מטבוליזם ואנרגיההוא שילוב של פיזיקלי, כימי ו תהליכים פיזיולוגייםהַטמָעָה חומרים מזיניםבגוף כדי לשחרר אנרגיה. בחילוף החומרים (מטבוליזם), שני תהליכים קשורים זה לזה, אך רב כיוונים - אנבוליזם וקטבוליזם. אנבוליזםהוא קבוצה של תהליכים ביו-סינתטיים תרכובות אורגניות, רכיבים של תאים, איברים ורקמות מחומרי תזונה נספגים. יְרִידַת חֳמָרִיםהם התהליכים של פיצול רכיבים מורכבים ל חומרים פשוטיםלספק את צרכי האנרגיה והפלסטיק של הגוף. הפעילות החיונית של הגוף מסופקת על ידי אנרגיה בשל אנאירוביו אירוביקטבוליזם של חלבונים תזונתיים, שומנים ופחמימות.

חילוף ראשינקרא כמות האנרגיה שהגוף מוציא במנוחה מלאה של השרירים, 12-14 שעות לאחר ארוחה ובטמפרטורת סביבה של 20-22 מעלות צלזיוס. חילוף החומרים הבסיסי שומר את הגוף בחיים ברמת הפעילות הנמוכה ביותר שלו. מערכת עצבים, לבבות, מנגנון נשימה, עיכול, בלוטות אנדוקריניות, תהליכי הפרשה, מנוחה שריר השלד. גם בתנאים של מנוחה מוחלטת בתאים וברקמות, המטבוליזם - הבסיס לחיי האורגניזם - אינו מפסיק. אינדיקטור לחילוף החומרים העיקרי הוא ייצור חום בקק"ל לשעה לכל 1 ק"ג משקל גוף ושווה ל-1 קק"ל.

התפקיד המוביל בחילוף החומרים שייך למצב התפקודי של מערכת העצבים, ויסות רמת חילוף החומרים באיברים ורקמות, שמירה על הקביעות היחסית של הרכב החלבונים, תרכובת כימיתדם, טמפרטורה וכו' בלתי תלוי יחסית בשינויים סביבה חיצונית, ב תנאים שוניםחַיִים. פעילות הבלוטות האנדוקריניות משפיעה באופן משמעותי גם על חילוף החומרים הבסיסי. לדוגמה, קצב חילוף החומרים הבסיסי עולה עם עלייה בתפקוד בלוטת התריסולהפך, פוחת עם ירידה בתפקודיה ובלוטת יותרת המוח. עם עלייה בטמפרטורת הגוף ב-1 מעלות צלזיוס, חילוף החומרים הבסיסי עולה בממוצע של 10%. באקלים קר, חילוף החומרים הבסיסי עולה, ובאקלים חם הוא יורד ב-10-20%. במהלך השינה, כתוצאה מהרפיית שרירי השלד, הוא יורד ל-13%. בזמן רעב, קצב חילוף החומרים הבסיסי יורד. מגיל 20 עד 40 שנה, קצב חילוף החומרים הבסיסי נשמר בערך באותה רמה, ואז יורד בהדרגה: אצל גברים ל-7%, ובנשים ל-17%.

חילוף חומרים כללי- מתרחש בתנאים רגילים. הוא גבוה משמעותית מחילוף החומרים הבסיסי ותלוי בעיקר בפעילות שרירי השלד, כמו גם בפעילות מוגברת. איברים פנימיים. הקילוקלוריות שהוצאו במקרה זה מעבר לחילוף החומרים הבסיסי נקראות קלוריות מוטוריות. ככל שפעילות השרירים אינטנסיבית יותר, כך יותר קלוריות מוטוריות וחילוף החומרים הכללי גבוה יותר. בעבודה מנטלית, חילוף החומרים הכללי עולה מעט - ב-2-3%, ואם העבודה הנפשית מלווה בפעילות שרירית - ב-10-20%.

עלייה משמעותית בחילוף החומרים מתרחשת גם במהלך עיכול המזון, מה שמכונה הפעולה הדינמית הספציפית שלו. מאחר שעיכול חלבונים מצריך הוצאה גדולה במיוחד של אנרגיה, הפעולה הדינמית הספציפית של חלבונים גדולה במיוחד. בממוצע, לאחר אכילת מזונות חלבונים, חילוף החומרים הבסיסי עולה ב-30-37%, ואחרי שומנים ופחמימות ב-4-6%.

חילוף חומרים של חלבון

חלבונים הם החומר הפלסטי העיקרי ממנו בנויים התאים ורקמות הגוף. הם חלק בלתי נפרדשרירים, אנזימים, הורמונים, המוגלובין, נוגדנים ותצורות חיוניות אחרות. חלבונים מורכבים ממגוון חומצות אמינו, אשר מחולקים להחלפה וללא תחליף. ניתן להחלפהחומצות אמינו יכולות להיות מסונתזות בגוף, ו שאין לו תחליף(וואלין, לאוצין, איזולאוצין, ליזין, מתיונין, טריפטופן, פנילאלנין, ארגינין והיסטידין) מגיעים רק עם מזון.

החלבונים שנכנסים לגוף מתפרקים במעיים לחומצות אמינו ובצורה זו נספגים בדם ומועברים לכבד.במקרה של צריכה מופרזת של חלבונים עם מזון, לאחר פיצול קבוצות האמינו מהם, הם הופכים לפחמימות ושומנים בגוף, אין מאגרי חלבון בגוף האדם.

יחד עם התפקוד העיקרי, הפלסטי, חלבונים יכולים לשחק את התפקיד של מקורות אנרגיה. כאשר מתחמצן בגוף, 1 גרם חלבון משחרר 4.1 קק"ל של אנרגיה. מוצרי קצהפירוק חלבונים ברקמות הוא אוריאה, חומצת שתן, אמוניה, קריאטין, קריאטינין ועוד כמה חומרים. הם מופרשים מהגוף על ידי הכליות ובחלקם על ידי בלוטות הזיעה.

מצב חילוף החומרים של החלבון בגוף נשפט לפי מאזן החנקן, כלומר לפי היחס בין כמות החנקן הנכנסת לגוף וכמותו המופרשת מהגוף. אם המספר הזה זהה, המדינה נקראת מאזן חנקן. המצב שבו ספיגת החנקן עולה על הפרשת החנקן נקרא מאזן חנקן חיובי. זה אופייני לגוף צומח, לספורטאים במהלך האימונים ולאנשים שחלו במחלות. עם רעב מלא או חלקי של חלבון, כמו גם במהלך מחלות מסוימות, פחות חנקן נספג מאשר מופרש. מדינה כזו נקראת מאזן חנקן שלילי. במהלך הרעבה, ניתן להשתמש בחלבונים של איברים מסוימים כדי לתמוך בפעילות החיונית של אחרים, חשובים יותר. במקרה זה, החלבונים של שרירי הכבד והשלד נצרכים בעיקר; תכולת החלבונים בשריר הלב וברקמות המוח נותרת כמעט ללא שינוי.

הפעילות החיונית התקינה של האורגניזם אפשרית רק עם מאזן חנקן, או מאזן חנקן חיובי. מצבים כאלה מושגים אם הגוף מקבל כ-100 גרם חלבון ליום; עם מאמץ גופני רב, הצורך בחלבונים עולה ל-120-150 גרם. ארגון הבריאות העולמי ממליץ לצרוך לפחות 0.75 גרם חלבון לכל ק"ג משקל גוף ליום. בשר עשיר בחלבון, דגים, כבד, פטריות, קטניות, סויה וכו'.

חילוף חומרים של שומן

התפקיד הפיזיולוגי של שומנים, הכוללים שומנים ניטרליים, פוספטידים וסטרולים,בגוף הוא שהם חלק ממנו מבני תאים, ביצוע תפקיד פלסטי ולהיות מקורות אנרגיה.

סה"כהשומן בגוף האדם משתנה מאוד והוא 10-20% ממשקל הגוף, עם השמנת יתר הוא יכול להגיע ל-40-50%. מאגרי השומן בגוף מתעדכנים באופן רציף. עם דיאטת פחמימות בשפע והיעדר שומן במזון, סינתזת שומן בגוף יכולה להתרחש מפחמימות.

שומנים ניטרליים הנכנסים לרקמות מהמעיים וממאגרי השומן מתחמצנים ומשמשים כ מקור אנרגיה. כאשר 1 גרם של שומן מתחמצן, משתחררים 9.3 קק"ל של אנרגיה.בשל העובדה שמולקולת השומן מכילה מעט חמצן יחסית, האחרון נדרש לחמצון שומנים יותר מאשר לחמצון פחמימות. כחומר אנרגיה, שומנים משמשים בעיקר במנוחה ובזמן ארוך טווח בעצימות נמוכה עבודה פיזית. בתחילת פעילות שרירית מאומצת יותר נעשה שימוש בעיקר בפחמימות שמוחלפות לאחר מכן בשומנים עקב ירידה ברזרבות שלהן. במהלך עבודה ממושכת, עד 80% מכלל האנרגיה נצרכת כתוצאה מחמצון השומן.

רקמת שומןמכסה איברים שונים, מגן עליהם מפני השפעות מכניות.הצטברות שומן ב חלל הבטןמספק קיבוע של איברים פנימיים, ותת עור רקמת שומןמגן על הגוף מפני איבוד חום מוגזם. סוֹד בלוטות חלבמגן על העור מפני התייבשות והרטבה מוגזמת במים.

חָשׁוּב תפקיד פיזיולוגישייך לסטרולים, במיוחד, כולסטרול.חומרים אלו מהווים מקור להיווצרות בגוף של חומצות מרה, כמו גם הורמונים של קליפת יותרת הכליה והבלוטות. עם עודף כולסטרול בגוף מתפתח תהליך פתולוגי- טרשת עורקים. כמה סטרולים מזון, כגון ויטמין די,יש גם פעילות פיזיולוגית גדולה.

חילוף החומרים של שומנים קשור קשר הדוק לחילוף החומרים של חלבונים ופחמימות. חלבונים ופחמימות שנכנסים לגוף בעודף הופכים לשומן. להיפך, בזמן רעב, שומנים, פיצול, משמשים מקור לפחמימות. התוצרים הסופיים של חילוף החומרים השומנים הם מים ופחמן דו חמצני. הדרישה היומית לשומנים היא 70-100 גרם.

חילוף חומרים של פחמימות

כמות גדולה של פחמימות מצויה במזון צמחי: ב לחם שיפון 45%, בחיטה - 50%, בכוסמת - 64%, באורז - 72%, בתפוחי אדמה - 20%. הפחמימה נטו היא סוכר. פחמימות נכנסות לגוף האדם בעיקר בצורת עמילן וגליקוגן. בתהליך העיכול הם יוצרים גלוקוז, פרוקטוז, לקטוז וגלקטוז. גלוקוז נספג בדם ודרכו וריד השערנכנס לכבד. פרוקטוז וגלקטוז מומרים לגלוקוז בתאי הכבד. עודף גלוקוז בכבד עובר זרחן והופך לגליקוגן. הרזרבות שלו בכבד ובשרירים אצל מבוגר הן 300-400 גרם. בזמן הרעבה בפחמימות, הגליקוגן מתפרק וגלוקוז נכנס לדם.

פחמימות משמשות כמקור האנרגיה העיקרי בגוף. כאשר 1 גרם פחמימות מתחמצנים, משתחררים 4.1 קק"ל של אנרגיה. הרבה פחות חמצן נדרש לחמצון פחמימות מאשר לחמצון שומנים. עם ירידה בריכוז הגלוקוז בדם, הביצועים הפיזיים מופחתים בחדות. חשיבות רבהפחמימות נחוצות לתפקוד תקין של מערכת העצבים. במהלך צום, מאגרי הגליקוגן בכבד ורמות הגלוקוז בדם יורדות. אותו דבר קורה במהלך עבודה פיזית ארוכה ואינטנסיבית ללא קבלה נוספתפחמימות. ירידה ברמת הגלוקוז בדם ל-0.06-0.07% (ריכוז תקין 0.08-0.12%) מביאה להתפתחות היפוגליקמיהשמתבטא חולשת שרירים, ירידה בטמפרטורת הגוף, ובעתיד - פרכוסים ואובדן הכרה. עם היפרגליקמיה (סוכר בדם מגיע ל-0.15% או יותר), עודף גלוקוז מופרש במהירות על ידי הכליות. מצב זה יכול להתרחש עם עוררות רגשית, לאחר אכילת ארוחה עשירה בפחמימות קלות לעיכול, כמו גם עם מחלות של הלבלב. עם דלדול מאגרי הגליקוגן, הסינתזה של אנזימים המספקים את התגובה של גלוקונאוגנזה, כלומר, סינתזה של גלוקוז מלקטאט או חומצות אמינו, גוברת.

התוצרים הסופיים של חילוף החומרים של פחמימות הם מים, פחמן דו חמצני ו-ATP. הדרישה היומית לפחמימות היא כ-450 גרם.

רמת החליפין בתנאי חיי האדם הטבעיים נקראת חילופי דברים כלליים.בעת ביצוע עבודה פיזית ונפשית, שינוי יציבה, רגשות, לאחר אכילת מזון, תהליכים מטבוליים הופכים אינטנסיביים יותר. יותר מכל, השרירים המעורבים בתהליך זה מופחתים. יתרה מכך, מצב שרירי השלד משפיע בעיקר על עוצמת חילוף החומרים במצבים פיזיולוגיים אחרים. לכן, גם כאשר פותרים בעיה מתמטית, המתח הטוני של שרירי השלד עולה. יחד עם זאת, למרות שפעילות התהליכים המטבוליים בתאי מערכת העצבים המרכזית עצמה משתנה, היא אינה משתנה במידה כזו שתשפיע באופן משמעותי על רמת צריכת האנרגיה של האורגניזם כולו. עם זאת, אם עבודה נפשית מלווה מתח רגשי, הבורסה מופעלת במידה רבה יותר. זאת בשל עלייה ביצירת מספר הורמונים המשפרים תהליכים מטבוליים.

במיוחד פעולה דינמית של מזון

עלייה בחילוף החומרים נצפית במשך זמן מספיק ארוך (עד 10-12 שעות) לאחר האכילה. במקרה זה, אנרגיה מושקעת לא רק על תהליך העיכול בפועל, הפרשה, תנועתיות, ספיגה). מתברר כי מה שנקרא פעולה דינמית ספציפית של מזון.זה נובע בעיקר מהפעלת תהליכים מטבוליים על ידי תוצרי העיכול. השפעה זו היא הגדולה ביותר עם צריכת חלבונים. כבר לאחר שעה ובמהלך 3-12 השעות הבאות (משך הזמן תלוי בכמות המזון הנצרכת), פעילות תהליכי יצירת האנרגיה עולה ל-30% מרמת המטבוליזם הבסיסי. עם צריכת פחמימות ושומנים, עלייה זו היא לא יותר מ-15%.

אפקט טמפרטורה

עוצמת התהליכים המטבוליים עולה גם כאשר טמפרטורת הסביבה חורגת מרמה נוחה. השינויים המשמעותיים ביותר בעוצמת חילוף החומרים עם ירידה בטמפרטורה, שכן על מנת לשמור על טמפרטורת גוף קבועה, האנרגיה מסוגים אחרים מומרת לחום.

חילופי אנרגיה ב פעילות עבודה

העלייה הגדולה ביותר בצריכת האנרגיה נובעת משרירים חולפים בשלד. לכן, בתנאי קיום רגילים, רמת התהליכים המטבוליים תלויה בעיקר ב פעילות גופניתאדם. אוכלוסיה בוגרתעל פי רמת החליפין הכללי ניתן לחלק לחמש קבוצות. הסיווג מבוסס על עוצמת העבודה הפיזית, מתח עצבי הנובע מביצוע תהליכי לידה, פעולות בודדות ועוד מספר מאפיינים. עם ההקדמה וההפצה של סוגים וצורות חדשות של פעילות עבודה הקשורה להתקדמות טכנית, יש לסקור, לחדד ולהשלים את קבוצות עוצמת העבודה. ישנן חמש קבוצות עובדים:

1-a - בעיקר מחיק נפשי;

2-a - ריאה פיזיתעבודה;

שלישית - עבודה פיזית בחומרה בינונית;

4-א - עבודה פיזית כבדה;

5-a - עבודה פיזית קשה במיוחד.

הצורך באנרגיה גדל אצל אנשים שעבודתם מאופיינת לא רק בלחץ פיזי, אלא גם במתח נוירו-פסיכי. ובתוך תנאים מודרנייםחשיבותו בכל תהליכי העבודה הולכת וגדלה.

אצל נשים, באמצעות עוצמה נמוכה יותר של תהליכים מטבוליים, פחות מסת שרירהדרישה לאנרגיה נמוכה בכ-15% מזו של גברים.

בעת קביעת צורכי האנרגיה של האוכלוסייה הבוגרת בגיל העבודה, זה נחשב למתאים לבצע את כל החישובים עבור שלוש קטגוריות גיל: 18-29, 30-39, 40-59 שנים. זה התבסס על כמה תכונות גילחילוף חומרים. אז, בגיל 18-29, תהליכי הגדילה ו התפתחות פיזית. מגיל 40, ובמיוחד אחרי 50, הקטבוליזם מתחיל לגבור על אנבוליזם.

בעת פיתוח קריטריונים לצרכי אנרגיה לאוכלוסיה בגילאי 18 עד 60 שנים, משקל הגוף האידיאלי נקבע על תנאי: לגברים הוא 70 ק"ג, לנשים - 60 ק"ג. ניתן לחשב את דרישת האנרגיה על סמך 1 ק"ג ממשקל גוף אידיאלי ממוצע. דרישת האנרגיה לכל 1 ק"ג משקל אידיאלי לגברים ולנשים היא כמעט זהה והיא: עבור הקבוצה הראשונה של עוצמת העבודה - 167.4 קילו-ג'יי (40 קק"ל), עבור ה-2 - 179.9 קילו-ג'יי (43 קק"ל), עבור ה-3 - 192.5 קילו-ג'יי (46 קק"ל), עבור ה-4 - 25 קילו-ג'יי (25. ק"ג), עבור ה-4 - 25. 6 1 קק"ל).

ויסות חילופי אנרגיה

בגוף, הצרכים המטבוליים של האורגניזם כולו חייבים להיות מתואמים כל הזמן עם הצרכים של האיברים והתאים הבודדים שלו. הדבר מושג באמצעות חלוקה של חומרים מזינים ביניהם, וכן חלוקה מחדש של חומרים ממחסני הגוף עצמו או כאלה שנוצרים בתהליכי הביוסינתזה.

ברמת תאים בודדים וחתיכות איברים, ניתן לחשוף את נוכחותם של מנגנונים מקומיים לוויסות תהליך ייצור האנרגיה. אז, במהלך ביצוע עבודת השרירים, תחילת התכווצות השרירים מפעילה את תהליכי סינתזה מחדש של ה-ATP בשימוש (ראה סעיף 1 - "שרירי השלד").

ויסות תהליכי הפקת אנרגיה בגוף בכללותו מתבצע על ידי העצבים האוטונומיים ו מערכות אנדוקריניותכשהאחרון הוא השולט. הרגולטורים העיקריים - הורמוני בלוטת התריס - תירוקסיןו-G3, כמו גם אבלוטות יותרת הכליה הממריצות תהליכים אלו. יתר על כן, תחת השפעת ההורמונים הללו היא חלוקה מחדש של מטבוליטים, המשמשים לייצור אנרגיה. אז, במהלך פעילות גופנית, גלוקוז, חומצות שומן, המשמשות בשרירים, נכנסים לדם מהכבד, מאגרי שומן לדם.

ההיפותלמוס ממלא תפקיד מיוחד בוויסות, שדרכו מתממשים הנוירו-רפלקס (עצבים וגטטיביים) והמנגנונים האנדוקריניים. בעזרתם מובטחת השתתפותן של המחלקות הגבוהות יותר של מערכת העצבים המרכזית בוויסות התהליכים המטבוליים. אתה יכול אפילו לזהות עלייה רפלקס מותנה ברמת ייצור האנרגיה. אז, עבור ספורטאי לפני ההתחלה, עבור עובד, לפני ביצוע תהליך הלידה, ההחלפה מופעלת. הצעה היפנוטית לביצוע עבודת שרירים כבדה יכולה להוביל לעלייה ברמת התהליכים המטבוליים.

הורמונים של ההיפותלמוס, בלוטת יותרת המוח, הלבלב ואחרים בלוטות אנדוקריניותלהשפיע הן על הצמיחה, הרבייה, התפתחות הגוף והן על היחס בין תהליכי האנבוליזם והקטבוליזם. בגוף, הפעילות של תהליכים אלו נמצאת במצב של שיווי משקל דינמי, אך ברגעים מסוימים החיים האמיתייםכנראה השכיחות של אחד מהם. (תהליכים אלה נדונים ביתר פירוט בקורס ביוכימיה.)

שיטות מחקר

שיטות להערכת מאזן האנרגיה של הגוף מבוססות על שני עקרונות עיקריים: מדידה ישירה של כמות החום שהשתחרר (קלומטריה ישירה), ומדידה עקיפה - על ידי קביעת כמות החמצן שנספגה ו פחמן דו חמצניבולט (קלומטריה עקיפה).

משמש לרוב שיטות של קלורימטריה עקיפה.במקרה זה, תחילה נקבעת כמות החמצן שנספג ומשתחרר, אשר משתחרר. בהכרת הנפחים שלהם, ניתן לקבוע את מקדם הנשימה (RC): היחס בין CO2 המשוחרר לCO2 שנספוג:

לפי ערך DC, ניתן להעריך בעקיפין (יש טבלאות מתאימות) את החמצון של המוצר, שכן בהתאם לכך משתחררת כמות שונה של חום. לפיכך, במהלך החמצון של גלוקוז, משתחררים 4 קק"ל/ג' של חום, שומן - 9.0 קק"ל/ג', חלבונים - 4.0 קק"ל/ג' (ערכים אלה מאפיינים את הערך האנרגטי של רכיבי התזונה המתאימים). התלות של DC במוצר מתחמצנת, נקבעת על ידי העובדה שבמהלך החמצון של גלוקוז, משתמשים באותו מספר של מולקולות O2 ליצירת כל מולקולת CO2 (DR = 1.0). בשל העובדה שבמבנה חומצות שומןיש פחות 02 אטומים לכל אטום CO2 מאשר בפחמימות; במהלך החמצון שלהם, DC הוא 0.7. עם צריכת מזון חלבון, ה-DC הוא 0.8.

עם זאת, בעת יישום השיטה של ​​קלורימטריה עקיפה, יש לקחת בחשבון כי בתנאים האמיתיים של חיי אדם, ככלל, חמצון מרכיבים מעורבים. ל יישום מעשיפותחו טבלאות מיוחדות שבעזרתן ניתן לקבוע לפי כמות החמצן הנספגת ליחידת זמן וערך DC את כמות האנרגיה המשתחררת, כלומר את עוצמת התהליכים המטבוליים.

תכונות גיל ומגדר חילוף חומרים אנרגטי

במהלך התפתחות אונטוגנטית, תהליכים מטבוליים עוברים שינויים משמעותיים. עד סוף גיל ההתבגרות (טבלה 15), תהליכי אנבוליזם שולטים.

טבלה 15 שינויים הקשורים לגיל במטבוליזם כללי ובזאלי

גיל	כללי החלפה, kcal1dobu	BX
		kcal1dobu	קק"ל 1 מטר 1 דובו	kcal1kg1dobu
יום 1
1 חודש
1 שנה
3 שנים
5 שנים
10 שנים
14 שנים
מבוגרים

כי כדי להבטיח התפתחות גילהוצא מספר גדול שלאנרגיה, רמת המטבוליזם הבסיסי הן במונחים של יחידת מסה והן במונחים של פני הגוף גדלה בחדות. השיעורים הגבוהים ביותר הם במהלך שנות החיים הראשונות, כאשר חילוף החומרים הבסיסי מוגבר בהשוואה לזה של מבוגרים פי 2-2.5. במהלך ההזדקנות, תהליכים קטבוליים שולטים, המלווה בירידה הדרגתית בחילוף החומרים הבסיסי. יתרה מכך, בכל תקופות הגיל, המטבוליזם הבסיסי בנשים נמוך יותר מאשר בגברים. לדוגמה, אצל גברים בגיל 40, ערכו הממוצע הוא 36.3 קק"ל/מ"ר, בגיל 70 הוא 33 קק"ל/מ"ר; אצל נשים הוא 34.9 ו-31.7 קק"ל/מ"ר, בהתאמה.

בבני אדם ובבעלי חיים, בתנאי קיום נורמליים, זה נקרא מטבוליזם כללי.

חילוף החומרים הכולל הממוצע בבני אדם גבוה בהרבה מאשר בבעלי חיים. עבור 1 ק"ג של משקל גוף, מבוגר צורך עד 3,300,000 קיל"ג במהלך חייו, סוס - 685,000, כלב - 690,000, פרה - 592,000 קיל"ג. מתוך כמות זו של קילו ג'יי, אדם משתמש בכ-5% לשיקום משקל הגוף, סוס ופרה - 33%, כלב - 35% (מ' רובנר). כתוצאה מכך, אדם מוציא כ-2,900,000 קילו-ג'יי לעבודה ויצירת חום עבור כל ק"ג מסה במהלך חייו, וזה פי כמה מאשר בבעלי-חיים.

מטבוליזם בתנאים מוגדרים בהחלט, המאפשר להשוות את חילוף החומרים בבעלי חיים שונים, נקרא העיקרי.

החלפה בסיסית - מאוד רמה נמוכהחילוף חומרים המספק לחיי אדם מנוחה בשרירים ומנטליות, על בטן ריקה, בבוקר, לפחות 12-14 שעות לאחר הארוחה, עם טמפרטורה רגילהטמפרטורת גוף וסביבה של כ-20-22 מעלות.

עבור כל אדם, קצב חילוף החומרים הבסיסי הוא ערך קבוע יחסית. ההחלפה הבסיסית תלויה ב מצב תפקודימערכת העצבים, גיל, מין, גובה ומשטח הגוף, מצב פיזיולוגיאורגניזם, עונה, ובבעלי חיים גם על מינים וגזע.

בבעלי חיים, חילוף החומרים הבסיסי נקבע בתנאים הבאים: 1) במצב של מנוחה יחסית, 2) בטמפרטורה אופטימלית למין בעל חיים נתון, 3) עם תעלת עיכול נטולת מזון יחסית.

כדי להשוות את חילוף החומרים הבסיסי באורגניזמים שונים של בעלי חיים, נלקחת בחשבון ייצור חום בקילו ג'אול לשעה לכל ק"ג משקל גוף.

המטבוליזם הבסיסי הוא רמת ההוצאה האנרגטית הנמוכה ביותר לשמירה על תהליכי החיים הבסיסיים בתאים, ברקמות ובאיברים, להתכווצויות של שרירי הנשימה, הלב ופעילות הבלוטה. בעת קביעת המטבוליזם הבסיסי, יש לקחת בחשבון שרוב האנרגיה התרמית משתחררת במהלך תהליכי חמצון בשרירים.

קצב חילוף חומרים בסיסי ממוצע אדם בריאהגיל הממוצע הוא כ-4.2 קילו-ג'יי בשעה לכל ק"ג משקל גוף.

אנשים רזים מייצרים 50% יותר חום לכל ק"ג משקל מאשר מלאים. עם זאת, ההבדל הזה כמעט נעלם אם החישוב נעשה עבור 1 מ"ר משטח הגוף. זה אפשר לשקול שחילוף החומרים הבסיסי הוא פרופורציונלי בערך לפני השטח של הגוף ואינו תלוי בגודל הגוף (כלל רובנר). דפוס זה לא אושר. התברר כי חילוף החומרים תלוי לא רק על פני השטח, אלא גם בגודל הגוף של החיה, למשל, בסוס, חילוף החומרים העיקרי לכל 1 מ"ר גדול כמעט פי 2 מאשר בחולדה.

עוצמת חילוף החומרים נקבעת בעיקר על ידי פעילות הציטופלזמה, בעיקר פעילות השרירים, ולא על פי גודל המשטח החיצוני, למשל, בשנה הראשונה לחייו, משקל הילד עולה פי 3, וגודל פני השטח החיצוניים שלו יורד בחדות (V. N. Nikitin, 1963).

התפקיד המוביל בוויסות רמת המטבוליזם הבסיסי בהתאם לתנאי הקיום שייך למערכת העצבים.

שינויים בגיל, יומי, אקלימי ואחרים בחילוף החומרים הבסיסי

קצב חילוף החומרים הבסיסי יורד עם הגיל. בכל הגילאים, לגברים יש קצב חילוף חומרים בסיסי גבוה יותר מאשר לנשים.

במהלך השינה, קצב חילוף החומרים הבסיסי יורד ל-13% עקב הרפיה מוחלטת של שרירי השלד. עם עלייה של 1 מעלות צלזיוס בגוף, חילוף החומרים הבסיסי עולה בממוצע של 10%. באקלים חם, קצב חילוף החומרים הבסיסי נמוך ב-10-20%, ולהפך, הוא הרבה יותר גבוה באקלים קר. המטבוליזם הבסיסי תלוי גם בפעילות הבלוטות האנדוקריניות, למשל עם עלייה בתפקוד בלוטת התריס הוא עולה משמעותית ועם ירידה בתפקוד בלוטת יותרת המוח ובלוטת התריס הוא יורד בחדות.

ההשפעה הדינמית הספציפית של מזון היא שאחרי האכילה, חילוף החומרים עולה. לכן, החליפין העיקרי נקבע לפני נטילת האוכל.

האפקט הדינמי הספציפי גדול במיוחד. כאשר חלבונים נכנסים לגוף, חילוף החומרים הבסיסי עולה ב-30% בממוצע, וב-4% בממוצע. פעולה דינמית ספציפית חומרים מזיניםתלוי בשיפור תהליכי החמצון על ידי תוצרים של חילוף חומרים ביניים. תפקיד לא משמעותי הוא עלייה בפעילות של תעלת העיכול לאחר שהמזון נכנס אליה. מכיוון שחילוף החומרים מווסת על ידי מערכת העצבים, הפעולה הדינמית הספציפית תלויה בתפקודי מערכת העצבים ומווסתת על ידי רפלקסים בלתי מותנים.

בילדים, הפעולה הדינמית הספציפית של חומרים מזינים בולטת פחות מאשר אצל מבוגרים.

אכילה מגבירה את חילוף החומרים באופן רפלקס מותנה.

צריכת אנרגיה במהלך הפעולה

חילופי העבודה במהלך היום גבוה בהרבה מהבורסה הראשית. רובצריכת אנרגיה מוגברת - תוצאה של עבודת שרירים, פחות -.

מושקע על עבודת שרירים מעבר לחילוף החומרים הבסיסי. הוצאה זו גדולה יותר, ככל שהעבודה הפיזית אינטנסיבית יותר.

צריכת האנרגיה של אדם ליום עם מעט עבודה פיזית היא 9211-11732 קילו ג'יי, עם עבודה פיזית לְמַתֵן 11723-15073 קילו-ג'יי, עם עבודה פיזית קשה 150773-18841-30146 קילו-ג'יי. צריכת האנרגיה של תלמידי חינוך גופני היא בממוצע 16748 קילו-ג'יי.

צריכת אנרגיה ממוצעת בק"ג לכל ק"ג משקל גוף במהלך (ב-3.9, שכיבה ערה - 4.63, קריאה בקול - 6.3, הקלדה - 8.4, שיעורי בית - 7.55-12.6, ריצה רגועה על כביש שטוח - 25.2, ריצה מהירות ב-100 מ' - 189 ק"מ, מהירות סקי במהירות 189 ק"מ. 10.5-25.2, רכיבה על אופניים - 14.7-37.8.

בבני אדם, צריכת האנרגיה במהלך העבודה הנפשית גבוהה מחילוף החומרים הבסיסי ב-2-3%, ואם עבודה נפשית מלווה בפעילות שרירית עם רגשות (מרצה, דובר, אמן וכו'), אזי צריכת האנרגיה עולה ב-10-20% תוך מספר ימים.

חילופי האנרגיה הכוללים הם סכום המטבוליזם הבסיסי, הגידול בעבודה והאנרגיה של הפעולה הדינמית הספציפית של מזון. עליית העבודה היא צריכת האנרגיה לעבודה פיזית ונפשית. על פי אופי פעילות הייצור וצריכת האנרגיה, מבדילות בין הקבוצות הבאות של האוכלוסייה:

1. עובדי נפש (מורים, סטודנטים, רופאים וכו'). צריכת האנרגיה שלהם היא 2200-3300 קק"ל ליום.

2. עובדים העוסקים בעבודה ממוכנת (הרכבים על המסוע). 2350-3500 קק"ל ליום

3. אנשים העוסקים בעבודה ממוכנת חלקית (נהגים, תורנים, מסגרים). 2500-3700 קק"ל ליום

4. עסוק בעבודה כבדה לא ממוכנת (מעמיסים). 2900-4200 קק"ל ליום

ההשפעה הספציפית-דינמית של המזון היא צריכת האנרגיה להטמעה של חומרים מזינים. זה בולט ביותר בחלבונים. פחות שומן ופחמימות. בפרט, חלבונים מגבירים את חילוף החומרים האנרגטי ב-30%, ושומנים ופחמימות ב-15%.

בסיס פיזיולוגי של תזונה. מצבי כוח

בהתאם לגיל, למין ולמקצוע, צריכה של חלבונים, שומנים ופחמימות צריכה להיות:

במאה האחרונה ניסח רובנר את חוק האיזודינמיקה, לפיו ניתן להחליף חומרים מזינים לפי ערכם האנרגטי. עם זאת, יש לה חשיבות יחסית, שכן חלבונים הממלאים תפקיד פלסטי אינם יכולים להיות מסונתזים מחומרים אחרים. כך גם לגבי חומצות שומן חיוניות. לכן, נדרשת תזונה מאוזנת לכל החומרים. בנוסף, יש צורך לקחת בחשבון את יכולת העיכול של המזון. זהו היחס בין אבות המזון הנספגים ומופרשים בצואה. מוצרים מהחי הם הכי קל לעיכול. לכן, חלבון מן החי צריך להיות לפחות 50% מתזונת החלבון היומית, אך השומנים לא יעלו על 70% מהשומן.

לפי הדיאטה פירושו תדירות הארוחות וחלוקת תכולת הקלוריות שלה לכל ארוחה. עם שלוש ארוחות ביום, ארוחת הבוקר צריכה להוות 30% מצריכת הקלוריות היומית, ארוחת צהריים 50%, ארוחת ערב 20%. המרווח בין ארוחת הבוקר לארוחת הצהריים לא יעלה על 5 שעות. ארוחת הערב צריכה להיות לפחות 3 שעות לפני השינה. זמני הארוחות צריכים להיות עקביים.

חילוף חומרים של מים ומינרלים

תכולת המים בגוף היא בממוצע 73%. מאזן מיםהאורגניזם נשמר על ידי שוויון המים הנצרכים ומשוחררים. הדרישה היומית עבורו היא 20-40 מ"ל/ק"ג משקל גוף. כ-1200 מ"ל מים מגיעים עם נוזלים, 900 מ"ל מזון ו-300 מ"ל נוצרים בתהליך של חמצון של חומרי הזנה. דרישת המים המינימלית היא 1700 מ"ל. עם מחסור במים מתרחשת התייבשות, ואם כמותה בגוף יורדת ב-20%, מתרחש מוות. עודף מים מלווה בהרעלת מים עם עירור CNS ועוויתות.

נתרן, אשלגן, סידן, מגנזיום, כלור נחוצים לתפקוד תקין של כל התאים. בפרט, הם מספקים מנגנונים להופעת פוטנציאל ממברנה, פוטנציאל פעולה, ויסות של חילוף חומרים טרנסממברני וכו'. בנוסף, הוא נחוץ לקרישת דם, ויסות חילוף החומרים התאי, יצירת פוטנציאל פעולה והתכווצות שרירים ועוד. עיקר הזרחן מרוכז גם בעצמות. במקביל, הוא נכלל בהרכב הפוספוליפידים הממברניים ומשתתף בתהליכים מטבוליים. הדרישה היומית לו היא 0.8 גרם רוב הברזל נמצא בהמוגלובין ובמיוגלובין. ברזל מספק קשירת חמצן. פלואור הוא חלק מהאמייל של השיניים. גופרית בהרכב חלבונים וויטמינים. אבץ הוא מרכיב של מספר אנזימים ואינסולין. קובלט ונחושת חיוניים לאריתרופואזיס. הצורך בכל יסודות הקורט הללו נע בין עשרות למאות מ"ג ליום.

שדות טקסט

שדות טקסט

arrow_upward

תַחַת החלפה ראשית(OO) להבין את רמת המינימום צריכת אנרגיה,הכרחי לשמירה על הפעילות החיונית של האורגניזם בתנאים של מנוחה פיזית ורגשית מלאה יחסית.

במצב של מנוחה יחסית, אנרגיה מושקעת ביישום תפקודי מערכת העצבים, סינתזה מתמשכת של חומרים, פעולת משאבות יונים, שמירה על טמפרטורת הגוף, עבודת שרירי הנשימה של שרירים חלקים, עבודת הלב והכליות.

צריכת האנרגיה של הגוף עולה במהלך עבודה פיזית ונפשית, מתח פסיכו-רגשי, לאחר אכילה, עם ירידה בטמפרטורה.

הגדרה של חילוף חומרים בסיסי

שדות טקסט

שדות טקסט

arrow_upward

על מנת לשלול את ההשפעה של הגורמים המפורטים על כמות צריכת האנרגיה, קביעת ה-RO מתבצעת בתנאים סטנדרטיים מבוקרים בקפדנות:

1. בבוקר, בשכיבה, עם הרפיית שרירים מקסימלית,

2. במצב של ערות, בתנאים של נוחות תרמית (כ-22 מעלות צלזיוס),

3. על קיבה ריקה (12-14 שעות לאחר האכילה).

ערכי ה-RO שהושגו בתנאים כאלה מאפיינים את ההתחלה "בזאלי"רמת צריכת האנרגיה של הגוף.

עבור מבוגר, ערך ה-RO הממוצע הוא 1 קק"ל/ק"ג/שעה. מכאן

לגבר השוקל 70 ק"ג, כמות צריכת האנרגיה של OO היא בערך 1700 קק"ל ליום,
לנשים - בערך 1500 קק"ל ליום.

חוק משטח הגוף

שדות טקסט

שדות טקסט

arrow_upward

עלויות האנרגיה לכל ק"ג משקל גוף עשויות להשתנות מאוד. עוצמת המטבוליזם הבסיסי קשורה יותר לגודל פני הגוף, אשר נובעת מהתלות הישירה של כמות העברת החום על שטח הפנים של הגוף. עוד במאה הקודמת, הפיזיולוגית הגרמנית מ. רובנר הראה שבאורגניזמים בעלי דם חם בגדלים שונים של גוף, מ-1 מ"ר משטח גוף ועד סביבהלפזר את אותה כמות חום.

על בסיס זה, גיבש רובנר חוק משטח הגוף , שֶׁבּוֹ עלויות האנרגיה של אורגניזם בעל דם חם הם פרופורציונליים לגודל פני הגוף.

חישוב הבורסה הראשית

שדות טקסט

שדות טקסט

arrow_upward

ערכי המטבוליזם הבסיסי נקבעים ומחושבים גם על פי המשוואות, תוך התחשבות במין, גיל, גובה ומשקל גוף (טבלה 10.4).

קוֹמָה	גיל (שנים)	משוואות לחישוב RO (קק"ל ליום)
M	10 — 18	16.6 מטר + 119R + 572
ו		7.4 מטר + 482R + 217
M	18 — 30	15.4 מטר - 27Р + 717
ו		13.3 מטר + 334R + 35
M	30 — 60	11.3 מטר + 16R + 901
ו		8.7 מטר - 25R + 865
M	> 60	8.8 מטר + 1128R - 1071
ו		9.2 מטר + 637R - 302
mt - משקל גוף (ק"ג), P - גובה (m)

הערך של RO תלוי ביחס בין תהליכי האנבוליזם והקטבוליזם בגוף.

דומיננטיות ב יַלדוּתתהליכים של אוריינטציה אנבולית במטבוליזם על פני תהליכי התמצאות קטבולית גורמים ליותר ערכים גבוהיםערכי RO בילדים (1.8 קק"ל/ק"ג/שעה ו-1.3 קק"ל/ק"ג/שעה בילדים בני 7 ו-12, בהתאמה) בהשוואה למבוגרים (1 קק"ל/ק"ג/שעה), בהם תהליכי האנבוליזם והקטבוליזם מאוזנים במצב הבריאותי.

לכל אחד קבוצת גילאנשים מבוססים ומקובלים כסטנדרטים לערך של המטבוליזם הבסיסי. זה מאפשר, במידת הצורך, למדוד את ערכו של RO באדם ולהשוות את האינדיקטורים המתקבלים ממנו לאלו הנורמטיביים. הסטייה של ערך ה-RO מהתקן בשיעור של לא יותר מ-± 10% נחשבת בטווח התקין. סטיות חדות יותר של RO יכולות לשמש סימני אבחון למצבים כאלה של הגוף כמו תפקוד לקוי של בלוטת התריס; התאוששות לאחר מחלה קשה וממושכת, מלווה בהפעלת תהליכים מטבוליים: שיכרון והלם, מלווה בעיכוב חילוף החומרים.

שדות טקסט

שדות טקסט

arrow_upward

עלויות אנרגיה של הגוף בתנאי פעילות גופנית. עוצמת התהליכים המטבוליים בגוף עולה משמעותית בתנאים פעילות גופנית.התלות הישירה של כמות צריכת האנרגיה בחומרת העומס מאפשרת להשתמש ברמת צריכת האנרגיה כאחד המדדים לעוצמת העבודה שבוצעה (טבלה 10.5).

כקריטריון נוסף לקביעת עוצמת העבודה הפיזית שמבצע הגוף, ניתן לקחת את קצב צריכת החמצן. עם זאת, נתון זה עבור חמור פעילות גופניתאינו משקף את צריכת האנרגיה המדויקת, שכן הגוף מקבל חלק מהאנרגיה עקב תהליכי גליקוליזה אנאירובית המתרחשים ללא צריכת חמצן.

עלייה בעבודה

שדות טקסט

שדות טקסט

arrow_upward

ההבדל בין ערכי ההוצאה האנרגטית של הגוף לביצוע סוגים שוניםעבודה וצריכת אנרגיה עבור הבורסה הראשית היא מה שנקראעלייה בעבודה .

החומרה המקסימלית המותרת של עבודה המבוצעת על פני מספר שנים לא תעלה על רמת המטבוליזם הבסיסי של אדם נתון ביותר מפי שלושה במונחים של צריכת אנרגיה.

עבודה נפשית אינה דורשת אנרגיה רבה כמו עבודה פיזית. צריכת האנרגיה של הגוף עולה במהלך העבודה הנפשית בממוצע של 2-3% בלבד. עבודה נפשית, המלווה בפעילות שרירית קלה, מתח פסיכו-רגשי, מביאה לעלייה בעלויות האנרגיה ב-11-19% או יותר.

פעולה דינמית ספציפית של מזון

שדות טקסט

שדות טקסט

arrow_upward

פעולה דינמית ספציפית של מזון- עליה בעוצמת חילוף החומרים בהשפעת צריכת המזון ועלייה בעלויות האנרגיה של הגוף ביחס לרמות חילוף החומרים ועלויות האנרגיה שהתרחשו לפני הארוחה.

ההשפעה הספציפית-דינמית של מזון נובעת מהוצאה של אנרגיה על:

1. עיכול מזון,

2. ספיגת חומרי הזנה ממערכת העיכול לדם ולימפה,

3. סינתזה מחדש של חלבון, שומנים מורכבים ומולקולות אחרות;

4. השפעה על חילוף החומרים של חומרים פעילים ביולוגית הנכנסים לגוף כחלק מהמזון (בעיקר חלבון) ונוצרים בו במהלך העיכול (ראה גם פרק 9).

עלייה בצריכת האנרגיה של הגוף מעל לרמה שהתרחשה לפני האכילה, באה לידי ביטוי כשעה לאחר האכילה, מגיעה למקסימום לאחר שלוש שעות, דבר הנובע מהתפתחות עד לזמן זה של אינטנסיביות גבוהה של תהליכי העיכול, הספיגה והסינתזה מחדש של חומרים הנכנסים לגוף. הפעולה הדינמית הספציפית של מזון יכולה להימשך 12-18 שעות. היא בולטת ביותר בנטילת מזון חלבוני, שמגביר את קצב חילוף החומרים עד 30%, ופחות משמעותי בנטילת מזון מעורב, שמגביר את קצב חילוף החומרים ב-6-15%.

רמת ההוצאה האנרגטית הכוללת, כמו המטבוליזם הבסיסי, תלויה בגיל:

צריכת האנרגיה היומית עולה אצל ילדים מ-800 קק"ל (6 חודשים - שנה) ל-2850 קק"ל (11-14 שנים).

עלייה חדה בצריכת האנרגיה מתרחשת אצל נערים מתבגרים בגילאי 14-17 שנים (3150 קק"ל).

לאחר 40 שנה, צריכת האנרגיה פוחתת ועד גיל 80 היא בערך 2000-2200 קק"ל ליום.

IN חיי היום - יוםרמת צריכת האנרגיה אצל מבוגר תלויה לא רק במאפייני העבודה שבוצעה, אלא גם ברמה הכללית פעילות מוטורית, אופי הבילוי ותנאי החיים החברתיים.