22,4 Л углекислого газа 46,63-22,4 —.37 04зл сОг.Далее, исходя из дыхательного коэффициента,

равного для белков 0,8, находим количество кислорода, пошедшего на окисление белков: * -87 043

Oz= Qg = 108,8 л. По разности между всем поглощенным кислородом и кислородом, пошедшим

на окисление белков, находим количество кислорода, пошедшее на окисление углеводов и жиров, 654,141 — 108,8 = 545,341 л 0₂. По разности между всем выделившимся углекислым газом и углекис­лым газом белкового происхождения, выделившимся легкими, находим количество углекислого газа, образовавшееся при окислении углеводов и жиров, 574,18—87,043=487,137 л С0₂. Определяем количество углеводов и жиров, окислившихся в организме обследуемого за сутки. На основании того, что при окислении 1 г жира потребляется 2,019 л кислорода и образуется 1,431 л углекислого газа, а при окислении 1 г углеводов потребляется 0,829 л кислорода и столько же (0,829 г) образуется углекислого газа (ДК для углеводов равен 1), составляем уравнение, приняв за х количество жира, а за у количество углеводов, окисленных в организме. Решив систему уравнений с двумя неизвестными, получим:

2,019 х + 0,829 у — 545,341 l_f43l * +0.829// = 487,137

0,588* = 58.204 jc = 99 г жира.

Находим количество углеводов, окисленных в организме, подставляя значение х в любое из уравнений:

2,019-99 + 0,829 i/ = 545,341 {/=417 г углеводов.

Итак, освобождение энергии в организме протекало за счет окисления 105 г белков, 99 г жиров и 417 г углеводов. Зная количество тепла, образуемого при окислении 1 г каждого из веществ (см. табл. 19), нетрудно рассчитать общую теплопродукцию организма за сутки:

105-4,1 +99-9,3 +417.4,1=3061 ккал (12,81 кДж)

Основной обмен

Интенсивность окислительных процессов и превращения энергии находится в зави­симости от индивидуальных особенностей организма (пол, возраст, масса тела и рост, условия и характер питания, мышечная работа, состояние эндокринных желез, нервной системы и внутренних органов — печени, почек, пищеварительного тракта и др.), а также от условий внешней среды (температура, барометрическое давление, влажность воздуха и его состав, воздействие лучистой энергии и т.д.).

Чтобы определить присущий данному организму уровень окислительных процессов и энергетических затрат, проводится исследование в определенных стандартных усло­виях. При этом стремятся исключить влияние ряда факторов, которые существенно сказываются на интенсивности энергетических затрат, а именно мышечную работу, прием пищи, влияние температуры окружающей среды. Энергетические затраты организма в таких стандартных условиях получили название основного обмена.

Энергетические затраты основного обмена связаны с поддержанием минимально необходимого для жизни клеток уровня окислительных процессов и с деятельностью постоянно работающих органов и систем — дыхательной мускулатуры, сердца, почек, печени. Некоторая часть энергетических затрат основного обмена связана с поддержани­ем мышечного тонуса. Освобождение в ходе всех этих процессов тепловой энергии обеспе­чивает ту теплопродукцию, которая необходима для поддержания температуры тела на постоянном уровне, как правило, превышающем температуру внешней среды.

Для определения основного обмена обследуемый должен находиться: 1) в состоянии мышечного покоя (положение лежа с расслабленной мускулатурой), не подвергаясь раздражениям, вызывающим эмоциональное напряжение; 2) натощак, т. е. через 12—16 ч после приема пищи; 3) при внешней температуре «комфорта» (18—20 °С), не вызывающей ощущения холода или жары.

Основной обмен определяют в состоянии бодрствования. Во время сна уровень окислительных процессов и, следовательно, энергетических затрат организма на 8—10% ниже, чем в состоянии покоя при бодрствовании.

Нормальные величины основного обмена человека. Величину основного обмена обычно выражают количеством тепла в больших калориях на 1 кг массы тела или на 1 м² поверхности тела за 1 ч или за одни сутки.

Для мужчины среднего возраста (примерно 35 лет), среднего роста (примерно 165 см) и со средней массой тела (примерно 70 кг) основной обмен равен 4,19 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела в час, или 7117 кДж (1700 ккал) в сутки. У женщин той же массы он примерно на 10% ниже.

Интенсивность основного обмена, пересчитанная на 1 кг массы тела, у детей значи­тельно выше, чем у взрослых. Величина основного обмена человека в возрасте от 20 до 40 лет сохраняется на довольно постоянном уровне. В пожилом возрасте основной обмен снижается.

Согласно формуле Дрейера, суточная величина основного обмена в килокалориях (И)составляет:

где W — масса тела в граммах, А— возраст человека, К— константа, равная для муж­чины 0,1015, а для женщины—0,1129.

Формулы и таблицы основного обмена представляют средние данные, выведенные из большого числа исследований здоровых людей разного пола, возраста, массы тела и роста.

Определение основного обмена, согласно этим таблицам, у здоровых людей нормаль­ного телосложения дают приблизительно верные (ошибка ~ 5—8%) величины затраты энергии. Несоразмерно высокие для данной массы тела, роста, возраста и поверхности тела величины основного обмена наблюдаются при избыточной функции щитовидной железы. Понижение основного обмена встречается при недостаточности щитовидной железы (микседема), гипофиза, половых желез.

Правило поверхности

Если пересчитать интенсивность основного обмена на 1 кг массы тела, то у тепло­кровных животных разных видов (табл. 21) и у людей с разной массой тела и ростом она весьма различна. Если же произвести перерасчет интенсивности основного обмена на 1 м² поверхности тела, полученные у разных животных и людей величины различаются не столь резко.

Таблица 21

Величина теплопродукции у человека и других орга­низмов

Объект ис­	Масса	Теплопродукция за 24 ч кДж (ккал)
следования	тела, кг	на 1 кг массы	на 1 м^4 поверх­
		тела	ности тела
Человек	64.3	134 ( 32,1)	43а3 (1042)
Мышь	0,018	2738 (654,0)	4974 (1188)
Курица	2,0	297 ( 71,0)	3965 ( 947)
Гусь	3,5	279 ( 66,7)	4049 ( 967)
Собака	15,2	216 ( 51,5)	4350 (1039)
Свинья	128,0	80 ( 19,1)	4513 (1078)
Бык	391,0	80 ( 19,1)	6561 (1567)

Согласно правилу поверхности тела, затраты энергии теплокровными животными пропорциональны величине поверхности тела.

Ежедневная продукция тепла на 1 м²поверхности тела у человека равно 3559— 5234 кДж (850—1250 ккал), средняя цифра для мужчин—3969 кДж (948 ккал).

Для определения поверхности тела R применяется формула:

2/

/? = /(• масса тела ³.

Эта формула выведена на основании анализа результатов прямых измерений по­верхности тела. Константа Л* у человека равна 12,3. Более точная формула предложена Дюбуа:

Г>«5 .я⁰-™. 71,84.

где W—масса тела в килограммах, Н — рост в сантиметрах.

Результат вычисления выражен в квадратных сантиметрах.

Правило поверхности верно неабсолютно. Как показано в приведенной выше табл. 21, оно представляет собой лишь правило, имеющее известное практическое значе­ние для ориентировочных расчетов освобождения энергии в организме.

Об относительности правила поверхности свидетельствует Тот факт, что интенсив­ность обмена веществ у двух индивидуумов, у которых поверхность тела одинакова, может значительно различаться. Уровень окислительных процессов определяется не столько теплоотдачей с поверхности тела, сколько теплопродукцией, зависящей от биологических особенностей вида животных и состояния организма, которое обусловлено деятельностью нервной, эндокринной и других систем.

Обмен энергии при физическом труде

Мышечная работа значительно увеличивает расход энергии. Поэтому суточный расход энергии у здорового человека, проводящего часть суток в движении и физической работе, значительно превышает величину основного обмена. Это увеличение энергети­ческих затрат составляет рабочую прибавку,которая тем больше, чем интенсивнее мы­шечная работа.

При мышечной работе освобождается тепловая и механическая энергия. Отношение механической энергии ко всей энергии, затраченной на работу, выраженное в процентах, называется коэффициентом полезного действия.При физическом труде человека коэф­фициент полезного действия колеблется от 16 до 25% и равняется в среднем 20%, но в от­дельных случаях может быть и выше.

Коэффициент полезного действия изменяется в зависимости от ряда условий. Так, у нетренированных людей он ниже, чем у тренированных, и увеличивается по мере тренировки.

Затраты энергии тем больше, чем интенсивнее совершаемая организмом мышечная работа. Это видно из следующих данных: если затраты энергии в условиях основного обмена составляют в среднем 4,2 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела в час, то при спокойном сидении затраты энергии в среднем равны 5,9 кДж (1,4 ккал) на 1 кг массы тела в час, при стоянии без напряжения — 6,3 кДж (1,5 ккал), при легкой работе (канце­лярские служащие, портные, механики по тонким работам, учителя) —7,5—10,5 кДж (1,8—2,5 ккал), при небольшой мышечной работе, связанной с ходьбой (врачи, лаборан­ты, почтальоны, переплетчики) —11,8—13,4 кДж (2,8—3,2 ккал), при труде, связанном с мышечной работой средней тяжести (металлисты, маляры, столяры), 13,4—16,8 кДж (3,2—4,0 ккал), при тяжелом физическом труде 21,0—31,5 кДж (5,0—7,5 ккал).

Взрослое население по энергетическим затратам делится на 4 группы в зависимости от особенностей профессии (табл. 22).

Т а б л и ц а 22

Величина энергетических затрат в зависимости от особенностей профессий

Группа	Особенности профессии	Общий суточный расход энергии
Первая	Лица, работа которых не связана с затратой физи­ческого труда или требует не существен них фи­зических усилий	9211-13 816 3300 ккал)	кДж	(2200-
Вторая	Работники механизированного труда и сферы обслуживания, труд которых не требует больших физических усилий	9838 -14 654 35(H) ккал)	кДж	(2350 -
Третья	Работники механизированного труда и сферы обслуживания, труд которых связан со значи­тельными физическими усилиями	J0 467—15 491 3700 ккалj	кДж	(2500—
Четвертая	Работники немеханизированного труда или частич­но механизированного труда большой и средней тяжести	12 142 -17 585 4200 ккал)	кДж	(2900-

Значительные различия энергетической потребности в (у мужчин больше), возраста (снижаются после 40 лет), и уровня коммунального обслуживания.

Суточный расход энергии детей и подростков зависит в среднем:

6 мес — 1 год 1 — 1/₂года

1 V₂—2 »

3^1 » 5—6 лет

7—10 лет 11 — 14 » Юноши 14—17 лет Девушки 13—17 »

Возраст

Возраст

Суточный расход энергии, кДж (ккал) 3 349 (800)

5. 443(1300)

6. 280(1500) 7 536(1800)

8 374(2000) группах зависят от пола степени активности отдыха

от возраста и составляет

Суточный расход энергии,

кДж (ккал)

10048(2400) 11932(2850) 13 188(3150) 11514(2750)

В старости энергозатраты снижаются и к 80 годам составляют 8373—9211 (2000—2200 ккал).

Обмен энергии при умственном труде

При умственном труде энергетические затраты значительно ниже, чем при физическом.

Трудные математические вычисления, работа с книгой и другие формы умственного труда, если они не сопровождаются движением, вызывают ничтожное (2—3%) повыше-' ние затраты энергии по сравнению с полным покоем. Однако в большинстве случаев различные виды умственного труда сопровождаются мышечной деятельностью, в особен­ности при эмоциональном возбуждении работающего (лектор, артист, писатель, оратор и т. д.), поэтому и энергетические затраты могут быть относительно большими. Пережи­тое эмоциональное возбуждение может вызвать в течение нескольких последующих дней повышение обмена на 11 —19%.

Специфически-динамическое действие пищи

После приема пищи интенсивность обмена веществ и энергетические затраты орга­низма увеличиваются по сравнению с их уровнем в условиях основного обмена. Увеличение обмена веществ и энергии начинается через час, достигает максимума через 3 ч после приема пиши и сохраняется в течение нескольких часов. Влияние приема пищи, усили­вающее обмен веществ и энергетические затраты, получило название специфически- динамическогодействия пищи.

При белковой пище оно наиболее велико: обмен увеличивается в среднем на 30 %. При питании жирами и углеводами обмен увеличивается у человека на 14—15%.

Регуляция обмена энергии

Уровень энергетического обмена находится в тесной зависимости от физической активности, эмоционального напряжения, характера питания, степени напряженности терморегуляции и ряда других факторов.

Получены млогочисленные факты, свидетельствующие об условнорефлекторном изменении потребления кислорода и энергообмена. Любой ранее индифферентный раздражитель, будучи связан во времени с мышечной деятельностью, может служить сигналом к увеличению обмена веществ и энергии.

У спортсмена в предстартовом состоянии разко увеличивается потребление кислоро­да, а следовательно, и энергообмен. То же происходит во время прихода на работу и при действии факторов рабочей обстановки у рабочих, деятельность которых связана с мы­шечными усилиями. Если под гипнозом испытуемому внушить, что он выполняет тяжелую мышечную работу, обмен у него может значительно повыситься, хотя в действительности он не производит никакой работы. Все это свидетельствует о том, что уровень энергети­ческого обмена в организме может изменяться под влиянием коры головного мозга.

Особую роль в регуляции обмена энергии играет гипоталамическая область мозга. Здесь формируются регуляторные влияния, которые реализуются вегетативными нерва­ми или гуморальным звеном за счет увеличения секреции ряда эндокринных желез. Особенно выражение усиливают обмен энергии гормоны щитовидной железы — тироксин и трийодтиронин и гормон мозгового слоя надпочечника — адреналин.

ПИТАНИЕ

Задача физиологов в обосновании рационального питания состоит в том, чтобы указать состав и количество пищевых продуктов, которые могут удовлетворить потреб­ности организма. Понятие «пищевые продукты», или «пищевые средства», не следует смешивать с понятием «питательные вещества». К питательным веществам относятся определенные группы химических соединений: белки, жиры, углеводы, минеральные соли, витамины и вода. В том или ином количестве они содержатся в любом продукте, который в большинстве случаев представляет собой смесь ряда веществ.

Калорические коэффициенты питательных веществ

Зная состав пищевых продуктов и их усвояемость, можно.вычислить энергетическую ценность принятой пищи, используя так называемые калорические коэффициенты пита­тельных веществ. Калорическим,или тепловым, коэффициентомназывают количество тепла, освобождаемое при сгорании 1 г вещества. Калорические коэффициенты основных питательных веществ при окислении их, в организме таковы:

1 г белка 17,17 кДж (4,1 ккал)

1 г жира 38,94 » (9,3 »)

1 г углеводов 17,17 » (4,1 »)

Определение этих коэффициентов производят с помощью калориметрической бомбы Бертло — герметически замкнутого сосуда, погруженного в воду. В бомбе производят сжигание исследуемого вещества в_ атмосфере чистого кислорода и определяют коли­чество освобождаемого тепла (по нагреванию известного объема воды, окружающей бомбу).

Результаты определения теплотворной способности жиров и углеводов, полученные с помощью калориметрической бомбы, совпадают с результатами исследований коли­чества энергии, выделенной в организме при окислении этих веществ, так как суммарный тепловой эффект химических реакций зависит от участвующих в них исходных и конечных продуктов и не зависит от того, через какие промежуточные этапы проходит реакция. Жиры и углеводы окисляются в организме и сгорают вне его до одних и тех же конечных продуктов — углекислого газа и воды. Следовательно, и количество тепла они должны дать в обоих случаях одинаковое. Физический тепловой коэффициент равен физиологи­ческому тепловому коэффициенту. Белки же при сжигании в калориметре образуют большее количество тепла, чем при окислении в организме (физический тепловой коэф­фициент больше физиологического). Так, 1 г казеина выделяет при сгорании в калори­метре 24,6 кДж (5;85 ккал) тепла, а при окислении в организме — всего 17,2 кДж (4,1 ккал). Это объясняется тем, что в калориметре белки сгорают до С0₂, Н₂0 иNH₃; при окислении же белков в организме образуются конечные продукты распада (мочевина, мочевая кислота, креатинин), обладающие еще довольно высокой теплотворной способностью.

При определении калорийности различают величину «брутто» и «нетто». Кало­рийность «брутто»— общая калорийность принятой пищи. Калорийность «нетто»вы­числяется с поправкой на усвояемость; она выражает количество калорий, которые реально получает организм при приеме данного пищевого продукта.

Усвояемость пищи

Не вся принятая пища усваивается, т. е. всасывается из пищеварительного тракта и используется в организме; часть пищи покидает кишечник в виде шлаков. Если из количества белков, жиров и углеводов пищи вычесть их содержание в кале, то можно определить усвояемость пищи.

Усвояемость равняется в среднем: для животной пищи —95%, растительной —80% и смешанной —82—90%. На практике чаще всего ведут расчеты исходя из 90% усвояе­мости пищи. В дальнейшем, при изложении требуемых количеств питательных веществ будут приводиться цифры усвоенных веществ.

Изодинамия питательных веществ

Необходимые количества энергии могут быть получены организмом за счет окисле­ния и белков, и жиров, и углеводов. Существует правило изодинамии,согласно которому отдельные питательные вещества могут заменять друг друга в соответствии с их калори­ческими коэффициентами. 1 г жира, дающий организму 39,1 кДж (9,3 ккал), можно заменить 2,3 г углевода или белка, а. 1 г белка или 1 г углевода, которые дают организму 17,2 кДж, (4,1 ккал), эквиваленты 0,44 г жира.

Правило изодинамии, однако, учитывает только энергетические нужды организма, между тем как вещества пищи (белки, липиды) имеют и пластическое значение, участвуя в образовании клеточных структур. Поэтому при составлении норм питания нельзя руководствоваться только этим правилом и заботиться только о калорийности пищи.

Необходимо, чтобы организм получал достаточное количество белков, жиров, угле­водов, минеральных солей и различных витаминов.

Нормы питания человека

При составлении пищевых рационов особенно важное теоретическое и практическое значение имеет вопрос о нормах белков в питании.

Исследования по изучению необходимого для человека количества белка в пище начаты в 60-х годах прошлого столетия. Они показали, что потребность взрослого чело­века при физическом труде средней тяжести равна 118 г белка в сутки.

Ряд исследователей на Западе, и особенно в США, многократно занимались вопро­сом, касающимся возможности снижения количества вводимого белка, не нарушая состояния азотистого равновесия в сторону отрицательного азотистого баланса, т. е. не создавая белкового голодания. Эти исследователи пытались определить белковый минимум, т. е. минимальное количество белка, при котором еще возможно сохранение азотистого равновесия. Таким минимумом стали считать потребление 25—35 г белка в сутки (хотя при этом отмечался хронический отрицательный баланс азота). Не удается достигнуть азотистого равновесия у всех обследуемых даже при суточном потреблении 50 г белка. Эти факты свидетельствуют о недопустимости резкого снижения нормы белка в питании, так как длительное ограничение поступления белка может сказаться небла­гоприятно спустя сравнительно большие промежутки времени. Установлено, что при малых количествах поступающего белка понижается сопротивляемость организма к ин­фекциям. Количество белка в пище должно быть выше минимальной потребности орга­низма в азотистых соединениях, поскольку нужен некоторый резерв, который может быть использован в случае усиления физиологической деятельности.

При составлении пищевого рациона необходимо ориентироваться не на белковый минимум, а на белковый оптимум,т. е. на то количество белка в пище, которое полностью обеспечивает потребности организма, хорошее самочувствие, высокую работоспособ­ность, достаточную сопротивляемость вредным воздействиям, а для детей еще и потреб­ности роста. Ежесуточный прием с пищей взрослым человеком 80—100 г белка полностью удовлетворяет запросы организма в нормальных физиологических условиях при легкой работе.

При работе средней тяжести требуется около 110 г белка,' а при тяжелом физическом труде — около 130 г. Не менее 30% этого количества белка должно быть животного происхождения, т. е. белки должны быть сбалансированы по аминокислотному составу.

Пищевой рацион должен включать не менее 70 г жиров, так как в их состав входят жирорастворимые витамины и липоиды, необходимые для построения клеток. При затра­те 12 560 кДж (3 000 ккал) в сутки рекомендуется прием с пищей около 100 г жира. Из этого количества жира 30—60% должны приходиться на жиры животного происхождения.

Пища должна содержать также углеводы, минеральные соли и достаточное коли­чество витаминов. Суточное количество углеводов в пище человека должно составлять 400—450 г. Потребность в основных питательных веществах детей и подростков представлена в табл. 23.

Таблица

Потребность в белках, жирах и углеводах детей и подростков, г/сут

Возраст	Белкн		Жиры			Углеводы
	всего	в том числе животные	всего	в том числе растительные
6 мес — 1 год	25	20-25	25		ИЗ
1 — 1^1 /г года	48	36	48	—	160
Г/*—2 »	53	40	53	5	192
3-4 »	63	44	63	8	233
5—6 лет	72	47	72	И	252
7—!0 »	80	48	80	15	324
11 — 14 »	96	58	96	18	382
14— 17 »
(юноши)	106	64	106	20	422
14—17 »
(девушки)	93	56	93	20	367

Из табл. 23 следует, что потребность детского организма в питательных веществах относительно выше, чем у взрослых.