Баланс энергии в организме человека. 2
Министерство науки и образования РФ
Федерального агентства по высшему образованию
Государственный Технический Университет (МАИ)
Аэрокосмический факультет
Кафедра 610
Курсовая работа по учебной дисциплине «Экология Человека»
На тему: «Баланс энергии в организме человека»
Студентки группы 06-324:
Мохова Диана Валерьевна
Руководитель:
Профессор Лапушкин Виктор Николаевич
Москва 2010 г
Содержание
- Введение
- Биоритмы человека
- Получение энергии из окружающей среды
- Приход и расход энергии.
- Образование энергии
- Метаболизм (при участии жиров, белков и углеводов)
- Энергия на молекулярном уровне
- Электрические явления в клеточной энергетике
- Энергетические преобразования
- Анаболизм и катаболизм
- Термодинамика живых организмов
- АТФ – универсальная макроэнергетическая молекула
- Основные положения теории биологического поля
- Заключение
- Список используемой литературы
1.Введение
Любая живая клетка обеспечивает свои энергетические способности за счет внешних ресурсов. Потребности организмов в энергии складываются из различных энергоёмких процессов, необходимых для совершения отдельных видов полезной работы клетки и организма.
Человек энергию не вырабатывает. Человек, в целом, живет, за счет энергии, которую вырабатывает каждая его клетка. Если клетка не вырабатывает энергию, нет обмена веществ в клетке - она мертвая, без обмена веществ жизнь невозможна.
Клетка получает энергию за счет окисления органических веществ. Газовый состав крови, кислотно-основной и тесно связанный с ним водно-электролитный балансы являются важными звеньями обеспечения гомеостаза у млекопитающих, в том числе и человека. Жизнь на планете Земля, в атмосфере которой содержится 20,93 % по объему кислорода, приспособлена к получению энергии для своего существования из происходящих в организме реакций биологического окисления. Кислород – важнейший химический элемент, необходимый для жизнедеятельности основной массы организмов на Земле.
Основным видом горючего для клеток является глюкоза, когда она поступает в кровь после и во время переработки пищи, и жирные кислоты из жировых клеток, когда глюкоза не поступает.
Клетки сжигают глюкозу или жиры в кислороде и получают энергию (тепло, поток свободных электронов, огонь) и воду Н2О и углекислый газ СО2. На сжигании (окислении) одного килограмма жира или глюкозы расходуется 5-6 килограмм кислорода. Сколько-нибудь существенных запасов кислорода (таких как запасы жиров) в организме человека нет.
По количеству потребляемого человеком кислорода определяется количество произведенной им энергии. Эта энергия тратится внутри клетки на производство АТФ и накапливается в клетке. Расходуется энергия для выполнения клеткой различного рода работ:
а) химическая работа, использующая энергию АТФ на химические превращения, связанные с обменом углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот; на рост и размножение клетки; на синтез и передачу наследственного материала;
б) осмотическая работа, приводящая к пополнению в клетке веществ, присутствующих в окружающей среде в малых количествах, и выделению веществ, которых в окружающей среде больше, чем в клетке;
в) электрическая работа, обуславливающая возникновение и поддержание разности потенциалов наружной и внутренней поверхностей клеточной матрицы;
г) механическая работа, лежащая в основе всех видов движения;
д) регуляторная работа, упорядочивающая клеточные процессы.
2.Биоритмы человека
Биоритмы - цикличность процессов в живом организме. Основные внешние ритмы, влияющие на биоциклы человека - природные (Солнце, Луна...) и социальные (рабочая неделя...) Ведущие внутренние хронометры человеческого организма находятся: в голове (эпифиз, гипоталамус) и в сердце. Биоритмы могут меняться, синхронизируясь с внешними ритмами - циклами освещённости (смена дня и ночи, свет).
Рис.1 Графики циркадианных (время, часы,
в течение дня) биоритмов человека
Известно, что солнечные сутки — чередование темноты и света — равны 24 ч, а лунные сутки — периодичность приливов и отливов — 24,8 ч. Взаимодействие между солнечными и лунными сутками рождают синодический месяц, равный 29,5 суток (его максимум приходится на полнолуние, а минимум — на новолуние). Периодичность солнечной активности равна 11 годам; один из последних максимумов активности наблюдался 7 июня 1966 г.
Такая ритмичность несомненно отражается на жизнедеятельности всех живых организмов и в том числе человека. Так, в период максимальной активности Солнца резко ухудшается состояние у страдающих гипертонией, атеросклерозом, инфарктом миокарда; даже число дорожных происшествий увеличивается. В этот период реакция человека на любой внешний раздражитель значительно замедляется. С увеличением солнечной активности меняется магнитное поле Земли, и это сказывается на возбудимости нервной системы человека.
Между состоянием магнитного поля Земли, которое связано с колебаниями активности Солнца, и темпами биологического роста человека существует обратная зависимость. С уменьшением магнитного поля Земли происходит акселерация, с увеличением магнитного поля Земли возникает обратный процесс — ретардация. Длительность периода изменения магнитного поля Земли достаточно велика и исчисляется десятками столетий. Археологические раскопки показали: с середины пятого тысячелетия до нашей эры до четвертого тысячелетия до нашей эры проходила акселерация, с середины четвертого тысячелетия до нашей эры — ретардация, с первых веков нашей эры до настоящего времени — акселерация.
Подъем творческой активности людей приходится в основном на периоды, отмеченные максимальной солнечной активностью. Именно в эти периоды увеличивается количество рождений великих в будущем людей.
Активность Солнца имеет периодичность 27 суток (основной цикл) и другие виды периодичности.Физиологические процессы, происходящие в живых организмах, тесно связаны с такими факторами среды, как свет, температура, атмосферное давление, и содержание кислорода в воздухе. Главный из этих факторов — свет. Он определяет периоды активности животных и растений, ритмичность их жизнедеятельности.
По степени зависимости от внешних условий биологические ритмы подразделяются на экзогенные и эндогенные. Экзогенные ритмы полностью зависят от изменений внешней среды. Это биохимические процессы. Эндогенные ритмы зависят от процессов, происходящих внутри организма. К ним относятся ритмы сердцебиения, пульса, дыхания, кровяного давления, умственной активности, изменение глубины сна и др. При постоянных оптимальных условиях внешней среды эндогенные биоритмы имеют широкий диапазон частот — от 2000 циклов в секунду до одного цикла в год.
Периодичность максимума работоспособности человека равна 1,5 ч с момента пробуждения.Человек спит раз в сутки — ночью, т.е. он имеет, монофазный ритм активности и покоя. Установлено, что в организме человека имеется свыше 100 биоритмов, отражающих различные физиологические процессы. Изучение их — весьма сложная задача, поскольку требует исключения влияния внешних факторов (особенно шумов), мешающих ходу внутренних часов человека.
Установлено, что течение суточной периодичности физиологических функций человека ускоряется при яркой освещенности и уменьшается при слабой. При ярком солнечном свете человек более работоспособен, поэтому сутки, определяемые его внутренними часами, значительно укорачиваются. Суточный ритм организма человека определяется различными физиологическими функциями, а их в настоящее время известно более ста. По мнению ряда ученых, основной причиной суточных колебаний физиологических функций в организме человека являются периодические изменения возбудимости нервной системы, угнетающей или, напротив, стимулирующей обмен веществ. Так, температура тела к 18 ч достигает максимума, к полуночи — снижается, а к 5 часам вновь достигает максимального значения.
Работа органов кровообращения снижается дважды в сутки — 13 ч и 21 ч. Наибольшее число сердечных сокращений приходится на 18 ч. Наименьшая частота пульса наблюдается в 4 ч утра. В 9 ч утра — минимальное давление. Внутриглазное давление утром повышается, а к вечеру падает. В утренние часы в кровоток поступает наибольшее число молодых эритроцитов (красных кровяных телец).
Биотокам мозга, как показали специальные исследования, присущи свои специфические биоритмы. Так, альфа-ритм — ритм работы мозга в состоянии свободного расслабления, бета-ритм — ритм активного бодрствования, дельта-ритм — ритм глубокого сна без сновидений, а тета-ритм — ритм поверхностного сна с возможными сновидениями (фазы парадоксального сна).
Известны три вида периодических изменений самочувствия и способностей человека: 1) физический цикл длительностью 23 дня, 2) эмоциональный — 28 дней и 3) интеллектуальный цикл продолжительностью 33 дня. В каждом цикле первая половина составляет положительную фазу, а вторая — отрицательную.
Для положительной фазы характерны следующие признаки: в физическом цикле — хорошее время для интенсивных тренировок и другой физической деятельности, связанной с напряженной работой мускулов; в эмоциональном цикле — склонность к переоценке своих возможностей, повышенная бодрость, легкость контактов с окружающими; в интеллектуальном цикле — активизация способности в учебной и всякого рода творческой деятельности.Во всех трех периодах дни перехода из положительной фазы в отрицательную и обратно называют нулевыми, или критическими. Именно в критический день физического цикла с людьми чаще всего происходят несчастные случаи, дорожные происшествия. Аналогичные переходные дни эмоционального цикла чреваты эмоциональными срывами. Если нулевые дни в двух циклах совпадают, то человеку нужно быть особенно бдительным.
3.Получение энергии из окружающей среды
Энергетическая сторона
Вхождение в человека извне этих
видов энергий происходит в результате
энергообмена организма с окружающим
миром. Однако проблема на сегодняшний
день остаётся для медицины нерешённой
(белым пятном).
Хотя над её решением в течение столетий
работали видные учёные мира разных направлений,
в том числе и русские учёные Тимирязев
К.А. (1843-1920) и другие.
Остаётся также загадкой процесс преобразования вошедших в организм указанных выше энергий с одних частот вибраций на другие (для кровеносной, лимфатической, нервной и иных систем), каждая из которых работает на своих частотах.
В жизни многие заболевания возникают и осложняются из-за недополучения или дисбаланса того или иного вида энергий. Практикующие врачи не знают причину и природу возникновения таких заболеваний как инфаркт, инсульт, рак и виды других болезней, а тем более оценить, какого вида энергии недостаёт или избыток.
Известно, что человек получает жизненную энергию разными путями: через пищу и лёгкие до 40%, в то врем как от земли – 17%, космоса – 15%, окружающей среды – 28% (см. в приложении диаграмму, рис. 1). Очень слабо изучены пути поступления энергии извне (космоса, земли, окружающей среды). Эти виды энергий поступают в результате энергообмена физического тела человека и его тонких биоструктур – ауры с окружающей средой.
Нашими исследованиями установлено, что организм человек обладает тонкой структурой (системой) получения энергий из окружающего мира. Первичный энергообмен человека с внешней средой начинается у внешней оболочки его ауры в своеобразных эфирных зона - облачках, располагающихся над головой, у ног и вокруг тазовой части (см. рис. 2) эти облачка образуются энергочастотными вибрациями головы, ног, тазовой части.
Осуществив энергообмен, все три вида энергий последовательно проходят три рубежа преобразований: у внешней оболочки ауры человека, при вхождении в физическое тело и внутри физического тела. Только после этого каждая из внешних энергий поступает в свои энергоцентры. Так, например, энергия космоса входит в районе темени головы, а затем в энергоцентр района солнечного сплетения. Основной объём этой энергии потребляется верхней частью тела человека.
Земная энергия в основном поступает через подошвы ног, а затем направляется к энергоцентру верхней части бёдер ног, питая в основном опорно-двигательную часть тела.
Энергия окружающей среды поступает
в физическое тело таза и его энергоцентр
по дискообразному энергослою Кольцова,
располагающемуся вокруг тазового энергоцентра.
Этот вид энергии потребляется в средней
части тела человека. Тазовый энергоцентр
является главным координирующим и перераспределяющим
потоки жизненной энергии между другими
энергоцентрами в случае необходимости.
Для ряда заболеваний характерным является недостаток того или иного вида энергии, поступающей извне, и которые нуждаются в энергоподпитке. Это можно видеть на прилагаемой таблице. Дополнительную подпитку недостающей энергии возможно получить от внешних естественных или искусственных источников, в том числе от биоэнергии кисти рук целителя и самого больного.
Дополнительную земную энергию в наши дни получают при помощи проводного заземления. В данном случае один конец гибкого медного провода присоединяется к заземлённому стержню (вбитому в землю штырю, трубе), а второй его конец с медными пластинами (кольцами) закрепляют широкой резинкой на подошве ног.
Заболевания, при которых
недостаточное поступление ряда
внешних энергий
(по Кольцову И.Е.)
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4.Приход и расход энергии
Превращение энергии
Обмен веществ и превращения энергии являются по сути единым процессом. Они неотделимы друг от друга, так как не бывает обмена веществ без изменения энергии и не может быть превращения энергии без обмена веществ.
Энергия не может зарождаться или пропадать - она только видоизменяется. Механическая энергия может превратиться в тепловую или наоборот; при известных условиях тепловая энергия может превратиться в механическую, электрическая — тепловую и т. д.
Все виды энергии организм
в конечном итоге отдает в окружающую
среду в виде тепловой энергии. Чтобы
иметь представление о
Тепловая энергия измеряется калориями. Большой калорией называется то количество тепла, которое необходимо, чтобы нагреть 1000 мл воды на 1° (килокалория), а малой калорией - то количество тепла, которое необходимо, чтобы нагреть 1 мл вводы на 1°.
Для учета количества
калорий, затрачиваемых человеком,
применяют два способа.
1-й способ. Он заключается в том, что учитывается
количество тепла, которое человек отдает
в окружающую среду. Для этой цели человека
помешают в камеру, стенки которой не проводят
тепло. По потолку проходит система трубок
с проточной водой. Измеряют температуру
втекающей и вытекающей воды. Зная разность
температур и количество протекшей воды,
определяют количество калорий, которые
были выделены организмом и использованы
на нагревание воды. Такие камеры делают
иногда довольно больших размеров, так
что человек может производить там определенную
работу. Это позволяет определить затраты
энергии при разных видах работ.
2-й способ. Он заключается
в определении количества потребленного
кислорода.
При участии 1 л кислорода в окислительных
процессах в количество потребленного
кислорода, узнают величину затраченной
энергии.
Основной обмен
В условиях полного покоя человек расходует некоторое количество энергии. Этот расход обусловлен тем что в организме непрерывно происходит затрата энергии, связанная, а его жизнедеятельностью. Большое количество энергии тратит сердце, почки, дыхательные мышцы, печень, да и все другие органы и ткани живого организма. Количество энергии, которое расходует организм при полном покое, натощак, т. е. через 12-16 часов после еды, и при температуре 16-20° - это основной обмен.
Основной обмен у взрослого здорового человека в среднем равен 1 килокалории на 1 кг веса в течение 1 часа. У человека весом 70 кг основной обмен будет равен 70 * 24 = 1 680 килокалорий. Это то количество энергии, которое затрачивается для обеспечения жизнедеятельности организма. Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и веса человека. У мужчин основной обмен больше, чем у женщин того же веса (это зависит так же от структуры тела – больше ли в нет мышечной массы или жира).
Изменения основного обмена наблюдаются при нарушении деятельности желез внутренней секреции. Например, усиление функции щитовидной железы приводит к повышению основного обмена.
Принцип измерения основного обмена
На основании многочисленных определений основного обмена у людей составлены таблицы нормальных величин этого показателя в зависимости от возраста, пола и общей поверхности тела. В этих таблицах величины основного обмена приводятся в килокалориях (ккал) на 1 м2 поверхности тела за 1 час. Большое влияние на основной обмен оказывают изменения гормональной системы организма, особенно щитовидной железы: при ее гиперфункции основной обмен может превышать нормальный уровень на 80%, при гипофункции основной обмен может быть ниже нормы на 40%. Выпадение функции передней доли гипофиза или коры надпочечников влечет за собой снижение основного обмена. Возбуждение симпатической нервной системы, усиленное образование или введение адреналина извне увеличивают основной обмен.
Расход энергии при работе
Основной обмен у здорового взрослого человека равен в среднем 1 700-2000 Ккалорий. При мышечной работе расход энергии быстро возрастает: чем тяжелее мышечная работа, тем больше энергии тратит человек. По количеству затрачиваемой энергии людей разных профессий можно разделить на несколько групп.
- Первая группа. Работа в сидячем положении, не требующая больших мышечных движений: офисные работники (секретарь, библиотекарь, фармацевт и т.п.) они тратят в среднем 2 200 - 2 400 больших калорий.
- Вторая группа. Мышечная работа в сидячем положении (ювелир, регистратор, учитель) они тратят около 2 600 - 2 800 ккалорий.
- Третья группа. Умеренная мышечная работа (почтальон, врач, официант, диджей) - 3 000 ккалорий.
- Четвертая группа. Напряженная мышечная работа (маляр, автослесарь, тренер, дирижер) 3 400 - 3 600 ккалорий.
- Пятая группа. Тяжелый физический труд (цеховой рабочий, профессиональный спортсмен) - 4 000 ккалорий.
- Шестая группа. Очень тяжелый труд (каменщик, шахтер) - 5 000 ккалорий и более.
- Взаимодействие органов при расходе энергии
5.Образование энергии
Жизнедеятельность организма поддерживается благодаря постоянному поступлению энергии в процессе окисления сложных органических молекул при разрыве химических связей. Молекулы распадаются до трехуглеродных соединений, которые включаются в цикл Кребса (лимонная кислота), окисляясь далее до СО; и Н^О. Все энергетические процессы, протекающие с участием кислорода, образуют систему аэробного обмена. Выделение энергии без кислорода называется анаэробным обменом. Накопление энергии происходит главным образом в высокоэнергетических фосфатных связях аденозинтрифосфата (АТФ).
АТФ служит также средством
переноса энергии, поскольку диффундирует
в те места, где необходима энергия.
В свою очередь образование и распад АТФ связаны с процессами, на
которые необходимо затратить энергию.
При необходимости в энергии путем гидролиза
разрывается связь фосфатной группы и
высвобождается находящаяся в ней химическая
энергия. Полученная потенциальная энергия
затем превращается в кинетическую —
механическую, химическую, осмотическую
и электрическую работу. Часть энергии
используется для поддержания постоянства
внутреннего состояния организма, синтеза
новых веществ, обновления и строения
клеток, сокращения мышц, проведения нервных
импульсов.
Количество энергии, выделяемой при сгорании
какого-либо вещества, не зависит от этапов
его распада. Известно, что углеводы и
белки дают в среднем около 17,16 кДж/г (4,1
ккал/г) энергии. Самой высокой энергетической
способностью обладают жиры: 1 г жира дает
38 гДж/г (9,1 ккал/г) энергии, что больше количества
энергии, выделяемой при окислении белков
и углеводов, вместе взятых.
Энергетический обмен
живого организма состоит из основного
обмена и рабочей прибавки к основному
обмену. Количество энергии, расходуемой организмом в состоянии
покоя и натощак, называется основным обменом.
Основной обмен определяют
утром (при этом пациент находится
в состоянии покоя — в
Основной обмен в значительной
степени зависит от функций нервной
и эндокринной систем, физиологического
состояния внутренних органов, а
также от внешних влияний на организм.
Уровень основного обмена может
изменяться при недостаточном или
излишнем питании, продолжительной физической
нагрузке, изменениях климатических условий
и др. У разных людей величина основного
обмена зависит главным образом от возраста,
массы тела, пола, роста. У взрослого здорового
человека основной обмен за 1 ч составляет
в среднем 4,2 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела,
причем у женщин он на 10—15 % ниже, чем у
мужчин. У детей он выше, чем у взрослых;
у пожилых людей снижается.
Рабочая прибавка — это повышение энергетического обмена
выше основного объема. Факторы, при которых
увеличивается расход энергии — прием
пищи, изменения внешней температуры и
мышечная работа.
Основной обмен нарушается при
заболеваниях эндокринных желез. Например,
при гиперфункции щитовидной железы
он может увеличиться до 150 % от нормы,
а при гипофункции снижается.
Значительные изменения наблюдаются при
патологии гипофиза, регулирующего деятельность
периферических желез внутренней секреции.
Для определения интенсивности обмена веществ и энергии используют прямые и непрямые методы калориметрии. Метод прямой калориметрии основан на непосредственном определении тепла, выделяемого в процессе жизнедеятельности организма. Для этого человека помещают в специальную калориметрическую камеру, в которой учитывается все количество тепла, отдаваемого телом человека.
Метод сложен и применяется только в
научно-исследовательских учреждениях.
На практике чаще используют метод непрямой калориметрии. Суть его заключается в том, что вначале
определяют объем легочной вентиляции,
а затем количество поглощенного кислорода
и выделенного углекислого газа. Отношение
объема выделенного углекислого газа
к объему поглощенного организмом кислорода
называется дыхательным коэффициентом. По величине последнего можно судить
о характере окислительных веществ в организме.
Так, при окислении углеводов дыхательный коэффициент равен 1, поскольку для полного окисления 1 молекулы глюкозы до углекислого газа и воды потребуется 6 молекул кислорода, при этом выделяется 6 молекул углекислого газа:
При окислении белков
дыхательный коэффициент равен 0,8,
при окислении жиров — 0,7. В
результате небольшого содержания в
жирах и белках внутримолекулярного
кислорода для их окисления потребуется
больше кислорода: для окисления 1 г белков — 0,97 л, а 1 г жиров — 2,03 л.
Определить расход энергии
можно и по газообмену. Количество
тепла, освобождаемого в организме
при употреблении 1 л кислорода (калориметрический
эквивалент кислорода), зависит от того,
на окисление каких веществ исполь
Условнорефлекторные изменения обмена веществ и энергии наблюдаются у человека в предстартовых и предрабочих состояниях. У спортсменов до начала соревнования, а у рабочего перед работой отмечается повышение обмена веществ, температуры тела, увеличивается потребление кислорода и выделение углекислого газа. Можно вызвать условнорефлекторные изменения обмена веществ, энергетических и тепловых процессов у людей на словесный раздражитель.
Влияние нервной системы на обменные и энергетические процессы в организме осуществляется несколькими путями:
- Непосредственное
влияние нервной системы (
- опосредованное
влияние нервной системы через
- опосредованное влияние нервной системы через тропные гормоны гипофиза и периферические железы внутренней секреции;
-прямоевлияниенервной системы (гипоталамус) на активность желез внутренней секреции и через них на обменные процессы в тканях и органах.
Основным отделом центральной нервной системы, который регулирует все виды обменных и энергетических процессов, является гипоталамус. Выраженное влияние на обменные процессы и теплообразование оказывают железы внутренней секреции. Гормоны коры надпочечников и щитовидной железы в больших количествах усиливают катаболизм, т. е. распад белков.
В организме ярко проявляется тесное взаимосвязанное влияние нервной и эндокринной систем на обменные и энергетические процессы. Так, возбуждение симпатической нервной системы не только оказывает прямое стимулирующее влияние на обменные процессы, но при этом увеличивается секреция гормонов щитовидной железы и надпочечников (тироксин и адреналин). За счет этого дополнительно усиливается обмен веществ и энергии. Кроме того, эти гормоны сами повышают тонус симпатического отдела нервной системы. Значительные изменения в метаболизме и теплообмене происходят при дефиците в организме гормонов желез внутренней секреции. Например, недостаток тироксина приводит к снижению основного обмена. Это связано с уменьшением потребления кислорода тканями и ослаблением теплообразования. В результате снижается температура тела.
Гормоны желез внутренней секреции участвуют в регуляции обмена веществ и энергии, изменяя проницаемость клеточных мембран (инсулин), активируя ферментные системы организма (адреналин, глюкагон и др.) и влияя на их биосинтез (глюкокортикоиды).
Таким образом, регуляция обмена веществ и энергии осуществляется нервной и эндокринной системами, которые обеспечивают приспособление организма к меняющимся условиям его обитания.
6.Метаболизм (при участии жиров, белков и углеводов)
Метаболизм — совокупность
химических и физических превращений
веществ и энергии, происходящих
в живом организме и
Обмен веществ складывается
из процессов ассимиляции и

- Баланс энергии в организме человека
- Баланс энергии в самостоятельном разряде
- Баланын зейінін тәрбиелеу оны тәрбиелеу жолдары
- Баланын музыкалык кызмети
- Баланың денесі мен психикасының даму акселерациясы
- Баланың жас ерекшеліктері
- Баланың психикалық дамуында ойынның алатын орны
- Баланс рабочего времени по данным ООО ТПФ «Интерцентр-Люкс»
- Баланс сбережения и потребления в экономике
- Баланс трудовых ресурсов
- Баланс туралы түсінік
- Баланс финансовых ресурсов субъекта Российской Федерации
- Баланс финансовых ресурсов субъекта Российской Федерации
- Балансы международных расчетов