Энергетический обмен

В организме должен поддерживаться энергетический баланс поступления и расхода энергии. Живые организмы получают энергию в виде ее потенциальных запасов, аккумулированных в химических связях молекул углеводов, жиров и белков. В процессе биологического окисления эта энергия высвобождается и используется прежде всего для синтеза АТФ, запасы которой в клетках невелики, поэтому они должны постоянно восстанавливаться путем окисления питательных веществ. Расход энергии зависит от возраста и пола, характера и количества выполняемой работы, времени года, состояния здоровья и других факторов. Интенсивность энергетического обмена в организме определяется при помощи калориметрии.

В зависимости от активности организма и воздействий на него факторов внешней среды различаюттри уровня энергетического обмена: основной обмен, энерготраты в состоянии покоя и энерготраты при различных видах труда.

Основным обменом называется количество энергии, которое тратит организм при полном мышечном покое, через 12—14 часов после приема пищи и при окружающей температуре 20—22 °С. У взрослого человека он в среднем равен 1 ккал на 1 кг массы тела в 1 час. У людей при массе тела в 70 кг основной обмен в среднем равен около 1700 ккал. Нормальные его колебания составляют ±10 %. У женщин основной обмен несколько ниже, чем у мужчин; у детей он выше, чем у взрослых.

Энерготраты в состоянии относительного покоя превышают величину основного обмена. Это обусловлено влиянием на энергообмен процессов пищеварения, терморегуляции вне зоны комфорта и тратами энергии на поддержание позы тела человека.

Энерготраты при различных видах труда определяются характером деятельности человека. Суточный расход энергии в таких случаях включает величину основного обмена и энергию, необходимую для выполнения конкретного вида труда. По характеру производственной деятельности и величине энерготрат взрослое население может быть разделено на четыре группы: 1) люди умственного труда, чей суточный расход энергии составляет 2200—3000 ккал; 2) люди, выполняющие механизированную работу и расходующие за сутки 2300—3200 ккал;
3) люди частично механизированного труда с суточным расходом энергии 2500—3400 ккал; 4) люди немеханизированного тяжелого физического труда, энерготраты которых достигают 3000—4000 ккал. При спортивной деятельности расход энергии может составлять 4500—5000 ккал и более. Это обстоятельство следует учитывать при составлении пищевого рациона спортсменов, который должен обеспечивать восполнение расходуемой энергии.

На механическую работу тратится не вся освобождающаяся в организме энергия. Большая ее часть превращается в тепло. То количество энергии, которое идет на выполнение работы, называется коэффициентом полезного действия (КПД). У человека КПД не превышает
20—25 %.КПД при мышечной деятельности зависит от мощности, структуры и темпа движений, от количества вовлекаемых в работу мышц и степени тренированности человека.

Центральной структурой регуляции обмена веществ и энергии является гипоталамус. В нем локализованы ядра и центры регуляции голода и насыщения, осморегуляции и энергообмена. В ядрах гипоталамуса осуществляется анализ состояния внутренней среды организма и формируются управляющие сигналы, которые посредством эфферентных систем приспосабливают ход метаболизма потребностям организма.

Тепловой обмен

В организме человека непрерывно протекают два процесса — теплопродукции и теплоотдачи, и в условиях покоя в норме скорость продукции тепла равна скорости его потери. Это носит название теплового баланса, в результате которого температура тела человека сохраняется на определенном уровне, не зависящем от температуры окружающей среды. Перераспределение тепла между тканями осуществляется кровью. Она, обладая высокой теплоемкостью, переносит тепло от тканей с высоким уровнем теплообразования к тканям, где тепло образуется в небольших количествах. В результате выравнивается уровень температуры в различных частях тела.

Принято различать две температурные зоны: наружную — «оболочку» и внутреннюю — «ядро». «Ядро» характеризуется стабильной температурой. К нему относятся мозг, органы грудной клетки, брюшной полости и малого таза. Органы и ткани, расположенные на периферии тела (кожа, большая часть скелетной мускулатуры и костной системы), составляют «оболочку». Температура ее в определенной степени возрастает при повышении температуры внешней среды и наоборот. Температура глубоких тканей более равномерна и составляет 37—37,5°. Температура печени, мозга, почек несколько выше, чем других внутренних органов.

У здорового человека подмышечная температура равна 36,5—37°. Температура тела ниже 24° и выше 43° не совместима с жизнью человека. Температура тела человека не остается постоянной, а колеблется в течение суток в пределах 0,5—0,8°. Максимальная температура тела наблюдается в 16—18 часов, а минимальная — в 3—4 часа.

Постоянство температуры тела у человека может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма. Это достигается посредством физиологическихмеханизмов терморегуляции, которую принято разделять на химическую и физическую. Способность человека противостоять воздействию тепла и холода, сохраняя стабильную температуру тела, имеет пределы. При чрезмерно низкой или очень высокой температуре среды защитные терморегуляционные механизмы оказываются недостаточными, и температура тела начинает резко падать или повышаться. В первом случае развивается состояние гипотермии, во втором — гипертермии.

При понижении температуры окружающей среды происходит увеличение интенсивности обмена веществ и, следовательно, теплообразования. У человека усиление теплообразования отмечается в том случае, когда температура окружающей среды становится нижеоптимальной температуры илизоны комфорта. В обычной легкой одежде эта зона находится в пределах 18—20°, а для обнаженного человека — 28 °С.

Суммарное теплообразование в организме происходит в ходе химических реакций обмена веществ (окисление, гликолиз), что составляет так называемое первичное тепло и при расходовании энергии макроэргических соединений (АТФ) на выполнение работы (вторичное тепло). В виде первичного тепла в тканях рассеиваются 60—70 % энергии. Остальные 30—40 % после расщепления АТФ обеспечивают работу мышц, различные процессы синтеза, секреции и др. Но и при этом та или иная часть энергии преобразуется затем в тепло. В конечном итоге переходит в тепло или вся энергия, или подавляющая ее часть. Наиболее интенсивное теплообразование в организме происходит в мышцах при их сокращении. Относительно небольшая двигательная активность ведет к увеличению теплообразования в два раза, а тяжелая работа — в 4—5 раз и более. Однаков этих условиях существенно возрастают потери тепла с поверхности тела. При продолжительном охлаждении организма возникаютнепроизвольные периодические сокращения скелетной мускулатуры (холодовая дрожь). При этом почти вся метаболическая энергия в мышце освобождается в виде тепла.

Повышение теплопродукции на холоде связано с выделением в кровь норадреналина. Этот гормон, действуя на скелетные мышцы и усиливая обмен веществ, вызывает повышенное теплообразование.

Отдача тепла организмом осуществляется путем излучения, проведения и испарения. Излучением теряется примерно 50—55 % тепла в окружающую среду путем лучеиспускания за счет инфракрасной части спектра. Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду с излучением, пропорционально площади поверхности частей тела, которые соприкасаются с воздухом, и разности средних значений температур кожи и окружающей среды.

Теплопроведение может происходить путем кондукции и конвекции. Кондукцией тепло теряется при непосредственном контакте участков тела человека с другими физическими средами. При этом количество теряемого тепла пропорционально разнице средних температур контактирующих поверхностей и времени теплового контакта. Конвекция — способ теплоотдачи организмом, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха. Конвекцией тепло рассеивается при обтекании поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи. Движение воздушных потоков (ветер, вентиляция) увеличивает количество отдаваемого тепла. Путем теплопроведения организм теряет 15—20 % тепла, при этом конвекция представляет более мощный механизм теплоотдачи, чем кондукция.

Теплоотдача путем испарения— это способ рассеивания организмом тепла (около 30 %) в окружающую среду за счет его затраты на испарение пота или влаги с поверхности кожи и слизистых дыхательных путей. При температуре внешней среды 20° испарение влаги у человека составляет 600—800 г в сутки. Физиологической реакцией, направленной на отдачу тепла, является сдвиг кровотока в «оболочке». При жаркой погоде кровь приливает к коже, и она становится горячей. В результате увеличивается перепад температур между поверхностью тела и внешней средой, а это усиливает кондукционную, конвекционную и лучистую отдачу тепла.

Восприятие и анализ температуры окружающей среды осуществляется с помощью терморецепторов, расположенных в коже, мышцах, сосудах, во внутренних органах, дыхательных путях, спинном и среднем мозге. Центральный аппарат терморегуляции находится в передней и задней части гипоталамуса, а также в ретикулярной формации среднего мозга.

Глава 13. ВОЗРАСТНАЯ АНАТОМИЯ
И ФИЗИОЛОГИЯ МОЧЕВЫДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ