 0,8. Tlen zużyty na utlenianie tych substancji oddziałuje z atomami wodoru, których jest nadmiar w cząsteczkach tych substancji, dlatego przy użyciu równych ilości tlenu powstaje mniej dwutlenku węgla.
Z tego powodu współczynnik oddechowy podczas utleniania białek i tłuszczów jest mniejszy niż podczas utleniania węglowodanów.

Przyjrzyjmy się, jak możesz skorzystać współczynnik oddechowy w celu określenia stopnia wykorzystania określonych składników odżywczych w organizmie. Ilość dwutlenku węgla uwalnianego przez płuca podzielona przez ilość tlenu zużytego w tym samym czasie nazywana jest szybkością wentylacji płuc. Jeśli wskaźnik ten będzie monitorowany przez około godzinę, wskaźnik wentylacji płuc zrówna się ze współczynnikiem oddechowym. Kiedy wartość współczynnika oddechowego zbliża się do 1,0, oznacza to, że węglowodany zostały utlenione w organizmie, ponieważ współczynnik oddechowy podczas utleniania białek i tłuszczów jest znacznie mniejszy niż 1,0. Jeśli współczynnik oddechowy jest bliższy 0,7, wówczas w organizmie utleniane są tylko tłuszcze.

Wreszcie, jeśli nie rozważyć możliwość utleniania niewielka ilość białek, wówczas wartości współczynnika oddechowego w zakresie 0,7-1,0 mogą w przybliżeniu wskazywać na przewagę utleniania tłuszczów lub węglowodanów. Dla dokładniejszego określenia należy obliczyć spożycie białka poprzez określenie ilości wydalonego azotu, a następnie korzystając z odpowiednich wzorów matematycznych niemal dokładnie obliczyć ilość spożytych tłuszczów i węglowodanów.
Wymieńmy najwięcej istotne wyniki uzyskane z badania współczynnika oddechowego.

1. Bezpośrednio po jedzeniu węglowodany stają się najważniejszym substratem utleniania. Współczynnik oddechowy w tym okresie zbliża się do 1,0.
2. 8-10 godzin po posiłku, gdy organizm prawie wykorzystał wszystkie dostępne węglowodany, współczynnik oddechowy zbliża się do 0,7, co wskazuje na przewagę wykorzystania tłuszczów.

3. W przypadku nieleczonej cukrzycy bardzo mała ilość węglowodanów może zostać wykorzystana przez organizm w każdych warunkach, gdyż do ich stosowania potrzebna jest insulina, dlatego w ciężkiej cukrzycy współczynnik oddechowy prawie zawsze pozostaje bliski 0,7, co jest charakterystyczne dla przewagi utleniania tłuszczów.

Współczynnik oddechowy to stosunek objętości uwolnionego dwutlenku węgla do objętości wchłoniętego tlenu. Współczynnik oddechowy jest inny podczas utleniania białek, tłuszczów i węglowodanów. Zastanówmy się na przykład, jaki będzie współczynnik oddechowy, gdy organizm zużyje glukozę. Ogólny wynik utleniania cząsteczki glukozy można wyrazić wzorem:

Podczas utleniania glukozy liczba cząsteczek powstającego dwutlenku węgla i liczba cząsteczek tlenu wydatkowanego (wchłoniętego) są równe. Jednakowa liczba cząsteczek gazu w tej samej temperaturze i pod tym samym ciśnieniem zajmuje tę samą objętość (prawo Avogadra-Gerarda). Dlatego współczynnik oddechowy

stosunek) podczas utleniania glukozy i innych węglowodanów jest równy jedności.

Kiedy tłuszcze i białka ulegną utlenieniu, współczynnik oddechowy będzie poniżej jedności. Podczas utleniania tłuszczu współczynnik oddechowy wynosi 0,7. Zilustrujmy to na przykładzie utleniania tripalmityny:

Stosunek objętości dwutlenku węgla do tlenu w tym przypadku wynosi:

Podobne obliczenia można przeprowadzić dla białka; po utlenieniu w organizmie współczynnik oddechowy wynosi 0,8.

W przypadku mieszanej żywności współczynnik oddechowy osoby wynosi zwykle 0,85-0,9. Pewien współczynnik oddechowy odpowiada pewnemu kalorycznemu odpowiednikowi tlenu, jak widać z tabeli. 20.

Tabela 20 Współczynnik oddechowy i współczynnik równoważnika kalorycznego tlenu

Oznaczanie metabolizmu energetycznego człowieka w spoczynku metodą układu zamkniętego z niepełną analizą gazów. Bardzo względna stałość współczynnika oddechowego (0,85-0,90) u osób odżywiających się prawidłowo w warunkach spoczynku pozwala na dość dokładne określenie metabolizmu energetycznego człowieka w spoczynku, obliczając jedynie ilość spożytego tlenu i przyjmując jego kaloryczny odpowiednik w średni współczynnik oddechowy.

Ilość tlenu zużywanego przez organizm bada się za pomocą różnego rodzaju spirografów.

1. Jaki proces zapewnia uwolnienie energii w organizmie? Jaka jest jego istota?

Dysymilacja (katabolizm), czyli rozkład struktur komórkowych i związków organizmu z uwolnieniem energii i produktów rozpadu.

2. Jakie składniki odżywcze dostarczają organizmowi energii?

Węglowodany, tłuszcze i białka.

3. Wymienić główne metody wyznaczania ilości energii w próbce produktu.

Kalorymetria fizyczna; metody fizykochemiczne oznaczania ilości składników odżywczych w próbce i późniejsze obliczanie zawartej w niej energii; według tabel.

4. Opisać istotę metody kalorymetrii fizycznej.

Próbkę produktu spala się w kalorymetrze, a następnie wydzieloną energię oblicza się na podstawie stopnia nagrzania wody i materiału kalorymetru.

5. Napisz wzór na obliczenie ilości ciepła wydzielanego podczas spalania produktu w kalorymetrze. Rozszyfruj jego symbole.

Q = MvSv (t 2 - t 1) + MkSk (t 2 - t 1) - Qо,

gdzie Q to ilość ciepła, M to masa (w - woda, k - kalorymetr), (t 2 - t 1) to różnica temperatur pomiędzy wodą a kalorymetrem po i przed spalaniem próbki, C to ciepło właściwe pojemność, Qo to ilość ciepła wytworzonego przez utleniacz.

6. Jakie są fizyczne i fizjologiczne współczynniki kaloryczne składnika odżywczego?

Ilość ciepła wydzielanego podczas spalania 1 g substancji odpowiednio w kalorymetrze i w organizmie.

7. Ile ciepła wydzieli się podczas spalania 1 g białek, tłuszczów i węglowodanów w kalorymetrze?

1 g białka – 5,85 kcal (24,6 kJ), 1 g tłuszczu – 9,3 kcal (38,9 kJ), 1 g węglowodanów – 4,1 kcal (17,2 kJ).

8. Sformułuj prawo termodynamiki Hessa, na podstawie którego oblicza się energię wchodzącą do organizmu na podstawie ilości strawionych białek, tłuszczów i węglowodanów.

Efekt termodynamiczny zależy jedynie od zawartości ciepła początkowych i końcowych produktów reakcji i nie zależy od przemian pośrednich tych substancji.

9. Ile ciepła wydziela się w organizmie podczas utleniania 1 g białek, 1 g tłuszczów i 1 g węglowodanów?

1 g białka – 4,1 kcal (17,2 kJ), 1 g tłuszczów – 9,3 kcal (38,9 kJ), 1 g węglowodanów – 4,1 kcal (17,2 kJ).

10. Wyjaśnij przyczynę różnicy pomiędzy fizycznym i fizjologicznym współczynnikiem kalorycznym białek. W którym przypadku jest większa?

W kalorymetrze (współczynnik fizyczny) białko rozkłada się na produkty końcowe – CO 2, H 2 O i NH 3 z uwolnieniem całej zawartej w nich energii. W organizmie (współczynnik fizjologiczny) białka rozkładają się na CO 2, H 2 O, mocznik i inne substancje metabolizujące białka, które zawierają energię i są wydalane z moczem.

Określa się zawartość białek, tłuszczów i węglowodanów w produktach spożywczych, ich ilość mnoży się przez odpowiednie fizjologiczne współczynniki kaloryczne, sumuje i od sumy nie wchłanianych z przewodu pokarmowego (straty z kałem) odejmuje się 10%.

12. Oblicz (w kcal i kJ) spożycie energii, gdy 10 g białek, tłuszczów i węglowodanów zostanie dostarczone do organizmu z pożywieniem.

Q = 4,110 + 9,310 + 4,110 = 175 kcal. (175 kcal – 17,5 kcal) x 4,2 kJ, gdzie 17,5 kcal to energia niestrawionych składników odżywczych (straty z kałem – ok. 10%). Razem: 157,5 kcal (661,5 kJ).

Kalorymetria: bezpośrednia (metoda Atwatera-Benedicta); pośrednie lub pośrednie (metody Krogha, Shaternikova, Douglasa - Holdena).

14. Na czym opiera się zasada kalorymetrii bezpośredniej?

Na bezpośrednim pomiarze ilości ciepła wytworzonego przez organizm.

15. Krótko opisz budowę i zasadę działania kamery Atwater-Benedict.

Komora, w której umieszcza się osobę badaną, jest odizolowana termicznie od otoczenia, jej ścianki nie pochłaniają ciepła, wewnątrz znajdują się grzejniki, przez które przepływa woda. Na podstawie stopnia ogrzania określonej masy wody oblicza się ilość ciepła zużytego przez organizm.

16. Na czym opiera się zasada kalorymetrii pośredniej (pośredniej)?

Obliczając ilość uwolnionej energii na podstawie danych dotyczących wymiany gazowej (pochłonięty O 2 i uwolniony CO 2 dziennie).

17. Dlaczego ilość energii wydzielonej przez organizm można obliczyć na podstawie kursów wymiany gazów?

Ponieważ ilość O 2 zużywanego przez organizm i uwalnianego CO 2 odpowiada dokładnie ilości utlenionych białek, tłuszczów i węglowodanów, a co za tym idzie, energii zużywanej przez organizm.

18. Jakimi współczynnikami oblicza się zużycie energii metodą kalorymetrii pośredniej?

Współczynnik oddechowy i kaloryczny odpowiednik tlenu.

19. Co nazywa się współczynnikiem oddechowym?

Stosunek objętości dwutlenku węgla wydzielonego przez organizm do objętości tlenu zużytego w tym samym czasie.

20. Oblicz współczynnik oddechowy (RC), jeśli wiadomo, że wdychane powietrze zawiera 17% tlenu i 4% dwutlenku węgla.

Ponieważ powietrze atmosferyczne zawiera 21% O2, procent zaabsorbowanego tlenu wynosi 21% - 17%, tj. 4%. CO 2 w wydychanym powietrzu również wynosi 4%. Stąd

21. Od czego zależy współczynnik oddechowy?

22. Jaki jest współczynnik oddechowy podczas utleniania w organizmie do produktów końcowych białek, tłuszczów i węglowodanów?

Podczas utleniania białek – 0,8, tłuszczów – 0,7, węglowodanów – 1,0.

23. Dlaczego współczynnik oddechowy jest niższy dla tłuszczów i białek niż dla węglowodanów?

Więcej O 2 zużywa się do utleniania białek i tłuszczów, ponieważ zawierają one mniej wewnątrzcząsteczkowego tlenu niż węglowodany.

24. Do jakiej wartości zbliża się współczynnik oddechowy człowieka na początku intensywnej pracy fizycznej? Dlaczego?

Po pierwsze, bo źródłem energii w tym przypadku są głównie węglowodany.

25. Dlaczego współczynnik oddechowy człowieka w pierwszych minutach po intensywnej i długotrwałej pracy fizycznej jest większy niż jeden?

Ponieważ uwalnia się więcej CO 2 niż zużywa się O 2, ponieważ kwas mlekowy zgromadzony w mięśniach przedostaje się do krwi i wypiera CO 2 z wodorowęglanów.

26. Co nazywa się kalorycznym odpowiednikiem tlenu?

Ilość ciepła wydzielonego przez organizm podczas spożycia 1 litra O2.

27. Od czego zależy kaloryczny odpowiednik tlenu?

Ze stosunku białek, tłuszczów i węglowodanów utlenionych w organizmie.

28. Jaki jest kaloryczny odpowiednik tlenu podczas utleniania w organizmie (w procesie dysymilacji) białek, tłuszczów i węglowodanów?

Dla białek – 4,48 kcal (18,8 kJ), dla tłuszczów – 4,69 kcal (19,6 kJ), dla węglowodanów – 5,05 kcal (21,1 kJ).

29. Krótko opisz proces wyznaczania zużycia energii metodą Douglasa-Holdena (pełna analiza gazu).

W ciągu kilku minut osoba wdycha powietrze atmosferyczne, a wydychane powietrze zbiera się do specjalnego worka, mierzy się jego ilość i przeprowadza analizę gazów w celu określenia objętości zużytego tlenu i wydzielonego CO2. Obliczany jest współczynnik oddechowy, za pomocą którego z tabeli znajduje się odpowiedni kaloryczny równoważnik O 2, który następnie mnoży się przez objętość O 2 zużytego w danym okresie.

30. Krótko opisz metodę M. N. Shaternikova służącą do wyznaczania wydatku energetycznego u zwierząt w doświadczeniu.

Zwierzę umieszcza się w komorze, do której dostarczany jest tlen w miarę jego zużywania. CO 2 uwalniany podczas oddychania jest absorbowany przez zasady. Uwolniona energia jest obliczana na podstawie ilości zużytego O2 i średniego kalorycznego odpowiednika O2: 4,9 kcal (20,6 kJ).

31. Oblicz zużycie energii w ciągu 1 minuty, jeśli wiadomo, że badany spożył 300 ml O 2. Współczynnik oddechowy wynosi 1,0.

DK = 1,0, odpowiada kalorycznemu odpowiednikowi tlenu równemu 5,05 kcal (21,12 kJ). Zatem zużycie energii na minutę = 5,05 kcal x 0,3 = 1,5 kcal (6,3 kJ).

32. Krótko opisz proces wyznaczania zużycia energii metodą Krogha u człowieka (niepełna analiza gazów).

Osoba wdycha tlen z worka metabolicznego, wydychane powietrze wraca do tego samego worka, po uprzednim przejściu przez pochłaniacz CO 2 . Na podstawie wskazań metabolimetru określa się zużycie O2 i mnoży je przez kaloryczny odpowiednik tlenu 4,86 ​​kcal (20,36 kJ).

33. Wymień główne różnice w obliczaniu zużycia energii metodami Douglasa-Holdena i Krogha.

Metoda Douglasa-Holdena polega na obliczeniu zużycia energii na podstawie danych z pełnej analizy gazu; Metoda Krogha – tylko na podstawie objętości zużytego tlenu przy zastosowaniu kalorycznego odpowiednika tlenu charakterystycznego dla podstawowych warunków metabolicznych.

34. Co nazywa się podstawowym metabolizmem?

Minimalne zużycie energii zapewniające homeostazę w standardowych warunkach: na jawie, przy maksymalnym odpoczynku mięśniowym i emocjonalnym, na czczo (12 - 16 godzin bez jedzenia), w komfortowej temperaturze (18 - 20C).

35. Dlaczego podstawowy metabolizm określa się w standardowych warunkach: maksymalny odpoczynek mięśniowy i emocjonalny, na czczo, w komfortowej temperaturze?

Ponieważ aktywność fizyczna, stres emocjonalny, przyjmowanie pokarmu i zmiany temperatury otoczenia zwiększają intensywność procesów metabolicznych w organizmie (zużycie energii).

36. Jakie procesy zużywają podstawową energię metaboliczną w organizmie?

Aby zapewnić funkcje życiowe wszystkich narządów i tkanek organizmu, syntezę komórkową i utrzymanie temperatury ciała.

37. Jakie czynniki decydują o wartości prawidłowego (przeciętnego) podstawowego tempa metabolizmu człowieka zdrowego?

Płeć, wiek, wzrost i masa ciała (waga).

38. Jakie czynniki oprócz płci, masy ciała, wzrostu i wieku decydują o wartości prawdziwego (rzeczywistego) podstawowego tempa metabolizmu człowieka zdrowego?

Warunki życia, do których przystosowany jest organizm: stałe przebywanie w strefie zimnego klimatu zwiększa podstawową przemianę materii; długotrwała dieta wegetariańska – redukuje.

39. Wymień sposoby określenia poziomu prawidłowego podstawowego metabolizmu u człowieka. Jaką metodą określa się wartość rzeczywistej podstawowej przemiany materii człowieka w medycynie praktycznej?

Według tabel, według wzorów, według nomogramów. Metoda Krogha (niepełna analiza gazów).

40. Jaka jest wartość podstawowej przemiany materii u kobiet i mężczyzn w ciągu doby oraz w przeliczeniu na 1 kg masy ciała na dobę?

Dla mężczyzn 1500 – 1700 kcal (6300 – 7140 kJ), czyli 21 – 24 kcal (88 – 101 kJ)/kg/dzień. Kobiety mają o około 10% mniej niż ta wartość.

41. Czy podstawowa przemiana materii liczona w przeliczeniu na 1 m2 powierzchni ciała i na 1 kg masy ciała jest taka sama u zwierząt stałocieplnych i u ludzi?

W przeliczeniu na 1 m2 powierzchni ciała stałocieplnych zwierząt różnych gatunków i ludzi wskaźniki są w przybliżeniu równe, w przeliczeniu na 1 kg masy są bardzo różne.

42. Co nazywa się wymianą roboczą?

Połączenie podstawowej przemiany materii i dodatkowego wydatku energetycznego, które zapewnia funkcjonowanie organizmu w różnych warunkach.

43. Wymień czynniki zwiększające zużycie energii przez organizm. Co nazywa się specyficznym efektem dynamicznym żywności?

Stres fizyczny i psychiczny, stres emocjonalny, zmiany temperatury i innych warunków środowiskowych, specyficzne efekty dynamiczne pożywienia (zwiększone zużycie energii po jedzeniu).

44. O ile procent wzrasta zużycie energii przez organizm po spożyciu białka i pokarmów mieszanych, tłuszczów i węglowodanów?

Po spożyciu pokarmów białkowych – o 20 – 30%, pokarmów mieszanych – o 10 – 12%.

45. Jak temperatura otoczenia wpływa na wydatek energetyczny organizmu?

Zmiany temperatury w przedziale 15 – 30C nie wpływają znacząco na zużycie energii przez organizm. W temperaturach poniżej 15°C i powyżej 30°C wzrasta zużycie energii.

46. ​​​​Jak zmienia się metabolizm w temperaturze otoczenia poniżej 15? Co to za różnica

Wzrastający. Zapobiega to wychłodzeniu organizmu.

47. Jak nazywa się wydolność organizmu podczas pracy mięśni?

Wyrażony w procentach stosunek energii równoważnej użytecznej pracy mechanicznej do całkowitej energii wydanej na wykonanie tej pracy.

48. Podaj wzór na obliczenie współczynnika wydajności (wydajności) osoby podczas pracy mięśni, wskaż jego średnią wartość, rozszyfruj elementy wzoru.

gdzie A to energia równoważna pracy użytecznej, C to całkowite zużycie energii, e to zużycie energii w tym samym okresie czasu spoczynku. Wydajność wynosi 20%.

Zwierzęta poikilotermiczne (zimnokrwiste) - o niestabilnej temperaturze ciała, zależnej od temperatury otoczenia; homeotermiczne (stałocieplne) - zwierzęta o stałej temperaturze ciała, która nie zależy od temperatury otoczenia.

50. Jakie znaczenie dla organizmu ma stała temperatura ciała? W jakich narządach proces wytwarzania ciepła zachodzi najintensywniej?

Zapewnia wysoki poziom aktywności życiowej stosunkowo niezależnie od temperatury otoczenia. W mięśniach, płucach, wątrobie, nerkach.

51. Wymień rodzaje termoregulacji. Sformułuj istotę każdego z nich.

Termoregulacja chemiczna - regulacja temperatury ciała poprzez zmianę intensywności wytwarzania ciepła; termoregulacja fizyczna - poprzez zmianę intensywności wymiany ciepła.

52. Jakie procesy zapewniają wymianę ciepła?

Promieniowanie cieplne (promieniowanie), parowanie ciepła, przewodzenie ciepła, konwekcja.

53. Jak zmienia się światło naczyń krwionośnych skóry, gdy temperatura otoczenia spada i wzrasta? Jakie jest biologiczne znaczenie tego zjawiska?

Kiedy temperatura spada, naczynia krwionośne w skórze zwężają się. Wraz ze wzrostem temperatury otoczenia naczynia krwionośne w skórze rozszerzają się. Faktem jest, że zmiana szerokości światła naczyń krwionośnych, regulując wymianę ciepła, pomaga utrzymać stałą temperaturę ciała.

54. Jak i dlaczego zmienia się produkcja i wymiana ciepła przy silnej stymulacji układu współczulno-nadnerczowego?

Produkcja ciepła wzrośnie w wyniku stymulacji procesów oksydacyjnych, a wymiana ciepła zmniejszy się w wyniku zwężenia naczyń skórnych.

55. Wymień obszary lokalizacji termoreceptorów.

Skóra, naczynia skórne i podskórne, narządy wewnętrzne, centralny układ nerwowy.

56. W jakich częściach i strukturach ośrodkowego układu nerwowego zlokalizowane są termoreceptory?

W podwzgórzu, siateczkowatość śródmózgowia, w rdzeniu kręgowym.

57. W jakich częściach ośrodkowego układu nerwowego zlokalizowane są ośrodki termoregulacji? Która struktura ośrodkowego układu nerwowego jest najwyższym ośrodkiem termoregulacji?

W podwzgórzu i rdzeniu kręgowym. Podwzgórze.

58. Jakie zmiany zajdą w organizmie przy długotrwałym braku tłuszczów i węglowodanów w diecie, ale przy optymalnym spożyciu białka z pożywienia (80 - 100 g dziennie)? Dlaczego?

Nastąpi nadmierne spożycie azotu przez organizm w stosunku do spożycia i utrata masy ciała, ponieważ koszty energii zostaną pokryte głównie przez nieuzupełniane rezerwy białek i tłuszczów.

59. W jakiej ilości i w jakich proporcjach białka, tłuszcze i węglowodany powinny znajdować się w diecie osoby dorosłej (wersja średnia)?

Białka – 90 g, tłuszcze – 110 g, węglowodany – 410 g. Proporcje 1:1, 2:4, 6.

60. Jak zmienia się stan organizmu przy nadmiernym spożyciu tłuszczu?

Rozwija się (przedwcześnie) otyłość i miażdżyca. Otyłość jest czynnikiem ryzyka rozwoju chorób układu krążenia i ich powikłań (zawał mięśnia sercowego, udar mózgu itp.) oraz skrócenia średniej długości życia.

1. Jaki jest stosunek podstawowej przemiany materii u dzieci w pierwszych 3–4 latach życia, w okresie dojrzewania, w wieku 18–20 lat i u dorosłych (kcal/kg/dobę)?

Do 3-4 roku życia dzieci mają około 2 razy więcej, w okresie dojrzewania – 1,5 razy więcej niż dorośli. W wieku 18–20 lat odpowiada normie osoby dorosłej.

2. Narysuj wykres zmian podstawowej przemiany materii u chłopców wraz z wiekiem (u dziewcząt podstawowa przemiana materii jest o 5% niższa).

3. Co wyjaśnia dużą intensywność procesów oksydacyjnych u dziecka?

Wyższy poziom metabolizmu młodych tkanek, stosunkowo duża powierzchnia ciała i oczywiście większy wydatek energetyczny na utrzymanie stałej temperatury ciała, zwiększone wydzielanie hormonów tarczycy i noradrenaliny.

4. Jak zmieniają się koszty energii potrzebnej do wzrostu w zależności od wieku dziecka: do 3 miesięcy życia, przed początkiem okresu dojrzewania, w okresie dojrzewania?

Zwiększają się w ciągu pierwszych 3 miesięcy po urodzeniu, następnie stopniowo maleją i ponownie rosną w okresie dojrzewania.

5. Z czego składa się całkowity wydatek energetyczny 1-letniego dziecka i jak rozkłada się on procentowo w porównaniu do osoby dorosłej?

U dziecka: 70% przypada na podstawowy metabolizm, 20% na ruch i utrzymanie napięcia mięśniowego, 10% na specyficzne dynamiczne działanie pożywienia. U osoby dorosłej: odpowiednio 50 – 40 – 10%.

6. Czy dorośli lub dzieci w wieku 3–5 lat zużywają więcej energii podczas wykonywania pracy mięśni, aby osiągnąć ten sam korzystny rezultat, ile razy i dlaczego?

Dzieci 3 do 5 razy, ponieważ mają gorszą koordynację, co prowadzi do nadmiernych ruchów, co skutkuje znacznie mniej przydatną dla dzieci pracą.

7. Jak zmienia się wydatek energetyczny, gdy dziecko płacze, o jaki procent i w wyniku czego?

Zwiększa się o 100–200% w wyniku zwiększonej produkcji ciepła w wyniku pobudzenia emocjonalnego i wzmożonej aktywności mięśni.

8. Jaka część (w procentach) wydatku energetycznego niemowlęcia pochodzi z białek, tłuszczów i węglowodanów? (porównaj z normą dla dorosłych).

Ze względu na białka - 10%, ze względu na tłuszcze - 50%, ze względu na węglowodany - 40%. U dorosłych – odpowiednio 20 – 30 – 50%.

9. Dlaczego dzieci, zwłaszcza w okresie niemowlęcym, szybko się przegrzewają, gdy wzrasta temperatura otoczenia? Czy dzieci łatwiej tolerują wzrost czy spadek temperatury otoczenia?

Ponieważ u dzieci występuje zwiększona produkcja ciepła, niewystarczające pocenie się, a co za tym idzie parowanie ciepła, niedojrzały ośrodek termoregulacji. Degradacja.

10. Podaj bezpośrednią przyczynę i wyjaśnij mechanizm szybkiego wychłodzenia dzieci (zwłaszcza niemowląt) pod wpływem spadku temperatury otoczenia.

Zwiększony transfer ciepła u dzieci ze względu na stosunkowo dużą powierzchnię ciała, obfite ukrwienie skóry, niedostateczną izolację termiczną (cienka skóra, brak tłuszczu podskórnego) i niedojrzałość ośrodka termoregulacji; niewystarczające zwężenie naczyń.

11. W jakim wieku dziecko zaczyna doświadczać codziennych wahań temperatury, czym różnią się one od temperatur u dorosłych i w jakim wieku osiągają normy dla dorosłych?

Pod koniec 1 miesiąca życia; są nieznaczne i osiągają normę dla dorosłych po pięciu latach.

12. Jaka jest „strefa komfortu” temperatury dziecka, jaka panuje w niej temperatura, jaki jest ten wskaźnik dla dorosłych?

Temperatura zewnętrzna, przy której indywidualne wahania temperatury skóry dziecka są najmniej wyraźne, mieści się w przedziale 21 – 22 o C, u osoby dorosłej – 18 – 20 o C.

13. Które mechanizmy termoregulacji są najbardziej gotowe do działania w chwili urodzenia? W jakich warunkach u noworodków mogą uaktywnić się mechanizmy termogenezy drżeniowej?

Zwiększone wydzielanie ciepła, głównie pochodzenia innego niż dreszcze (wysoki metabolizm), pocenie się. W warunkach ekstremalnego narażenia na zimno.

14. W jakich proporcjach białka, tłuszcze i węglowodany powinny znajdować się w diecie dzieci w wieku 3 i 6 miesięcy, 1 roku, powyżej roku oraz dorosłych?

Do 3 miesięcy – 1:3:6; w wieku 6 miesięcy – 1:2:4. W wieku 1 roku i więcej – 1:1, 2:4, 6, czyli tak samo jak u dorosłych.

15. Wymień cechy metabolizmu soli mineralnych u dzieci. Z czym to się wiąże?

W organizmie dochodzi do zatrzymania soli, zwłaszcza zwiększonego zapotrzebowania na wapń, fosfor i żelazo, co wiąże się ze wzrostem organizmu.

11 Wymiana energii

Niezbędnym warunkiem utrzymania życia jest to, że organizmy otrzymują energię ze środowiska zewnętrznego i chociaż podstawowym źródłem energii dla wszystkich istot żywych jest Słońce, tylko rośliny są w stanie bezpośrednio korzystać z jego promieniowania. Poprzez fotosyntezę przekształcają energię światła słonecznego w energię wiązań chemicznych. Zwierzęta i ludzie czerpią potrzebną energię poprzez spożywanie pokarmów roślinnych. (W przypadku zwierząt mięsożernych i częściowo wszystkożernych, inne zwierzęta - roślinożerne - służą jako źródło energii.)

Zwierzęta mogą także bezpośrednio otrzymywać energię z promieni słonecznych, np. zwierzęta poikilotermiczne utrzymują w ten sposób temperaturę ciała. Ciepła (pobranego ze środowiska zewnętrznego i wytworzonego w samym organizmie) nie można jednak przekształcić w żaden inny rodzaj energii. Organizmy żywe, w przeciwieństwie do urządzeń technicznych, zasadniczo nie są do tego zdolne. Maszyna wykorzystująca energię wiązań chemicznych (np. silnik spalinowy) najpierw zamienia ją na ciepło, a dopiero potem na pracę: energię chemiczną paliwa → ciepły → pracy (rozprężanie gazu w cylindrze i ruch tłoka). W organizmach żywych możliwy jest tylko ten schemat: energia chemiczna → Stanowisko.

Zatem energia wiązań chemicznych w cząsteczkach substancji spożywczych jest praktycznie jedynym źródłem energii dla organizmu zwierzęcego, a energia cieplna może być przez niego wykorzystana jedynie do utrzymania temperatury ciała. Ponadto ciepło, ze względu na szybkie rozpraszanie się w otoczeniu, nie może być magazynowane w organizmie przez dłuższy czas. Jeżeli w organizmie pojawia się nadmiar ciepła, wówczas dla zwierząt homeotermicznych staje się to poważnym problemem, a czasami wręcz zagraża ich życiu (patrz rozdział 11.3).

11.1. Źródła energii i sposoby jej przemiany w organizmie

Organizm żywy jest otwartym układem energetycznym: otrzymuje energię z otoczenia (prawie wyłącznie w postaci wiązań chemicznych), zamienia ją na ciepło lub pracę i w tej postaci zwraca ją środowisku.

Składniki składników odżywczych dostające się do krwi z przewodu żołądkowo-jelitowego (na przykład glukoza, kwasy tłuszczowe czy aminokwasy) same w sobie nie są w stanie bezpośrednio przekazać energii swoich wiązań chemicznych konsumentom, na przykład pompa potasowo-sodowa lub mięśniowa aktyna i miozyna. Istnieje uniwersalny pośrednik między „nośnikami energii” żywności a „konsumentami” energii - trifosforan adenozyny (ATP). On jest tym jedynym bezpośrednie źródło energia dla wszelkich procesów zachodzących w organizmach żywych

ciało. Cząsteczka ATP jest połączeniem adeniny, rybozy i trzech grup fosforanowych (ryc. 11.1).

Wiązania pomiędzy resztami kwasowymi (fosforanami) zawierają znaczną ilość energii. Poprzez oddzielenie końcowego fosforanu pod działaniem enzymu ATPazy, ATP przekształca się w difosforan adenozyny (ADP). To uwalnia 7,3 kcal/mol energii. Energia wiązań chemicznych w cząsteczkach żywności jest wykorzystywana do resyntezy ATP z ADP. Rozważmy ten proces na przykładzie glukozy (ryc. 11.2).

Pierwszym etapem wykorzystania glukozy jest glikoliza Podczas tego procesu najpierw przekształca się cząsteczka glukozy kwas pirogronowy (pirogronian), dostarczając jednocześnie energii do resyntezy ATP. Następnie pirogronian przekształca się w acetylokoenzym A - produkt początkowy do kolejnego etapu recyklingu - Cykl Krebsa. Wielokrotne przemiany substancji składające się na istotę tego cyklu dostarczają dodatkowej energii do resyntezy ATP i kończą się uwolnieniem jonów wodorowych. Trzeci etap rozpoczyna się od przeniesienia tych jonów do łańcucha oddechowego - fosforylacja oksydacyjna, w wyniku czego powstaje również ATP.

Podsumowując, wszystkie trzy etapy recyklingu (glikoliza, cykl Krebsa i fosforylacja oksydacyjna) składają się na proces oddychanie tkankowe. Zasadnicze znaczenie ma to, aby pierwszy etap (glikoliza) przebiegał bez użycia tlenu (oddychanie beztlenowe) i prowadzi do powstania tylko dwóch cząsteczek ATP. Dwa kolejne etapy (cykl Krebsa i fosforylacja oksydacyjna) mogą zachodzić tylko w środowisku tlenowym (oddychanie aerobowe). Całkowite wykorzystanie jednej cząsteczki glukozy skutkuje pojawieniem się 38 cząsteczek ATP.

Istnieją organizmy, które nie tylko nie potrzebują tlenu, ale także giną w środowisku tlenowym (lub powietrznym) - obligatoryjnie beztlenowce. Należą do nich na przykład bakterie wywołujące zgorzel gazową (Clostridium perfringes), tężec (C. tetani), zatrucie jadem kiełbasianym (C. botulinum) itp.

U zwierząt procesy beztlenowe są pomocniczym rodzajem oddychania. Na przykład przy intensywnych i częstych skurczach mięśni (lub skurczach statycznych) dostarczanie tlenu przez krew jest opóźnione w stosunku do potrzeb komórek mięśniowych. W tym czasie tworzenie ATP zachodzi beztlenowo z akumulacją pirogronianu, w który przekształca się kwas mlekowy (mleczan). Rozwój dług tlenowy. Zaprzestanie lub osłabienie pracy mięśni niweluje rozbieżność pomiędzy zapotrzebowaniem tkanki na tlen a możliwościami jego dostarczenia; mleczan przekształca się w pirogronian, który albo poprzez etap acetylokoenzymu A ulega utlenieniu w cyklu Krebsa do dwutlenku węgla, albo poprzez glukoneogenezę zamienia się w glukozę.

Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki każda przemiana energii z jednego rodzaju na inny następuje z obowiązkowym wytworzeniem znacznej ilości ciepła, które następnie jest rozpraszane w otaczającej przestrzeni. Zatem synteza ATP i transfer energii z ATP do rzeczywistych „odbiorców energii” następuje z utratą około połowy tej energii w postaci ciepła. Upraszczając, możemy przedstawić te procesy w następujący sposób (ryc. 11.3).

Około połowa energii chemicznej zawartej w żywności jest natychmiast zamieniana na ciepło i rozpraszana w przestrzeni, druga połowa trafia do tworzenia ATP. Wraz z późniejszym rozkładem ATP połowa uwolnionej energii jest ponownie przekształcana w ciepło. W rezultacie zwierzę i człowiek mogą wydać nie więcej niż 1/4 całej energii zużywanej w postaci pożywienia na wykonanie pracy zewnętrznej (na przykład bieganie lub przemieszczanie dowolnych obiektów w przestrzeni). Zatem wydajność wyższych zwierząt i ludzi (około 25%) jest kilkakrotnie wyższa niż na przykład wydajność silnika parowego.

Cała praca wewnętrzna (z wyjątkiem procesów wzrostu i gromadzenia tłuszczu) szybko zamienia się w ciepło. Przykłady: (a) energia wytwarzana przez serce zamienia się w ciepło w wyniku oporu naczyń krwionośnych wobec przepływu krwi; (b) żołądek wykonuje pracę polegającą na wydzielaniu kwasu solnego, trzustka wydziela jony wodorowęglanowe, w jelicie cienkim substancje te oddziałują, a zgromadzona w nich energia zamienia się w ciepło.

Efekty zewnętrznej (użytecznej) pracy wykonanej przez zwierzę lub człowieka również ostatecznie zamieniają się w ciepło: ruch ciał w przestrzeni ogrzewa powietrze, wznoszone konstrukcje zapadają się, oddając zawartą w nich energię ziemi i powietrzu w postaci ciepła. Piramidy egipskie są rzadkim przykładem tego, jak energia skurczu mięśni, zużyta prawie 5000 lat temu, wciąż czeka na nieuniknioną przemianę w ciepło.

Równanie bilansu energetycznego:

mi = A + H + S,

Gdzie E- całkowita ilość energii otrzymanej przez organizm z pożywienia; A - praca zewnętrzna (użyteczna); N - przenikanie ciepła; S- zmagazynowana energia.

Straty energii poprzez mocz, sebum i inne wydzieliny są niezwykle małe i można je pominąć.