Обмен веществ и энергии при различных уровнях функциональной активности организма

12.3.1. Основной обмен

Под основным обменом понимают минимальный уровень энергозатрат, не­обходимых для поддержания жизнедеятельности организма в условиях от­носительно полного физического, эмоционального и психического покоя. В состоянии относительного покоя энергия затрачивается на осуществле­ние функций нервной системы, постоянно идущий синтез веществ, работу ионных насосов, поддержание температуры тела, деятельность дыхатель­ной мускулатуры, гладких мышц, работу сердца и почек.

Таблица 12.4. Уравнения для расчета величины основного обмена.

*Мт — масса тела (кг), Р — рост (м).

Энергозатраты организма возрастают при физической и умственной ра­боте, психоэмоциональном напряжении, после приема пищи, при пониже­нии температуры среды. Для того, чтобы исключить влияние перечислен­ных факторов на величину энергозатрат, определение основного обмена проводят в стандартных строго контролируемых условиях: утром, в поло­жении лежа, при максимальном расслаблении мышц, в состоянии бодрст­вования, в условиях температурного комфорта (около 22 °C), натощак (че­рез 12—14 ч после приема пищи). Полученные в таких условиях величины основного обмена характеризуют исходный «базальный» уровень энергоза­трат организма.

Для взрослого человека среднее значение величины основного обмена равно 1 ккал/кг/ч (4,19 кДж). Следовательно, для взрослого мужчины мас­сой 70 кг величина энергозатрат составляет около 1700 ккал/сут (7117 кДж), для женщин — около 1500 ккал/сут. Интенсивность основного обме­на тесно связана с размерами поверхности тела, что обусловлено прямой зависимостью величины отдачи тепла от площади поверхности тела. У теп­локровных организмов, имеющих разные размеры тела, с 1 м² поверхности тела в окружающую среду рассеивается одинаковое количество тепла. На этом основании сформулирован закон поверхности тела, согласно которо­му энергетические затраты теплокровного организма пропорциональны ве­личине поверхности тела.

Величины основного обмена определяют методами прямой или непря­мой калориметрии. Его должные величины можно рассчитать по уравне­ниям с учетом пола, возраста, роста и массы тела (табл. 12.4).

Нормальные величины основного обмена у взрослого человека можно рассчитать также по формуле Дрейера:

Н = W/K • А,

где W — масса тела (г), А —возраст, К —константа (0,1015 для мужчин и 0,1129 — для женщин).

Величина основного обмена зависит от соотношения в организме про­цессов анаболизма и катаболизма. Преобладание в детском возрасте про­цессов анаболической направленности в обмене веществ над процессами катаболизма обусловливает более высокие значения величин основного обмена у детей (1,8 и 1,3 ккал/кг/ч у детей 7 и 12 лет соответственно) по сравнению со взрослыми людьми (1 ккал/кг/ч), у которых уравновешены в состоянии здоровья процессы анаболизма и катаболизма.

Так как показатели теплопродукции, артериального давления и пульса взаимосвязаны, то можно рассчитать величину основного обмена и его от­клонения от нормы по следующей формуле:

ПО = 0,75 • (ЧСС + ПД • 0,74) - 72,

где ПО — процент отклонения от нормы, ЧСС — частота сердечных сокра­щений, ПД — пульсовое давление.

Для каждой возрастной группы людей установлены и приняты в каче­стве стандартов величины основного' обмена. Это дает возможность при необходимости измерить его величину у человека и сравнить полученные у него показатели с нормативными. Отклонение величины основного об­мена от стандартной не более чем на ±10 % считается в пределах нормы. Более значительные отклонения основного обмена могут служить диаг­ностическими признаками таких состояний организма, как нарушение функции щитовидной железы; выздоровление после тяжелых и длитель­ных заболеваний, сопровождающееся активацией метаболических про­цессов; интоксикация и шок, сопровождающиеся угнетением метабо­лизма.

Интенсивность основного обмена в различных органах и тканях неоди­накова. По мере уменьшения энерготрат в покое их можно расположить в таком порядке: внутренние органы-мышцы—жировая ткань.

12.3.2. Энергетические затраты организма в условиях физической нагрузки

Интенсивность обменных процессов в организме значительно возрастает в условиях физической нагрузки. Объективным критерием для оценки энерго­затрат, связанных с двигательной активностью разных профессиональных групп, является коэффициент физической активности. Он представляет со­бой отношение общих энергозатрат к величине основного обмена. Прямая зависимость величины энергозатрат от тяжести нагрузки позволяет ис-

Таблица 12.5. Энергетические затраты организма при различной интенсивности физи­ческой работы

пользовать уровень энергозатрат в качестве одного из показателей интен­сивности выполняемой работы (табл. 12.5).

Разница между величинами энергозатрат организма на выполнение раз­личных видов работ и энергозатрат на основной обмен составляет так на­зываемую рабочую прибавку (к минимальному уровню энергозатрат). Пре­дельно допустимая по тяжести работа, выполняемая на протяжении ряда лет, не должна превышать по энергозатратам уровень основного обмена для данного индивидуума более чем в 3 раза.

Умственный труд не требует столь значительных энергозатрат, как фи­зический. Энергозатраты организма возрастают при умственной работе в среднем лишь на 2—3 %. Умственный труд, сопровождающийся легкой мышечной деятельностью, психоэмоциональным напряжением, приводит к повышению энергозатрат уже на 11—19 % и более.

Специфически-динамическое действие пищи — это усиление интенсивно­сти обмена веществ под влиянием приема пищи и увеличение энергетиче­ских затрат организма относительно уровней обмена и энергозатрат, имев­ших место до приема пищи. Специфически-динамическое действие пищи обусловлено затратами энергии на переваривание пищи, всасывание в кровь и лимфу питательных веществ из желудочно-кишечного тракта, ре­синтез белковых, сложных липидных и других молекул; влиянием на мета­болизм биологически активных веществ, поступающих в организм в соста­ве пищи (в особенности белковой) и образующихся в нем в процессе пи­щеварения.

Увеличение энергозатрат организма выше уровня, имевшего место до приема пищи, проявляется примерно через час после приема пищи, дости­гает максимума через три часа, что обусловлено развитием к этому време­ни высокой интенсивности процессов пищеварения, всасывания и ресин­теза поступающих в организм веществ. Специфически-динамическое дей­ствие пищи может продолжаться 12—18 ч. Оно наиболее выражено при приеме белковой пищи, повышающей интенсивность обмена веществ до 30 %, и менее значительно при приеме смешанной пищи, повышающей интенсивность обмена на 6—15 %.

Уровень общих энергозатрат, как и основного обмена, зависит от воз­раста: суточный расход энергии возрастает у детей с 800 ккал (6 мес— 1 год) до 2850 ккал (11—14 лет). Резкий прирост энергозатрат имеет место у подростков-юношей 14—17 лет (3150 ккал). После 40 лет энергозатраты снижаются и к 80 годам составляют около 2000—2200 ккал/сут.

В повседневной жизни уровень энергозатрат у взрослого человека зави­сит не только от особенностей выполняемой работы, но и от общего уров­ня двигательной активности, характера отдыха и социальных условий жизни.