Для людей,
выполняющих легкую работу сидя, нужно
2400 - 2600 ккал в сутки, работающих с
большей мышечной нагрузкой, требуется
3400 - 3600 ккал, выполняющих тяжелую
мышечную работу - 4000-5000 ккал и выше.
У тренированных спортсменов
при кратковременных интенсивных
упражнениях величина рабочего обмена
может в 20 раз превосходить основной
обмен. Потребление кислорода при
физической нагрузке не отражает общего
расхода энергии, так как часть
ее тратится на гликолиз (анаэробный) и
не требует затраты кислорода.
Разность
между потребностью в 02 и его потреблением
составляет энергию, получаемую в результате
анаэробного распада, и называется
кислородным долгом. Потребление 0^
и после окончания мышечной работы
остается высоким, так как в это
время происходит возвращение кислородного
долга. Кислород затрачивается на превращение
главного побочного продукта анаэробного
метаболизма - молочной кислоты в
пировиноградную, на фосфорилирование
энергетических соединений (креатинфосфат)
и восстановление запасов 02 в мышечном
миоглобине.
Прием пищи
усиливает энергетический обмен (специфическое
динамическое действие пищи). Белковая
пища повышает интенсивность обмена
на 25 - 30%, а углеводы и жиры - на 10%
или меньше. Во время сна интенсивность
метаболизма почти на 10% ниже основного
обмена. Разница между бодрствованием
в состоянии покоя и сном объясняется
тем, что во время сна мышцы расслаблены.
При гиперфункции щитовидной железы основной
обмен повышается, а при гипофункции -
понижается. Понижение основного обмена
происходит при недостаточности функций
половых желез и гипофиза.
При умственном
труде энерготраты значительно
ниже, чем при физическом. Даже очень
интенсивный умственный труд, если
он не сопровождается движениями, вызывает
повышение затрат энергии лишь на
2 - 3% по сравнению с полным покоем.
Однако если умственная активность сопровождается
эмоциональным возбуждением, энерготраты
могут быть заметно большими. Пережитое
эмоциональное возбуждение может
вызывать в течение нескольких последующих
дней повышение обмена на 11 -19%.
Превращение и использование энергии.
Энергетический эквивалент пищи
В процессе
обмена веществ постоянно происходит
превращение энергии: энергия сложных
органических соединений, поступивших
с пищей, превращается в тепловую,
механическую и электрическую. Человек
и животные получают энергию из окружающей
среды в виде потенциальной энергии,
заключенной в химических связях
молекул жиров, белков и углеводов.
Все процессы жизнедеятельности
обеспечиваются энергией за счет анаэробного
и аэробного метаболизма. Получение
энергии без участия кислорода,
например, гликолиз, (расщепление глюкозы
до молочной кислоты) называется анаэробным
обменом.
В ходе анаэробного
расщепления глюкозы (гликолиза) или
ее резервного субстрата гликогена
(гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы
в 2 моля лактата приводит к образованию
2 молей АТФ. Энергии, образующейся в
ходе анаэробных процессов, недостаточно
для осуществления активной жизни, реакции,
происходящие с участием кислорода, энергетически
более эффективны. Все процессы, генерирующие
энергию с участием кислорода, называются
аэробным обменом. При окислении сложных
молекул химические связи разрываются,
сначала органические молекулы распадаются
до трехуглеродных соединений, которые
включаются в цикл Кребса (цикл лимонной
кислоты), а далее окисляются до СО2 и Н2О.
Высвободившиеся
в этих реакциях протоны и электроны
вступают в цепь переноса электронов,
в которой кислород служит конечным
акцептором электронов. Биологическое
окисление в сущности представляет
собой "сгорание" вещества при
низкой температуре, часть энергии,
высвобождающейся при окислении, запасается
в высокоэнергетических фосфатных
связях аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ
является аккумулятором химической
энергии и средством ее переноса,
диффундируя в те места, где она
требуется. Общее количество молекул
АТФ, образующихся при полном окислении
1 моля глюкозы до СО2, и Н2О, составляет
25,5 молей. При полном окислении молекулы
жиров образуется большее количество
молей АТФ, чем при окислении
молекулы углеводов.
Динамика
химических превращений, происходящих
в клетках, изучается биологической
химией. Задачей физиологии является
определение общих затрат веществ
и энергии организмом и того, как
они должны восполняться с помощью
полноценного питания. Энергетический
обмен служит показателем общего
состояния и физиологической
активности организма.
Единица измерения энергии, обычно применяемая
в биологии и медицине, - калория (кал).
Она определяется как количество энергии,
необходимое для повышения температуры
1 г воды на 1°С. В Международной системе
единиц (СИ) при измерении энергетических
величин используется джоуль (1 ккал= 4,19
кДж).
Энергетический эквивалент пищи
Количество
энергии, выделяемой при окислении
какого-либо соединения, не зависит
от числа промежуточных этапов его
распада, т.е. от того, сгорело ли оно
или окислилось в ходе катаболических
процессов. Запас энергии в пище
определяется в колориметрической
бомбе - замкнутой камере, погруженной
в водяную баню. Точно взвешенную
пробу помещают в эту камеру, наполненную
чистым О2 и поджигают. Количество выделившейся
энергии определяется по изменению
температуры воды, окружающей камеру.
При окислении
углеводов выделяется 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г),
окисление 1 г жира дает 38,96 кДж (9,3 ккал).
Запасание энергии в форме
жира является наиболее экономичным
способом длительного хранения энергии
в организме. Белки окисляются в
организме не полностью. Аминогруппы
отщепляются от молекулы белка и
выводятся с мочой в форме
мочевины. Поэтому при сжигании белка
в калориметрической бомбе выделяется
больше энергии, чем при его окислении
в организме: при сжигании белка
в калориметрической бомбе выделяется
22,61 кДж/г 5,4 ккал/г), а при окислении
в организме - 17,17 кДж/г 4,1 ккал/г). Разница
приходится на ту энергию, которая выделяется
при сжигании мочевины,
Обмен веществ и энергии
В
живых организмах любой процесс
сопровождается передачей энергии.
Энергию определяют как способность
совершать работу. Специальный раздел
физики, который изучает свойства
и превращения энергии в различных
системах, называется термодинамикой.
Под термодинамической системой
понимают совокупность объектов, условно
выделенных из окружающего пространства.
Термодинамические
системы разделяют на изолированные,
закрытые и открытые. Изолированными
называют системы, энергия и масса
которых не изменяется, т.е. они не
обмениваются с окружающей средой ни
веществом, ни энергией. Закрытые системы
обмениваются с окружающей средой энергией,
но не веществом, поэтому их масса
остается постоянной.
Открытыми
системами называют системы, обменивающиеся
с окружающей средой веществом и
энергией. С точки зрения термодинамики
живые организмы относятся к
открытым системам, так как главное
условие их существования - непрерывный
обмен веществ и энергии. В
основе процессов жизнедеятельности
лежат реакции атомов и молекул,
протекающие в соответствии с
теми же фундаментальными законами, которые
управляют такими же реакциями вне
организма.
Согласно первому закону термодинамики
энергия не исчезает и не возникает вновь,
а лишь переходит из одной формы в другую.
Второй
закон термодинамики утверждает,
что вся энергия, в конце концов,
переходит в тепловую энергию, и
организация материи становится
полностью неупорядоченной. В более
строгой форме этот закон формулируется
так: энтропия замкнутой системы
может только возрастать, а количество
полезной энергии (т.е. той, с помощью
которой может быть совершена
работа) внутри системы может лишь
убывать. Под энтропией понимают
степень неупорядоченности системы.
Неизбежная
тенденция к возрастанию энтропии,
сопровождаемая столь же неизбежным
превращением полезной химической энергии
в бесполезную тепловую, заставляет
живые системы захватывать все
новые порции энергии (пищи), чтобы
поддерживать свое структурное и
функциональное состояние. Фактически
способность извлекать полезную
энергию из окружающей среды является
одним из основных свойств, которые
отличают живые системы от неживых,
т.е. непрерывно идущий обмен веществ и
энергии является одним из основных признаков
живых существ. Чтобы противостоять увеличению
энтропии, поддерживать свою структуру
и функции, живые существа должны получать
энергию в доступной для них форме из окружающей
среды и возвращать в среду эквивалентное
количество энергии в форме, менее пригодной
для дальнейшего использования.
Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических
и физиологических процессов превращения
веществ и энергии в живых организмах,
а также обмен веществами и энергией между
организмом и окружающей средой. Обмен
веществ у живых организмов заключается
в поступлении из внешней среды различных
веществ, в превращении и использовании
их в процессах жизнедеятельности и в
выделении образующихся продуктов распада
в окружающую среду.
Все
происходящие в организме преобразования
вещества и энергии объединены общим
названием - метаболизм (обмен веществ).
На клеточном уровне эти преобразования
осуществляются через сложные последовательности
реакций, называемые путями метаболизма,
и могут включать тысячи разнообразных
реакций. Эти реакции протекают
не хаотически, а в строго определенной
последовательности и регулируются
множеством генетических и химических
механизмов. Метаболизм можно разделить
на два взаимосвязанных, но разнонаправленных
процесса: анаболизм (ассимиляция) и
катаболизм (диссимиляция).
Анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза
органических веществ (компонентов клетки
и других структур органов и тканей). Он
обеспечивает рост, развитие, обновление
биологических структур, а также накопление
энергии (синтез макроэргов). Анаболизм
заключается в химической модификации
и перестройке поступающих с пищей молекул
в другие более сложные биологические
молекулы. Например, включение аминокислот
в синтезируемые клеткой белки в соответствии
с инструкцией, содержащейся в генетическом
материале данной клетки.
Катаболизм - это совокупность процессов расщепления
сложных молекул до более простых веществ
с использованием части из них в качестве
субстратов для биосинтеза и расщеплением
другой части до конечных продуктов метаболизма
с образованием энергии. К конечным продуктам
метаболизма относятся вода (у человека
примерно 350 мл в день), двуокись углерода
(около 230 мл/мин), окись углерода (0,007 мл/мин),
мочевина (около 30 г/день), а также другие
вещества, содержащие азот (примерно б
г/день).
Катаболизм
обеспечивает извлечение химической энергии
из содержащихся в пище молекул и
использование этой энергии на обеспечение
необходимых функций. Например, образование
свободных аминокислот в результате
расщепления поступающих с пищей
белков и последующее окисление
этих аминокислот в клетке с образованием
СО2, и Н2О, что сопровождается высвобождением
энергии.
Процессы
анаболизма и катаболизма находятся
в организме в состоянии динамического
равновесия. Преобладание анаболических
процессов над катаболическими
приводит к росту, накоплению массы
тканей, а преобладание катаболических
процессов ведет к частичному
разрушению тканевых структур. Состояние
равновесного или неравновесного соотношения
анаболизма и катаболизма зависит
от возраста (в детском возрасте
преобладает анаболизм, у взрослых
обычно наблюдается равновесие, в
старческом возрасте преобладает катаболизм),
состояния здоровья, выполняемой
организмом физической или психоэмоциональной
нагрузки.
- Превращение и использование энергии Энергетический эквивалент пищи
- Определение уровня метаболизма Основной обмен
- Обмен веществ
- Питание
-
Оптовая скидка (от трёх работ)!
Заочникам скидка 10%!
Виртуальная скидка ! Подробнее >>
- Поиск:
Только в этой теме
Только в названии работы
Реферат: Изменения в организме во время физической нагрузки
- НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
- им А.А.Богомольца
- кафедра физкультуры
- Реферат на тему:
- ИЗМЕНЕНИЯ В ОРГАНИЗМЕ ВО ВРЕМЯ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
- студента 3 курса
- 3 группы, 2 мед. ф-та
- Шепетько Александра
- Киев – 1998
- Физическая работа делится на два вида, динамическую и статическую.
- Динамическая работа выполняется тогда, когда в физическом смысле происходит
- преодоление сопротивления на определенном расстоянии В этом случае (например,
- при езде на велосипеде, подъеме на лестницу или в гору) работа может быть
- выражена в физических единицах (1 Вт = 1 Дж/с = 1 Нм/с) При положительной
- динамической работе мускулатура действует как «двигатель», а при
- отрицательной динамической работе она играет роль «тормоза» (например, при
- спуске с горы) Статическая работа производится при изометрическом мышечной
- сокращении. Так как при этом не преодолевается никакое расстояние, в
- физическом смысле это не работа; тем не менее организм реагирует на нагрузку
- физиологическим напряженней. Проделанная работа в этом случае измеряется как
- произведение силы и времени.
- Физическая активность вызывает немедленные реакции различных систем органов,
- включая мышечную, сердечно-сосудистую и дыхательную. Эти быстрые
- адаптационные сдвиги отличаются от адаптации, развивающейся в течение более
- или менее длительного срока, например в результате тренировок. Величина
- быстрых реакций служит, как правило, непосредственной мерой напряжения.
- Немедленные реакции обусловлены изменением большого количества параметров, в
- частности, изменением мышечного кровоснабжения. В покое кровоток в мышце
- составляет 20 40 мл • мин - ' • кг - '. При
- экстремальных физических нагрузках эта величина существенно возрастает,
- достигая максимума, равного 1,3 л-мин - 1 •кг - 1 у
- нетренированных лиц и 1,8 л-мин - ' -кг - ' у лиц,
- тренированных на выносливость. Кровоток усиливается не мгновенно с началом
- работы, а постепенно, в течение не менее 20-30 с; этого времени достаточно,
- чтобы обеспечить кровоток, необходимый для выполнения легкой работы. При
- тяжелой динамической работе, однако, потребность в кислороде не может быть
- полностью удовлетворена, поэтому возрастает доля энергии, получаемой за счет
- анаэробного метаболизма.
- Обмен веществ в мышце. При легкой работе получение энергии происходит по
- анаэробному пути только в течение короткого переходного периода после начала
- работы; в дальнейшем метаболизм осуществляется полностью за счет аэробных
- реакций с использованием в качестве субстратов глюкозы, а также жирных кислот
- и глицерола. В отличие от этого во время тяжелой работы получение энергии
- частично обеспечивается анаэробными процессами. Сдвиг в сторону анаэробного
- метаболизма (приводящего к образованию молочной кислоты) происходит в
- основном из-за недостаточности артериального кровотока в мышце, или
- артериальной гипоксии Кроме этих «узких мест» в процессах энергообеспечения и
- тех, что временно возникают сразу же после начала работы, при экстремальных
- нагрузках образуются «узкие места», связанные с активностью ферментов на
- различных этапах метаболизма. При накоплении большого количества молочной
- кислоты наступает мышечное утомление. После начала работы требуется
- некоторое время для увеличения интенсивности аэробных энергетических
- процессов в мышце. В этот период дефицит энергии компенсируется за счет
- легкодоступных анаэробных энергетических резервов (АТФ и креатин-фосфата).
- Количество макроэргических фосфатов невелико по сравнению с запасами
- гликогена, однако они незаменимы как в течение указанного периода, так и для
- обеспечения энергией при кратковременных перегрузках во время выполнения
- работы.
- Во время динамической работы происходят существенные адаптационные сдвиги в
- работе сердечно-сосудистой системы. Сердечный выброс и кровоток в работающей
- мышце возрастают, так что кровоснабжение более полно удовлетворяет
- повышенную потребность в кислороде, а образующееся в мышце тепло отводится
- в те участки организма, где происходит теплоотдача.
- Во время легкой работы с постоянной нагрузкой частота сокращений сердца
- возрастает в течение первых 5-10 мин и достигает постоянного уровня; это
- стационарное состояние сохраняется до завершения работы даже в течение
- нескольких часов. Во время тяжелой работы, выполняемой с постоянным усилием,
- такое стабильное состояние не достигается; частота сокращений сердца
- увеличивается по мере утомления до максимума, величина которого неодинакова
- у отдельных лиц (подъем, обусловленный утомлением). Даже после завершения
- работы частота сердечных сокращений изменяется в зависимости от имевшего
- место напряжения. После легкой работы она возвращается к первоначальному
- уровню в течение 3-5 мин; после тяжелой работы период восстановления
- значительно дольше – при чрезвычайно тяжелых нагрузках он достигает
- нескольких часов. Другим критерием может служить общее число пульсовых ударов
- свыше начальной частоты пульса в течение периода восстановления; этот
- показатель служит мерой мышечного утомления и, следовательно, отражает
- нагрузку, потребовавшуюся для выполнения предшествующей работы.
- Ударный объем сердца в начале работы возрастает лишь на 20 30%, а после этого
- сохраняется на постоянном уровне. Он немного падает лишь в случае
- максимального напряжения, когда частота сокращений сердца столь велика, что
- при каждом сокращении сердце не успевает целиком заполниться кровью. Как у
- здорового спортсмена с хорошо тренированным сердцем, так и у человека, не
- занимающегося спортом, сердечный выброс и частота сокращений сердца при
- работе изменяются приблизительно пропорционально друг другу, что обусловлено
- этим относительным постоянством ударного объема.
- При динамической работе артериальное кровяное давление изменяется как функция
- выполняемой работы. Систолическое давление увеличивается почти
- пропорционально выполняемой нагрузке, достигая приблизительно 220 мм рт.
- ст. при нагрузке 200 Вт. Диастолическое давление изменяется лишь
- незначительно, чаще в сторону снижения. В системе кровообращения,
- функционирующей под низким давлением (например, в правом предсердии) давление
- крови во время работы увеличивается мало; отчетливое его повышение в этом
- участке является патологией (например, при сердечной недостаточности).
- Потребление организмом кислорода возрастает пропорционально величине и
- эффективности затрачиваемых усилий. При легкой работе достигается стационарное
- состояние, когда потребление кислорода и его утилизация эквивалентны, но это
- происходит лишь по прошествии 3-5 мин, в течение которых кровоток и обмен
- веществ в мышце приспосабливаются к новым требованиям. До тех пор пока не
- будет достигнуто стационарное состояние, мышца зависит от небольшого
- кислородного резерва, который обеспечивается 02, связанным с
- миоглобином, и от способности извлекать больше кислорода из крови. При тяжелой
- мышечной работе, даже если она выполняется с постоянным усилием, стационарное
- состояние не наступает; как и частота сокращений сердца, потребление кислорода
- постоянно повышается, достигая максимума.
- С началом работы потребность в энергии увеличивается мгновенно, однако для
- приспособления кровотока и аэробного обмена требуется некоторое время; таким
- образом, возникает кислородный долг. При легкой работе величина кислородного
- долга остается постоянной после достижения стационарного состояния, однако при
- тяжелой работе она нарастает до самого окончания работы. По окончании работы,
- особенно в первые несколько минут, скорость потребления кислорода остается
- выше уровня покоя происходит «выплата» кислородного долга. Однако этот термин
- не точен, так как увеличение потребления кислорода после завершения работы не
- отражает непосредственно процессы восполнения запасов 02 в мышце, а
- происходит и за счет влияния других факторов, таких, как увеличение
- температуры тела и дыхательная работа, изменение мышечного тонуса и
- пополнение запасов кислорода в организме. Таким образом, долг, который будет
- возвращен, по величине больше, чем возникший во время самой работы. После
- легкой работы величина кислородного долга достигает 4 л, а после тяжелой может
- доходить до 20 л.
- Во время легкой динамической работы минутный объем дыхания, как и сердечный
- выброс, увеличивается пропорционально потреблению кислорода. Это увеличение
- возникает в результате нарастания дыхательного объема и частоты дыхания.
- Во время и после динамической работы кровь претерпевает существенные
- изменения. По ним лишь изредка можно действительно оценить степень
- физического напряжения, но особое значение их состоит в том, что они служат
- источниками ошибок при лабораторной диагностике.
- Во время легкой физической работы у здорового человека выявляются лишь
- незначительные изменения в парциальном давлении СО2 и 02 в артериальной крови.
- Тяжелая работа вызывает более существенные изменения. Наибольшие отклонения от
- уровня покоя составляют 8% для артериального рО2, и 10% - для рСО
- 2. Насыщение кислородом смешанной венозной крови падает с ростом
- напряжения; соответственно этому артериовенозная разница по кислороду
- увеличивается от значения, приблизительно равного 0,05 (уровень покоя), до
- 0,14 у нетренированных и 0,17 у тренированных лиц. Это увеличение обусловлено
- повышенным извлечением кислорода из крови в работающей мышце.
- При физической работе показатель гематокрита увеличивается как в результате
- снижения объема плазмы (в связи с усиленной капиллярной фильтрацией), так и
- за счет поступления эритроцитов из мест их образования (при этом
- увеличивается доля незрелых форм). Отмечено также нарастание числа
- лейкоцитов (рабочий лейкоцитоз). Отмечено, что число лейкоцитов в крови
- бегунов на длинные дистанции увеличивается пропорционально длительности бега
- на 5000-15000 клеток/мкл в зависимости от работоспособности (меньше у лиц с
- высокой работоспособностью). Увеличение происходит преимущественно за счет
- возрастания количества нейтрофильных гранулоцитов, так что при этом
- численное соотношение клеток разных типов меняется. Кроме того,
- пропорционально интенсивности работы увеличивается число тромбоцитов
- Легкая физическая работа не влияет на кислотно-щелочное равновесие, так как все
- избыточное количество образующейся углекислоты выделяется через легкие. Во
- время тяжелой работы развивается метаболический ацидоз, степень которого
- пропорциональна скорости образования лактата; частично он компенсируется за
- счет дыхания (снижение артериального Рсо2).
- Уровень глюкозы в артериальной крови у здорового человека мало изменяется во
- время работы. Только при тяжелой и длительной работе происходит падение
- концентрации глюкозы в артериальной крови, что указывает на приближающееся
- истощение. Вместе с тем концентрация лактата в крови варьирует в широких
- пределах в зависимости от степени напряжения и длительности работы –
- соответственно скорости образования лактата в мышце, функционирующей в
- анаэробных условиях, и скорости его элиминации. Лактат разрушается или
- подвергается превращениям в неработающих скелетных мышцах, жировой ткани,
- печени, почках и миокарде. В условиях покоя концентрация лактата в
- артериальной крови составляет приблизительно 1 ммоль/л; при тяжелой
- работе длительностью около получаса или при крайне тяжелых кратковременных
- нагрузках с минутными интервалами могут быть достигнуты максимальные уровни,
- превышающие 15 ммоль/л При длительной тяжелой работе концентрация лактата
- сначала увеличивается, а затем падает.
- Если рацион богат углеводами, концентрации свободных жирных кислот и
- глицерола мало изменяются под влиянием работы, так как секреция инсулина,
- обусловленная потреблением углеводов, тормозит липолиз. Однако при обычном
- рационе длительная тяжелая работа сопровождается увеличением концентраций
- свободных жирных кислот и глицерола в крови в 4 или более раз
- Терморегуляция. Потоотделение обычно считается признаком тяжелой работы.
- Начало заметного потоотделения, однако, зависит не только от тяжести работы,
- но и от условий окружающей среды. Секреция пота начинается тогда, когда
- происходит превышение нейтральной температуры по причине либо усиленной
- теплопродукции во время мышечной работы, либо недостаточной теплоотдачи
- вследствие высокой температуры или влажности окружающей среды,
- несоответствующей одежды, отсутствия движения воздуха (конвекции) или,
- наконец, по причине нагревания тела избыточным тепловым излучением
- (например, в литейном цехе).
- Во время и после физической работы концентрация многих гормонов в крови
- изменяется. В большинстве случаев этот эффект неспецифический, либо
- недостаточно понятный. Выделяется повышенное количество адреналина,
- норадреналина. Через 2 мин после начала работы происходит усиление секреции
- аденогипофизом АКТГ, который стимулирует выделение кротикостероидов из
- коркового везества надпочечников. Концентрация инсулина несколько снижается
- во время работы, уровень же глюкагона может как повышаться, так и снижаться.
-