Оценка энергозатрат проводится косвенно, по интенсивности газообмена.
В процессе расщепления веществ выделяется энергия:
вещество + О2 = СО2 + Н2О + Q (энергия).
Зная количество поглощенного О2 и выделенного СО2, можно судить косвенно о количестве выделившейся энергии.
Интенсивность газообмена характеризуется дыхательным коэффициентом.
Дыхательный коэффициент (ДК) – соотношение между объемом образовавшегося СО2 и поглощенного О2:
- для углеводов ДК = 1, так как С6Н12О6 + 6О2=6СО2+6Н2О + Q;
- для белков ДК = 0,8;
- для жиров ДК = 0,7.
При смешанной пище ДК – от 0,7 до 1,0, в среднем = 0,85.
Каждому ДК соответствует своё количество энергии, которое при этом выделяется, этот показатель обозначается как калорический эквивалент кислорода (КЭО2).
КЭО2 – количество тепла, которое выделяется, в соответствующих условиях, при потреблении организмом 1 л кислорода. Выражается в килокалориях (ккал). Значение находится по таблице, в зависимости от конкретной величины ДК.
Для получения показателей газообмена, необходимых для расчета основного обмена, используют следующие методы:
- метод полного газового анализа – метод Дугласа - Холдейна. Показатели газообмена определяют по количеству и соотношению выделенного СО2 и поглощенного О2. Метод точный, длительный;
- метод неполного газового анализа. Показатели газообмена рассчитывают по оксиспирограмме. Метод приблизительный, но самый распространенный, он позволяет быстро и без больших затрат получить ориентировочный результат.
Тепловой обмен. Терморегуляция.
Все живые организмы делятся на:
Гомойотермные (теплокровные) организмы (человек и млекопитающие).
Пойкилотермные (холоднокровные) организмы.
Образующаяся в организме энергия питательных веществ превращается в конечном итоге в тепло (тепловую энергию). Чем интенсивнее скорость обменных процессов в организме, тем больше величина теплообразования.
Теплопродукция и теплоотдача.
Баланс теплопродукции и теплоотдачи является главным условием поддержания постоянной температуры тела.
Теплопродукция.
Суммарная теплопродукция в организме состоит из:
- «первичной теплоты», выделяющейся в ходе реакций обмена веществ, постоянно протекающих во всех организмах и тканях;
- «вторичной теплоты», образующейся при расходовании энергии макроэргических соединений на выполнение определенной работы.
Уровень теплообразования в организме зависит от:
- величины основного обмена;
- специфического динамического действия принимаемой пищи;
- мышечной активности;
- интенсивности метаболизма.
Наибольшее количество тепла образуется в мышцах при их тоническом напряжении и сокращении – «сократительный термогенез».
Он обеспечивается:
Непроизвольными мышечными сокращениями.
В них различают:
- тонические сокращения мышц, поддерживающих позу;
- терморегуляторный тонус (сворачивание «в клубок» животных при снижении температуры);
- холодовая мышечная дрожь,
2. Произвольными мышечными сокращениями.
Произвольные мышечные сокращения способны увеличивать теплопродукцию при физическом труде в 6- 8 раз, кратковременно – в 10-15раз.
Кроме того, у взрослых людей часть теплопродукции обеспечивается несократительным термогенезом.
Несократительный термогенез.
Несократительный термогенез увеличивает теплопродукцию на 70%, он складывается из:
- «первичной теплоты», выделяющейся в ходе реакций обмена веществ, постоянно протекающих во всех организмах и тканях;
- «вторичной теплоты», образующейся при расходовании энергии макроэргических соединений на выполнение определенной работы.
У детей (особенно у новорожденных) важную роль в несократительном термогенезе играет бурый жир, в котором высокая скорость окисления жирных кислот.
Регуляция теплообразования.
Интенсивность теплообразования зависит от:
Уровня основного обмена.
2. Состояния симпатической нервной системы. Активация симпатической нервной системы, вызывая различным путем, усиливает теплопродукцию.
3. Состояния гормонального статуса. Увеличение инкреции адреналина и тироксина усиливает теплопродукцию.
Мышечная активность.
5. Перераспределение тепла в организме между гомойотермным ядром, и пойкилотермной оболочкой тела человека.
Перенос тепла между гомойотермным ядром и пойкилотермным оболочкой тела человека.
Кровь играет решающую роль в перераспределении тепла между тканями с различной теплопродукцией, между гомойотермным ядром и пойкилотермной оболочкой тела человека, а также в предупреждении перегревания организма.
Обладая высокой теплоемкостью, кровь содействует выравниванию температур в различных частях тела и обеспечивает перенос тепла к пойкилотермной оболочке тела, основу которой составляют кожные покровы.
Теплоотдача.
Значение кожных покровов в теплоотдаче.
Кожные покровы выступают в качестве:
- системы теплоизоляции;
- системы теплообмена.
Кожа как система теплоизолятора.
Кожа и особенно подкожная жировая ткань обладают существенно более низкой теплопроводностью, чем другие ткани организма. В связи с этим кожа и подкожная жировая ткань выступают теплоизоляторами и играют важную роль в сохранении температуры внутренней среды при изменении температуры окружающей среды.
Кожа как система теплообмена.
Развитая система подкожных кровеносных сосудов в организме человека позволяет коже выполнять функцию теплоотдачи.
За счет изменения скорости и объема кровотока в системе подкожных кровеносных сосудов осуществляется изменение интенсивности теплоотдачи.
Способы теплоотдачи:
Излучение – способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человека в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона. При понижении температуры окружающей среды излучение увеличивается, при повышении температуры – понижается.
Теплопроведение – способ отдачи тепла при соприкосновении тела человека с другими физическими телами. Количество отдаваемого при этом тепла прямо пропорционально:
а) разнице средних температур контактирующих тел;
б) площади контактирующих поверхностей;
в) времени теплового контакта;
г) теплопроводности контактирующих тел.
Конвекци я – способ теплопередачи, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха (или воды).
Выделяют:
- стественную конвекцию;
- принудительную конвекцию (ветер, вентиляция).
Излучение, теплопроведение и конвекция становятся неэффективными способами теплоотдачи при выравнивании средних температур поверхности тела и окружающей среды.
Испарение– способ рассеивания тепла организмом за счет его затрат на испарение пота в окружающую среду или влаги с поверхности кожи или влаги со слизистых дыхательных путей.
Испарение может быть разделено на:
- неощущаемое испарение;
- ощущаемое испарение.
Неощущаемое испарение.
Делится на:
- Неощущаемое испарение, происходящее с кожи вне выделения секретов потовых желез. За сутки с кожных покровов испаряется более 700 мл воды, не включая пот.
- Неощущаемое испарение, происходящее со слизистых дыхательных путей. За сутки со слизистых покровов дыхательных путей выделяется более 400 мл воды.
Ощущаемое испарение.
- Потоотделение с последующим испарением пота.
У человека постоянно идет потоотделение потовыми железами кожи (36 г/час при 20 °С). Повышение внешней температуры, выполнение физической работы, длительное пребывание в теплоизолирующей одежде (костюм – «сауна») усиливают потоотделение (до 50 – 200 г/час).
Регуляция теплоотдачи.
Два пути регуляции теплоотдачи:
- изменение (увеличение, уменьшение) кровотока в подкожных кровеносных сосудах;
- изменение (увеличение, уменьшение) интенсивности потоотделения.
Изменение кровотока в подкожных кровеносных сосудах.
В состоянии покоя суммарный кровоток в коже составляет до 500 мл/мин, при тяжелой работе – 2-3 л/мин, а при снижении температуры окружающей среды он уменьшается в 3-4 раза от исходного.
Активация симпатической нервной системы уменьшает кровоток в коже, торможение симпатических влияний приводит к увеличению кровотока через кожу выше исходного уровня.
Гистамин, дофамин, субстанция Р, простагландины Е2 и Н2 вызывают расширение микрососудов кожи, увеличивают кожный кровоток. Норадреналин и простагландин F2α вызывают их сужение и уменьшение кровотока в коже.
Поведенческая терморегуляция.
1. субъективная оценка температуры окружающей среды, осознанное создание зоны «комфорта»; (бытовые нагреватели, вентиляторы, кондиционеры, сплит-системы);
2. опережающая подготовка субъекта к изменению температурного режима окружающей среды (сезонная одежда, обувь, головной убор);
3. осознанный подбор режима труда и отдыха в зависимости от температурных климатических условий;
4. сознательное преобразование среды обитания (строительство жилья, зданий производственного и культурного назначения).