Az emberek energia- és hőháztartása

energia

Kép: Minghong „Fotó a verejtékezésről a Wilson Trail 1. szakaszán”. Engedély: CC BY-SA 3.0

Az emberek energiamérlege

Energia és teljesítmény

Fizikai értelemben az energia a munka tárolási formája. Az energiát Joule [J] (1 Joule = N * m) egységben adják meg, és lehet például kinetikus, hő- vagy elektromos energia formájában. A kalóriaegységet [cal] a hő energia formájára használják, és gyakori az élelmiszerek energiatartalmának leírására. Az alábbiak érvényesek: 1 cal 4,127 joule-nak felel meg.

Az emberek energiafogyasztását fizikailag energiaként (energia/idő) kell érteni, és az egység wattja [W] (1 watt = 1 joule/s). Általában azonban a forgalom az egész napra vonatkozik, és az értékeket joule/napban adják meg.

Az energiaforgalom

A különféle létfontosságú alapfunkciók munkafolyamatai megszakítás nélkül zajlanak az emberi testben. Ezekhez alapvető energiamennyiségre van szükség, amely néven ismert Alapanyagcsere sebesség (GU) kijelölt. Az alapanyagcsere sebességének meghatározásához számos standardizált körülményt határoznak meg. Ezek 4 feltétel vannak:

  • Fizikai és szellemi pihenés
  • Józan
  • Közömbösség hőmérséklete
  • Kora reggel

Kép: „A férfiak és a nők alapvető metabolikus aránya az életkor és a testsúly függvényében; a Mifflin-képlettel és a BMI-képlettel meghatározva ”Shaddim. Engedély: CC BY-SA 3.0

A kora reggeli órákban végzett mérés a testhőmérséklet cirkadián ritmusának köszönhető, amellyel az energiafelhasználás kora reggel minimálisra csökken.

A következő képlet alapján becsülhetjük meg egészséges emberek alapanyagcseréjét: Az alapanyagcsere sebessége kb. 100 kJ/testtömeg-kilogramm naponta, vagy körülbelül 1 watt/kg. Ez körülbelül 7000 kJ/d alap metabolikus sebességet eredményez egy 70 kg testtömegű ember számára.

Az alapanyagcsere sebessége lázzal, megfázáshoz való alkalmazkodással, kortizol (stressz) és pajzsmirigyhormonok (hyperthyreosis) hatására növekszik. A nőknél a bazális anyagcsere aránya természetesen alacsonyabb, mint a férfiaké.

Ha az energiakiadást mentális vagy könnyű fizikai aktivitás növeli, akkor az ember beszélhet róla Szabadidős értékesítés vagy. Célértékesítés. Körülbelül 30% -kal haladja meg az alapanyagcsere sebességét. Ha a fizikai megterhelés miatt erőteljesen növekszik az értékesítés, akkor beszélhetünk róla Forgalom.

Az energiaforrások és fűtőértékeik

Az emberi energiafogyasztás és a Energiamérleg Állandó szinten tartása érdekében energiadús tápanyagokat kell felhasználni ("elégetni"). Az emberek energiaellátása a három alapvető táplálék-szubsztrát, szénhidrát, zsír és fehérje révén történik.

Átlagos fiziológiai fűtőértékeik a következők:

tápláló fiziológiai fűtőérték
Lipidek (zsírok) 39 kJ/g
szénhidrátok 17 kJ/g
Fehérjék 17 kJ/g
alkohol 30 kJ/g

Az egyik megkülönbözteti a fizikai és fiziológiai fűtőérték. A tápanyagok fizikai fűtőértéke az abszolút energiatartalom, a fiziológiai fűtőérték ennek az energiának az a része, amelyet az emberi test felhasználhat.

Az élelmiszer-felhasználásban ez csak a fehérjék szempontjából játszik szerepet, mivel az ember nem tudja felhasználni a teljes energiamennyiséget (23 kJ/g), és nem hasznosítható, de energiadús karbamidot (karbamidot) választ ki. Az élettani fűtőérték tehát alacsonyabb, mint a fizikai érték.

Kalorimetria és a kalóriamérték

Az energiaforgalom meghatározását hívjuk Kalorimetria kijelölt. A közvetlen kalorimetria Az égési reakció során leadott hő mérését ma már nem használják. A sportban és a munkahelyi orvoslásban az közvetett kalorimetria másrészt még mindig bizonyos értelme. Az elfogyasztott energia mennyiségét a beteg oxigénfogyasztásából vezetjük le.

Ahhoz, hogy következtetéseket vonhasson le az O2-fogyasztásból származó átalakított energiáról, erre van szüksége Kalóriatartalom (KÄ). Ez határozza meg az energiamennyiséget kifejezetten egy bizonyos szubsztrátumhoz, amely egy liter O2 felhasználásával szabadul fel az égés során. Az átlagos közép-európai étrend kalória-egyenértéke 20 kJ/liter elfogyasztott O2. Az egyes tápanyagok kalória-egyenértékei megtalálhatók a táblázatban. Az érintett oxigénfogyasztásának meghatározásához általában vissza kell térni a spirometriára.

tápláló kalóriatartalom
szénhidrátok 21 kJ/l O2
Lipidek 19,5 kJ/l O2
Fehérjék 19 kJ/l O2

A légzési hányados

Az elfogyasztott oxigén literenként 20 kJ kalóriakvivalense Közép-Európában a vegyes ételekre vonatkozik, és az étel összetételétől függően változhat. Mivel a szénhidrátok, a zsír és a fehérjék kalória-ekvivalense 19 kJ és 21 kJ/liter O2 között van, a lehetséges hiba meglehetősen kicsi.

A pontosabb eredmény eléréséhez azonban a Légzési hányados (RQ) azonosítsa a fő leégett hordozót. Ez leírja a kibocsátott CO2 és az abszorbeált O2 arányát, és ételtől függően 0,7 és 1,0 között van. Ez a táblázat a légzési hányadokat mutatja, ha csak egy szubsztrátot égetnek el. A CO2 kibocsátást nyitott spirometriával is meghatározzuk.

tápláló légzési hányados
szénhidrátok RQ = 1,0
Lipidek RQ = 0,7
Fehérjék RQ = 0,81

A testtömeg-index (BMI)

A kiegyensúlyozatlan energiamérleg a testtömeg és így a testtömeg-index (BMI) növekedéséhez vagy csökkenéséhez vezet. A megnövekedett BMI többnyire a zsírszövet növekedésén alapul, hosszú ideig pozitív energiamérleggel, de tükrözheti a sportolók növekvő izomtömegét is. 30-nál nagyobb BMI-értéktől szignifikánsan nagyobb a szív- és érrendszeri betegségek és a diabetes mellitus kockázata, és ezáltal jelentősen magasabb a halálozási arány.

Kép: „A testtömeg-index egyszerűsített grafikonja”, Felhasználó: Amog. Engedély: CC BY-SA 3.0

Az optimális tápanyag-összetétel

A kiegyensúlyozott étrend különféle táplálkozási összetevőinek arányát a következő irányelveken kell alapulnia: A fehérjék ajánlott napi bevitele 1 g fehérje/testtömeg-kilogramm/nap. Ezt nevezik Optimális fehérje és biztosítja a strukturális fehérjék napi átalakítását. Az emberek energiaigényét kb. 50% -ban szénhidrát, 30% zsír és 10% fehérjét kell fedezni. Az alkoholból származó energia gyakran a napi szükséglet 5% -át teszi ki, de semmiképpen sem jelentheti jelentősen nagyobb arányt.

Az emberek hőmérlege

Az emberi test az állandó testhőmérséklettől függ, hogy megbízhatóan működjön. Különböző szabályozási mechanizmusok léteznek ennek biztosítására a lehető legnagyobb biztonsággal és az ingadozó külső körülmények ellenére.

Az égési reakciók során a testben keletkező hőt egyrészt a stabil hőmérséklet fenntartására kell felhasználni, másrészt azt is képesnek kell lennie arra, hogy hatékonyan visszavezesse a környezetbe, ha rendelkezésre áll felesleges energia. A normál testhőmérséklet 37 ° C körül van, de fiziológiásan 1 ° C körül ingadozik cirkadián ritmusban.

A testhőmérséklet szabályozása

Az állandó, 37 ° C körüli testhőmérséklet fenntartásának képességét nevezzük Hőszabályozás a hőmérséklet és az anyagcsere-szabályozás központja a hipotalamuszban van. Közvetlenül a helyszínen és a periférián egyaránt vannak hideg és hő receptorok (Termoreceptorok), akik továbbítják információikat a hőszabályozó központnak. Az úgynevezett Alapérték beállított, azaz a hőmérséklet, amelyet a test megpróbál fenntartani.

Az egyik különbséget tesz a test hőmérsékleti viszonyai között Testmag, tehát a törzs, amely a létfontosságú szerveket tartalmazza Testhéj (Periféria), tehát a végtagok. A hőcsere a véráramon keresztül működik. A test kiemelten kezeli a testmag hőmérsékletének fenntartását. Tehát amikor a környezet lehűti a testet, a periféria véráramlása csökken, így erősebben hűl le, mint a test magja.

Ezt az enyhe hipotermiára adott reakciót nevezzük központosítás és csökkenti a hőveszteséget a végtagok nagy felületén. A testhéj hőmérséklete nagyon hideg állapotban akár 9 ° C-kal is eltérhet a testhőmérséklettől. Kívülről fakó bőr és kékes ajkak láthatók. Amikor a környezeti hőmérséklet meleg, a bőr edényei kitágulnak, és a periféria jól van ellátva vérrel. Ebben az esetben a testmag és a periféria hőmérséklete nagyon közel esik egymáshoz.

Közömbösség hőmérséklete

Az ember számára kellemesnek tartott hőmérsékleti tartomány, amelyben a hőszabályozás nem igényel nagy erőfeszítést és kizárólag a bőr vérkeringésén keresztül tartható állandóan, Közömbösség hőmérséklete. Nyugalmi állapotban lévő és közepes páratartalmú, fel nem ruházott személyeknél ez 28-30 ° C, egy öltözött ember esetében feltételezzük, hogy 22 ° C körül van. Ezen a zónán kívül különféle mechanizmusokat kell alkalmazni az állandó 37 ° C-os testhőmérséklet biztosításához.

Hőtermelés

A kémiai reakciók, különösen az égési reakciók, hőt termelnek az emberi testben. Az egyes szervek nyugalmi állapotban és stressz alatt történő hőtermelése és részaránya a teljes termelt hőben nagyban különbözik. Különösen az izomaktivitás révén a hőtermelés jelentősen növelhető, és akár 90% -os részesedést is biztosít.

Az önkéntes izomaktivitás formájában jelentkező növekvő vágy mellett a hidegben történő Borzongás további hő termelhető. Ez az akaratlan reakció reflektív is lesz Antagonisták úgy aktiválva, hogy ne legyen tényleges mozgás.

Jól vérrel ellátva és energiában gazdag Barna zsírszövet olyan hőtermelési formát kínál, amely rendkívül fontos a csecsemő számára remegés nélküli hőtermelés nak, nek hívják. A membránfehérje Termogenin, szintén UCP-1 (= az 1. fehérje leválasztása) leválasztja a légzési láncot. Ily módon a zsírsavak lebomlása „rövidzárlatos”, így nem képződik ATP, és szinte az összes energia hő formájában szabadul fel. Így a ß-adrenoreceptorok által stimulálva a hő különösen gyorsan biztosítható.

Hőemisszió

Kemény fizikai munkával nagyon sok hőenergia keletkezik, különösen az izommunkával. Annak érdekében, hogy ezt a felesleges hőt ismét felszabadítsa, a test négy különböző mechanizmussal rendelkezik.

Vezetés vagy a hővezetés a hő felszabadulását írja le a bőrön keresztül, amikor más anyaggal közvetlen érintkezésbe kerül. Amikor megérinti, a személy itt elveszíti a hőt, ezáltal a hőcsere mértéke nagymértékben függ az anyag hővezető képességétől. Például a nagyon vezetőképes fém lényegesen hidegebbnek tűnik, mint például a fa, és több hő veszik el a vezetés révén.

Nak,-nek konvekció másrészt az egyik a hő átviteléről szól egy mozgásban lévő közegre, vagyis leginkább a minket körülvevő levegőre. A test felszíne felmelegít egy csendes levegő réteget, amely aztán felemelkedik, és helyébe a bejövő hideg levegő lép. Ha a közeg mozgásban van, vagyis a csere felgyorsul, a hőcsere növekszik, ezért az észlelt hőmérséklet hidegebb, ha szél van. Még nagyobb vezetőképességű közegben, például vízben is nagyobb a hőveszteség. Szabványosított körülmények között a hő körülbelül 15% -a konvekcióval bocsátódik ki.

A vezetéssel és a konvekcióval szemben megköveteli Hősugárzás (Infravörös sugárzás) nincs közvetlen kapcsolat. Minden test megszakítás nélkül energiát bocsát ki a környezetben lévő tárgyakra. A mérték itt elsősorban a hőmérséklet-különbségtől függ. Átlagosan a hő körülbelül 60% -a távozik az emberi testből ily módon.

párolgás (Párolgás) hatékony emberi mechanizmus a hőfelesleg leadására, és 36 ° C feletti környezeti hőmérsékleten is egyedüli. Verejték (Perspiratio sensibilis) szabályozhatja a test, és a szimpatikus idegrendszer kolinerg rostjainak hatása alatt áll. A verejtékmirigyekben csak kolinerg receptorok vannak, ennek megfelelően neurotranszmitterük acetilkolin.

A víz párolgási hője 2400 kJ/l, ezért itt nagyfokú hőemisszió lehetséges, de ezt a magas páratartalom korlátozza. Ha a test izzadással nagy mennyiségű elektrolit-szegény folyadékot veszít, ez hipertóniás dehidrációhoz vezethet. A test önkéntelenül naponta körülbelül 500 ml folyadékot veszít a bőrből és a nyálkahártyákból, például a légutakból történő párolgás révén. Ezt a jelenséget ún Perspiratio insensibilis és a szabályozási mechanizmusok hiánya ellenére önkéntelenül sem járul hozzá a hőveszteséghez.

Kép: "A hipotalamus vezérli a hőszabályozást." által philschatz. Engedély: CC BY 4.0

láz

Hipertermia akkor fordul elő, ha a test belső hőmérsékletét például intenzív fizikai megterhelés növeli, és a hőelvezetés mechanizmusai nem elégségesek. Láz esetén azonban az Alapérték a testhőmérséklet emelkedik a központi hőszabályozás központjaiban. Ennek különböző okai lehetnek. Gyakran bakteriális gyulladás, de a rosszindulatú folyamatok is felelősek lehetnek.

Lázindító messenger anyagok, amelyeket összességükben ún Pirogének kijelölt. A testtől idegen csoport, exogén pyogének különösen vírusokból és baktériumok komponenseiből (poliszacharidokból) áll, amelyek a makrofágokkal és granulocitákkal való kölcsönhatás révén az immunrendszer hírvivő anyagainak felszabadulásához vezetnek. Ezeket a mediátorokat viszont úgy nevezik endogén pirogének és legfontosabb képviselőik az interleukin-1 (IL-1), az interferonok és a tumor nekrózis faktorai. A kaszkád végén prosztaglandinok találhatók, amelyek miatt a hipotalamusz megnöveli a célértéket.

Kép: „A láz tipikus lefolyása. A zöld vonal mutatja a célértéket, a piros vonal a tényleges testhőmérsékletet. " írta: DooFi. Engedély: nyilvános

Az emelkedő vagy csökkenő láz egyes klinikai tüneteit használják a lázas beteg fejlődésének felmérésére. ban,-ben Emelkedjen lázban A betegek gyakran erős hidegérzetet, érszűkületet mutatnak a bőrön és hidegrázás, mivel a testmag hőmérséklet itt a (megnövekedett) alapérték alatt van. ban,-ben Eső láz másrészt értágulat és bőséges izzadás van. A lázat csökkentő gyógyszereket nevezzük Lázcsillapítók és az ibuprofénhez hasonlóan gyakran a prosztaglandinszintézis gátlásával működnek.

Népszerű vizsgakérdések az energia- és hőegyensúlyról

A megoldások a referenciák alatt találhatók.

1. Hány gramm zsírnak ugyanaz az energiatartalma, mint 50 gramm keményítőnek?

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

2. Mennyi energiát használ fel az emberi test vegyes ételekkel és 12 l oxigénfogyasztással?

  1. 1200 kJ
  2. 240 kJ
  3. 120 kcal
  4. 300 éves
  5. 120 kJ

3. Melyik állítás a hőmérlegről téves?

  1. A hősugárzás teszi ki a nyugalmi hőkibocsátás legnagyobb részét.
  2. A borzongás a test önkéntes válasza a hidegre.
  3. A hőszabályozás főleg a hipotalamuszban megy végbe.
  4. A pirogének az emberek beállított hőmérsékletének növekedését okozzák.
  5. Az izzadási mirigyeket az acetilkolin kolinerg receptorai stimulálják.

dagad

Fischer: MEDI-LEARN: Élettan 1-6 - The Physikumsskripte, 4. kiadás

Megoldások a kérdésekre: 1D, 2B, 3B