Il concetto di metabolismo di base e metabolismo generale. BX. Equazioni per il calcolo del valore del cambio principale. Legge della superficie corporea. Controlla se stai commettendo errori alimentari che portano a un inutile rallentamento del metabolismo.

Capitolo 14

PROCESSO DI TERMOREGOLAZIONE

Scambio di energia nel corpo

termoregolazione

caratteristiche generali scambio di energia. BX

L'energia è necessaria per la vita di un organismo. Esiste in esso in quattro forme principali: chimica, meccanica, elettrica e termica. Il posto centrale tra queste forme spetta all'energia chimica (ATP), che può essere irreversibilmente convertita in tutti gli altri tipi di energia. Così, scambio di energiaè un insieme di processi di trasformazione varie forme energia tra di loro, così come l'accumulo e l'uso di composti macroergici. Composti macroergici (ad alta energia). chiamato biologicamente attivo composti organici, che hanno un legame chimico fragile, la cui scissione rilascia una quantità sufficiente di energia libera da impegnare lavoro utile nella cellula: sintesi composti chimici, trasporto di sostanze contro il loro gradiente di concentrazione, contrazione muscolare, ecc.

L'energia viene spesa per i processi di sintesi cellulare, per l'implementazione di vari funzioni fisiologiche, SU lavoro esterno, mantenimento della temperatura corporea, ecc. La continuazione della vita è possibile solo con il costante rifornimento di riserve energetiche, che avviene a causa dell'assunzione di cibo. Quando 1 g di grasso viene ossidato nel corpo, vengono rilasciati 9,3 kcal, 1 g di proteine ​​​​e carboidrati - 4,1 kcal ciascuno, rispettivamente.

Kilocaloria (kcal) - la quantità di calore (energia) necessaria per aumentare di 1°C la temperatura di 1 kg di acqua. Parte più grande L'energia rilasciata nel corpo viene convertita in calore e solo un quinto (20%) viene convertito in energia meccanica. Una piccola parte dell'energia rilasciata viene convertita in energia elettrica. In definitiva, tutti i tipi di energia vengono rilasciati nell'ambiente principalmente sotto forma di energia termica.

Il rapporto tra la quantità di energia fornita con il cibo e l'energia consumata dal corpo è chiamato bilancio energetico. Può essere positivo, equilibrato e negativo. Con un'alimentazione in eccesso che supera l'effettivo dispendio energetico, il bilancio energetico è positivo, si ha un accumulo di riserve energetiche dovuto ad un aumento della massa di tessuto adiposo. In condizioni di malnutrizione il bilancio energetico è negativo, le riserve di sostanze ricche di energia diminuiscono. Per avere un'idea della quantità di energia consumata dal corpo è sufficiente misurare la quantità di calore che viene rilasciata nell'ambiente esterno.

Lo scambio di energia umana, o il cosiddetto scambio generale, consiste nello scambio di base e nell'incremento lavorativo. Il metabolismo basale è il livello minimo di metabolismo e dispendio energetico di una persona sveglia in uno stato di riposo muscolare e mentale, a stomaco vuoto e ad una temperatura ambiente 18-20°C. Un aumento di lavoro è un aumento dei costi energetici del corpo durante il lavoro muscolare. Per gli uomini di mezza età (circa 35 anni), altezza media (circa 170 cm) e con un peso corporeo medio (circa 70 kg), il metabolismo basale è di 1 kcal per 1 kg di peso corporeo all'ora, ovvero 1700 kcal al giorno . Nelle donne dello stesso peso, è inferiore di circa il 5-10%. È più alto nei bambini che negli adulti. Nella vecchiaia, il metabolismo basale diminuisce. Nelle condizioni del metabolismo di base, l'energia viene spesa per mantenere l'attività vitale del corpo, il lavoro organi interni mantenimento della temperatura corporea.

Per malattie febbrili (malaria, tifo, tubercolosi, ecc.), iperfunzioni ghiandola tiroidea il metabolismo basale può aumentare fino al 150%. Con l'ipofunzione della ghiandola pituitaria, della ghiandola tiroidea, delle gonadi, il metabolismo basale diminuisce e aumenta la deposizione di grasso.

Dopo aver mangiato, l'intensità del metabolismo e i costi energetici del corpo aumentano rispetto al loro livello in condizioni di metabolismo basale. Questo effetto dell'assunzione di cibo sul metabolismo e sul consumo di energia è chiamato azione dinamica specifica del cibo. Con il cibo proteico, il metabolismo aumenta in media del 30%, con il consumo di grassi e carboidrati - del 15%.

Naturalmente, il metabolismo è un argomento enorme, che coinvolge un numero innumerevole di processi chimici complessi.

In questa pagina, toccheremo solo brevemente alcuni aspetti che sono rilevanti per l'argomento del sito. Parleremo brevemente di:

  1. generale metabolismo,
  2. scambio di energia,
  3. scambio acqua-sale.

Il metabolismo energetico e il metabolismo del sale marino sono scelti perché il sudore prende di più Partecipazione attiva. E comprendere i processi del metabolismo generale è la chiave di tutto il resto.

Metabolismo generale.

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Ogni giorno con il cibo, una varietà di sostanze nutritive entra nel nostro corpo. Ma, allo stesso tempo, il nostro corpo non è composto da carote, cavoli o pollo Kiev. È costituito da proteine, grassi, carboidrati e molte altre sostanze sintetizzate dall'organismo stesso nel processo del metabolismo.

Metabolismo (metabolismo) - un insieme di reazioni chimiche che si verificano in un organismo vivente per mantenere la vita.

Grazie a queste reazioni chimiche, i nutrienti che entrano nel nostro corpo vengono convertiti in parti costitutive delle cellule di questo stesso organismo e da esso vengono rimossi i prodotti di decadimento.

catabolismo e anabolismo

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reazioni chimiche nel corpo vengono eseguite in due direzioni opposte.

Da un lato, si sta dividendo connessioni complesse a quelli più semplici ( catabolismo o dissimilazione).

D'altra parte, è la sintesi di composti complessi da quelli più semplici. La combinazione di queste reazioni è chiamata anabolismo o assimilazione.

Nel corpo, i processi di catabolismo e anabolismo sono in uno stato di equilibrio dinamico.

La predominanza dei processi anabolici porterà alla crescita, ad un aumento della massa tissutale.

La predominanza dei processi di catabolismo porterà prima alla perdita di peso e alla distruzione del grasso, e poi del resto dei tessuti del nostro corpo.

Quando le velocità di questi processi sono uguali, la crescita dell'organismo si arresta e il metabolismo passa in uno stato vicino allo stazionario.

Nell'infanzia e nell'adolescenza, le reazioni anaboliche predominano in una persona. Nella vecchiaia - catabolico.

Quattro fasi del processo

Il metabolismo può essere suddiviso in diverse fasi:

  1. Il primo stadio (dissimilazione) - inizia nel tratto gastrointestinale. In questa fase, la scissione enzimatica del complesso materia organica ingerito sotto forma di cibo. Come risultato di questa scissione, si formano molecole semplici da molecole complesse, alcune delle quali serviranno successivamente come materiale di partenza per future sintesi.
  2. In questa fase, i prodotti della scissione vengono assorbiti attraverso la parete intestinale nel sangue e trasportati dal sangue attraverso i vasi e i capillari in ogni cellula del nostro corpo, nei luoghi della futura sintesi.
  3. I processi di scissione catabolica continuano nelle cellule, ma in parallelo con essi si verificano processi di sintesi anabolica, con conseguente sostanze semplici complessi, già insiti nel nostro corpo stesso, sono costruiti: proteine, lipidi (grassi), carboidrati, zuccheri, acidi nucleici e molti altri.
  4. In questa fase, il corpo viene liberato dai prodotti di decadimento, ad es. cose di cui non ha più bisogno.

La parte principale delle sostanze di scarto viene escreta attraverso il sistema urinario e tratto gastrointestinale. L'altra parte è attraverso la pelle sotto forma di sudore. Il carbonio (sotto forma di anidride carbonica CO2) e l'idrogeno (sotto forma di vapore) vengono escreti attraverso i polmoni.

Scambio energetico

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Tutti i processi sopra descritti richiedono energia.

Il problema di fornire energia al nostro corpo è risolto allo stesso modo del problema di fornirgli sostanze per la sintesi.

Ripetiamo qui in parte il contenuto della sezione precedente.

La fonte di energia, così come la fonte delle materie prime per la sintesi di tutte le sostanze del corpo, è il cibo.

Il cibo, entrando nel nostro corpo, viene scomposto. Durante la scissione, l'energia viene rilasciata. Parte di questa energia viene dissipata, aumentando la temperatura corporea. L'altra parte sarà utilizzata nelle reazioni di sintesi.

A differenza delle reazioni cataboliche che rilasciano calore, le reazioni anaboliche, al contrario, richiedono energia per funzionare. Questa energia necessaria sarà ottenuta da loro come risultato di reazioni di scissione cataboliche.

L'ATP è una fonte universale di energia

L'energia rilasciata durante la scomposizione delle sostanze organiche non viene immediatamente utilizzata dalla cellula, ma viene prima immagazzinata sotto forma di composti speciali, solitamente adenosina trifosfato (ATP).

Innanzitutto, questo composto è noto come fonte universale di energia per tutti i processi biochimici che avvengono nei sistemi viventi.

. L'ATP viene sintetizzato nelle cellule durante le reazioni di catabolismo.

L'ATP è una sorta di accumulatore di energia nella cellula.

Durante la sintesi dell'ATP, questa batteria, in senso figurato, viene "caricata" dell'energia che si verifica durante la scomposizione delle sostanze fornite con il cibo.

Successivamente, l'ATP stesso subisce la scissione. La batteria sarà scarica.

Questo scarico si adatta alle esigenze della sintesi e garantisce la continuità dell'approvvigionamento. Quando richiesto, l'ATP viene scomposto e fornisce energia per le reazioni di sintesi di proteine, grassi, carboidrati e qualsiasi altro funzioni vitali cellule.

Circolazione di energia e materia

Le molecole proteiche funzionano nel corpo da diverse ore a diversi giorni. Durante questo periodo si accumulano disturbi e le proteine ​​\u200b\u200bdiventano inadatte a svolgere le loro funzioni. Sono sostituiti da quelli appena sintetizzati e quelli vecchi vengono divisi con il rilascio di energia. Parte dell'energia viene nuovamente dissipata, aumentando la temperatura corporea. Ma l'altra parte viene nuovamente utilizzata per la sintesi di ATP, e così, in cerchio, mentre siamo vivi.

Questa è la circolazione di materia ed energia.

METABOLISMO ACQUA-SALE

METABOLISMO ACQUA-SALE

- un insieme di processi di consumo di acqua e sali (elettroliti), loro assorbimento, distribuzione negli ambienti interni ed escrezione dal corpo.

Acqua nei tessuti umani

La percentuale di acqua nei tessuti umani è di circa il 65-70%. Ma per tutta la vita, questo numero non è costante.

Un embrione umano di 4 mesi contiene acqua - 94%
in un neonato - 74%
in un adulto - circa 65.

Con l'età, la quantità di acqua diventa ancora inferiore. Molti scienziati ritengono che una delle cause dell'invecchiamento umano sia una diminuzione della capacità dei colloidi, in particolare delle proteine, di legarsi grandi quantità acqua.

La distribuzione dell'acqua nel corpo umano non è uniforme.

Quantità minima contiene:
ossa - 45% e
tessuto adiposo - 29%,
Maggiore:
urina - 83%
sangue - 92%,
sudore - 97%,
saliva - 99%.

Nella pelle - 72%
B da tessuto connettivo -80%
Nei reni - 82%

Maggior parte l'acqua nel corpo (nell'uomo fino a 2/3) è acqua intracellulare; una parte più piccola (nell'uomo, circa 1/3) è acqua extracellulare.

Consumo giornaliero di acqua

Il consumo umano giornaliero di acqua è di circa 2,5 litri.

  1. Beve 1,2 litri
  2. Prende 1 litro dal cibo.
  3. Riceve 0,3 l durante l'ossidazione dei nutrienti.

Con un normale equilibrio idrico, la stessa quantità di acqua (circa 2,5 litri) viene escreta dal corpo:

  1. 1-1,5 l escreto dai reni
  2. circa 0,5 l viene escreto con il sudore
  3. circa 0,4 l viene espulso dai polmoni attraverso la respirazione
  4. 0,05 - 0,2 l viene escreto con le feci

funzione di trasporto acqua

L'acqua nella composizione di sangue, linfa, urina o sudore svolge il ruolo di trasporto.

Con l'aiuto del sangue, i nutrienti necessari per la sintesi entrano nei siti di sintesi. Viene erogato l'ossigeno coinvolto nelle reazioni di ossidazione sangue arterioso dai polmoni a ogni cellula del corpo. I prodotti di decadimento non necessari, al contrario, vengono portati via sangue venoso e, successivamente, vengono escreti dal corpo nella composizione di urina e sudore.

L'acqua intracellulare è il mezzo in cui avvengono i processi metabolici. In questo caso, è un intermediario tra le sostanze interagenti. Cioè, fornisce questa interazione e, quindi, mantiene le sue funzioni di trasporto.

A causa di ciò, l'acqua è direttamente coinvolta nella formazione delle strutture cellulari e, in larga misura, ne determina l'attività. Pertanto, l'intensità dei processi di fosforilazione ossidativa che si verificano in essi (uno degli stadi della sintesi di ATP) dipende dal grado di rigonfiamento dei mitocondri e l'attività della biosintesi proteica dipende dalla saturazione dei ribosomi con l'acqua. Solo a un certo grado di idratazione, le proteine ​​e gli acidi nucleici mostrano pienamente la loro attività biologica.

elementi minerali

Gli elementi minerali sono nel corpo sotto forma di sali, che si scompongono in ioni. La circolazione di questi elementi nel corpo è chiamata metabolismo del sale.

Gli organismi contengono ioni Na+, K+, Ca++, Mg++, Cl-, solfati, fosfati, bicarbonati; determinano la natura dei processi fisico-chimici nei tessuti.

Di particolare importanza elementi minerali nel funzionamento dell'apparato enzimatico di qualsiasi organismo vivente.

Molti reazioni enzimatiche si verificano solo in presenza di determinati ioni.

Di particolare importanza tra minerali Avere

oligoelementi. Fanno parte degli organismi viventi in quantità molto ridotte, tuttavia sono estremamente necessari, poiché la loro assenza porta a gravi disturbi metabolici. Ciò è spiegato dal fatto che gli oligoelementi attivano molti processi enzimatici (facendo parte degli enzimi stessi o dei loro attivatori) e sono anche necessari per la formazione di determinate vitamine e ormoni.

I micronutrienti includono: V, Mn, Zn, Si, Mo, Co, Ni, Li, Se, I, CI, Br e alcuni altri elementi.

Mantenimento delle concentrazioni di soluto - condizione importante vita.

Le concentrazioni di sostanze disciolte nel corpo devono rimanere costanti entro limiti abbastanza ristretti, poiché per il decorso ottimale dei processi metabolici è necessaria una composizione dei fluidi corporei completamente definita e relativamente invariata.

Deviazioni significative dalla composizione normale sono generalmente incompatibili con la vita. La sfida per un organismo vivente è mantenere una corretta concentrazione di soluti nei fluidi corporei, anche se l'assunzione alimentare di queste sostanze può variare notevolmente.

Un mezzo per mantenere una concentrazione costante è l'osmosi.

Osmosi

L'osmosi è il processo di diffusione unidirezionale attraverso una membrana semipermeabile di molecole di solvente nella direzione di una maggiore concentrazione del soluto (minore concentrazione del solvente).

Nel nostro caso, la membrana semipermeabile è la parete cellulare.

La cellula è piena di liquido intracellulare. Le cellule stesse sono circondate da fluido intercellulare. Se le concentrazioni di qualsiasi sostanza all'interno e all'esterno della cellula non sono le stesse, si verificherà un flusso di liquido (solvente), che cerca di equalizzare le concentrazioni (movimento da un'area con una concentrazione più alta verso una concentrazione più bassa).

Interconnessione degli scambi idrici e salini

Se parliamo di mantenere una concentrazione costante di sostanze disciolte all'interno del nostro corpo, allora acqua e scambi di sale sono strettamente interconnessi.

Cioè, la concentrazione di una sostanza nel corpo può aumentare, da un lato,

Con un aumento della sua assunzione nella composizione del cibo,

Dall'altro lato,

Riducendo la quantità di acqua nel nostro sangue.

Ciò può accadere in caso di mancanza di acqua oa causa di qualsiasi malattia che porti alla disidratazione. Allo stesso tempo, il volume del consumo di questa sostanza rimarrà invariato.

Non stiamo affatto dicendo che queste situazioni siano identiche. Vogliamo solo sottolineare l'interconnessione degli scambi di acqua e sale.

Regolamento metabolismo del sale marino

Per mantenere una concentrazione costante di varie sostanze nei processi metabolici, il nostro corpo è dotato di una varietà di sistemi regolatori.

Nella regolazione del metabolismo dell'acqua nell'uomo e negli animali, gli impulsi di speciali recettori che rispondono osmoticamente ai cambiamenti di concentrazione sono di fondamentale importanza. sostanze attive, volume del liquido e composizione ionica. Questi dati vengono trasmessi al sistema nervoso centrale, a seguito del quale l'escrezione di acqua e sali dal corpo e il loro consumo da parte del corpo cambiano di conseguenza: compaiono una sensazione di sete e il cosiddetto appetito di sale.

Gli ormoni ipofisari hanno un impatto significativo sul bilancio idrico. L'ormone diuretico della ghiandola pituitaria anteriore assicura l'escrezione di acqua e il suo antagonista vasopressina (ormone della ghiandola pituitaria posteriore) trattiene l'acqua, assicurandone il riassorbimento nei tubuli renali.

Il metabolismo principale - i costi energetici sono associati al mantenimento del livello minimo di processi ossidativi necessari per la vita cellulare e all'attività di organi e sistemi costantemente funzionanti: muscoli respiratori, cuore, reni, fegato. Una parte del consumo energetico in termini di metabolismo basale è associata al mantenimento del tono muscolare. Il rilascio di energia termica durante tutti questi processi fornisce la produzione di calore necessaria per mantenere la temperatura corporea ad un livello costante, solitamente superiore alla temperatura dell'ambiente esterno.

Condizioni per determinare il metabolismo di base: il soggetto deve essere

1) in uno stato di riposo muscolare (posizione sdraiata con muscoli rilassati), senza essere esposto a irritazioni che causano stress emotivo;

2) a stomaco vuoto, cioè 12-16 ore dopo un pasto;

3) ad una temperatura esterna di “comfort” (18-20°C), che non provochi sensazione di freddo o caldo.

Il metabolismo basale è determinato nello stato di veglia. Durante il sonno, il livello dei processi ossidativi e, di conseguenza, i costi energetici del corpo sono inferiori dell'8-10% rispetto a riposo durante la veglia.

Metodi per determinare il cambio principale:

    Calorimetria diretta, indiretta;

    Per equazioni che tengono conto di sesso, età, altezza, peso corporeo utilizzando tabelle speciali.

Valori normali dello scambio di base della persona. Il metabolismo basale è solitamente espresso come quantità di calore in kilojoule (kilocalorie) per 1 kg di peso corporeo o per 1 m2 di superficie corporea all'ora o al giorno.

Per un uomo di mezza età (circa 35 anni), di statura media (circa 165 cm) e con un peso corporeo medio (circa 70 kg), il metabolismo basale è di 4,19 kJ (1 kcal) per 1 kg di peso corporeo all'ora, o 7117 kJ ( 1700 kcal) al giorno, per le donne circa 1500 kcal / giorno. Nelle donne, è inferiore del 5-10% rispetto agli uomini. I bambini sono più alti degli adulti. Gli anziani sono inferiori del 10-15%. .

3. Potenziale d'azione e sue fasi. Meccanismi ionici dell'eccitazione, Alterazioni della permeabilità della membrana cellulare durante l'eccitazione.

potenziale d'azione - questo è un cambiamento a breve termine nella differenza di potenziale tra la superficie esterna e quella interna della membrana (o tra due punti nel tessuto), che si verifica al momento dell'eccitazione. Quando si registra il potenziale d'azione utilizzando la tecnologia dei microelettrodi, si osserva un tipico potenziale a forma di picco. Ha le seguenti fasi o componenti:

    Risposta locale - Primo stadio depolarizzazione.

    Fase di depolarizzazione - rapido declino potenziale di membrana a zero e ricarica della membrana (inversione o superamento).

    Fase di ripolarizzazione - recupero linea di base potenziale di membrana; in esso si distinguono la fase di ripolarizzazione rapida e la fase di ripolarizzazione lenta, a sua volta, la fase di ripolarizzazione lenta è rappresentata dai processi in traccia (potenziali): negatività in traccia (depolarizzazione in traccia) e positività in traccia (iperpolarizzazione in traccia). Le caratteristiche ampiezza-tempo del potenziale d'azione del nervo, muscolo scheletrico sono le seguenti: l'ampiezza del potenziale d'azione è 140-150 mV; la durata del picco del potenziale d'azione (fase di depolarizzazione + fase di ripolarizzazione) è di 1-2 ms, la durata dei potenziali di traccia è di 10-50 ms. La forma del potenziale d'azione (con assegnazione intracellulare) dipende dal tipo tessuto eccitabile: nell'assone di un neurone, muscolo scheletrico - potenziali simili a picchi, nei muscoli lisci in alcuni casi simili a picchi, in altri - simili a plateau (ad esempio, potenziale d'azione muscoli lisci l'utero di una donna incinta è a forma di plateau e la sua durata è di quasi 1 minuto). Nel muscolo cardiaco, il potenziale d'azione ha una forma a plateau.

Nel fluido extracellulare, la concentrazione di ioni sodio e cloro è elevata, nel fluido intracellulare - ioni potassio e composti organici. In uno stato di relativo riposo fisiologico membrana cellulareè ben permeabile ai cationi potassio, leggermente peggiore per gli anioni cloro, praticamente impermeabile ai cationi sodio e completamente impermeabile agli anioni dei composti organici. A riposo, gli ioni di potassio, senza spendere energia, vanno in un'area di minore concentrazione (sulla superficie esterna membrana cellulare) con carica positiva.

Gli ioni di cloro penetrano nella cellula, portando una carica negativa. Gli ioni di sodio continuano a rimanere sulla superficie esterna della membrana, aumentando ulteriormente la carica positiva.

Meccanismo di eccitazione ionica:

Il potenziale d'azione si basa sullo sviluppo sequenziale dei cambiamenti nella permeabilità ionica della membrana cellulare. Sotto l'azione di un irritante sulla cellula, la permeabilità della membrana per gli ioni Na + aumenta notevolmente a causa dell'attivazione dei canali del sodio. Allo stesso tempo, gli ioni Na + si muovono intensamente lungo il gradiente di concentrazione dall'esterno allo spazio intracellulare. L'ingresso di ioni Na + nella cellula è facilitato anche dall'interazione elettrostatica. Di conseguenza, la permeabilità della membrana per Na + diventa 20 volte maggiore della permeabilità per gli ioni K +.

Poiché il flusso di Na + nella cellula inizia a superare la corrente di potassio dalla cellula, si verifica una graduale diminuzione del potenziale di riposo, che porta a un'inversione, un cambiamento nel segno del potenziale di membrana. In questo caso la superficie interna della membrana diventa positiva rispetto alla sua superficie esterna. Questi cambiamenti nel potenziale di membrana corrispondono alla fase ascendente del potenziale d'azione (fase di depolarizzazione). La membrana è caratterizzata da una maggiore permeabilità per gli ioni Na+ solo per un tempo molto breve di 0,2 - 0,5 ms. Successivamente, la permeabilità della membrana per gli ioni Na+ diminuisce nuovamente e per gli ioni K+ aumenta. Di conseguenza, il flusso di Na+ all'interno della cellula viene nettamente indebolito, mentre il flusso di K+ fuori dalla cellula aumenta. Durante un potenziale d'azione, una quantità significativa di Na + entra nella cellula e gli ioni K + lasciano la cellula. Il ripristino dell'equilibrio ionico cellulare viene effettuato grazie al lavoro della pompa Na +, K + - ATPasi, la cui attività aumenta con un aumento della concentrazione interna di ioni Na + e un aumento della concentrazione esterna di ioni K +.

A causa del funzionamento della pompa ionica e di un cambiamento nella permeabilità della membrana per Na + e K +, la loro concentrazione iniziale nello spazio intra ed extracellulare viene gradualmente ripristinata.Il risultato di questi processi è la ripolarizzazione della membrana: il contenuto interno del la cellula acquisisce nuovamente una carica negativa rispetto alla superficie esterna della membrana.

BIGLIETTO 24

Viene chiamato il livello di scambio nelle condizioni della vita umana naturale scambio generale. Quando si eseguono lavori fisici e mentali, si cambia postura, emozioni, dopo aver mangiato cibo, i processi metabolici diventano più intensi. Soprattutto, i muscoli coinvolti in questo processo sono ridotti. E lo stato muscolo scheletrico colpisce principalmente l'intensità del metabolismo e in alcune altre condizioni fisiologiche. Quindi, anche quando si risolve un problema matematico, la tensione tonica dei muscoli scheletrici aumenta. Allo stesso tempo, sebbene l'attività dei processi metabolici nelle cellule del sistema nervoso centrale stesso cambi, non cambia a tal punto da influenzare in modo significativo il livello di consumo energetico dell'intero organismo. Tuttavia, se il lavoro mentale è accompagnato da stress emotivo, lo scambio si attiva in misura maggiore. Ciò è dovuto ad un aumento della formazione di un numero di ormoni che migliorano i processi metabolici.

Azione specificamente dinamica del cibo

Si osserva un aumento del metabolismo per un tempo sufficientemente lungo (fino a 10-12 ore) dopo aver mangiato. In questo caso, l'energia viene spesa non solo per l'effettivo processo di digestione, secrezione, motilità, assorbimento). Si scopre che il cosiddetto specifica azione dinamica del cibo.È dovuto principalmente all'attivazione dei processi metabolici da parte dei prodotti della digestione. Questo effetto è maggiore con l'assunzione di proteine. Già dopo 1 ora e nelle successive 3-12 ore (la durata dipende dalla quantità di cibo consumato), l'attività dei processi di formazione dell'energia aumenta fino al 30% del livello del metabolismo basale. Con l'assunzione di carboidrati e grassi, questo aumento non supera il 15%.

Effetto della temperatura

L'intensità dei processi metabolici aumenta anche quando la temperatura ambiente si discosta da un livello confortevole. I cambiamenti più significativi nell'intensità del metabolismo con una diminuzione della temperatura, poiché per mantenere una temperatura corporea costante, l'energia di altri tipi viene convertita in calore.

Scambio di energia a attività lavorativa

Il maggior aumento del consumo di energia è dovuto ai muscoli transitori scheletrici. Pertanto, dentro condizioni normali esistenza, il livello dei processi metabolici dipende principalmente da attività fisica persona. popolazione adulta secondo il livello di scambio generale può essere diviso in cinque gruppi. La classificazione si basa sull'intensità del lavoro fisico, sulla tensione nervosa derivante dall'esecuzione dei processi lavorativi, sulle singole operazioni e su una serie di altre caratteristiche. Con l'introduzione e la diffusione di nuovi tipi e forme di attività lavorativa associate progresso tecnico, i gruppi di intensità di lavoro dovrebbero essere rivisti, specificati e integrati. Ci sono cinque gruppi di lavoratori:

1-a - prevalentemente cancellabile mentalmente;

2-a- fisico polmonare lavoro;

3 ° - lavoro fisico grado medio gravità;

4-a - lavoro fisico pesante;

5-a - lavoro fisico particolarmente duro.

Il bisogno di energia è aumentato nelle persone il cui lavoro è caratterizzato da stress non solo fisico, ma anche neuropsichico. E dentro condizioni moderne la sua importanza in tutti i processi lavorativi sta crescendo sempre di più.

Nelle donne, attraverso una minore intensità dei processi metabolici, meno massa muscolare il fabbisogno energetico è inferiore di circa il 15% rispetto a quello degli uomini.

Nel determinare il fabbisogno energetico della popolazione adulta in età lavorativa, si ritiene opportuno effettuare tutti i calcoli per tre categorie di età: 18-29, 30-39, 40-59 anni. Questo era basato su alcuni caratteristiche dell'età metabolismo. Quindi, all'età di 18-29 anni, i processi di crescita e sviluppo fisico. Dall'età di 40 anni, e soprattutto dopo i 50, il catabolismo comincia a prevalere sull'anabolismo.

Nello sviluppo dei criteri per il fabbisogno energetico della popolazione di età compresa tra 18 e 60 anni, il peso corporeo ideale è stato determinato condizionatamente: per gli uomini è di 70 kg, per le donne - 60 kg. Il fabbisogno energetico può essere calcolato sulla base di 1 kg di peso corporeo medio ideale. Il fabbisogno energetico per 1 kg di peso ideale per uomini e donne è quasi lo stesso ed è: per il 1o gruppo di intensità del lavoro - 167,4 kJ (40 kcal), per il 2o - 179,9 kJ (43 kcal), per il 3o - 192,5 kJ (46 kcal), per il 4 - 221,7 kJ (53 kcal), per il 5 - 255,2 kJ (61 kcal).

Regolazione dello scambio di energia

Nell'organismo, le esigenze metaboliche dell'intero organismo devono essere costantemente coordinate con le esigenze dei suoi singoli organi e cellule. Ciò si ottiene attraverso la distribuzione di nutrienti tra di loro, nonché la ridistribuzione di sostanze dai depositi del corpo o da quelle che si formano nei processi di biosintesi.

A livello di singole cellule e pezzi di organi, è possibile rilevare la presenza di meccanismi locali di regolazione del processo di produzione di energia. Quindi, durante l'esecuzione del lavoro muscolare, l'inizio della contrazione muscolare innesca i processi di risintesi dell'ATP utilizzato (vedi paragrafo 1 - "Muscoli scheletrici").

La regolazione dei processi di produzione di energia nel corpo nel suo insieme è effettuata dal nervoso autonomo e sistemi endocrini con quest'ultimo predominante. I principali regolatori - ormoni tiroidei - tiroxina e G3, così come UN ghiandole surrenali che stimolano questi processi. Inoltre, sotto l'influenza di questi ormoni avviene la ridistribuzione dei metaboliti, utilizzati per generare energia. Sì, durante attività fisica dal fegato, depositi di grasso, glucosio, acidi grassi, che vengono utilizzati nei muscoli, entrano nel flusso sanguigno.

L'ipotalamo svolge un ruolo speciale nella regolazione, attraverso il quale si realizzano i meccanismi neuro-riflessi (nervi vegetativi) e endocrini. Con il loro aiuto è assicurata la partecipazione dei dipartimenti superiori del sistema nervoso centrale alla regolazione dei processi metabolici. Puoi persino rilevare un aumento riflesso condizionato del livello di produzione di energia. Quindi, per un atleta prima della partenza, per un lavoratore, prima di eseguire il processo lavorativo, viene attivato lo scambio. Il suggerimento ipnotico di eseguire un lavoro muscolare pesante può portare ad un aumento del livello dei processi metabolici.

Gli ormoni dell'ipotalamo, della ghiandola pituitaria, del pancreas e di altre ghiandole endocrine influenzano sia la crescita, la riproduzione, lo sviluppo del corpo e il rapporto tra i processi di anabolismo e catabolismo. Nel corpo, l'attività di questi processi è in uno stato di equilibrio dinamico, ma in determinati momenti vita reale probabilmente la prevalenza di uno di essi. (Questi processi sono discussi in modo più dettagliato nel corso di biochimica.)

Metodi di ricerca

I metodi per valutare il bilancio energetico del corpo si basano su due principi fondamentali: misura diretta la quantità di calore rilasciato (calorimetria diretta) e la misurazione indiretta - determinando la quantità di ossigeno assorbito e di anidride carbonica rilasciata (calorimetria indiretta).

Più spesso usato metodi di calorimetria indiretta. In questo caso, viene prima determinata la quantità di ossigeno assorbito e rilasciato di anidride carbonica, che viene rilasciato. Conoscendo i loro volumi, è possibile determinare il coefficiente respiratorio (RC): il rapporto tra CO2 rilasciata e CO2 assorbita:

In base al valore DC è possibile valutare indirettamente (esistono tabelle corrispondenti) l'ossidazione del prodotto, poiché, in funzione di questo, importo diverso Calore. Pertanto, durante l'ossidazione del glucosio, vengono rilasciate 4 kcal/g di calore, grassi - 9,0 kcal/g, proteine ​​- 4,0 kcal/g (questi valori caratterizzano il valore energetico dei corrispondenti nutrienti). La dipendenza della DC dal prodotto è ossidata, determinata dal fatto che durante l'ossidazione del glucosio, viene utilizzato lo stesso numero di molecole di O2 per formare ciascuna molecola di CO2 (DR = 1,0). A causa del fatto che nella struttura acidi grassi ci sono meno 02 atomi per atomo di CO2 che nei carboidrati; durante la loro ossidazione, la DC è 0,7. Con il consumo di alimenti proteici, la CD è 0,8.

Tuttavia, quando si applica il metodo della calorimetria indiretta, si deve tener conto che in condizioni reali la vita umana di solito ossida ingredienti misti. Per applicazione pratica sono state sviluppate tabelle speciali, con l'aiuto delle quali, in base alla quantità di ossigeno assorbito per unità di tempo e al valore di DC, si può determinare la quantità di energia rilasciata, cioè l'intensità dei processi metabolici.

Caratteristiche di età e sesso del metabolismo energetico

Durante lo sviluppo ontogenetico, i processi metabolici subiscono cambiamenti significativi. Fino alla fine della pubertà (Tabella 15), predominano i processi di anabolismo.

Tabella 15 L'età cambia metabolismo generale e basale

Età

Generale

scambio, kcal1dobu

BX

kcal1dobu

kcal 1m 1dobu

kcal1kg1dobu

1 giorno

1 mese

1 anno

3 anni

5 anni

10 anni

14 anni

adulti

Perché per garantire sviluppo dell'età viene consumata una grande quantità di energia, il livello del metabolismo basale sia in termini di unità di massa che di superficie corporea è nettamente aumentato. Maggior parte alte prestazioni durante i primi anni di vita, quando il metabolismo basale è aumentato di 2-2,5 volte rispetto a quello degli adulti. Durante l'invecchiamento predominano i processi catabolici, che sono accompagnati da declino graduale scambio principale. Inoltre, in tutte le età, il metabolismo basale nelle donne è inferiore a quello degli uomini. Ad esempio, negli uomini a 40 anni il suo valore medio è di 36,3 kcal/m21, a 70 anni è di 33 kcal/m21; nelle donne è rispettivamente di 34,9 e 31,7 kcal/m21.

In condizioni di completo riposo, una persona spende una certa quantità di energia. Questo consumo è dovuto al fatto che nel nostro organismo vi è un continuo dispendio di energia associata

con la sua vita. Un gran numero di spende energia, che, quando si contrae, svolge un lavoro significativo, i reni, dove è in corso il processo di minzione, i muscoli respiratori, che sono regolarmente contratti, il fegato, dove sono in corso i processi di formazione della bile, e tutti gli altri organi e tessuti di un organismo vivente.

La quantità di energia che il corpo spende a riposo completo, a stomaco vuoto, cioè 12-16 ore dopo aver mangiato, e ad una temperatura di 18-20°, è chiamata metabolismo di base.

Lo scambio principale è determinato dal metodo della calorimetria indiretta, cioè lo studio dello scambio di gas.

Il metabolismo basale è mediamente uguale in un adulto persona sana 1 grande caloria per 1 kg di peso corporeo per 1 ora.

Una persona che pesa 70 kg avrà un metabolismo basale di 70 x 24 = 1680 calorie abbondanti. Questa è la quantità di energia che viene spesa per garantire l'attività vitale del corpo. Il metabolismo basale dipende dal sesso, dall'età, dall'altezza e dal peso della persona. Gli uomini hanno un metabolismo basale più alto rispetto alle donne dello stesso peso.

Il valore del metabolismo basale per 1 kg di peso corporeo nei bambini è maggiore che in un adulto, ma la generazione di calore diminuisce con l'età. La diminuzione della generazione di calore dura fino a 20 anni. Da 20 a 40 anni, la generazione di calore non cambia e dopo 40 anni diminuisce di nuovo.

Gli studi hanno dimostrato che in vari animali il metabolismo basale, calcolato per 1 kg di peso, oscilla in modo piuttosto netto: più piccolo è l'animale, maggiore è il metabolismo basale per 1 peso kg. Nel frattempo, calcolando non in base al peso, ma per unità di superficie della superficie corporea, si è scoperto che in quasi tutti gli animali la quantità di energia spesa per 1 m 2 di superficie corporea è approssimativamente la stessa o varia entro limiti insignificanti. Questo può essere visto da potrebbe 10.

TAVOLO Lo scambio principale quando si calcola per 1 m 2 secondo superficie corporea e per 1 kg di peso corporeo in diversi animali e nell'uomo

Questo modello è chiamato legge della superficie, ma non è assoluto. Tuttavia, questa legge consente di stabilire la misura più conveniente per il confronto del metabolismo basale: il numero di calorie fornite per unità di superficie corporea al giorno.

I cambiamenti nel metabolismo basale sono osservati in violazione dell'attività delle ghiandole secrezione interna. Ad esempio, un aumento della funzione tiroidea porta ad un aumento del metabolismo basale, la cui misurazione viene spesso eseguita a scopo diagnostico.

Consumo di energia durante il funzionamento

Il metabolismo basale per un adulto sano è in media di 1.700 calorie. Durante il lavoro muscolare, il consumo di energia aumenta rapidamente: più duro è il lavoro muscolare, più energia spende una persona.

Quando si lavora, è importante calcolare l'efficienza, ad es. il rapporto tra il lavoro svolto e la quantità di energia spesa. Dallo studio è emerso che l'efficienza di una persona è pari in media al 20%; durante l'allenamento sale e raggiunge il 25-35%.

In base alla quantità di energia spesa, le persone di diverse professioni possono essere suddivise in diversi gruppi.

Primo gruppo. Lavora in una posizione seduta che non richiede grandi movimenti muscolari: impiegati, litografi, ecc. - 2200-2400 calorie abbondanti.

TAVOLOConsumo energetico giornaliero di persone di diverse professioni

Professioni Dispendio energetico giornaliero in calorie elevate
Tornitori metallici e strumentali scatole 3300
Fabbri 3700 — 4000
Lavoratori dell'officina di laminazione 3500 — 4100
Rotelle 4000 — 4500
Carpentieri 4500
portatori di mattoni 5400
Muratori, muratore 6000
Autisti di trattori 3000
Aratori…. 4700 — 5000
Falciatrici:
falciatura a mano 7200
macchina 3600
Maglioni di covone 5300-6500
Studenti di medicina 2800-3000
Alunni di 8-11 anni 1900
12-14 2400

Secondo gruppo. Lavora in posizione seduta - sarti, meccanici per lavori fini - 2600 2800 grandi calorie.

Terzo gruppo. Lavoro muscolare moderato: stivalesoprannomi, postini, dottori, lavoratori di laboratorio - 3000 grandi calorie.

Quarto gruppo. Intenso lavoro muscolare: metalmeccanici, pittori, carpentieri - 3400-3600 calorie abbondanti.

Quinto gruppo. Duro lavoro fisico: 4000 grandi calorie o più.

Sesto gruppo. Lavoro molto duro: 5.000 calorie abbondanti o più.

Durante il lavoro mentale, viene consumata una quantità molto piccola di energia. Nel caso in cui il lavoro mentale sia combinato con il movimento, il carico muscolare, ad esempio, in un artista o in un oratore, il consumo di energia aumenta.

IN l'anno scorso il dispendio di energia in persone di diverse professioni è stato studiato in dettaglio. Questi dati sono forniti in scheda.

REGOLAZIONE DEL METABOLISMO E DELL'ENERGIA

Quando si studia l'azione di rinforzo del nervo del cuore . P. Pavlov ha mostrato che il nervo rinforzante ha un effetto trofico sul muscolo cardiaco, cioè cambia l'intensità del metabolismo che si svolge in esso.

La dottrina della funzione trofica del sistema nervoso è stata ampiamente sviluppata dalla fisiologia sovietica. Viene mostrato il ruolo del sistema nervoso autonomo nella regolazione del metabolismo e dell'energia. Questa azione è svolta dall'influenza del sistema nervoso sull'energia e direttamente sia attraverso ormoni fisiologicamente attivi.

L'energia è influenzata da diverse parti del sistema nervoso. Se un animale viene iniettato nel fondo del ventricolo IV midollo allungato, c'è un forte aumento della glicemia e lo zucchero inizia ad essere escreto nelle urine. L'attività del diencefalo è associata al metabolismo delle proteine.

L'energia è influenzata dagli emisferi cerebrali. Gli esperimenti condotti nel laboratorio di K. M. Bykov hanno mostrato una stretta connessione tra l'attività della corteccia cerebrale e il metabolismo e l'energia.

Nelle osservazioni dei lavoratori, è stato riscontrato che se un lavoratore si siede tranquillamente su una sedia in negozio, mentre altri membri della sua squadra lavorano, anche il metabolismo e il consumo di energia del lavoratore seduto aumentano notevolmente. È chiaro che ciò può avvenire solo sotto l'influenza della corteccia cerebrale.

In un'altra osservazione, è stato determinato il metabolismo basale del lavoratore e il rumore del lavoro proveniente dall'officina ha raggiunto la stanza in cui è stata effettuata questa determinazione. In queste condizioni il metabolismo basale è aumentato del 15-30%. In un giorno non lavorativo, tale aumento non è stato osservato.

Come già accennato, gli ormoni delle ghiandole endocrine influenzano il metabolismo. L'ormone surrenale - adrenalina e l'ormone pancreatico - insulina, hanno un effetto sul metabolismo dei carboidrati. Il metabolismo dei grassi e delle proteine ​​​​è influenzato dagli ormoni della ghiandola tiroidea, della ghiandola pituitaria, delle gonadi.

Il rilascio di ormoni è regolato sistema nervoso quindi gli ormoni corpo sano operare nella stessa direzione di questo momento. Le influenze nervose e ormonali sono un unico meccanismo.

Vari disturbi metabolici che si verificano quando l'attività dell'una o dell'altra ghiandola endocrina viene disturbata saranno discussi in dettaglio nel capitolo sulle ghiandole endocrine.

Articolo sull'argomento Metabolismo di base nell'uomo

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