Расход энергии при физической нагрузке

Общий расход энергии человеком зависит от состояния организма и мышечной деятельности. Мышечная работа сопряжена со значительными затратами энергии и увеличением теплопродукции. У спокойно лежащего человека теплопродукция составляет 35 ккал. Если исследуемый слегка приподнимается и облокачивается на спинку кровати — теплопродукция увеличивается на 15%; если принимает сидячее положение —
на 42%; в положении стоя — на 70%, а при спокойной неторопливой ходьбе теплопродукция увеличивается на 180%.

При мышечных нагрузках средней интенсивности КПД работы мышц составляет около 24%. Из всего количества энергии, расходуемой рабочими мышцами, 43% затрачивается на активацию сокращения, и вся эта энергия переходит в тепло. Только 57% из общего количества энергии идет на рабочее сокращение.

Разность между энергозатратами при физической нагрузке и энергозатратами основного обмена составляет рабочую прибавку, которая тем больше, чем интенсивнее работа. Рабочая прибавка — это вся остальная энергия, которую тратит организм в течение суток на физическую и умственную активность.

Сумма основного обмена и рабочей прибавки составляет валовый обмен. Сумма валового обмена и специфического динамического действия пищи называется общим обменом.

Предельно допустимая по тяжести работа для данного человека, постоянно выполняемая им в течение длительного времени, не должна превышать по энергозатратам уровень основного обмена более чем в 3 раза.

При кратковременных нагрузках энергия выделяется за счет окисления углеводов. При длительных мышечных нагрузках в организме расщепляются преимущественно жиры, обеспечивая 80% потребной энергии.

 

Литература:

[18] Стр. 199—238.

Лекция 6

Терморегуляция

1. Реагирование организма на внешнюю температуру. Гомойотермия. Пойкилотермия. Гетеротермия.

2. Системные механизмы регуляции температуры.

а) температурные «ядро» и «оболочка»;

б) ритмические изменения температуры;

в) температурная схема тела;

г) индивидуальные особенности температурной схемы тела.

3. Температура крови.

4. Рецепция результата.

а) локализация и свойства терморецепторов;

б) нервные центры;

в) исполнительные механизмы.

5. Теплообразование.

6. Теплоотдача.

7. Регуляция теплоотдачи.

8. Локальная терморегуляция.

9. Гормональная терморегуляция.

10. Нейрогуморальная регуляция.

11. Условно-рефлекторная терморегуляция.

12. Терморегуляция при теплохолодовых процедурах.

Терморегуляция

Живой организм непрерывно расходует на поддержание основного обмена и на совершаемую работу определенное количество энергии. Единственным источником ее для человека служат питательные вещества, в процессе окисления которых потенциальная энергия белков, жиров и углеводов превращается в различные виды кинетической энергии — механическую, химическую, электрическую и тепловую. Постоянное потребление и преобразование энергии являются характерными свойствами всех живых организмов. Согласно первому закону термодинамики, или закону сохранения энергии, суммарное количество всех видов энергии образующихся в организме в процессе окисления питательных веществ, строго соответствует энергии, заключенной в них. И каким бы преобразованиям ни подвергалась энергия в организме, их конечным итогом является превращение ее в тепловую. Таким образом, количество тепла, а, следовательно, температура тела, являются показателями, определяющими интенсивность метаболизма в организме.

Реагирование организма
на внешнюю температуру

Гомойтермия

В процессе эволюции у высших животных и человека выработались механизмы, способные поддерживать температуру тела на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Температура внутренних органов у них колеблется в пределах 36—38⁰ С.

Постоянная температура необходима и для поддержания нормальных физико-химических показателей — вязкости крови, ее поверхностного натяжения, коллоидно-осмотического давления и др. Температура влияет на процессы возбуждения, скорость и интенсивность сокращения мышц, процессы секреции, всасывания и защитные реакции клеток и тканей.

Оптимальная температура тела у человека составляет 37⁰ С; верхняя летальная температура — 43,4⁰ С. При более высокой температуре начинается внутриклеточная денатурация белка и необратимая гибель; нижняя летальная температура составляет 24⁰С.

Из всех животных самыми жароустойчивыми являются курица и воробей — их верхняя летальная температура 47⁰ С, самыми «холодоустойчивыми» — кошка и морская свинка, нижняя летальная температура которых составляет 18⁰ С.

В экстремальных условиях при резких изменениях окружающей температуры гомойотермные животные реагируют реакцией стресса (температурный тепловой или холодовой стресс). С помощью этих реакций такие животные поддерживают оптимальный уровень температуры тела. Гомойотермия у человека вырабатывается в течение жизни.

Пойкилотермия

У беспозвоночных и низких позвоночных животных, а также у новорожденных детей отсутствуют совершенные механизмы поддержания температуры тела. В значительной степени она определяется температурой внешней среды. Вместе с тем существуют механизмы, способные повышать температуру тела пойкилотермных организмов по сравнению с внешней температурой.

У рептилий важнейшее значение в температурной адаптации имеет поведение. Многие ящерицы и змеи, греясь на солнце, поглощают огромное количество его излучения, а также тепло от нагретых скал и песка. У ящериц, после пребывания на солнце температура тела может достигать 26⁰ С при температуре
воздуха -5⁰ С.

В условиях пониженной температуры пойкилотермные животные впадают в особое состояние, называемое анабиозом, при котором резко снижается активность ферментов и на минимальном уровне находится интенсивность обменных процессов.

Некоторые микроорганизмы могут существовать в толще льдов при температуре от 0 до -60⁰ С; другие нормально развиваются при таких высоких температурах, которые для других животных губительны. К ним относятся организмы, живущие в горячих источниках при температуре от +50 до +70⁰ С, а также спорообразующие бактерии, которые выдерживают нагревание до 120⁰ С в течение 20 минут.

Пойкилотермные животные в экстремальных температурах реагируют реакциями гипо- и анабиоза, в основе которых лежит снижение обмена веществ и энергозатрат. За счет этого пойкилотермы переживают температурный стресс и другие экстремальные ситуации.

Гетеротермия

Существует группа животных с переходными формами температурных реакций. В определенных условиях они проявляют свойства и пойкило - и гомойотермии. Например, для летучей мыши, находящейся в полете, характерна гомойотермия, а в вертикальном подвешенном состоянии во время спячки — пойкилотермия. К факультативным пойкилотермам относятся и зимне-спящие животные и грызуны, и некоторые мелкие птицы — колибри. Анабиотические механизмы защиты сохранились и у высших животных; они проявляются в определенных условиях, например, при гипобиозе.