Chuyển hóa năng lượng

Các dạng năng lượng trong cơ thể- Nhiệt năng: duy trì thân nhiệt, phần nhiệt năng dư thừa thải ra ngoài bằng quá trình thải nhiệt.. Cơ co đẳng trường, toàn bộ năng lượng tiêu hao dưới dạ

1 Khái niệm về năng lượng và các dạng năng lư ợng của cơ thể

1.2 Các dạng năng lượng trong cơ thể

- Nhiệt năng: duy trì thân nhiệt, phần nhiệt năng dư thừa thải ra ngoài bằng quá trình thải nhiệt.

- Động năng (cơ năng): cho các cơ quan hoạt động.

- Điện năng: do dòng ion chuyển động qua màng, tạo điện thế màng tế bào

- Hoá năng: năng lượng tích luỹ trong các liên kết hoá học giàu năng lượng (liên kết cao năng):

Quan trọng nhất là ATP (Adenosin Triphosphat) rồi đến creatinphosphat

+ Chất cung cấp năng lượng trực tiếp cho tế bào

+ ATP có chứa một liên kết nghèo năng lượng và 2 liên kết giàu năng lượng

Khi bị thuỷ phân: ATP → ADP + P + 12000 calori.

+ Tổng năng lượng trong ATP của mỗi tế bào chỉ đủ dùng cho tế bào đó trong một vài giây Do đó mỗi khi ADP được tạo ra thì nhanh chóng tái tổng hợp ATP

Vai trò của ATP:

* Điều kiện cơ sở: nghỉ ngơi hoàn toàn, thức tỉnh, không vận cơ, không tiêu hoá, không điều nhiệt.

+ Nghỉ ngơi hoàn toàn: Có người chở đến phòng

đo, nghỉ trước khi đo 30 phút, nằm ở tư thế giãn cơ , không dùng thuốc kích thích,

+ Không tiêu hoá: nhịn ăn 12h trước đo, tối hôm trước ăn cháo đường.

+ Không điều nhiệt: T o phòng đo 24-26 0 C

Đây là điều kiện quy ước, khi ngủ CH còn thấp hơn mức cơ sở 8-10%.

* Thay đổi CHCS theo:

• giới,

• tuổi,

• vùng khí hậu.

•Trạng thái cơ thể:

CHCS tăng khi sốt, ưu năng tuyến giáp.

CHCS giảm khi đói ăn kéo dài, suy kiệt

CHCS người trưởng thành: 39-40 KCal/m 2 /h.

* Đơn vị đo: KCal/m 2 da/h.

Dùng phương pháp hô hấp vòng kín, xác định V

O 2 bị tiêu hao trong 1 giờ ở đ.kiện đo (ml) rồi qui về điều kiện chuẩn (0 0 C, 760mmHg), nhân với giá trị nhiệt lượng của O 2 là 4,825 KCal (ứng với TSHH 0,83 - chế độ ăn hốn hợp bình thư ờng)

Diện tích cơ thể (m 2 ) tính theo công thức của Dubois (theo chiều cao: cm, trọng lượng: Kg).

* Phương pháp đo CHCS:

2.2 Chuyển hoá NL trong lao động

+ Chủ yếu là vận cơ NLdạng hoá năng→ thành công năng và nhiệt năng.

+ Nếu cơ co đẳng trương, công chỉ đạt 20-25% Cơ co đẳng trường, toàn bộ năng lượng tiêu hao dưới dạng nhiệt, mà không sinh công.

+ Thường có sự kết hợp cả hai dạng co cơ.

+ Dựa vào tiêu hao năng lượng, chia các nhóm LĐ sau:

LĐ nhẹ, tiêu hao: 1200-1500 KCal/8h

LĐ vừa, tiêu hao: 1600-2000 KCal/8h

LĐ nặng, tiêu hao: 2100-3000 KCal/8h

LĐ rất nặng, tiêu hao: >3000 KCal/8h

(Mức tiêu hao ở nữ được tính thấp hơn nam cùng loại: 20-30%).

2.3 Tiêu hao năng lượng do tiêu hoá

- Là năng lượng để ăn, bài tiết, tiêu hoá, hấp thu, đó là tác dụng động lực đặc hiệu của thức ăn (SDA).

- Đó là tỷ lệ % của mức tiêu hao năng lư ợng tăng thêm so với trước khi ăn

- Với protein SDA là 30%, lipid là 4%, glucid là 6%, chế độ ăn hỗn hợp là 10%.

- Để có tiêu hao năng lượng đúng, cần phải trừ SDA.

2.4 Tiêu hao năng lượng do điều nhiệt

Để giữ thân nhiệt hằng định→ cơ thể phải tiêu hao năng lượng để chống lạnh hoặc chống nóng.

Cả 4 loại năng lượng tiêu hao trên đây cần thiết cho cơ thể tồn tại (không làm tăng trọng và sinh sản) Vì vậy còn gọi là năng lượng tiêu hao

để duy trì cơ thể.

2.5 Tiêu hao năng lượng cho phát

triển và sinh sản

ở cơ thể đang ph.triển, người trưởng thành hồi phục bệnh, vẫn có phần năng lượng bị tiêu hao.

4 Điều hoà Chuyển hoá NL

4.1 Điều hoà CHNL ở mức tế bào

- Phụ thuộc vào hàm lượng ATP và ADP.

• Tế bào không hoạt động: hàm lượng ATP tăng, ADP giảm; PƯ sinh năng lượng giảm.

• Tế bào hoạt động: hàm lượng ATP giảm; ADP tăng → oxy hoá tạo năng lượng

4.2 §iÒu hßa CHNL ë møc c¬ thÓ

Vai trß c¸c hormon vµ TK:

- T3, T4: oxy ho¸ vµ phosphoryl ho¸ ë hÇu hÕt c¸c tÕ bµo, m«.

- Adrenalin, glucagon, GH, glucocorticoid t¨ng

→ t¨ng ph©n gi¶i glycogen→glucose.

- Insulin t¨ng vËn chuyÓn glucose vµo TB → t¨ng

- Nhu cầu năng lượng phụ thuộc vào tuổi, giới, loại lao động

8h ngủ: 450 KCal 8h sinh hoạt: 750 KCal 8h lao động: 1.200 KCal

2.400 KCal

- Tuỳ mức độ LĐ → chế độ dinh dưỡng khác nhau

- LĐ quân sự nhu cầu năng lượng cũng khác nhau.

- Người trưởng thành, LĐ và sinh hoạt BT,

số năng lượng tiêu hao 24h như sau:

Nếu 1 ngày cần 3000 KCal thì:

• Glucid: 400-500g (70%),

• Lipid: 90-110g (15-20%, trong đó 1/2 là

L có nguồn gốc động vật),

• Protid: 80-100g (10-15%, trong đó 1/3 protid

có nguồn gốc động vật, tối thiểu /24h cần 30g P).

- Ngoài đủ calori, khẩu phần ăn cần các vật chất khác như nước, muối khoáng, vitamin (nhất là vitamin C)

- Năng lưọng lấy từ thức ăn : P, L, G.

®iÒu hoµ th©n nhiÖt

1 Hằng nhiệt và biến nhiệt

• Động vật biến nhiệt (ĐV máu lạnh)

• Động vật hằng nhiệt (ĐV máu nóng)

• Hằng nhiệt ở ĐV máu nóng là yếu tố quan trọng đảm bảo cho sự hoạt động của các enzym

→ PƯ hoá sinh ổn định.

-Điều nhiệt là giữ cho nhiệt độ cơ thể "hằng

định trong điều kiện nhiệt độ môi trường thay ”

đổi.

2 Thân nhiệt

TN là nhiệt độ cơ thể do quá chuyển hoá vật chất tạo ra.

Chia TN làm 2 loại: nhiệt độ ngoại vi và nhiệt

độ trung tâm TN là chỉ nhiệt độ trung tâm của

cơ thể.

2.1 Nhiệt độ trung tâm.

- NĐTTâm, gọi là NĐ lõi ,“ ” là NĐ của các cơ

quan nội tạng ở sâu bên trong cơ thể luôn cao , ổn

định và ít chịu ảnh hưởng của NĐ môi trường,

2.2 Nhiệt độ ngoại vi

- Là NĐ ở phần da cơ thể, hay NĐ "vỏ", thấp hơn NĐTT, ít ảnh hưởng tới chuyển hoá vật chất, dao động theo NĐ môi trường.

- NĐ ở các vùng da là khác nhau: cao ở thân mình, đầu; thấp dần từ đầu chi đến ngọn chi Mùa đông, NĐ da đầu ngón chân có thể bằng NĐ môi trường.

(Trong đó: 0,5; 0,36; 0,14 là hệ số chỉ phần diện tích da: thân, chi dưới, chi trên so với toàn cơ thể).

2.3 Dao động bình thường của thân

nhiệt

- Dao động trong ngày: 0,5 - 0,7 0 C (thấp: 2-4 giờ sáng, cao :13-15 giờ chiều).

- Ngủ T o thấp hơn thức.

- Khi nóng, sau ăn, sau lao động: tăng 1-2 0 C.

- ở phụ nữ, nửa sau CKKN nhiệt độ tăng

0,3-0,5 0 C.

- Giới hạn nhiệt độ thân thể: 25 0 -42 0 C <25 0 C và

>42 0 C: chết.

3 Quá trình sinh nhiệt

3.1 Chuyển hoá vật chất

- Oxy hoá vật chất trong cơ thể là nguồn SN cơ bản: CHVC ở gan chiếm 20-30% Nhiệt độ ở đây

là cao nhất: 37,8 0 -38 0 C.

- Hệ giao cảm, T3, T4, glucocorticoid,

progesteron, catecholamin: làm tăng CH → tăng SN.

- SN là thường xuyên, nhưng tăng ở môi trường

3.2 Co cơ

- Co cơ, hoá năng→cơ năng và nhiệt năng (75% năng lượng sinh ra dưới dạng nhiệt) Khi co cơ, CHVC cũng tăng → tăng SN.

- Căng cơ SN tăng 10% so với khi cơ ở trạng thái giãn Khi lao động nặng, tiêu hao năng lượng tăng 400-500% so với lúc nghỉ.

- Run cơ do lạnh, SN tăng tới 200% so với lúc yên nghỉ Đây là PX tăng SN để chống lạnh rất

4 Qu¸ tr×nh th¶i nhiÖt

Sù th¶i nhiÖt phô thuéc nhiÒu vµo 2 yÕu tè: líp c¸ch nhiÖt vµ hÖ to¶ nhiÖt cña da.

4.1 Líp c¸ch nhiÖt vµ hÖ to¶ nhiÖt cña da.

- Líp c¸ch nhiÖt bao gåm da vµ c¸c m« dd (m« mì) c¸ch nhiÖt tèt Phô n÷ cã líp mì dd dµy

h¬n→ c¸ch nhiÖt tèt h¬n nam

- Hệ toả nhiệt của da phụ thuộc quá trình

ĐH dòng máu qua hệ mạch dd

4.2 Thải nhiệt bằng truyền nhiệt

- Truyền nhiệt bức xạ: nhiệt truyền từ vật có

nhiệt độ cao sang vật nhiệt độ thấp mà không tiếp xúc trực tiếp.

Màu trắng phản chiếu 100% tia bức xạ, màu

đen hấp thụ 100% tia bức xạ nhiệt của mặt

trời.

-Truyền nhiệt đối lưu: cơ thể tiếp xúc với không khí hoặc nước có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ da

và luôn chuyển động, tạo nên dòng đối lưu.

-Truyền nhiệt đối lưu phụ thuộc vào diện tích

da và tốc độ gió.

- Dẫn truyền nhiệt: là truyền nhiệt trực tiếp khi cơ thể tiếp xúc trực tiếp với vật có nhiệt độ thấp hơn

*Ba hình thức thải nhiệt nêu trên chỉ thực hiện

được khi nhiệt độ da lớn hơn nhiệt độ môi trư ờng

Nếu nhiệt độ môi trường >34 0 C thì cơ thể lại nhận nhiệt từ môi trường.

4.3 Thải nhiệt bằng đường bốc hơi nước

- Bốc hơi nước là đường thải nhiệt hiệu quả nhất, đặc biệt trong môi trường nóng.

- 1 gam H 2 O từ dạng lỏng thành hơi: lấy đi 0,58 KCal.

Cơ thể thải 400-500KCal/24h, tương đương với thải 700-900ml H 2 O

Trong đó 300-350ml qua đường hô hấp; 600ml qua da, chủ yếu qua bài tiết mồ hôi.

400 Khi nhiệt độ không khí >35 0 C: thải nhiệt chỉ còn con đường bốc hơi nước

Khi lao động trong môi trường nóng, lao động nặng nhọc, có thể bài tiết 3,4 l mồ hôi/1h.

Gió làm cho bốc hơi nước tăng.

5 Điều hoà thân nhiệt

Thực hiện nhờ phản xạ điều nhiệt

5.1 Thụ cảm thể nhiệt

- TCT ngoại vi ở da và các mô sâu: Ruffini (nóng), Krauce (lạnh) nhận kích thích nhiệt độ không khí.

- TCT thành mạch và TKTW (Tuye sống, thân não, hypothalamus), nhận cảm sự thay

đổi nhiệt độ dòng máu .

5.2 Đường dẫn truyền cảm giác nhiệt

- Xung động theo sợi cảm

dưới đồi và đồi thị (thalamus)

5.3 Trung khu điều nhiệt

- Phần trước vùng d/đ điều hoà quá trình thải nhiệt (chống nóng): gây giãn mạch, ra mồ hôi.

- Phần sau vùng d/đ: điều hoà quá trình sinh nhiệt (chống lạnh): co mạch, tăng chuyển hoá, tăng glucose máu, run

Đa số VK, VR tác động và TKĐN→sốt.

6 C¬ chÕ chèng nãng

6.1- T¨ng th¶i nhiÖt

- T¨ng bµi tiÕt må h«i

-Gi·n m¹ch th¶i nhiÖt

-T¨ng th«ng khÝ th¶i nhiÖt

6.2 Gi¶m sinh nhiÖt.

7 C¬ chÕ chèng l¹nh

7.1 T¨ng sinh nhiÖt 7.2 Gi¶m th¶i nhiÖt

9 Rèi lo¹n ®iÒu hoµ nhiÖt

-Sèt

-Say nãng, say n¾ng

-C¶m l¹nh

10 H¹ nhiÖt nh©n t¹o

HÕt

9 Rối loạn điều hoà nhiệt

9.1 Sốt

- TKĐN tổn thương do u, bị k thích do VK, VR, hoá chất,

tổ chức tổn thương (các chất gây sốt), môi trường quá nóng→mức chuẩn tăng hơn b.thường→tăng SN→tăng NĐ cơ thể→sốt.

- Nay người ta đề cập tới chất gây sốt (pyrogens) nội sinh:

interleukin-1 (N, ĐTB, L b tiết sau khi thực bào VK ) Interleukin-1 tăng→prostaglandin tăng→ k.thích vùng dđ gây sốt( aspirin ƯC tổng hợp prostaglandin→hạ sốt).

- Khi sốt, thấy lạnh, co mạch da, nổi gai ốc, run cơ, tăng adrenalin Khi NĐ đạt mức chuẩn mới→người bệnh không thấy lạnh nữa.

Tác nhân gây sốt không còn→mức chuẩn về bình thường→gây

- Run c¬ do PX l¹nh: TK ë vïng dd (phÇn sau) → tuû sèng → run.

7.2 Giảm thải nhiệt

- TK giao cảm → co mạch da → tăng bề dày cách nhiệt → giảm chuyển nhiệt từ vùng lõi ra vùng vỏ → giảm TN.

Giảm b tiết mồ hôi và bốc hơi nước qua

da → giảm TN.

- Dựng chân lông → tăng bề dày lớp lông cách nhiệt (ĐV) ở người: lạnh → sởn da gà (không tác dụng vì không có lông dài và dày) vết tích PX còn sót lại của ĐV.

- Mặc quần áo ấm, che kín, nhà kín, có máy

8 Mức chuẩn của cơ chế điều hoà nhiệt

vùng dưới đồi

- Mức chuẩn (set point) ở TKĐN vùng dđ: b.thư ờng vùng dđ đạt mức tới hạn 37,1 0 C →↑SN chỉ còn mức cơ sở, q trình TN bắt đầu tăng.

- Khi NĐ cơ thể >37,1 0 C →b tiết mồ hôi.

NĐ da tăng→mức chuẩn thấp.

9.2 Say nóng, say nắng

Lao động nặng trong môi trường nóng ẩm cao, hoặc trời quá nóng→ vượt giới hạn ĐN thân→NĐ cơ thể tăng Nếu NĐ môi trường 34 0 C và độ ẩm 100%→đã có thể tăng thân nhiệt.

Khi NĐ cơ thể 41,5 0 C-42 0 C: bị say nóng, giãn mạch ngoại vi→da đỏ, nóng bừng, ngây ngất, choáng váng→mê sảng, bất tỉnh→sốc.

9.3 Cảm lạnh

NĐ cơ thể dưới hoặc bằng 35 0 C đến 29-30 0 C→

không còn hiệu lực ĐN: run cơ, co mạch ngoại vi→da tái nhợt→NĐ tiếp tục giảm→giảm chuyển hoá, nhịp tim, huyết áp→da lạnh cóng→mất cảm giác, hôn mê→

9.4 Hạ nhiệt nhân tạo

NĐ cơ thể hạ 30-320C → chuyển hoá và nhu cầu oxy giảm → sự biến đổi sinh lý không

có gì nghiêm trọng → cơ thể tăng sức chịu đựng với phẫu thuật và thời gian ngừng tim.

Hạ nhiệt toàn thân: thuốc an thần ức chế TKhu ĐN vùng d/đ sau đó tiến hành hạ nhiệt cơ thể Cũng có thể hạ nhiệt bộ phận bằng cách truyền huyết thanh lạnh qua cơ quan phẫu thuật.

Dd có các búi tĩnh mạch nông, sâu ở chân bì

nông, sâu (quanh nang lông, tuyến mồ hôi, tuyến bã)

Giữa hệ mạch nông-sâu có các nhánh nối động - tĩnh mạch Khi nhánh nối mở, máu không qua búi tĩnh mạch nông mà dồn về búi tĩnh mạch sâu → bề dày lớp

da cách nhiệt tăng → nhiệt truyền từ "lõi" ra "vỏ" giảm → hạn chế thải nhiệt Khi nhánh nối đóng (co) → máu qua búi tĩnh mạch nông tăng, → nhiệt truyền từ "lõi" ra "vỏ" tăng → tăng thải nhiệt.

Điều hoà lượng máu qua da nhờ hệ thần kinh giao cảm.

3 Nguyªn t¾c ®o tiªu hao n¨ng

3.1 Phương pháp đo nhiệt lượng trực tiếp

Đo nhiệt lượng trực tiếp người ta dùng phòng nhiệt lượng kế Đây là một phòng kín (nạp O 2 , hút hết

CO 2 và hơi H 2 O) Đối tượng làm việc trong phòng nhiều giờ, nhiệt toả ra đã làm nóng dòng nước chảy qua phòng và được tính:

3.2 Phương pháp đo nhiệt lượng gián tiếp qua thông số hô hấp

Quá trình chuyển hoá vật chất, O 2 bị tiêu hao,

CO 2 được giải phóng Dựa vào V-O 2 bị tiêu hao, V-CO 2

được giải phóng và GTNL của O 2 ta tính được năng lư ợng tiêu hao:

Q = V.J (V: thể tích O 2 bị tiêu hao; J: GTNL của

O 2 )

- Phương pháp đo vòng mở.

Đối tượng đeo túi Douglas, khi HV là khí trời, khí

TR thì chứa vào túi, mũi được kẹp lại Đối tượng lao

động 6 hay 10 min, lấy khí TR từ túi để xác định V, thành phần khí và so sánh với thành phần khí HV→ ta

sẽ tính được V O bị tiêu thụ Từ đó ta tính được năng lư

VÝ dô: trong 10min, V thë ra lµ 100l, thµnh phÇn khÝ thë ra vµ hÝt vµo lµ:

- Phương pháp đo vòng kín

Đối tượng hít vào và thở ra trong một máy

có lưu thông khí hoàn toàn kín, mũi kẹp lại

O2 thường xuyên được nạp vào trong lúc thở, còn CO2 và hơi nước của khí thở ra được vôi sôda hấp thụ hết Thường cho đối tượng thở

6 hoặc 10min Tính được V O2 bị tiêu hao trên máy ghi.

PP này không tính được TSHH, vì vậy thư ờng chỉ để đo CHCS, và lấy GTNL của O2 = 4,825KCal cho chế độ ăn hỗn hợp có TSHH =

3.3 Phương pháp gián tiếp qua thông số thức ăn

Theo phương pháp này, phải xác định khẩu phần ăn : P, L, G, đưa vào cơ thể trừ đi phần thức ăn không tiêu hoá hết, đào thải ra ngoài theo phân, ta tính được lượng thức ăn bị tiêu hao, rồi nhân với hệ số nhiệt của thức ăn, thì xác định

được năng lượng bị tiêu hao (tra bảng ).

Phương pháp này không làm ảnh hưởng tới sinh hoạt của đối tượng và có thể theo dõi được số

đông nhưng kỹ thuật phức tạp và độ chính xác không cao

Với glucid, TSHH = 1,000.

Với lipid, TSHH = 0,703.

Với protid, TSHH = 0,800.

- GTNL của O 2 là nhiệt lượng giải phóng khi dùng hết 1l

O 2 để chuyển hoá một chất nào đó thành CO 2 + H 2 O Các chất khác nhau, có giá trị O 2 khác nhau.

Từ nghiên cứu, người ta đã lập bảng:

Truyền nhiệt đối lưu phụ thuộc vào diện tích da và tốc độ gió Cơ thể ngâm mình trong nước → truyền nhiệt đối lưu nhanh hơn nhiều so với không khí→dễ cảm lạnh.

*Ba hình thức thải nhiệt nêu trên chỉ thực hiện

được khi nhiệt độ da lớn hơn nhiệt độ môi trư ờng

Nếu nhiệt độ môi trường >34 0 C thì cơ thể lại nhận nhiệt từ môi trường.