Енергийният и топлинен баланс на хората

Изображение: „Снимка на изпотяване на Wilson Trail Stage 1“ от Minghong. Лиценз: CC BY-SA 3.0

Човешкият енергиен баланс

Енергия и производителност

Във физически план енергията е форма на съхранение на работа. Енергията се дава в единица Джоул [J] (1 Джоула = N * m) и може да присъства например като кинетична, топлинна или електрическа енергия. Единицата калории [кал] се използва за енергийната форма на топлина и е обща за описване на енергийното съдържание на храната. Прилага се следното: 1 кал е еквивалентно на 4,187 джаула.

Разходът на енергия на хората трябва да се разбира физически като мощност (енергия/време) и има единица ват [W] (1 ват = 1 джаул/сек). Обикновено обаче оборотът е свързан с целия ден и стойностите са дадени в джаули/ден.

Енергийният оборот

Работните процеси на различни жизненоважни основни функции протичат в човешкото тяло без прекъсване. Те изискват основно количество енергия, което е известно като Основна скорост на метаболизма (GU) определен. За да се определи основната скорост на метаболизма, се задават редица стандартизирани условия. Тези 4 условия са:

Физическа и психическа почивка
Трезво
Температура на безразличие
Ранни сутрешни часове

Изображение: „Базалният метаболизъм на мъжете и жените като функция от възрастта и теглото; определена с формулата на Mifflin и BMI формулата ”от Shaddim. Лиценз: CC BY-SA 3.0

Измерването в ранните сутрешни часове се дължи на циркадния ритъм на телесната температура, с който енергийният разход също пада до минимум рано сутринта.

Следващата формула се използва за приблизителна оценка на базалния метаболизъм на здрави хора: Базалният метаболизъм е приблизително 100 kJ на kg телесно тегло на ден или приблизително 1 ват/kg. Това води до базална скорост на метаболизма от около 7000 kJ/d за човек с телесно тегло 70 kg.

Базалната скорост на метаболизма се увеличава с повишена температура, адаптация на студ и под въздействието на кортизол (стрес) и тиреоидни хормони (хипертиреоидизъм). Жените естествено имат по-ниска базална скорост на метаболизма от мъжете.

Ако енергийните разходи се увеличават чрез умствена или лека физическа активност, човек говори за това Продажби за свободно време или. Целеви продажби. Това е с около 30% над основния метаболизъм. Ако има силно увеличение на продажбите поради физическо натоварване, човек говори за това Оборот.

Енергийните източници и техните калорични стойности

За да компенсира консумацията на енергия от човека и Енергиен баланс За да се поддържа постоянно, богатите на енергия хранителни вещества трябва да бъдат използвани („изгорени“). Енергийното снабдяване на хората се осъществява чрез трите основни хранителни субстрата въглехидрати, мазнини и протеини.

Средните им физиологични калорични стойности са както следва:

хранителни вещества	физиологична калоричност
Липиди (мазнини)	39 kJ/g
въглехидрати	17 kJ/g
Протеини	17 kJ/g
алкохол	30 kJ/g

Човек различава физически и физиологична калоричност. Физическата калоричност на хранителните вещества е абсолютното енергийно съдържание, физиологичната калоричност е частта от тази енергия, която човешкото тяло може да използва.

При използването на храната това играе роля само за протеините, тъй като хората не могат да използват пълното количество енергия (23 kJ/g) и да отделят неизползваема, но богата на енергия урея (урея). По този начин физиологичната калоричност е по-ниска от физическата.

Калориметрия и калоричен еквивалент

Извиква се определянето на енергийния оборот Калориметрия определен. The директна калориметрия Измерването на топлината, отделяна по време на реакция на горене, вече не се използва. В спорта и медицината на труда непряка калориметрия от друга страна все пак определен смисъл. Количеството консумирана енергия се определя от консумацията на кислород на пациента.

За да направите заключения относно преобразуваната енергия от потреблението на O2, имате нужда от това Калоричен еквивалент (KÄ). Това определя количеството енергия за конкретен субстрат, който се отделя по време на горенето, използвайки един литър O2. Калоричният еквивалент за средноевропейска диета е 20 kJ на литър консумиран O2. Калоричните еквиваленти на отделните хранителни вещества могат да бъдат намерени в таблицата. За да се определи консумацията на кислород на съответното лице, обикновено се пада върху спирометрията.

хранителни вещества	калоричен еквивалент
въглехидрати	21 kJ/l O2
Липиди	19,5 kJ/l O2
Протеини	19 kJ/l O2

Коефициент на дишане

Калоричният еквивалент от 20 kJ на литър консумиран кислород се прилага за смесена храна в Централна Европа и може да варира в зависимост от състава на храната. Тъй като калоричните еквиваленти на въглехидрати, мазнини и протеини са между 19 kJ и 21 kJ на литър O2, възможната грешка е доста малка.

За да получите по-точен резултат обаче, трябва да използвате Дихателен коефициент (RQ) идентифицирайте основния изгорен субстрат. Това описва съотношението между емитирания CO2 към абсорбирания O2 и в зависимост от храната е между 0.7 и 1.0. Тази таблица показва дихателните коефициенти, когато е изгорен само един субстрат. Изходът на CO2 също се определя с помощта на отворена спирометрия.

хранителни вещества	дихателен коефициент
въглехидрати	RQ = 1.0
Липиди	RQ = 0,7
Протеини	RQ = 0.81

Индексът на телесна маса (ИТМ)

Небалансираният енергиен баланс води до увеличаване или намаляване на телесното тегло и по този начин индекса на телесна маса (ИТМ). Повишеният ИТМ се основава най-вече на увеличаването на мастната тъкан с дългосрочен положителен енергиен баланс, но може да отразява и нарастващата мускулна маса при спортистите. При ИТМ> 30 има значително по-висок риск от сърдечно-съдови заболявания и захарен диабет и следователно значително по-висока смъртност.

Изображение: „Опростена графика на индекса на телесна маса“ от Потребител: Amog. Лиценз: CC BY-SA 3.0

Оптималният хранителен състав

Пропорциите на различните хранителни компоненти на балансираната диета трябва да се основават на следните насоки: Препоръчителният дневен прием на протеини е 1g протеин на kg телесно тегло на ден. Това е известно като Оптимален протеин и осигурява ежедневното ремоделиране на структурните протеини. Нуждите от енергия на хората трябва да бъдат покрити до около 50% от въглехидратите, 30% от мазнините и 10% от протеините. Енергията от алкохол често съставлява 5% от дневната нужда, но в никакъв случай не трябва да представлява значително по-голям дял.

Топлинният баланс на хората

Човешкото тяло зависи от постоянна телесна температура, за да функционира надеждно. Съществуват различни регулаторни механизми, които гарантират това с възможно най-голяма сигурност и въпреки променливите външни условия.

Топлината, генерирана в тялото по време на реакциите на горене, трябва, от една страна, да се използва за поддържане на стабилна температура, но от друга страна, тя също трябва да може ефективно да се отделя в околната среда, ако е налице излишна енергия. Нормалната телесна температура е около 37 ° C, но физиологично се колебае около 1 ° C в циркаден ритъм.

Регулирането на телесната температура

Извиква се способността да се поддържа постоянна телесна температура около 37 ° C Терморегулация а центърът на температурата и метаболитната регулация е в хипоталамуса. Както директно на място, така и в периферията има студени и топлинни рецептори (Терморецептори), които предават информацията си на центъра за терморегулация. Така нареченият Зададена точка температурата, която тялото се опитва да поддържа.

Разграничават се температурните условия в тялото Ядро на тялото, така че стволът, който съдържа жизненоважните органи на Черупка на тялото (Периферия), така че крайниците. Топлообменът работи чрез кръвния поток. Тялото дава основен приоритет на поддържането на основната телесна температура. Така че, когато околната среда охлажда тялото, притокът на кръв към периферията се намалява, така че той се охлажда по-силно от сърцевината на тялото.

Тази реакция на лека хипотермия се нарича централизация и намалява топлинните загуби върху голямата повърхност на крайниците. Температурата на телесната обвивка може да се отклонява от основната телесна температура с до 9 ° C, когато е много студено. Отвън можете да видите бледа кожа и синкави устни. Когато температурата на околната среда е топла, съдовете в кожата се разширяват и периферията е добре снабдена с кръв. В този случай температурите в ядрото на тялото и периферията се доближават много една до друга.

Температура на безразличие

Температурен диапазон, който се възприема като приятен за хората, при който терморегулацията не изисква много усилия и може да се поддържа постоянна единствено чрез кръвообращението в кожата, е известен като Температура на безразличие. За необлечен човек в покой и със средна влажност това е 28-30 ° C, за облечен човек се приема около 22 ° C. Извън тази зона трябва да се използват различни механизми, за да се осигури постоянна телесна температура от 37 ° C.

Генериране на топлина

Химичните реакции, особено реакциите на горене, генерират топлина в човешкото тяло. Производството на топлина на отделни органи в покой и под стрес и техният дял в общата произведена топлина се различават значително. По-специално, чрез мускулна активност, производството на топлина може да се увеличи значително и да осигури дял до 90%.

В допълнение към нарастващото желание за упражнения на студено под формата на доброволна мускулна дейност, Треперене може да се получи допълнителна топлина. Тази неволна реакция също ще бъде отразяваща Антагонисти активиран така, че да няма действително движение.

Добре снабдени с кръв и богати на енергия Кафява мастна тъкан предлага форма на производство на топлина, която е изключително важна за бебето генериране на топлина без тремор е наречен. Мембранният протеин Термогенин, също UCP-1 (= разединяване на протеин 1) отделя дихателната верига. По този начин разграждането на мастните киселини се „късо съединява“, така че не се образува АТФ и почти цялата енергия се отделя под формата на топлина. По този начин, стимулирано от β-адренорецепторите, топлината може да бъде осигурена особено бързо.

Топлинна емисия

При тежка физическа работа се генерира много топлинна енергия, особено чрез мускулна работа. За да освободи отново тази излишна топлина, тялото разполага с четири различни механизма.

Провеждане или топлопроводимостта описва отделянето на топлина през кожата, когато тя влиза в пряк контакт с друг материал. При докосване човекът губи топлина, степента на този топлообмен зависи до голяма степен от топлопроводимостта на материала. Металът, който е много проводим, ни се струва значително по-студен от дървото например и повече топлина се губи чрез проводимост.

На конвекция от друга страна, се говори за пренос на топлина към среда в движение, т.е. предимно въздуха, който ни заобикаля. Повърхността на тялото затопля слой от неподвижен въздух, който след това се издига и се заменя с входящия студен въздух. Ако средата е в движение, т.е.обменът се ускорява, топлообменът се увеличава, поради което възприеманата температура е по-студена, когато има вятър. Също така в среда с по-висока проводимост, напр. Вода, топлинните загуби са по-големи. При стандартизирани условия около 15% от топлината се отделя чрез конвекция.

За разлика от проводимостта и конвекцията, изисква Топлинно излъчване (Инфрачервена радиация) няма пряк контакт. Всяко тяло отделя енергия на обектите в околната среда без прекъсване. Степента тук зависи главно от температурната разлика. Средно около 60% от топлината напуска човешкото тяло по този начин.

изпаряване (Изпаряване) е ефективен механизъм за отделяне от хората на излишна топлина и освен това е единственият при околна температура над 36 ° C. Пот (Perspiratio sensibilis) може да се регулира от организма и е подложен на влиянието на холинергичните влакна на симпатиковата нервна система. Потните жлези имат само холинергични рецептори, така че техният невротрансмитер е ацетилхолин.

Топлината на изпаряване на водата е 2400 kJ/l, така че тук е възможна висока степен на излъчване на топлина, но това е ограничено от висока влажност. Ако тялото изгуби големи количества бедна на електролити течност чрез изпотяване, хипертонична дехидратация може да възникне по този начин. Тялото неволно губи около 500 ml течност всеки ден чрез изпаряване от кожата и лигавиците, например дихателните пътища. Това явление се нарича Perspiratio insensibilis и въпреки липсата на регулаторни механизми, неволно не допринася за загубата на топлина.

Изображение: "Хипоталамусът контролира терморегулацията." от philschatz. Лиценз: CC BY 4.0

треска

Хипертермия настъпва, когато основната телесна температура се повиши например чрез интензивна физическа активност и механизмите на разсейване на топлината са недостатъчни. В случай на треска обаче е Зададена точка телесната температура се повишава в центровете на централната терморегулация. Това може да има различни причини. Често това е бактериално възпаление, но злокачествените процеси също могат да бъдат отговорни.

Вещества, предизвикващи треска, които в своята съвкупност се наричат Пирогени определен. Групата, чужда на тялото, екзогенни пиогени Състои се по-специално от вируси и компоненти на бактерии (полизахариди), които чрез взаимодействие с макрофаги и гранулоцити водят до освобождаване на пратеници на имунната система. Тези медиатори от своя страна са посочени като ендогенни пирогени а най-важните им представители са интерлевкин-1 (IL-1), интерферони и фактори на туморната некроза. В края на каскадата има простагландини, които карат хипоталамуса да увеличи целевата стойност.

Изображение: „Типичен ход на треска. Зелената линия показва целевата стойност, а червената действителната телесна температура. " от DooFi. Лиценз: публично достояние

Някои клинични признаци на нарастваща или спадаща треска се използват за измерване развитието на пациент с треска. в Повишаване на температурата Пациентите често показват силно усещане за студ, вазоконстрикция по кожата и студени тръпки, тъй като основната телесна температура тук е под (повишената) зададена точка. в Падаща треска от друга страна има вазодилатация и обилно изпотяване. Наричат се лекарства, които понижават температурата Антипиретици и подобно на ибупрофен, те често действат, като инхибират синтеза на простагландини.

подувам

Fischer: MEDI-LEARN: Physiology 1-6 - The Physikumsskripte, 4th edition

Решения на въпросите: 1D, 2B, 3B