Вычисление основного обмена по формуле Рида

ФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Методические указания для выполнения лабораторной работы

 

 

Омск

Издательство ОмГТУ

 

Составитель Кубарева Марина Вячеславовна, канд. биол. наук, старший преподаватель кафедры «Промышленная экология и безопасность», ОмГТУ.

 

Методические указания предназначены для выполнения практических и самостоятельных работ по дисциплине «Физиология человека» студентами специальности 280202 – «Инженерная защита окружающей среды» и направления подготовки бакалавров 280200 – «Защита окружающей среды», а также студентами других специальностей, изучающих дисциплину «Физиология человека» очной и заочной форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

 

 

Обмен веществ и энергии. Общие положения

 

Обмен веществ и энергии между организмом и внешней средой – неотъемлемое свойство живой материи. Процесс об­мена заключается в непрерывном усвоении (ассимиляции) пи­тательных веществ, накоплении энергии в клетках и одновре­менном разрушении (диссимиляции) сложных органических веществ, из которых состоят клетки, высвобождении энергии и ее превращении. Энергия, высвобождающаяся при диссими­ляции, обеспечивает все жизненные процессы организма (кро­вообращение, дыхание, мышечное сокращение и т. д.).

Вся энергия, которая образуется в организме, в конечном счете превращается в тепловую, поэтому об интенсивности обменных процессов в организме можно судить по количе­ству теплоты, выделенному им в единицу времени.

Единицей измерения теплоты (как любого другого вида энергии) в международной системе единиц (СИ) является джоуль (Дж). Но в физиологии и медицине чаще используют внесистемную единицу – калорию и килокалорию (кал, ккал). Перевод килокалорий в джоули осуществляется в соответст­вии с соотношением 1 кал=4,19 Дж. Отсюда следует, что теп­ловая мощность, выраженная в килокалориях в час, может быть переведена в ватты (единицы тепловой мощности в СИ) в соответствии с соотношением 1 ккал/ч = 1,163 Вт.

Измерить количество высвобождающейся энергии в орга­низме можно путем прямой калориметрии в специальных каме­рах для определения общей теплопродукции организма. Это весьма громоздкий метод и в настоящее время почти не применяемый. На практике используются методы непрямой калори­метрии, при которых показателем теплопродукции служит ко­личество потребленного кислорода и выделенного углекислого газа. Результаты измерения выделенной энергии, полученные обоими методами, совпадают.

Исследование энергетических затрат организма приме­няется в физиологии труда, спортивной медицине и клинике. Интенсивность обмена увеличивается пропорционально на­грузке. Поэтому важно знать, сколько энергии тратит орга­низм для выполнения той или иной работы. Это помогает лучше организовать условия труда на предприятиях, пра­вильно выработать систему тренировок спортсменов и т. д.

В клинике обычно определяют так называемый основной обмен, т. е. минимальный уровень расхода энергии, которая идет только на поддержание жизнедеятельности организма. Основной обмен измеряют натощак (не ранее чем через 12 ч после приема пищи), при температуре комфорта (22 °С), лежа, т. е. в условиях относительного физического и психического по­коя. Энергетические затраты основного обмена обычно выражаются в килокалориях за 1 час (или сутки) и рассчитываются на 1 кг массы тела на 1 м² его поверхности. Для взрослого человека среднее значение ОО равно 1 ккал/кг/час, для мужчин – 1700 ккал/сутки, для женщин – 1500 ккал/сутки, т. е. на 10–15 % меньше, чем у мужчин. Если уровень основного обмена пациента отличается от среднестатистических данных, то это может до некоторой степе­ни служить показателем нарушения функции щитовидной железы.

Условия для измерения основного обмена трудно создать в учебной лаборатории, поэтому здесь обычно измеряют уровень обмена испытуемого в данный момент времени при мышечном покое и при физической нагрузке. Методы определения основ­ного обмена и так называемого рабочего обмена одинаковы.

Количество расходуемой энергии (работа сердца, кровообращение, дыхание, сохранение постоянной температуры тела) называют уровнем основного обмена. Данная величина зависит от пола, возраста, массы тела, состояния здоровья индивидуума и коррелирует с отношением поверхности тела к его объему. Немецкий физиолог М. Рубнер сформулировал закон энергозатрат: энергозатраты пропорциональны величине поверхности тела.

Говоря об обмене веществ, имеют в виду белковый, углеводный и липидный обмены.

Белковый обмен

Обмен белков – процесс усвоения (синтеза и распада) клетками и тканями организма азотсодержащих соединений белков и аминокислот.

Белки находятся в состоянии непрерывного обмена и обновления. Количество расщепившегося белка равно количеству синтезированного. Синтез белков происходит из аминокислот и низкомолекулярных полипептидов, которые образуются при расщеплении белков в пищеварительной системе и всасываются в кровь. Поскольку азот в пище содержится преимущественно в белках (в 100 г белка содержится 16 г азота), соотношение поступивших в организм и разрушенных белков определяют по величине азотистого баланса – соотношения поступившего и выделившегося с пищей азота. Если поступление азота превышает его выделение, то в организме возникает положительный азотистый баланс или преобладание синтеза белка над распадом. При отрицательном азотистом балансе распад белка преобладает над синтезом.

Регуляция белкового обмена связана с деятельностью промежуточного мозга, гормонов щитовидной железы – тироксином и соматотропным гормоном гипофиза.

Биологическая ценность белков определяется наличием в них незаменимых аминокислот, их соотношением с заменимыми, а также перевариваемостью ферментами ЖКТ. Различают биологически полноценные и неполноценные белки. Полноценные белки содержат все незаменимые аминокислоты, неполноценные белки имеют дефицит нескольких незаменимых аминокислот. Источниками полноценных белков животного происхождения являются молоко, молочные продукты, яйцо, мясо, рыба, печень. Биологическая ценность белков растительного происхождения значительно ниже, эти белки поступают в основном с хлебом и крупами.

Норма потребления белков составляет 55 % пищевого рациона или 0,75 г/кг. При недостаточном потреблении белков развивается белковый голод, проявляющийся повышенной чувствительностью к инфекциям, может возникнуть белковое голодание, приводящее иногда к смертельным исходам.

 

 

Углеводный обмен

Основная масса углеводов, поступающих в организм, используется для удовлетворения энергетических потребностей организма. Более 55 % энергии черпается из углеводов. Основной источник углеводов – это растения, которые содержат до 80–90 % углеводов. В основном это крахмал, а также клетчатка.

В сутки организму необходимо поступление 400–500 г углеводов, в том числе крахмала 350–400 г, моносахаридов и дисахаридов – 50–100 г. Конечным продуктом расщепления углеводов являются моносахариды: глюкоза, фруктоза, лактоза и т. д. Глюкоза является источником энергии для жизнедеятельности клеток головного мозга, необходима для синтеза аминокислот, полисахаридов.

Одним из самых распространенных заболеваний, связанных с избыточным употреблением сахара, является гипогликемия. Она является предшественницей сахарного диабета. В ее основе лежит аномальное функционирование инсулинового аппарата: заболевание обусловлено тем, что в ответ на быстрое всасывание в кровь легкоусвояемого продукта (сахарозы) поджелудочная железа продуцирует избыточное количество инсулина, что вызывает гипогликемическое состояние. Постоянная нагрузка на инсулиновый аппарат приводит к нарушению в его работе. Заболевание проявляется нервозностью, головными болями, бессонницей, расстройством пищеварения, депрессией, агрессивным состоянием.

 

Обмен жиров и липидов

В норме у человека на долю жира приходится 10–20 %, а при ожирении до 50 % от всей массы тела. Жиры выполняют пластическую роль, они необходимы для построения тканей, используются как источник стероидных гормонов.

Жиры играют энергетическую роль – до 33 % энергии образуется за счет их окисления. Кроме этого, жиры являются источником эндогенной воды: из 100 г жира образуется 107 г воды.

В организме жир находится в 2-х видах: структурном и резервном. Резервный жир расположен в подкожной клетчатке, в брюшной полости, около почек. Избыточное питание, гиподинамия приводят к увеличению резервного жира.

Пищевой жир бывает животного и растительного происхождения. Жир животного происхождения представлен триглицеридами, в состав которых входят жирные кислоты, например, стеариновая. Жиры растительного происхождения содержат ненасыщенные жирные кислоты (линолевую, олеиновую и т. д.).

Биологическая ценность пищевых жиров определяется наличием в них незаменимых жирных кислот, способностью перевариваться и всасываться в ЖКТ. Наиболее ценными считаются те жиры, которые содержат линолевую и другие непредельные ненасыщенные жирные кислоты. Все природные жиры хорошо перевариваются. В сутки необходимо поступление в организм 80–100 г жира, из них 25–30 г растительного масла, 30–35 г сливочного масла. При недостаточном поступлении жира в организме снижаются иммунные свойства, снижается продукция стероидных гормонов и т. д.

 

Практические задания

 

Общие указания к оформлению работ. Оформление каждой выполненной работы заключается в составлении протокола опытов. Для этого в тетради указывают название работы, дают краткое теоретическое введение, в котором приводят определения тех понятий и процессов, которые будут исследоваться, формулируют цель работы. Затем перечисляют приборы и материалы, необходимые для проведения работы, указывают объект исследования. В разделе «Проведение работы» описывают ход эксперимента. В разделе «Результаты» приводят записи, полученные с помощью приборов или таблицы результатов, составляют графики и диаграммы, построенные на основании экспериментального материала. Проводят статистическую обработку данных, подтверждающую достоверность результатов. Последний раздел протокола «Выводы» должны быть краткими и конкретными, содержать основные экспериментальные данные и их сопоставление с нормативами (нормальными значениями основных констант гомеостаза); в них формулируют гипотезу о причинах наблюдаемого феномена и функциональных показателях различных систем организма.

Расчет основного обмена по таблицам

 

Таблицы Гаррис-Бенедикта (прил. 1, 2) для расчета основного обмена составлены на основании математического анализа многочисленных измерений основного обмена веществ здоровых людей при помощи специальных аппаратов. При составлении таблиц учтены все факторы, влияющие на основной обмен (пол, возраст, вес, рост), поэтому вычисленные по таблицам и определяемые по приборам показатели основного обмена у здоровых людей очень близки по своему значению (в норме разница не должна превышать 10 %). При сопоставлении этих средне­статистических величин с результатами, полученными при ис­следовании рабочего обмена с помощью приборов, можно вы­числить затраты энергии для выполнения той или иной на­грузки.

Для работы необходимы: ростомер, весы, таблицы для определе­ния основного обмена.

Проведение работы. С помощью ростомера измеряют рост испытуемого и взвешивают его, чтобы определить массу. Если взвешивание производили в одежде, то полученный ре­зультат следует уменьшить на 5 кг для мужчин и на 3 кг для женщин. Далее используют таблицы.

Таблицы для определения основного обмена мужчин и женщин различны, так как у мужчин уровень основного обмена в среднем на 10 % выше, чем у женщин. Таблицами пользуются следующим образом. Например, если испытуемым является мужчина 25 лет, имеющий рост 168 см и массу 60 кг, то по таб­лице для определения основного обмена мужчин (часть А) на­ходят рядом с величиной массы испытуемого число 892. В таб­лице (часть Б) находят по горизонтали возраст (25 лет) и по вер­тикали рост (168 см). На пересечении граф возраста и роста расположено число 672. Сложив оба числа (892 + 672 = 1564), получают среднестатистическую величину нормального основ­ного обмена человека мужского пола данных возраста и мас­сы 1564 ккал.

Результаты работы и их оформление. Полученные дан­ные оформите в виде протокола. Если испытуемый – мужчина, определите по таблице основной обмен женщины того же рос­та, массы и возраста, и наоборот.

Вычисление основного обмена по формуле Рида

 

Формула Рида позволяет вычислить процент отклонения величины основного обмена от нормы. Эта формула основана на существовании взаимосвязи между артериальным давлени­ем, частотой пульса и теплопродукцией организма. Определе­ние основного обмена по формулам всегда дает только при­близительные результаты, но при ряде заболеваний (например, тиреотоксикозе) они достаточно информативны и поэтому часто применяются в клиниках. Допустимым считается откло­нение от нормы до 10 %.

Для работы необходимы: сфигмоманометр, фонендоскоп, секун­домер или часы с секундной стрелкой.

Проведение работы. У испытуемого определяют частоту пульса с помощью секундомера и артериальное давление по способу Короткова трижды с промежутком в 2 мин. При этом соблюдаются условия, необходимые для определения основ­ного обмена. Процент отклонения основного обмена от нормы определяют по формуле Рида

ПО = 0,75 ∙ (ЧП + ПД ∙ 0,74) – 72,

где ПО – процент отклонения основного обмена от нормы; ЧП – частота пульса; ПД – пульсовое давление, равное разности величин сис­толического и диастолического давления. Числовые значения частоты пульса и артериального дав­ления берут как среднее арифметическое из трех измерений.

Пример расчета. Пульс 75 уд./мин, артериальное давление – 120/80 мм рт. ст.

Процент отклонения равен

0,75 ∙ [75 + (120 – 80) ∙ 0,74] – 72 = 0,75 ∙ [75 + 40 ∙ 0,74] – 72 = 6,45%.

Таким образом, ос­новной обмен у данного испытуемого повышен на 6,45%, т. е. находится в пределах нормы.

Для упрощения рас­четов по формуле Рида существует специальная номограмма (прил. 3). С ее помощью, соединив линейкой значения час­тоты пульса и артери­ального давления, на средней линии легко оп­ределяется величина от­клонения основного об­мена от нормы.

Результаты работы и их оформление. Вы­числите величину от­клонения основного об­мена от нормы по фор­муле Рида. Определите то же по номограмме. Вычислите, сколько килокалорий (ки­лоджоулей) составляет определенный вами процент откло­нения. Так как в учебной лаборатории невозможно соблюсти условия, необходимые для определения основного обмена, результаты, полученные вами, будут лишь приблизитель­но отражать уровень рабочего обмена испытуемого. Определите рабочую прибавку теплопродукции, сопоставив ваши результаты с величиной основного обмена, полученной по таблице.

 

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: