Оценка энергозатрат (Курс лекций по экологии)

Автор: С.И.Гетия

ОЦЕНКА ЭНЕРГОЗАТРАТ

МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

1.Основные положения

Оценка энергозатрат физической деятельности человека непосредственно связана с вопросами экологии питания, которая используется при анализе экосистем как систем, в которых происходит обмен веществами и энергией.

Поддержание общего баланса энергии у взрослого человека , исключающее резкие колебания веса тела ,связано с регуляцией , осуществляемой нервной системой. В организме человека постоянно происходит обмен веществ ,для поддержания которого используется энергия, получаемая из пищи .Различают следующие виды обмена :

1.Основной обмен , к которому относят энергию , расходуемую организмом во время сна ,в покое или сидячем положении ,во время беременности а также в процессе роста .

В среднем можно принять, что организм взрослого человека в состоянии сна или “покоя” расходует примерно 300 кДж/ч ,расход энергии при беременности и кормлении грудью составляет 400 кДж/ч, ребенок ,в зависимости от возраста расходует в состоянии покоя 150 - 250 кДж/ч ;

2.Мышечная деятельность ,при которой эквивалент работы в Дж зависит от характера работы . Затраты энергии могут изменяться в достаточно широких пределах : от 450 кДж/ч , затрачиваемой при деятельности ,не требующей больших физических усилий , до 1600 - 2000 кДж/ч , расходуемых при тяжелой работе .Работа ,сопровождаемая такой большой затратой энергии , может выполняться лишь в течение нескольких часов в день .

Кроме вышеизложенного ,энергия ,получаемая из пищи , необходима для сохранения постоянной температуры тела : на холоде человек расходует избыточную энергию примерно на 30 % выше обычной.

Общее количество потребляемой человеком энергии при сохранении баланса зависит от ряда факторов ,в частности от возраста , пола ,размеров тела и др. Для сохранения баланса энергии в организм человека с пищевыми веществами должно поступать столько энергии ,сколько ее было израсходовано .

2.Методика расчета

В данном практическом занятии оценка энергозатрат мышечной деятельности человека осуществляется на примере пешей прогулки со скоростью 3 км/ч . Энергетическую стоимость “пешей “ прогулки независимо от пола и возраста за час можно определить по формуле:

Q = 60 * (0.197W + 4,284) , (1)

где Q - энергозатраты на мышечную деятельность , кДж/ч;

W - вес тела человека ,кг .

Для определения общего количества затраченной энергии необходимо знать время ,в течение которого совершалась работа .

Для пешей прогулки это время можно определить по формуле :

t = S / V , (2)

где t -время ,затраченное на мышечную деятельность, ч;

S - пройденный путь ,км;

V - скорость (3км/ч) .

Общие энергозатраты определяются по формуле :

Q общ= Q *t , (3)

где Q общ - общие энергозатраты ,кДж ;

Q -энергозатраты на мышечную деятельность,кДж/ч ; t -время ,затраченное на мышечную деятельность ,ч.

Основными пищевыми веществами являются жиры , белки и углеводы. Жиры ,белки и углеводы помимо той роли, которую они играют в качестве источников энергии , выполняют также особые функции в процессах обмена веществ .

Входящие в состав белков аминокислоты необходимы для роста тканей и их восстановления ,а также для синтеза многих белков.

Жиры необходимы не только как форма хранения энергии в организме ,но и для теплоизоляции тела .

Углеводы участвуют во всех процессах превращения энергии .

Всем этим требованиям удовлетворяют самые различные соотношения углеводов ,жиров и белков .Различные вещества, участвующие в процессах обмена взаимозаменяемы : источниками углеводов могут служить и белки и жиры. Если пища богата углеводами и бедна жирами, организм способен пополнять запасы жиров за счет углеводов и тем самым компенсировать недостаток жиров в пище . Правда , некоторый минимум жиров все же необходим при любых условиях . Биологическая ценность продуктов ,содержащих белки животного происхождения, выше, чем продуктов ,в состав которых входят только растительные белки. Определенный минимум белков следует считать необходимым .

Долю энергии , поступающую в организм с белками , для компенсации энергозатрат на мышечную деятельность можно определить по формуле :

Qэ1 = Q общ* Э1*0.01 , (4)

где Qэ1 -доля энергии, поступающая в организм человека с белками, кДж;

Э1 -доля энергии белков в общих энергозатратах ,% .

Долю энергии ,поступающую в организм человека с жирами, можно определить по формуле :

Qэ2 = Qобщ * Э2 * 0.01 , (5)

где Qэ2 -доля энергии, поступающая в организм человека с жирами, кДж;

Э2 -доля энергии жиров в общих энергозатратах,% .

Долю энергии , поступающую в организм человека с углеводами,

можно определить по формуле :

Qэ3 = Qобщ*(100 - Э1 - Э2)*0.01 , (6)

Известно, что энергетическая ценность пищевых веществ в пересчете на один грамм составляет :

• белки. . . . . . 17кДж/г ;

• жиры . . . . . . 38кДж/г ;

• углеводы . . . . . . 17кДж/г .

Таким образом ,сочетание источников энергии в виде пищевых веществ ,потребляемых для поддержания баланса в организме человека можно определить по следующим формулам :

1.Количество белков , г :

Кб = Qэ1/ 17 ;

2.Количество жиров , г :

Кж= Qэ2/38 ; (7)

3.Количество углеводов , г ;

Ку = Qэ3 /17 .

Следует иметь в виду , что количество пищевых веществ , необходимых для восстановления баланса , будет меньше необходимого количества пищи, количество и состав которой можно определить только зная содержание пищевых веществ в соответствующем продукте с учетом усваиваемости пищевого вещества.

Эффективность использования источников энергии и способность популяции сохранять энергетический баланс в системе определяется производительной долей расходуемой энергии и потоком энергии .

3.Порядок выполнения

3.1.Выбрать вариант по таблице вариантов .

3.2.Ознакомиться с методикой .

3.3.Оценить энергозатраты человека и общие энергозатраты на мышечную деятельность /на примере пешей прогулки / . 3.4.Сравнить полученные энергозатраты с энергозатратами в состоянии покоя .

3.5.Определить долю энергии ,поступающую с белками , жирами и углеводами .

3.6.Определить сочетание источников энергии , потребляемых для поддержания баланса в организме человека . 3.7.Оформить выполненное задание в виде отчета /формат А4/ и представить преподавателю .

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Дж.Харрисон,Дж.Уайнер,Н.Барникот и др .

Биология человека. -М:,”Мир”,1979,596 с. с ил.

ВАРИАНТЫ

практического занятия

"Оценка энергозатрат мышечной деятельности человека"

Вариант выбирается по первой букве фамилии и последней цифре шифра:

для студентов с фамилиями с буквы А до З – варианты 1-10,

для студентов с фамилиями с буквы И до П – варианты 11-20,

для студентов с фамилиями с буквы Р до Я – варианты 21-30.

Продолжение таблицы вариантов

7