Енергетичний і тепловий баланс людини

Зображення: "Фото пітливості на етапі 1 Вільсона", автор Minghong. Ліцензія: CC BY-SA 3.0

Енергетичний баланс людини

Енергія та продуктивність

У фізичному плані енергія є формою накопичення праці. Енергія подається в одиниці Джоуля [J] (1 Джоуль = N * м) і може бути у вигляді кінетичної, теплової або електричної енергії, наприклад. Одиниця калорії [кал] використовується для енергетичної форми тепла і є загальною для опису енергетичного вмісту їжі. Застосовується наступне: 1 кал відповідає 4,187 джоулю.

Споживання енергії людиною фізично слід розуміти як потужність (енергія/час) і має одиницю ват [Вт] (1 ват = 1 джоуль/с). Однак, як правило, оборот пов’язаний з цілим днем, і значення наводяться в джоулях/день.

Оборот енергії

Робочі процеси різних життєво важливих основних функцій відбуваються в організмі людини без перерв. Для цього потрібна основна кількість енергії, яка відома як Швидкість базального метаболізму (ГУ) призначений. Для визначення базової швидкості метаболізму встановлюється ряд стандартизованих умов. Ці 4 умови є:

Фізичний та розумовий відпочинок
Тверезий
Температура байдужості
Ранні ранкові години

Зображення: “Базальний рівень метаболізму чоловіків і жінок у залежності від віку та ваги; визначається за формулою Міффліна та формулою ІМТ »від Шаддіма. Ліцензія: CC BY-SA 3.0

Вимірювання в ранні ранкові години відбувається завдяки циркадному ритму температури тіла, при якому витрата енергії падає до мінімуму рано вранці.

Наступна формула використовується для приблизної оцінки рівня базального метаболізму здорових людей: Базальний рівень метаболізму становить приблизно 100 кДж на кг маси тіла на день або приблизно 1 Вт/кг. Це призводить до швидкості базального метаболізму близько 7000 кДж/день для людини з масою тіла 70 кг.

Швидкість базального метаболізму зростає з підвищенням температури, адаптацією до холоду та під впливом кортизолу (стрес) та гормонів щитовидної залози (гіпертиреоз). У жінок природний рівень базального метаболізму нижчий, ніж у чоловіків.

Якщо витрати енергії збільшуються за рахунок розумової або легкої фізичної активності, можна говорити про це Продаж дозвілля або. Цільові продажі. Це приблизно на 30% вище базальної швидкості метаболізму. Якщо спостерігається сильне збільшення продажів через фізичний стрес, можна говорити про це Оборот.

Джерела енергії та їх калорійність

Щоб компенсувати споживання енергії людиною та Енергетичний баланс Щоб підтримувати його постійним, енергетично багаті поживні речовини потрібно використовувати («спалювати»). Енергозабезпечення людини відбувається через три основні харчові субстрати - вуглеводи, жири та білки.

Їх середні фізіологічні показники калорійності такі:

поживна речовина	фізіологічна теплотворна здатність
Ліпіди (жири)	39 кДж/г.
вуглеводи	17 кДж/г.
Білки	17 кДж/г.
алкоголь	30 кДж/г.

Можна виділити фізичний і фізіологічна теплотворна здатність. Фізична теплотворна здатність поживних речовин - це абсолютний вміст енергії, фізіологічна теплотворна здатність - це частина цієї енергії, яку може використовувати людський організм.

У переробці харчових продуктів це відіграє роль лише для білків, оскільки людина не може використовувати повну кількість енергії (23 кДж/г) і виділяти непридатну, але багату енергією сечовину. Таким чином, фізіологічна теплотворна здатність нижча, ніж фізична.

Калориметрія та калорійний еквівалент

Викликається визначення енергообігу Калориметрія призначений. безпосередня калориметрія Вимірювання тепла, яке виділяється під час реакції горіння, сьогодні вже не використовується. У спорті та медицині праці непряма калориметрія з іншого боку все ж певне значення. Кількість споживаної енергії визначається із споживання киснем пацієнта.

Для того, щоб зробити висновки про перетворену енергію від споживання O2, це потрібно Калорійний еквівалент (KÄ). Це визначає кількість енергії конкретно для певного субстрату, який виділяється при згорянні з використанням одного літра O2. Калорійний еквівалент для середньоєвропейської дієти становить 20 кДж на літр споживаного O2. Калорійні еквіваленти окремих поживних речовин можна знайти в таблиці. Для того, щоб визначити споживання кисню відповідною людиною, зазвичай повертаються до спірометрії.

поживна речовина	калорійний еквівалент
вуглеводи	21 кДж/л O2
Ліпіди	19,5 кДж/л O2
Білки	19 кДж/л O2

Коефіцієнт дихання

Калорійний еквівалент 20 кДж на літр споживаного кисню застосовується до змішаної їжі в Центральній Європі і може варіюватися залежно від складу їжі. Оскільки калорійні еквіваленти вуглеводів, жиру та білків становлять від 19 кДж до 21 кДж на літр O2, можлива помилка досить мала.

Однак, щоб отримати більш точний результат, вам потрібно скористатися Коефіцієнт дихання (RQ) визначити основну обпалену основу. Це описує співвідношення між CO2, що виділяється, до поглиненого O2 і, залежно від їжі, становить від 0,7 до 1,0. У цій таблиці наведено коефіцієнти дихання при згорянні лише одного субстрату. Вихід СО2 також визначається за допомогою відкритої спірометрії.

поживна речовина	коефіцієнт дихання
вуглеводи	RQ = 1,0
Ліпіди	RQ = 0,7
Білки	RQ = 0,81

Індекс маси тіла (ІМТ)

Незбалансований енергетичний баланс призводить до збільшення або зменшення маси тіла, а отже, і індексу маси тіла (ІМТ). Підвищений ІМТ в основному заснований на збільшенні жирової тканини з позитивним енергетичним балансом протягом тривалого часу, але також може відображати зростання м’язової маси у спортсменів. При ІМТ> 30 існує значно вищий ризик серцево-судинних захворювань та цукрового діабету і, отже, значно вищий рівень смертності.

Зображення: “Спрощений графік індексу маси тіла” від користувача: Amog. Ліцензія: CC BY-SA 3.0

Оптимальний склад їжі

Пропорції різних харчових компонентів збалансованої дієти повинні базуватися на наступних рекомендаціях: Рекомендована добова норма споживання білків становить 1 г білка на кг ваги на добу. Це відомо як Оптимальний білок і забезпечує щоденне відновлення структурних білків. Потреба людини в енергії повинна бути покрита приблизно до 50% вуглеводами, 30% жирами та 10% білками. Енергія від алкоголю часто становить 5% від добової потреби, але ні в якому разі не повинна становити значно більшу частку.

Тепловий баланс людини

Тіло людини залежить від постійної температури тіла, щоб надійно функціонувати. Існують різні регуляторні механізми, що забезпечують це з максимально можливою впевненістю, незважаючи на коливальні зовнішні умови.

Тепло, що утворюється в організмі під час реакцій горіння, повинно, з одного боку, використовуватися для підтримання стабільної температури, але, з іншого боку, воно також має мати змогу ефективно викидатися назад у навколишнє середовище, якщо є надлишок енергії. Нормальна температура тіла становить близько 37 ° C, але фізіологічно коливається близько 1 ° C в циркадному ритмі.

Регулювання температури тіла

Викликається здатність підтримувати постійну температуру тіла близько 37 ° C Терморегуляція а центр регулювання температури та обміну речовин знаходиться в гіпоталамусі. Як безпосередньо на місці, так і на периферії є рецептори холоду та тепла (Терморецептори), які передають свою інформацію в центр терморегуляції. Так званий Уставка температура, яку намагається підтримувати тіло.

Розрізняють температурні умови в організмі Ядро тіла, так стовбур, який містить життєво важливі органи Оболонка тіла (Периферія), так кінцівки. Теплообмін працює через кров. Тіло надає головний пріоритет підтримці температури тіла. Отже, коли середовище охолоджує тіло, приплив крові до периферії зменшується, так що він охолоджується сильніше, ніж серцевина тіла.

Ця реакція на легке переохолодження називається централізація і зменшує втрати тепла на великій поверхні кінцівок. Температура оболонки тіла може відхилятися від температури основного тіла до 9 ° C, коли дуже холодно. Зовні видно бліду шкіру і синюшні губи. Коли температура навколишнього середовища тепла, судини шкіри розширюються, а периферія добре забезпечується кров’ю. У цьому випадку температури в ядрі тіла та на периферії дуже наближаються одна до одної.

Температура байдужості

Діапазон температур, який сприймається як приємний для людини, при якому терморегуляція не вимагає великих зусиль і може підтримуватися постійно виключно завдяки циркуляції крові в шкірі, відомий як Температура байдужості. Для людини без одягу в стані спокою та із середньою вологістю повітря це 28-30 ° C; для одягненої людини вважається, що вона становить близько 22 ° C. За межами цієї зони необхідно використовувати різні механізми, щоб забезпечити постійну температуру тіла 37 ° C.

Генерація тепла

Хімічні реакції, особливо реакції горіння, генерують тепло в організмі людини. Теплопродукція окремих органів у стані спокою та напруги та їх частка в загальному обсязі виробленого тепла сильно відрізняються. Зокрема, завдяки м’язовій діяльності вироблення тепла можна значно збільшити і забезпечити частку до 90%.

На додаток до зростаючого бажання займатися на холоді у формі довільної м’язової діяльності, Тремтіння може вироблятися додаткове тепло. Ця мимовільна реакція також буде відображати Антагоністи активується так, щоб не було фактичного руху.

Добре постачається кров’ю і багатий енергією Коричнева жирова тканина пропонує форму виробництва тепла, яка надзвичайно важлива для немовляти без тремору генерація тепла називається. Мембранний білок Термогенін, також UCP-1 (= роз’єднання білка 1) роз’єднує дихальний ланцюг. Таким чином, розщеплення жирних кислот відбувається «в короткому замиканні», так що АТФ не утворюється, і майже вся енергія виділяється у вигляді тепла. Таким чином, стимулюючись ß-адренорецепторами, тепло може забезпечуватися особливо швидко.

Тепловиділення

При важкій фізичній роботі виробляється багато теплової енергії, особливо завдяки роботі м’язів. Для того, щоб знову виділити це надлишкове тепло, тіло має у своєму розпорядженні чотири різні механізми.

Проведення або теплопровідність описує виділення тепла через шкіру при прямому контакті з іншим матеріалом. При дотику людина втрачає тепло, ступінь цього теплообміну в значній мірі залежить від теплопровідності матеріалу. Метал, який є дуже провідним, здається значно холоднішим, ніж деревина, наприклад, і більше тепла втрачається через провідність.

З конвекція з іншого боку, говориться про передачу тепла в середовище, що рухається, тобто переважно повітря, яке нас оточує. Поверхня тіла нагріває шар нерухомого повітря, який потім піднімається і заміщується надходить холодним повітрям. Якщо середовище знаходиться в русі, тобто обмін прискорюється, теплообмін збільшується, тому сприймана температура стає холоднішою, коли є вітер. Навіть у середовищі з більш високою провідністю, наприклад воді, втрати тепла більші. За стандартизованих умов конвекцією виділяється близько 15% тепла.

На відміну від провідності та конвекції, вимагає Теплове випромінювання (Інфрачервоне випромінювання) прямого контакту немає. Кожне тіло виділяє енергію для предметів навколишнього середовища без перерви. Ступінь тут головним чином залежить від різниці температур. В середньому таким чином людське тіло залишає близько 60% тепла.

випаровування (Випаровування) є ефективним людським механізмом виділення надлишку тепла, а також єдиним при температурі навколишнього середовища вище 36 ° C. Піт (Perspiratio sensibilis) може регулюватися організмом і піддається впливу холінергічних волокон симпатичної нервової системи. Потові залози мають лише холінергічні рецептори; відповідно, їх нейромедіатором є ацетилхолін.

Теплота випаровування води становить 2400 кДж/л, тому тут можливий високий ступінь тепловиділення, але це обмежується високою вологістю. Якщо організм втрачає велику кількість рідини, бідної на електроліти, через потовиділення, таким чином може статися гіпертонічна дегідратація. Тіло мимоволі втрачає близько 500 мл рідини щодня через випаровування з шкіри та слизових оболонок, наприклад дихальних шляхів. Це явище називається Perspiratio insensibilis і, незважаючи на відсутність регуляторних механізмів, мимоволі не сприяє втратам тепла.

Зображення: "Гіпоталамус контролює терморегуляцію". від philschatz. Ліцензія: CC BY 4.0

лихоманка

Гіпертермія відбувається, коли температура серцевини тіла підвищується, наприклад, при інтенсивних фізичних навантаженнях, а механізми відводу тепла недостатні. У разі лихоманки, однак, це Уставка температура тіла підвищується в центрах центральної терморегуляції. Це може мати різні причини. Часто це бактеріальне запалення, але злочинні процеси також можуть бути відповідальними.

Індукуючі лихоманку речовини, які в цілому називаються Пірогени призначений. Чужа для організму група, екзогенні піогени складається, зокрема, з вірусів та компонентів бактерій (полісахаридів), які завдяки взаємодії з макрофагами та гранулоцитами призводять до вивільнення речовин, що передають імунну систему. Ці посередники, у свою чергу, називаються ендогенні пірогени а їх найважливішими представниками є інтерлейкін-1 (ІЛ-1), інтерферони та фактори некрозу пухлини. В кінці каскаду є простагландини, які змушують гіпоталамус збільшувати цільове значення.

Зображення: «Типовий перебіг лихоманки. Зелена лінія показує цільове значення, червона - фактичну температуру тіла ". від DooFi. Ліцензія: загальнодоступне

Деякі клінічні ознаки підвищення або падіння лихоманки використовуються для оцінки розвитку пацієнта з лихоманкою. в Підвищення температури Пацієнти часто виявляють сильне відчуття холоду, звуження судин на шкірі та озноб, оскільки температура основного тіла тут нижче (підвищеної) заданої температури. в Падіння лихоманки з іншого боку, спостерігається розширення судин і рясне потовиділення. Викликаються ліки, що знижують температуру Жарознижуючі засоби і, як ібупрофен, вони часто діють, пригнічуючи синтез простагландинів.

набрякати

Фішер: MEDI-LEARN: Physiology 1-6 - The Physikumsskripte, 4-е видання

Рішення питань: 1D, 2B, 3B