Энерготраты организма, основной обмен

Вновь обратимся к величине М в уравнении теплового ба­ланса (25). Она по существу выражает полное количество теп­ла, отдаваемое организмом окружающей среде. В биофизике, физиологии и медицине эту величину принято называть энер­готратами организма.

Энергограты сильно изменяются в зависимости от условий, в которых пребывает организм, и от характера его деятельно­сти, так как все это влияет на обмен веществ. Измеряя энерго­траты пациента, врач может судить о состоянии его здоровья, особенностях трудовой деятельности, диагностировать некото­рые заболевания (например, болезни щитовидной железы).

Для оценки функционального состояния организма необхо­димо создание стандартных условий при измерении его энерготрат (то есть при измерении величины тепловой энергии, вы­деляемой организмом в окружающую среду). За стандартные условия приняты такие, при которых энерготраты организма ми­нимальны. Для этого нужно исключить влияние тех факторов, которые усиливают энергообмен (мышечная работа, прием пи­щи, эмоциональное напряжение, отклонения температуры сре­ды за пределы зоны комфорта и т. д.).

Энерготраты М = Σ Q_i бодрствующего организма в усло­виях исключения действия на него факторов внешней среды, оказывающих влияние на термодинамические процессы в нем, называются основным обменом. По существу, основной обмен — это минимальные энерготраты организма (M_min).

Величина основного обмена измеряется в состоянии бодрствования (не во время сна), но пациент при этом должен спокойно лежать в постели. Процедура проводится рано утром (в 5—6 ч), когда в соответствии с су­точным ритмом интенсивность метаболизма самая низкая. За двое суток до обследования из рациона пациента исключается белковая пища. Изме­рения проводят натощак (через 12—14 ч) после последнего приема молочно-растительной пищи) в помещении, где поддерживаются условия микрокли­матического комфорта (Т=20°—22°С, относительная влажность 50—60%). Величина М измеряется несколько раз для получения статистически достовер­ного результата. Время исследования не должно превышать 15 мин; но про­должительность самого измерения строго фиксируется. Определив основной обмен за определенное время, пересчитывают его величину на час, на сутки, на единицу массы тела за единицу времени, на единицу поверхности тела за единицу времени и т. д. в зависимости от задач исследования.

Экспериментальная и клиническая практика давно уже убедила врачей, что величина основного обмена у здоровых людей весьма стабильна и по ней можно уверенно судить о состоянии организма Каждый врач должен помнить эту величину наряду с другими константами человеческого орга­низма.

У здорового мужчины среднего возраста основной обмен составляет чуть больше одной килокалории на килограмм массы в час (1,0- 1,2 ккал • кг^-1 • ч^-1), или 4,5 кДж • кг^-1 • ч^-1.

При средней массе 70 кг основной обмен, следовательно, составляет около 7800 кДж, или 1800 ккал за сутки, что соответствует мощности в 90 Вт. Нередко величину основного обмена приводят к единице поверхности человеческого тела - 37 ккал • м ^-2 • ч^-1, или 150 кДж м ^-2 • ч^-1,.

У женщин величина основного обмена (на единицу массы или поверх­ности) на 7—10% ниже, чем у мужчин, по-видимому, вследствие относи­тельно слабого развития мускулатуры. У мускулистых людей основной обмен немного выше, чем у тучных (при одинаковой массе тела).

Основной обмен зависит от возраста: чем старше человек, тем ниже значение основного обмена (у новорожденных — около 300 кДж • м ^-2 • ч^-1, а к 70—80 годам —только 120 кДж • м ^-2 • ч^-1,).

У здоровых людей отклонения от приведенной выше «нормы» основного обмена не превосходят 5—7%. Большие колебания указывают на наличие па­тологического процесса в организме.

Энерготраты в условиях основного обмена связаны с поддержанием важнейших жизненных функций. Следовательно, в основной обмен вносят вклад все формы использования свободной энергии в организме, о которых говорилось выше. Доля тепловой энергии, образующейся при синтезе АТФ, достигает 50% всего основного обмена, тогда как другую половину его со­ставляет тепло, возникающее при синтезе биополимеров в клетках (23%), поддержание физико-химических градиентов (13%), работа сердца и дыха-

тельных мышц (14%). Приведенное распределение отображено на рис. 1 (в расчете на основной обмен в 1800 ккал-сут ^-1).

Если посмотреть на распределение энерготрат по органам, оказывается, что в условиях основного обмена 20% их связано с покоящимся мозгом, 25%—с покоящимися скелетными мышцами, 22%—с покоящейся печенью, 8% — с покоящимися почками. Эти числа свидетельствуют об условности термина «покоящийся орган». Жизнь даже в покое связана с выполнением значительной работы. Она требует больших затрат свободной энергии.

Все приведенные величины относятся к состоянию покоя. При всяком усилении физиологической активности (при мышечной работе, пищеварении, эмоциях, разнообразных реакциях на любые воздействия и т. д) происходит увеличение энерготрат по сравнению с основным обменом. Кроме того, зна­чительно изменяется структура превращений энергии в организме. Учет ин­тенсивности энерготрат служит одним из основных критериев оценки тяже­сти физического труда, а следовательно, начисления заработной платы, нор­мирования пищевых рационов и т. п. При тяжелых физических нагрузках, в том числе при некоторых видах учебно-тренировочной и боевой деятель­ности войск, энерготраты организма человека могут более чем в 15 раз пре­восходить величину основного обмена.