Energetická a tepelná bilancia človeka

energetická

Obrázok: „Foto potenia sa pri Wilson Trail 1. Etapa“ od Minghonga. Licencia: CC BY-SA 3.0

Energetická rovnováha človeka

Energia a výkon

Fyzikálne je energia skladovacou formou práce. Energia sa dodáva v jednotkách Joule [J] (1 Joule = N * m) a môže mať napríklad formu kinetickej, tepelnej alebo elektrickej energie. Jednotka kalórie [kal] sa používa pre energetickú formu tepla a je bežná pre popis energetického obsahu potravy. Platí nasledujúce: 1 kal zodpovedá 4,187 joulom.

Spotreba energie človeka sa má chápať fyzicky ako sila (energia/čas) a má jednotku watt [W] (1 watt = 1 joule/s). Zvyčajne sa však obrat vzťahuje na celý deň a hodnoty sa uvádzajú v jouloch/deň.

Obrat energie

Pracovné procesy rôznych životne dôležitých základných funkcií prebiehajú v ľudskom tele bez prerušenia. Vyžadujú základné množstvo energie, ktoré je známe ako Bazálny metabolizmus (GU) určený. Na definovanie bazálneho metabolizmu je stanovených niekoľko štandardizovaných podmienok. Títo 4 podmienky sú:

  • Telesný a duševný odpočinok
  • Triezvy
  • Ľahostajná teplota
  • Skoro ráno

Obrázok: „Bazálny metabolizmus mužov a žien ako funkcia veku a hmotnosti; stanovené pomocou Mifflinovho vzorca a BMI vzorca “od Shaddim. Licencia: CC BY-SA 3.0

Meranie v skorých ranných hodinách je spôsobené cirkadiánnym rytmom telesnej teploty, s ktorým tiež skoro ráno klesá na minimum energetický výdaj.

Na približne odhadnutie bazálneho metabolizmu u zdravých ľudí sa používa nasledujúci vzorec: Bazálny metabolizmus je približne 100 kJ na kg telesnej hmotnosti za deň alebo približne 1 watt/kg. To vedie k bazálnej rýchlosti metabolizmu asi 7000 kJ/d pre osobu vážiacu 70 kg.

Bazálny metabolizmus sa zvyšuje s horúčkou, adaptáciou na chlad a pod vplyvom kortizolu (stres) a hormónov štítnej žľazy (hypertyreóza). Ženy majú prirodzene nižší bazálny metabolizmus ako muži.

Ak sa výdaj energie zvyšuje duševnou alebo ľahkou fyzickou aktivitou, hovorí sa o Predaj voľného času alebo. Cieľový predaj. Je to asi o 30% viac ako bazálny metabolizmus. Ak dôjde k silnému nárastu predaja v dôsledku fyzického stresu, hovorí sa o Obrat.

Zdroje energie a ich výhrevnosť

Kompenzovať ľudskú spotrebu energie a Energetická bilancia Aby bola udržaná konštantná, musia sa využívať (spaľovať) výživné látky bohaté na energiu. Dodávka energie ľuďom sa uskutočňuje prostredníctvom troch základných potravinových substrátov, sacharidov, tukov a bielkovín.

Ich priemerné fyziologické hodnoty výhrevnosti sú tieto:

živina fyziologická výhrevnosť
Lipidy (tuky) 39 kJ/g
sacharidy 17 kJ/g
Bielkoviny 17 kJ/g
alkoholu 30 kJ/g

Jeden rozlišuje fyzický a fyziologická výhrevnosť. Fyzikálna výhrevnosť živín je absolútny energetický obsah, fyziologická výhrevnosť je časť tejto energie, ktorú môže ľudské telo využiť.

Pri využití potravy to zohráva iba úlohu pre bielkoviny, pretože človek nemôže využiť všetku energiu (23 kJ/g) a vylúčiť nepoužiteľnú, ale na energiu bohatú močovinu. Fyziologická výhrevnosť je teda nižšia ako fyzikálna.

Kalorimetria a kalorický ekvivalent

Určenie obratu energie sa nazýva Kalorimetria určený. The priama kalorimetria Meranie tepla vydávaného počas spaľovacej reakcie sa dnes už nepoužíva. V športe a pracovnom lekárstve sa nepriama kalorimetria na druhej strane stále určitý význam. Množstvo spotrebovanej energie sa odčíta od spotreby kyslíka pacienta.

Potrebujete to, aby ste mohli vyvodiť závery o prevedenej energii zo spotreby O2 Kalorický ekvivalent (KÄ). Toto špecifikuje množstvo energie špecificky pre určitý substrát, ktoré sa uvoľní počas spaľovania pomocou jedného litra O2. Kalorický ekvivalent priemernej stredoeurópskej stravy je 20 kJ na liter spotrebovanej O2. Kalorické ekvivalenty jednotlivých živín nájdete v tabuľke. Na zistenie spotreby kyslíka u príslušnej osoby obvykle človek spadne späť na spirometriu.

živina kalorický ekvivalent
sacharidy 21 kJ/l O2
Lipidy 19,5 kJ/l O2
Bielkoviny 19 kJ/l O2

Dýchací kvocient

Kalorický ekvivalent 20 kJ na liter spotrebovaného kyslíka platí pre zmiešané jedlo v strednej Európe a môže sa líšiť v závislosti od zloženia potraviny. Pretože kalorické ekvivalenty uhľohydrátov, tukov a bielkovín sú medzi 19 kJ a 21 kJ na liter O2, možná chyba je dosť malá.

Pre presnejší výsledok však musíte použiť Respiračný kvocient (RQ) identifikujte hlavný spálený substrát. Toto popisuje pomer medzi emitovaným CO2 a absorbovaným O2 a je v závislosti od potraviny medzi 0,7 a 1,0. Táto tabuľka zobrazuje respiračné kvocienty, keď sa spáli iba jeden substrát. Produkcia CO2 sa tiež určuje pomocou otvorenej spirometrie.

živina respiračný kvocient
sacharidy RQ = 1,0
Lipidy RQ = 0,7
Bielkoviny RQ = 0,81

Index telesnej hmotnosti (BMI)

Nevyvážená energetická bilancia vedie k zvýšeniu alebo zníženiu telesnej hmotnosti, a tým aj indexu telesnej hmotnosti (BMI). Zvýšený BMI je väčšinou založený na prírastku tukového tkaniva s dlhodobou pozitívnou energetickou bilanciou, ale môže odrážať aj rast svalovej hmoty u športovcov. Od BMI> 30 existuje významne vyššie riziko kardiovaskulárnych chorôb a diabetes mellitus, a teda významne vyššia úmrtnosť.

Obrázok: „Zjednodušený graf indexu telesnej hmotnosti“ od používateľa: Amog. Licencia: CC BY-SA 3.0

Optimálne nutričné ​​zloženie

Podiely rôznych výživových zložiek vyváženej stravy by mali vychádzať z nasledujúcich pokynov: Odporúčaný denný príjem bielkovín je 1 g bielkovín na kg hmotnosti za deň. Toto je známe ako Optimálny proteín a zaisťuje dennú remodeláciu štrukturálnych proteínov. Energetická potreba človeka by mala byť pokrytá asi z 50% uhľohydrátmi, 30% tukmi a 10% bielkovinami. Energia z alkoholu často tvorí 5% dennej potreby, ale za žiadnych okolností by nemala predstavovať podstatne väčší podiel.

Tepelná bilancia ľudí

Ľudské telo závisí od stálej teploty tela, aby fungovalo spoľahlivo. Existujú rôzne regulačné mechanizmy, ktoré to zabezpečujú s najväčšou možnou bezpečnosťou a to aj napriek kolísajúcim vonkajším podmienkam.

Teplo generované v tele pri spaľovacích reakciách musí byť na jednej strane použité na udržanie stabilnej teploty, na druhej strane musí byť tiež schopné účinného uvoľnenia späť do životného prostredia, ak je k dispozícii prebytočná energia. Normálna telesná teplota je okolo 37 ° C, ale fyziologicky kolíše okolo 1 ° C v dennom rytme.

Regulácia telesnej teploty

Schopnosť udržiavať stálu teplotu tela okolo 37 ° C sa nazýva Termoregulácia a centrum teploty a metabolickej regulácie je v hypotalame. Priamo na mieste aj na periférii sa nachádzajú receptory chladu a tepla (Termoreceptory), ktorí odovzdávajú svoje informácie termoregulačnému centru. Takzvaný Určiť si bod nastavená, teda teplota, ktorú sa telo snaží udržiavať.

Jeden rozlišuje medzi teplotnými podmienkami v tele Jadro tela, takže kmeň, ktorý obsahuje životne dôležité orgány Škrupina tela (Periféria), takže končatiny. Výmena tepla funguje cez krvný obeh. Telo dáva najvyššiu prioritu udržiavaniu základnej teploty tela. Takže keď prostredie ochladzuje telo, prietok krvi na periférie sa znižuje, takže sa ochladzuje silnejšie ako jadro tela.

Táto reakcia na mierne podchladenie sa nazýva centralizácia a znižuje tepelné straty na veľkej ploche končatín. Teplota plášťa tela sa za extrémne chladného počasia môže líšiť od teploty tela tela až o 9 ° C. Zvonku vidíte bledú pokožku a modrasté pery. Keď je okolitá teplota vysoká, cievy v pokožke sa rozšíria a periféria je dobre zásobená krvou. V takom prípade sa teploty v jadre tela a na periférii navzájom veľmi blížia.

Ľahostajná teplota

Teplotný rozsah, ktorý je vnímaný ako príjemný pre človeka, pri ktorom termoregulácia nevyžaduje veľké úsilie a je možné ho udržiavať konštantný iba prostredníctvom krvného obehu v koži, je známy ako Ľahostajná teplota. Pre neoblečenú osobu v pokoji a so strednou vlhkosťou je to 28 - 30 ° C, pre oblečenú osobu sa predpokladá okolo 22 ° C. Mimo tejto zóny je potrebné použiť rôzne mechanizmy na zabezpečenie konštantnej telesnej teploty 37 ° C.

Výroba tepla

Chemické reakcie, najmä spaľovacie, generujú teplo v ľudskom tele. Produkcia tepla jednotlivých orgánov v pokoji a pri strese a ich podiel na celkovom vyrobenom teple sa veľmi líšia. Najmä prostredníctvom svalovej činnosti možno výrazne zvýšiť produkciu tepla a poskytnúť podiel až 90%.

Okrem rastúceho nutkania na cvičenie v chlade vo forme dobrovoľnej svalovej činnosti, Triaška je možné vyrobiť ďalšie teplo. Táto nedobrovoľná reakcia bude tiež reflexívna Antagonisti aktivovaný tak, aby nedochádzalo k skutočnému pohybu.

Dobre zásobený krvou a bohatý na energiu Hnedé tukové tkanivo ponúka formu výroby tepla, ktorá je pre kojenca nesmierne dôležitá tvorba tepla bez chvenia sa volá. Membránový proteín Termogenín, tiež UCP-1 (= odpojenie proteínu 1) oddeľuje dýchací reťazec. Týmto spôsobom je odbúravanie mastných kyselín „skratované“, takže sa netvorí ATP a takmer všetka energia sa uvoľňuje vo forme tepla. Takto stimulované ß-adrenoreceptormi je možné poskytnúť teplo obzvlášť rýchlo.

Emisia tepla

Pri ťažkej fyzickej práci sa vytvára veľa tepelnej energie, najmä pri práci svalov. Na opätovné uvoľnenie tohto prebytočného tepla má telo k dispozícii štyri rôzne mechanizmy.

Vedenie alebo tepelné vedenie opisuje uvoľňovanie tepla pokožkou pri priamom kontakte s iným materiálom. Pri dotyku tu človek stráca teplo, pričom rozsah tejto výmeny tepla závisí vo veľkej miere od tepelnej vodivosti materiálu. Kov, ktorý je veľmi vodivý, sa javí napríklad podstatne chladnejší ako drevo a vedením sa stráca viac tepla.

Z konvekcia na druhej strane sa hovorí o prenose tepla na médium v ​​pohybe, teda väčšinou na vzduch, ktorý nás obklopuje. Povrch tela ohrieva vrstvu pokojného vzduchu, ktorá potom stúpa a je nahradená prichádzajúcim studeným vzduchom. Ak je médium v ​​pohybe, to znamená, že výmena sa urýchľuje, výmena tepla sa zvyšuje, a preto je vnímaná teplota pri vetre chladnejšia. Aj v prostredí s vyššou vodivosťou, napríklad vo vode, sú tepelné straty väčšie. Za štandardných podmienok sa okolo 15% tepla emituje prúdením.

Na rozdiel od vedenia a konvekcie vyžaduje Tepelné žiarenie (Infra červená radiácia) žiadny priamy kontakt. Každé telo uvoľňuje energiu do objektov v prostredí bez prerušenia. Rozsah tu závisí hlavne od teplotného rozdielu. V priemere asi 60% tepla týmto spôsobom opúšťa ľudské telo.

odparovanie (Odparovanie) je efektívny ľudský mechanizmus na vydávanie prebytočného tepla a je tiež jediný pri teplotách okolia nad 36 ° C. Pot (Perspiratio sensibilis) môže byť regulovaný telom a podlieha vplyvu cholinergných vlákien sympatického nervového systému. Potné žľazy majú iba cholinergné receptory; ich neurotransmiterom je teda acetylcholín.

Teplo odparovania vody je 2 400 kJ/l, takže je tu možný vysoký stupeň tepelného vyžarovania, ktorý je však obmedzený vysokou vlhkosťou. Ak telo potením stratí veľké množstvo tekutín chudobných na elektrolyty, môže to viesť k hypertonickej dehydratácii. Telo nedobrovoľne každý deň stratí okolo 500 ml tekutiny odparovaním z pokožky a slizníc, napríklad z dýchacích ciest. Tento jav sa nazýva Perspiratio insensibilis a napriek nedostatku regulačných mechanizmov nedobrovoľne neprispieva k stratám tepla.

Obrázok: "Hypotalamus riadi termoreguláciu." philschatz. Licencia: CC BY 4.0

horúčka

Hypertermia nastáva, keď sa teplota tela zvyšuje napríklad intenzívnou fyzickou aktivitou a mechanizmami rozptylu tepla sú nedostatočné. V prípade horúčky však ide o Určiť si bod teplota tela sa zvyšuje v centrách centrálnej termoregulácie. Môže to mať rôzne príčiny. Často ide o bakteriálny zápal, ale zodpovedné môžu byť aj zhubné procesy.

Horúčaviace látky posla, ktoré sa ako celok nazývajú Pyrogény určený. Skupina cudzia telu, exogénne pyogény Pozostáva predovšetkým z vírusov a zložiek baktérií (polysacharidy), ktoré interakciou s makrofágmi a granulocytmi vedú k uvoľňovaniu nosných látok imunitného systému. Títo mediátori sa zase označujú ako endogénne pyrogény a ich najdôležitejšími predstaviteľmi sú interleukín-1 (IL-1), interferóny a faktory nekrózy nádorov. Na konci kaskády sú prostaglandíny, ktoré spôsobujú, že hypotalamus zvyšuje cieľovú hodnotu.

Obrázok: „Typický priebeh horúčky. Zelená čiara zobrazuje cieľovú hodnotu, červená čiara skutočnú telesnú teplotu. “ podľa DooFi. Licencia: verejná doména

Niektoré klinické príznaky stúpajúcej alebo klesajúcej horúčky sa používajú na meranie vývoja pacienta s horúčkou. v Nárast horúčky Pacienti často vykazujú silný pocit chladu, vazokonstrikcie na koži a zimnici, pretože teplota tela je pod (zvýšenou) nastavenou hodnotou. v Klesajúca horúčka na druhej strane je tu vazodilatácia a silné potenie. Lieky, ktoré znižujú horúčku, sa nazývajú Antipyretiká a rovnako ako ibuprofén často pôsobia inhibíciou syntézy prostaglandínov.

Populárne skúškové otázky o energetickej a tepelnej rovnováhe

Riešenia nájdete pod odkazmi.

1. Koľko gramov tuku má rovnaký energetický obsah ako 50 gramov škrobu?

  1. asi 100 g
  2. asi 850 g
  3. asi 39 g
  4. asi 21 g
  5. asi 50 g

2. Koľko energie spotrebuje ľudské telo zmiešaným jedlom a spotrebou kyslíka 12 l?

  1. 1 200 kJ
  2. 240 kJ
  3. 120 kcal
  4. 300 r
  5. 120 kJ

3. Ktoré tvrdenie o tepelnej bilancii je nesprávne?

  1. Tepelné žiarenie tvorí najväčšiu časť tepelnej emisie v pokoji.
  2. Trasenie je dobrovoľná reakcia tela na chlad.
  3. Termoregulácia prebieha hlavne v hypotalame.
  4. Pyrogény spôsobujú zvýšenie nastavenej teploty u ľudí.
  5. Potné žľazy sú stimulované cholinergnými receptormi pre acetylcholín.

nafúknuť

Fischer: MEDI-LEARN: Fyziológia 1-6 - The Physikumsskripte, 4. vydanie

Riešenia otázok: 1D, 2B, 3B