Самарский Государственный Университет Путей Сообщения
Реферат на тему:
«Энергозатраты при физической нагрузке разной интенсивности»
Выполинла: Калашникова В.С
Группа Д-12
Проверила: Беленькая О.Н.
Самара, 2011
- Участие в соревнованиях в процессе самостоятельных занятий.
- Гигиена питания, питьевого режима, уход за кожей.
- Гигиенические требования при проведении занятий: места занятий, одежда, обувь.
- Самоконтроль за эффективностью самостоятельных занятий. Профилактика травматизма.
Чем больше мышечная работа, тем сильнее возрастает расход энергии. Ну это и правильно по закону сохранения энергии: если энергия где – нибудь убудет, то она обязательно прибудет в виде или такой же, или другой энергии. В лабораторных условиях, в опытах с работой на велоэнергометре, при точно определённом сопротивлении вращению педалей была установлена прямая (линейная) зависимость расхода энергии от мощности работы, регистрируемой в килограммах или ваттах. Вместе с тем было выявлено, что не вся энергия, расходуемая человеком при совершении механической работы, используется непосредственно на эту работу, ибо большая часть энергии теряется в виде тепла.
Известно, что отношение энергии, полезно затраченной на работу, ко всей израсходованной энергии называется коэффициентом полезного действия (КПД). Считается, что наибольший КПД человека при привычной для него работе не превышает 0,30 –0,35. Следовательно, при самом экономном расходе энергии в процессе работы общие энергетические затраты организма минимум в 3 раза превышают затраты на совершение работы. Чаще же КПД равен 0,20 – 0,25, так как нетренированный человек тратит на одну и ту же работу больше энергии, чем тренированный. Так, экспериментально было установлено, что при одной и той же скорости передвижения разница в расходе энергии между тренированным спортсменом и нетренированным (новичком) может достигать 25 – 30%. Общее представление о расходе энергии (в Ккал) во время прохождения разных дистанций дают следующие цифры, определенные известным физиологом спорта В.С. Фарфелем:
Таблица 1.
Бег легкоатлетический.
Бег на коньках
Плавание
Лыжные гонки
Велогонки
Зоны мощности в спортивных упражнениях.
С ориентацией на мощность и расход энергии были установлены следующие зоны относительной мощности в циклических видах спорта:
1. Максимальная степень мощности.
В этой зоне продолжительность работы достигает всего лишь от 20 до 25 секунд. В эту категорию попадают такие виды спорта как: бег на 100 и 200 метров; Плавание на 50 метров; Велогонка на 200 метров с хода, при чём эти физические упражнения делаются при рекордном исполнении.
2. Субмаксимальная степень мощности.
Эта степень немного ниже максимальной, и поэтому продолжительность работы при таких нагрузках может быть от 25 секунд до 3-5 минут. Сюда попадают: бег на 400, 800, 100, 1500 метров; плавание на 100, 200, 400 метров; бег на коньках на 500, 1500, 300 метров; а также велогонки на 300, 1000, 2000, 3000, 4000 метров.
3. Большая степень мощности.
Продолжительность работы достигает от 3-5 минут до 30 минут. Этой степени соответствуют: бег на 2, 3, 5, 10 километров; плавание на 800, 1500 метров; бег на коньках на 5, 10 километров; велогонки на 100 километров и более.
3. Умеренная степень мощности.
Продолжительность работы достигает даже свыше 30 минут! Физические упражнения, которые соответствуют этой степени мощности это: бег на 15 километров и более; спортивная ходьба на 10 километров и более; бег на лыжах на 10 километров и более, а также велогонки на 100 километров и более. Отсюда ясно проявляется закономерность: чем больше нагрузка, чем больше степень мощности, затрачиваемой на выполнение данных физических упражнений, тем меньше по продолжительности (минуты, секунды) и по количеству (например в метрах) спортсмен может работать на данном уровне нагрузок. И действительно. Как говорится, тише едешь, дальше будешь. Например, если при беге трусцой спортсмен пробегает километры и может держать темп очень долго, то на спринтерских дистанциях пробегаются всего лишь сотни метров и за меньшие промежутки времени. Или, например если штангист может небольшой вес держать минутами/десятками минут, то большие нагрузки буквально 2-5 секунд. Итак, эти четыре зоны относительной мощности предполагают деление множества различных дистанций на четыре группы: короткие, средние, длинные, сверхдлинные. Так в чём же суть разделения физических упражнений по зонам относительной мощности и как это связанно с энергозатратами при физических нагрузках разнойинтенсивности? Во-первых, мощность работы прямо зависит от её интенсивности, что было сказано выше. Во-вторых, высвобождение и расход энергии преодоления дистанций, входящих в различные зоны мощности, имеют существенно отличающиеся физиологические характеристики, которые представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Зона относительной мощности работы
| Показатель | Максимальная | Субмаксимальная | Большая | Умеренная |
| Предельная длительность | От 20 до 25 с | От 25 с до 3-5 мин | От 3-5 до 30 мин | Свыше 30 мин |
| Потребление кислорода | Незначительная | Возрастает к максимальной | Максимальная | Пропорциональна мощности |
| Кислородный долг | Почти Субмаксимальная | Субмаксимальная | Максимальная | Пропорциональна мощности |
| Вентиляция лёгких и кровообращение | Незначительная | Субмаксимальная | Максимальная | Пропорциональна мощности |
| Биохимические сдвиги | Субмаксимальные | Максимальная | Максимальная | Незначительная |
Теперь перейдём к более детальному рассмотрению данных, приведённых в таблице.
Зона максимальной мощности: в её пределах может выполняться работа, требующая предельно быстрых движений. Ни при какой другой работе неосвобождается столько энергии, сколько при работе с максимальной мощностью. Кислородный запас в единицу времени самый большой, потребление организмом кислорода незначительно. Работа мышц совершается почти полностью за счёт бескислородного (анаэробного) распада веществ. Практически весь кислородный запрос организма удовлетворяется уже после работы, т.е. запрос во время работы почти равен кислородному долгу. Дыхание незначительно: на протяжении тех 10 –20 секунд, в течение которых совершается работа спортсмен либо не дышит, либоделает несколько коротких вдохов. Зато после финиша его дыхание ещё долгоусиленно, в это время погашается кислородный долг. Из-за кратковременности работы кровообращение не успевает усилиться, частота же сердечных сокращений значительно возрастает к концу работы. Однако минутный объём крови увеличивается ненамного, потому что не успевает вырасти систолический объём сердца. Зона субмаксимальной мощности: в мышцах протекают не только анаэробные процессы, но и процессы аэробного окисления, доля которых увеличивается к концу работы из-за постепенного усиления кровообращения. Интенсивность дыхания также всё время возрастает до самого конца работы. Процессы аэробного окисления хотя и возрастают на протяжении работы, всё же отстают от процессов бескислородного распада. Всё время прогрессирует кислородная задолженность. Кислородный долг к концу работы больше, чем при максимальной мощности. В крови происходят большие химические сдвиги. К концу работы в зоне субмаксимальной мощности резко усиливается дыхание и кровообращение, возникает большой кислородный долг и выраженные сдвиги в кислотно-щелочном и водно-солевом равновесии крови. Это может вызвать повышение температуры крови на 1 – 2 градуса, что может повлиять на состояние нервных центров. Зона большой мощности: интенсивность дыхания и кровообращения успевает уже в первые минуты работы возрасти до очень больших величин, которые сохраняются до конца работы. Возможности аэробного окисления более высоки, однако они всё же отстают от анаэробных процессов. Сравнительно большой уровень потребления кислорода несколько отстаёт от кислородного запроса организма, поэтому накопление кислородного долга всё же происходит. К концу работы он будет значителен. Значительны и сдвиги в химизме крови и мочи. Зона умеренной мощности: это уже сверхдлинные дистанции. Работа умеренной мощности характеризуется устойчивым состоянием, с чем связано усиление дыханияи кровообращения пропорционально интенсивности работы и отсутствие накопления продуктов анаэробного распада. При многочасовой работе наблюдается значительный общий расход энергии, сто уменьшает углеводные ресурсы организма. Итак, в результате повторных нагрузок определённой мощности на тренировочных занятиях организм адаптируется к соответствующей работе благодаря совершенствованию физиологических и биохимических процессов, особенностей функционирования систем организма. Повышается КПД при выполнении работы определенной мощности, повышается тренированность, растут спортивные результаты.
Сравнение увеличения затрат энергии с увеличением тяжести работы показывает, что величина затрачиваемой энергии за вычетом основного обмена всегда больше совершаемой человеком «полезной» механической работы. Причина такого несоответствия заключается прежде всего в том, что при превращении химической энергии питательных веществ в работу значительная часть энергии теряется в виде тепла, не переходя в механическую энергию. Некоторая часть энергии расходуется на поддержание статических напряжений, которые только частично учитываются при подсчете совершенной человеком механической работы. Каждое движение человека требует и статических и динамических напряжений, причем соотношение тех и других при различных работах различно. Так, поднятие груза с высоты 1 м на высоту 1,5 м при выпрямленном туловище требует меньшей затраты энергии, чем поднятие такого же груза с высоты 0,5 м на высоту 1 м при наклонном положении туловища, так как удержание последнего в наклонном состоянии требует более значительного статического напряжения мышц спины.
Определенная часть энергии, образовавшейся при химических реакциях, расходуется на преодоление сопротивлений движению со стороны растягиваемых во время движения мышц-антагонистов и эластичных тканей в суставах, на преодоление вязкого сопротивления деформации мышц и на преодоление инерции движущихся звеньев тела при изменениях направления движения. Отношение количества выполненной человеком механической работы, выраженное в калориях, к величине затрат энергии, также в калориях, называется энергетическим коэффициентом полезного действия.
Величина коэффициента полезного действия зависит от способа работы, ее темпа и состояния тренированности и утомления человека. Иногда величину коэффициента полезного действия используют для оценки качества рабочих приемов. Так, при изучении движений опиловки металла было установлено, что на каждый килограмм-сила-метр работы затрачивается 0,023 ккал, что соответствует коэффициенту полезного действия 1/ = 10,2
Этот сравнительно невысокий коэффициент полезного действия объясняется значительной статической работой при опиловке, требующей напряжения мышц туловища и ног для сохранения рабочей позы. При других видах работы коэффициент полезного действия может быть больше или меньше величины, найденной для опиловки металла. Ниже приведены величины коэффициента полезного действия для некоторых работ:
Подъем тяжестей........................8,4
Работа напильником......................10,2
Работа вертикальным рычагом (толкание) 14,0
Вращение рукоятки.................20,0
Езда на велосипеде.....................30,0
Наибольшее значение, которого может достичь коэффициент полезного действия человеческого организма,- 30%. Эта величина достигается при выполнении хорошо освоенной, привычной работы с участием мускулатуры ног и туловища.
Величина коэффициента полезного действия работы в отдельных случаях позволяет установить более рациональные условия выполнения физической работы, в частности определить оптимальную скорость (темп), нагрузку, производительность работы. Большей частью величина энергетических трат на единицу продукции бывает наименьшей, а обратная ей величина коэффициента полезного действия - наибольшей при средних степенях скорости и нагрузки в середине периода работы, если она продолжается до утомления.
Изменение коэффициента полезного действия в отдельных случаях, в частности, когда сравниваются однородные работы, различающиеся лишь способом выполнения, может служить одним из критериев для оценки рациональности некоторых конкретных сторон труда. Однако этот критерий для работающего человека ни в какой мере не имеет того определяющего и универсального значения, которым он обладает в оценке работы машины. В то время как в паровой машине только внешняя механическая работа является основным полезным эффектом превращений энергии, а остальная извлеченная из топлива энергия справедливо считается бесполезно потерянной, для организма человека полезна и та часть потребляемой энергии, которая идет не на внешнюю механическую работу, а на повышение жизнедеятельности клеток во время работы и на восстановление временно уменьшающейся работоспособности.
Более точным и универсальным критерием физиологической оценки рациональности конкретных рабочих приемов и отдельных движений является длительность поддержания высокого уровня работоспособности, что проявляется в увеличении производительности труда и в таком приспособлении физиологических функций, которое ведет к дальнейшему развитию физических и духовных способностей человека.
Сегодня в интернете можно встретить множество самых различных определений феномену жизни без еды, это и праноедение - питание пранической энергией, и солнцеедение - питание солнечным светом, и бретарианство - питание воздухом и пространственной энергией.
Но, несмотря на заявления представителей этих типов питания, о том, что они живут, питаясь нематериальной пищей, многие из них, регулярно пьют воду, чай и другие напитки, а иногда даже съедают немного шоколада, сыра и прочего, объясняя это желанием удовлетворить свои вкусовые ощущения. В общем, жизнью без еды это называть, конечно же, нельзя. Точнее назвать то можно, но по факту, это будет всё же некоторый образ питания, хотя и с экстремально низким уровнем потребления калорий с пищей.
В восточной традиции возможность существования человека на таком весьма необычном рационе, называется - Бигу
, что в переводе с китайского звучит «без еды». И в этой статье мы постараемся объяснить данный феномен, к которому можно отнести всех представителей праноедения, солцеедения и бретарианства.
Бигу или что тоже самое - жидкостное питание, это уникальный образ питания, при котором человек сознательно переходит на питание жидкими питательными растворами, исключая при этом из своего рациона любую твёрдую пищу. Оптимальным пищевым рационом человека в состоянии Бигу является употребление наиболее простых и малокомпонентных питательных смесей - фруктовых или овощных соков, либо водных растворов - фруктозы, глюкозы, сахарозы; однако в некоторых случаях также употребляются фруктово-ягодные или овощные отвары, травяные чаи, молочные продукты. Иногда, для компенсации дефицита вкуса в эти напитки добавляют соль и специи.
Перечислим наиболее важные из этих положительных приобретений:
* Малая зависимость от пищевых ресурсов
* Исключительная способность легко переносить голод и жажду
* Уменьшение потребности во сне
* Улучшение состояния здоровья
* Замедление процессов старения организма
* Повышение психологической устойчивости к стрессам
* Расширение интеллектуальных возможностей
Но наиболее значимой особенностью Бигу является то, что человек живя в таком режиме питания, потребляет с пищей намного меньше энергии, чем её требуется для его выживания по представлениям современной медицины и диетологии. Ведь согласно экспериментальным данным, даже когда человек находится в состоянии полного покоя и не выполняет никаких энергозатратных действий, то расход его энергии составляет примерно 1700 ккал
в сутки. Как же тогда возможно существование человека в состоянии Бигу, когда он ведёт физически активный образ жизни, не теряет вес, нормально себя чувствует и на протяжении длительного времени потребляет с пищей энергии намного меньше, чем это количество?
Существует множество попыток дать ответ на этот вопрос с точки зрения эзотерики, философии и теософии, нам же объяснить природу этого явления поможет наука. А так как согласно современным представлениям науки, все процессы превращения энергии в живых организмах происходят в соответствии с некоторыми термодинамическими принципами, которые универсальны для живой и неживой природы. То нам, для того чтобы обосновать возможность жизни человека в состоянии Бигу, в первую очередь, необходимо ознакомится с важнейшими из них.
Первый закон термодинамики для живых организмов
Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии. В простой формулировке он звучит так: - энергия в изолированной системе не может возникнуть из ниоткуда, и не может исчезнуть в никуда, она может лишь трансформироваться из одного вида в другой, при этом общее её количество будет оставаться величиной постоянной. Было доказано экспериментально, что этот закон применим к процессам, которые происходят в любых биологических системах.
Второй закон термодинамики для живых организмов
Этот закон гласит, что любые процессы в биологических системах, обязательно сопровождаются рассеянием некоторой части энергии в теплоту. Все формы энергии - механическая, химическая, электрическая и прочие, могут быть превращены в теплоту без остатка. Однако сама теплота не может полностью превращаться в другие формы энергии, поскольку тепловое движение молекул является хаотическим процессом, и часть энергии всегда будет уходить на столкновение этих молекул между собой.
Эти два фундаментальных научных закона "запрещают" возможность создания вечного двигателя, а также обрекают на провал любые другие попытки получения работы без затраты энергии. И именно с позиции этих незыблемых принципов Мироздания мы и будем рассматривать питание физического тела человека, как непрерывный процесс потребления энергии и трансформации её из одних форм в другие.
Общие сведения
Важнейшим свойством живых организмов, является их способность превращать и хранить энергию в виде специальных веществ - аккумуляторов энергии. Так в процессе фотосинтеза растения могут накапливать получаемую извне энергию солнца в виде наиболее универсального аккумулятора энергии - молекулы аденозинтрифосфорной кислоты . Связи между атомами в этой молекуле при необходимости легко разрываются с выделением большого количества энергии, которая, в свою очередь, может использоваться как источник энергии для всех процессов в любой живой клетке. С помощью АТФ растения осуществляют синтез разнообразных органических веществ - белков, жиров и углеводов.
Животные, в свою очередь, приспособились использовать эти накопленные растениями питательные вещества для поддержания своих жизненных функций и синтеза всё тех же молекул АТФ. При умеренных физических нагрузках в организме взрослого человека ежедневно синтезируется около 75 кг АТФ. Но реально в теле человека его содержится всего около 50 гр . С чем связан этот парадокс?
А с тем, что в организме человека АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ, потому как непрерывно используется клетками в самых разнообразных процессах жизнедеятельности. Мудрая природа сделала так, что живые организмы, вместо того чтобы накапливать АТФ в больших количествах в тканях, постоянно ресинтезируют его в своих клетках. Из этого следует, что нашему организму не требуется постоянный приток АТФ с пищей, ему необходимы лишь энергия и определённые условия для восстановления уже имеющихся в его запасе ресурсов этого вещества.
Итак, значит прежде всего организму нужна энергия. Но для того чтобы понять, насколько эффективно человек может использовать и сохранять энергию в своём теле, мы с вами должны выяснить из чего складывается её баланс в живом организме. Для этого перечислим основные пути поступления и отдачи энергии.
Факторами повышающим расход энергии являются:
1.
Прием и переваривание пищи
2.
Физическая активность
3.
Терморегуляция организма
К источникам, обеспечивающим приток энергии можно отнести:
1.
Энергию пищи
2.
Источники теплового излучения
3.
Акустические и световые волны
Главным условием гарантированного выживания человека будет компенсация всех энергозатрат его организма с помощью перечисленных выше источников энергии. Далее в статье будет дано объяснение, почему именно пища является неотъемлемым условием активной физической деятельности человека. Также в ней, будет раскрыто, как за счёт внешних второстепенных источников энергии человеческий организм может настолько снижать свои энергозатраты, что для обеспечения нормального выживания его потребность в пище сводится к минимуму.
Влияние пищи на организм человека
Как известно энергия высвобождается из пищевых продуктов в процессе их биологического окисления, при этом основными отличиями этого процесса от обычного горения, являются: его большая протяжённость во времени и многоступенчатость биохимических реакций.
Питательные вещества окисляются вплоть до конечных продуктов, которые выделяются из организма. Например, углеводы окисляются в организме до углекислого газа и воды. Такие же конечные продукты образуются при сжигании углеводов в особой печи - калориметре. При этом величина энергии, высвобождаемой из каждого грамма глюкозы в этой реакции, составляет чуть более четырёх килокалорий. Но несмотря на то, что процесс окисления глюкозы в живых клетках, является многоступенчатым процессом, его суммарный выход энергии будет точно такой же. И как было сказано ранее, именно эта энергия используется организмом для синтеза АТФ. Аналогичным образом, с помощью калориметра, получили среднюю величину физиологически доступной энергии и для других веществ пищи. Например, в белках и углеводах содержится около - 4 ккал ; жире - 9 ккал . Но у пищи , кроме сухих цифр о её химическом составе и энергетическом потенциале , есть ещё целый ряд интересных свойств.
Например, то, что еда помимо поставки энергии организму, является фактором, усиливающим его энергопотребление. С помощью специального измерительного оборудования были получены данные, что после приема пищи интенсивность метаболизма у человека увеличивается на 10-20% по сравнению с его уровнем в состоянии покоя. И сохраняется это повышение обмена веществ в организме до десяти часов. Эти энергетические затраты связаны с приемом, перевариванием и усвоением пищи, так как все эти процессы, начиная с пережевывания еды, и заканчивая, её эвакуацией из организма требуют энергию.
Количество энергии расходуемой на пищеварение зависит, прежде всего, от химического состава потребляемой пищи. Максимум энергозатрат на переваривание наблюдается у белка, особенно животного происхождения, на его усвоение может расходоваться по разным источникам от 30% до 40% общей калорийности принятой белковой пищи. Для углеводов этот показатель находится в пределах 5% , а у жиров 3% . Удивительно, не правда ли? Ведь получается, что привычная для нас пища, совсем не безвозмездно отдаёт нам свою энергию.
Более того, пища не просто пассивный энергетический ресурс, она является ещё и морфообразующими фактором, то есть влияет на особенности строения живых организмов как в индивидуальном, так и в их историческом развитии. Четырёх-камерный желудок у жвачных, строение ротового аппарата муравьеда, различные пропорции желудочно-кишечного тракта у хищников и травоядных, а также множество других адаптационных приспособлений у разных видов животных, всё это, есть нечто иное, как результаты воздействия определённых пищевых предпочтений на эволюцию живых организмов. Пока пища поступает в организм, пищеварительная система востребована, но стоит убрать этот беспрерывный поток, и в теле человека незамедлительно начнут происходить различные перестройки внутренних органов направленные на уменьшение их энергопотребления.
Помимо всего прочего, употребление пищи предопределяет интенсивную циркуляцию веществ в организме. Распадаются и вновь синтезируются различные ферменты и гормоны, в пищеварительном тракте активизируются иммунные клетки, в печени нейтрализуются десятки токсичных соединений, повышается нагрузка на выделительную систему. Всё это обуславливает специфическое распределение энергопотребления в организме человека, и лидирующее место в нём принадлежит именно пищеварительной системе. Даже при отсутствии активных процессов переваривания пищи, у находящегося в состоянии покоя человека около 50%
всех энергозатрат приходится на органы, так или иначе связанные с пищеварением, по 20%
на скелетные мышцы и центральную нервную систему и около 10%
на работу органов дыхания и кровообращения.
Отдельно стоит упомянуть о том, что в организме человека с обычной схемой питания молекулы белков функционируют от нескольких часов до нескольких дней. Так как при интенсивном обмене веществ за этот короткий период в них накапливаются нарушения, и белки становятся непригодными для выполнения своих функций. Они расщепляются и заменяются на вновь синтезируемые.
Совсем другая картина наблюдается при низкокалорийном питании и голодании. В клетках тканей человека в состоянии Бигу начинают вырабатываться особые вещества, так называемые белки теплового шока. Функция этих соединений состоит в защите от разрушения уже существующих клеточных белков, также они помогают создавать в клетках правильные структуры новых белков, исключая тем самым потери энергии и материальных ресурсов. Помимо этого белки теплового шока отключают естественный механизм самоубийства старых клеток, что позволяет организму существенно сократить необходимость в обновлении тканей.
Из всего этого следует несколько выводов:
1.
При переходе на питание жидкой, преимущественно углеводистой пищей, потери энергии на переваривание и выделение продуктов её распада из организма уменьшается.
2.
Вследствие, сокращения поступления в организм пластических веществ и уменьшением функции выделения, в теле человека начинает более эффективней использоваться механизм рециркуляции уже отработанных и повреждённых структурных молекул.
3.
Благодаря действию белков теплового шока в организме снижается потребность в дополнительных энергозатратах, материальных ресурсах и обновлении тканей.
4.
При длительном отсутствии в рационе Бигу твёрдой пищи, происходит постепенная атрофия органов пищеварения и мышечного аппарата желудочно-кишечного тракта, что позволяет человеку дополнительно снизить связанные с ними расходы энергии.
Но, к сожалению, какими бы воодушевляющими небыли эти выводы, полностью отказаться от пищи на длительное время физически активному человеку невозможно! Почему так бескомпромиссно это утверждение, мы с вами узнаем поняв некоторые особенности физиологии тела человека.
Коэффициент полезного действия тела человека
При использовании ATФ функциональными системами организма, практически вся её энергия переходит в тепло. Исключение составляют случаи: когда мышцы выполняют работу над внешними телами, то есть придают этим телам кинетическую энергию движения; а также излучение электромагнитных волн, порождаемое нервной системой. Но даже при осуществлении механической работы около 80% энергии, используемой при мышечном сокращении, выделяется в виде тепла и только 20% превращается в саму работу(!!! )
Потери же в виде электромагнитного излучения от центральной нервной системы по сравнению кинетическими формами энергии просто ничтожны, то есть практически вся энергия в нейронах, тоже трансформируется в тепло. Мало того, доказано, что вообще интенсивная интеллектуальная деятельность не сопровождается большой затратой энергии. Трудные математические вычисления, чтение книг и другие формы умственного труда, если они не сопровождаются движением, вызывают едва заметное повышение затраты энергии, всего на несколько процентов от энергопотребления организма в состоянии покоя.
Если подвести итог, то можно сказать следующее: Организм не может использовать полностью всю энергию, содержащуюся в питательных веществах. Потому как всякий процесс превращения энергии из одного вида в другой, в том числе и получение энергии из пищи, происходит с обязательным образованием тепла, которое затем рассеивается в окружающем пространстве.
Также и в мышцах, только малая часть вырабатываемой в них энергии используется в самом мышечном сокращении, а львиная доля энергии опять-таки переходит в теплоту. Если представить это в цифрах, то получится, что
Взгляните на расход энергии, который совершают мышцы взрослого человека при различных видах физической активности.
Любой человек ведущий активный образ жизни, вынужден как-то восполнять энергетические затраты на ресинтез АТФ в мышцах. Но есть лишь две возможности обеспечить необходимые условия для протекания этого процесса: одна из них, это использование организмом ограниченного запаса питательных веществ из собственных тканей, другая, это употребление пищи. Почему так? Ответ на этот вопрос кроется в особенностях жизнедеятельности клеток животных и человека, у которых существует всего два способа восстановления использованных молекул АТФ. Оба из которых требуют присутствия в качестве необходимых компонентов реакций - питательных веществ пищи.
- Первый из них, это гликолиз — вспомогательный тип энергообеспечения, включающийся в условиях нехватки кислорода. В этом процессе молекула глюкозы расщепляется пополам, с образованием всего двух молекул АТФ.
- Второй, это окислительное фосфорилирование происходящее с участием кислорода в специальных клеточных органеллах - митохондриях, где в сложной цепи химических реакций из одной молекулы глюкозы синтезируется 38 молекул АТФ.
Остаётся открытым лишь вопрос о том, сколько вообще нужно человеку энергии из пищи? А получить ответ на него нам поможет очень простая формула.
Суточная потребность в калориях = физические нагрузки х на основной обмен
В этой формуле нам практически неподвластно изменить значение энергетических затрат на физические нагрузки, так как существует конечный предел эффективности мышечной работы (КПД мышечных сокращений равен всего 20-25% ). Однако со второй составляющей этого уравнения всё намного интересней.
Основной обмен - это то количество энергии, которое затрачивается организмом человека при комнатной температуре в состоянии полного мышечного покоя, при условии отсутствия каких либо процессов пищеварения. Проще говоря, это то количество энергии, которое тело затратит, если человек будет целый день спать. В таких условиях энергия затрачивается только на поддержание жизнедеятельности организма, то есть она используется для мышечной работы сердца и лёгких, сохранение постоянной температуры тела, проведение нервных импульсов, синтез ферментов, гормонов и прочих необходимых организму веществ.
В среднем для взрослого человека величина основного обмена составляет примерно 1700 ккал в сутки. При этом организм может сжигать до 70% от суточной потребности в калориях. Однако эта цифра может уменьшаться в зависимости от различных факторов:
Возраст
- с годами основной обмен веществ замедляется. На каждые десять лет этот показатель снижается в среднем на 2%
.
Диета
- голодание или резкое сокращение количества потребляемых калорий может снизить величину основного обмена на 30%
.
Температура тела
- при уменьшении температуры тела на каждый градус, интенсивность основного обмена падает примерно на 7%
.
Температура окружающей среды
- оказывает наибольшее влияние на основной обмен и поэтому на этом факторе стоит остановиться подробней.
Терморегуляция
Как мы уже знаем, в живом организме благодаря энергии пищи постоянно образуется тепло, а с поверхности его тела происходит постоянная отдача тепла в окружающую среду. Следовательно, температура тела зависит от соотношения двух процессов - теплообразования и теплоотдачи. Все животные в зависимости от способности регулировать течение этих двух процессов делятся на теплокровных и холоднокровных. У теплокровных температура тела сохраняется постоянной и не зависит от температуры внешней среды. Это свойство, особенно при понижении температуры окружающей среды, требует от них соответствующего усиления процессов метаболизма, в основном за счёт интенсивного потребления энергии из пищи и жировых запасов.
Принципиальное отличие теплообмена холоднокровных заключается в том, что благодаря относительно низкому уровню их собственного метаболизма, главным источником энергии у них является внешнее тепло. Поэтому температура их тела выше температуры окружающей среды максимум на несколько градусов. Такое подчинение температуре среды имеет целый ряд преимуществ.
Например, в условиях сухого жаркого климата холоднокровность позволяет избегать излишних потерь воды, потому что маленькая разница между температурами тела и среды не вызывает дополнительного испарения. Поэтому высокие температуры холоднокровные животные переносят легче и с меньшими энергетическими потерями, чем теплокровные, которые тратят много энергии на удаление избытка тепла из тела.
Также известно, что у холоднокровных под действием низких температур сильно замедляется метаболизм и резко уменьшается потребность в пище. У них приостанавливается интенсивность всех физиологических процессов: сердечные сокращения и дыхание становятся редкими, мышцы сокращаются медленнее, снижается интенсивность пищеварения. В такие моменты у этих животных процесс обмена веществ может протекать в 20-30 раз медленнее, чем у теплокровных (!!! )
Невольно напрашивается вопрос, как же способности холоднокровных организмов могут быть использованы человеком, ведь он по своему метаболизму относится к теплокровным животным? Оказывается, что могут! Потому что заботливая природа оставила нам возможность осуществления терморегуляции, с помощью элементов обеих стратегий теплообмена.
Обнаружено, что у человека, в условиях высокой температуры окружающей среды, обмен веществ в печени и других органах и тканях снижается, то есть нужная температура тела обеспечивается исключительно за счет поступления тепла извне, практически безо всяких энергозатрат со стороны организма.
Более сложная задача, это понижение температуры тела теплокровными животными в условиях холода. Но и тут человек показывает свои удивительные возможности адаптации и выживания. Когда температура тела человека падает ниже, чем это требуется для поддержания нормального обмена веществ, то такое состояние называется - гипотермия. В этих условиях жизнедеятельность организма снижается, что приводит к уменьшению потребности в кислороде и позволяет ему более экономно расходовать внутренние энергетические ресурсы. Установлено, что при падении температуры тела, на каждый градус Цельсия клеточный обмен замедляется на 5-7%
(!!!
) Причём человек способен выдерживать существенное снижение температуры тела, прежде чем это вызовет непоправимые нарушения его жизнедеятельности.
Из всего вышесказанного становится ясно, что величина основного обмена у человека может существенным образом изменяться. Нераскрытым остался лишь механизм компенсационного воздействия внешних источников энергии, в том числе и температуры, на метаболизм человека. Для того чтобы исправить это положение и выяснить, каким образом нематериальные источники энергии могут уменьшить потребность организма человека в пище, мы с вами познакомимся с одним жизненно важным процессом происходящим во всех живых клетках.
Циклоз - движение внутренней среды в клетках растений и животных, которое обеспечивает равномерное распределение вещества внутри клетки: получение питательных веществ, ферментов и генетической информации всеми органеллами и частями клетки.()
Поддержание нормальной скорости циклоза осуществляется за счёт энергии АТФ и имеет жизненоважное значение для клетки, а следовательно, и для всего организма в целом.
Для нас же этот процесс представляет интерес, потому что он может быть активизирован под действием внешних факторов: температуры, механических воздействий и т.д. Исследования влияния этих факторов на внутриклеточные движения показали, что внешнее тепловое излучение вызывает разжижение цитоплазмы клеток, и следовательно вызывает ускорение в них циклоза. Также было выявлено, что полная тишина и чрезмерный шум замедляют циклоз, а гармоничные звуки, в том числе и музыка, усиливают движение цитоплазмы. Получается, что под действием внешних источников энергии в клетках уменьшается расход АТФ, а следовательно, снижается и потребность организма в пище. В общем, диапазон возможностей для адаптивных реакций человека по замедлению метаболизма и компенсации его энергозатрат в состоянии Бигу существует. Однако любой человек в состоянии Бигу для восстановления энергетических запасов организма рано или поздно обязательно должен возвращаться к пище.
В таком образе жизни есть свои минусы и плюсы. Чего только стоит сокращение часов сна и отсутствие мыслей о еде. Только представьте себе сколько времени и сил, благодаря этому, освобождается для творчества, внутреннего преображения и интеллектуальной деятельности.
Однако тут же следует заметить, что подходит такой образ питания исключительно для людей с лишним весом. Регулярные голодания для полного человека, это прекрасное средство по поддержанию тела в форме и нормализации массы тела. Тем же, кто обладает нормальным или низким индексом массы тела Бигу не рекомендуется. Для этой группы лиц адекватное и здоровое питание намного предпочтительней, чем любые формы голодания(!!!
)
Идея визуализировать энергетический эквивалент работы человеческого мозга сегодня используется даже в рекламных объявлениях.
Источник: фрагмент рекламного объявления из журнала Nature
Они как будто сговорились! У Есенина: «Коль гореть, так уж гореть, сгорая». А вот у Маяковского: «Светить всегда, светить везде»... И, как итог, фактически парафраз этих строк из репертуара Пугачевой: «Жить, гореть и не угасать!» Но самое интересное начинается, если все эти строчки начать расшифровывать буквально.
Поразительно, но процесс дыхания аналогичен процессу горения, только это – «холодное» горение топлива (водород), взаимодействующего с окислителем (кислород воздуха). И в этом смысле аналог дыханию – это процессы медленного окисления: образование ржавчины, гниение, брожение...
А источником водорода как раз и служит пища: в желудке, кишечнике пища разлагается под действием ферментов до жирных кислот, которые, в свою очередь, распадаются в клетке до воды, углекислого газа и атомарного водорода. Образующийся в этой реакции электрон и запускает все идущие в живом организме процессы. В итоге, по существующим оценкам, мускульная энергия, развиваемая человеком, эквивалентна электрической лампочке мощностью в 150 Вт.
«...при работе мускула происходит почти такое же сгорание его тканей (то есть соединение этих тканей с кислородом), какое происходит с топливом в котельной топке паровой машины или в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, – растолковывает профессор Б.Вейнберг в заметке «КПД человека». – Таким образом, для работы мускула ему необходимо доставлять и материал для восстановления его тканей, и кислород для сжигания их. И то и другое доставляется посредством крови» («Техника – молодежи», № 2, 1935).
Все это дает основание физиологам теплопродукцию живых систем приравнять, с некоторым приближением, интенсивности потребления кислорода. Зафиксированные здесь рекорды, в энергетическом эквиваленте, таковы: максимальный обмен – у альпинистов и горцев: 250–280 МВт/г; жители равнин отстают почти на «корпус» – 160–200 МВт/г. То есть при адаптации человека к различным географическим условиям происходит увеличение мощности дыхательной системы на клеточном уровне. Ничего удивительного в этом нет, если учесть, что подъем в горах на 305 м приблизительно равен прохождению 480 км на север или на юг от экватора.
Любопытно, что согласно наставлениям каждый военнослужащий армии США должен получать 4,5 тыс. калорий в день, тогда как финские военные рекомендуют 6 тыс. калорий в день.
Но вообще-то нормальному взрослому человеку в день нужно с пищей потреблять 2500–3000 ккал. (За год же человек потребляет количество энергии, эквивалентное сжиганию 100 кг угля – sic!) Если этот энергетический прожиточный минимум обеспечен, человек способен с помощью своих мускулов совершить механическую работу, эквивалентную 500–600 ккал. Коэффициент полезного действия (КПД) человека, как нетрудно убедиться, 20%. Между прочим, это больше, чем у лошади (ее КПД около 10%), и значительно больше, чем у быка. (Может быть, интересно: одна лошадиная сила – подъем на 1 м 75 кг за 1 с.)
В то же время человек со своими мышцами далеко не лучший двигатель: его мощность, измеренная в лошадиных силах, составляет всего 0,03–0,04. Очень редко «мощность» взрослого мужчины доходит до 0,2–0,25 л.с.
Однако достоинством человека как энергетической установки является его большая выносливость. Так, например, по подсчетам академика Леонида Милова, через каждые четыре дня работы на пахоте лошади был необходим день выгула. В отличие от лошади русский крестьянин в XVIII веке с 22 апреля по 6 июня работал на поле без единого выходного, практически без отдыха и почти без сна.
Или вот еще пример ветхозаветной «безотходной» технологии. Пирамиду Хеопса строили 100 тыс. человек, заменявшиеся новыми каждые три месяца на протяжении 30 лет. Поднимались громадные тяжести: гранитные балки перекрытия склепа пирамиды Хеопса весят 500 тонн каждая, а в пирамиде Хефрена есть монолиты весом до 423 тонн. И все это ворочали вручную!
Когда находишься рядом с этими рукотворными исполинскими мегалитами, первое, что приходит на ум, – какая же чертова уйма обезличенного человеческого труда овеществлена в этих склепах! Тем более это тяжело представить себе, если знать (благодаря расчетам все того же профессора Б.Вейнберга), что 1 кВт может заменить собой 150 умеренно работающих людей, 33 тяжелоработающих или 20 очень тяжело работающих людей.
Но человек – это не только хороший генератор энергии, но и вполне сносный ее аккумулятор: он может работать, не получая пищи, в течение одних-двух суток. При массе в 75 кг взрослый мужчина способен накопить более 2–3 кВт-ч энергии (примерно 30 Вт-ч на 1 кг веса). Если пересчитать эти показатели на единицу массы, то «человеческая машина» окажется в иерархии энергий выше сжатых газов и всевозможных механических пружин. Но ниже кипящей воды. Так что с физической точки зрения не вполне понятна этимология широко распространенного определения непрофессионала – «чайник». Какой же это чайник, если он не может вскипятить стакан воды!
В культовом киберпанковском фильме «Матрица» (время действия – 2199 год, Земля) человеческие существа используются захватившими власть машинами в качестве обычных батареек... Тут создатели картины немного перемудрили. Ведь известно, что для производства одного джоуля энергии, содержащегося в пище, которую потребляет человек, затрачивается 10 Дж энергии. Машины просто не смогли бы прокормить свои биологические «батарейки». Игра не стоит свеч.
Впрочем, у этого сюжета есть варианты. Например, такой. «Скорее всего машины используют резервную мыслительную силу человечества в качестве громадного распределенного процессора для контроля над реакциями ядерного синтеза», – считает британский математик Питер Б.Ллойд. Вот это уже теплее!
Человеческий мозг, возможно, самый сложный объект во Вселенной. А вот для работы этому чуду живой «механики» нужно всего 10 Вт энергии! Правда, мозг очень привередлив в выборе топлива-пищи: просто жиры ему не подходят, хотя в 1 г жира запасено 37,7 Дж энергии. Мозгу подавай глюкозу и кислород. Видите ли, глюкоза «сгорает» полностью, не оставляя после себя в мозгу никаких «шлаков». В состоянии покоя мозг потребляет около двух третей всей циркулирующей в крови глюкозы и 45% кислорода. Снижение концентрации глюкозы в крови ниже 0,5–0,2 г/л приводит к потере сознания и коме.
На этом фоне вполне правдоподобно выглядит гипотеза, согласно которой именно особенности пищевой, то бишь энергетической, стратегии Homo sapiens’ов позволили им опередить неандертальцев в эволюционной гонке. Так, некоторые антропологи (Sorensen, Leonard, 2001) сравнивают средний уровень физических нагрузок неандертальцев с нагрузками атлетов, фермеров и грузчиков. По расчетам этих авторов, необходимые ежедневные энергетические потребности неандертальцев превышали таковые у современных эскимосов – людей с наибольшими энергетическими затратами среди современного человечества, с очень высоким уровнем основного обмена. Прокормиться было очень трудно. Исторической перспективы – никакой, увы...
А хитрые sapiens’ы взяли да изобрели приготовление пищи на огне. Сразу качественно возрастает энергетическая и питательная ценность, ее усвояемость. Не случайно приготовленная на огне пища – возможно, наиболее ранний объект кражи в обществе человека.
Как будто специально под этот случай сказал еще один поэт, Андрей Вознесенский:
Стоило гроши, и вдруг алтын.
Ложная растет дороговизна.
Ценность измеряется одним –
Единицей Вложенности Жизни!
Ну и еще, энергетической ценностью пищи...
Пешком вокруг экватора
Подсчитано, что в течение дня человек делает до 30 тысяч шагов, то есть около 20 километров. За каждые 5,5 лет он незаметно совершает путь, равный окружности экватора.
Сколько весит скелет человека?
Масса скелета человека составляет около 11 килограммов.
Когда человек выше: утром или вечером?
За счёт уплощения межпозвоночных хрящей рост человека к вечеру уменьшается примерно на 1,5 см. рост человека к 80 годам уменьшается на 5–7 см по сравнению с сорокалетним возрастом.
Сколько в черепе костей?
Человеческий череп состоит из 23 костей. Только две кости черепа - нижнечелюстная и подъязычная - подвижны, остальные прочно соединены швами.
Прочнее кирпича и гранита
Костный материал в 30 раз крепче кирпича и в 2,5 раза крепче гранита. Большая бедренная кость выдерживает вертикальную нагрузку в полторы тонны.
Она выдерживает нагрузку в 350 килограммов
Самая крепкая связка человеческого тела - бертиниева связка, укрепляющая тазобедренный сустав, - выдерживает нагрузку в 350 килограммов.
Сколько в человеке мышц?
Количество мышц у человека не является одинаковым для всех людей. В пределах нормы оно составляет от 400 до 680 мышц. Если бы все эти мышцы напряглись, они бы вызвали давление, равное приблизительно 25 тонн. У кузнечика - около 900 мышц, а у некоторых видов гусениц - даже около 4 000. Суммарный вес всех мышц составляет у мужчин 40% от общего веса тела, у женщин - 30%.
Какой орган много теряет тепла?
Коэффициент полезного действия мышц человека равен 20%. Остальные 80% расходуются на тепловые потери.
Где расположены самые сильные мышцы?
Самые сильные те, что расположены по обе стороны рта и отвечают за сжатие челюстей. Они способны развивать усилие около 70 килограммов.
Кто больше теряет энергии: плачущий или смеющий человек?
Согласно исследованиям французских невропатологов, у плачущего человека задействованы 43 мышцы лица, в то время как у смеющегося - всего 17. Таким образом, смеяться энергетически выгодней, чем плакать.
Время, когда проявляется наивысшая мышечная активность?
Отмечено, что наиболее эффективно мышцы работают в 13 час. 30 минут.
Кислородопотребляющий орган. Кто он?
До 60% кислорода поступающего в организм потребляют мышцы.
Ритм - твой помощник
Ритм - важный элемент работы, и каждому стоит в этом отношении поучиться у своего сердца: если работать ритмично, то работа будет продуктивной и хватит сил работать долго.
Когда сломаются «биологические часы»
Частые нарушения физиологического цикла «день–ночь» способны привести к болезненному расстройству внутренних «биологических часов» человека.
Дыхание
Сколько можно вдохнуть воздуха?
Вентиляция лёгких (число вдохов, умноженное на объём вдыхаемого воздуха) у здорового человека достигает 5–9 литров в минуту. В состоянии покоя человек совершает в среднем 16 дыхательных движений в минуту. В сутки это составляет около 23 000. При этом через лёгкие проходит около 7 000 литров воздуха. Минутный объём дыхания человека (количество воздуха, пропускаемого через лёгкие за одну минуту) составляет в состоянии покоя 5–8 литров в минуту, а во время физической работы может достигать более 100 литров в минуту.
Дышите спокойно
Человек в состоянии покоя расходует в сутки 400–500 литров кислорода, делая 12–20 вдохов и выдохов в минуту. Частота дыхания лошади - 12 вдохов и выдохов в минуту, крысы - 60, канарейки - 108.
Кто нас бодрит?
Отрицательно заряженные ионы газов воздуха - друзья здоровья; они делают человека бодрым, работоспособным.
Биопылесос
Мерцательный эпителий дыхательных путей человека выносит из них наружу до 20–30 г пыли в сутки.
Кровообращение
Плазма крови… и древние моря
Состав плазмы крови напоминает состав воды древних земных морей, в которых зародилась жизнь.
В два раза больше длины экватора
Общая длина кровеносных капилляров в организме человека примерно 100 000 километров. Это в 2,5 раза превышает длину земного экватора, а общая внутренняя площадь - 2 400 м 2 .
Насос, работающий всю жизнь
За 60 лет обычной, не очень напряжённой жизни, человеческое сердце совершает более 2 000 000 000 сокращений. Такую же работу проделал бы тягач, если бы поднял от уровня моря до высоты 5 500 метров валун массой 65 тонн.
Когда больше холестерина?
100 мл крови здорового человека содержат осенью и зимой 20–250 мг холестерина, а летом и весной - только 170–180 мг.
Сердечная «сорочка»
Сердце имеет сорочку - слой соединительной ткани; между сердцем и «сорочкой» имеется небольшое количество жидкости. Околосердечная сумка («сердечная сорочка») защищает работающую сердечную мышцу.
Сплющенные красные шарики
Кровяные тельца красного цвета, или эритроциты, чья суммарная поверхность составляет 3 400 м 2 . Каждый день их отмирает в организме около 2 000 000 000, что составляет 0,01% от их общего числа. Суммарная площадь поверхности всех эритроцитов составляет 3 400 м 2 . В каждом мм3 крови - 5 000 000 эритроцитов, а во всех пяти литрах, содержащихся в организме взрослого человека, - 25 000 000 000 000. Если выложить все эти эритроциты в ряд, образовавшаяся цепочка вытянется на 200 000 километров, пять раз опоясав земной шар по экватору.
«Спринты» внутри нас
Практически все клетки человеческого организма имеют ядра, которые управляют всеми физиологическими процессами в самой клетке и участвуют в процессе деления клеток. Единственное исключение составляют эритроциты. Рождаются они с ядром, но уже на ранних стадиях развития, теряют его, тем самым утрачивая способность к размножению. Новые эритроциты образуются в красном костном мозге из стволовых клеток. Ежесекундно образуется около 2 500 000 эритроцитов и примерно столько же погибает. За один день эритроцит проходит в кровеносных сосудах около 15 километров, снабжая ткани кислородом и забирая от них углекислый газ. За время существования один эритроцит в среднем проходит расстояние в 1 800 километров.
Они живут, чтобы умереть
Клетки крови постоянно отмирают и заменяются новыми. Жизнь эритроцитов (красных кровяных телец) продолжается 90–125 дней, лейкоцитов (белых кровяных телец) - от нескольких часов до нескольких месяцев, в зависимости от вида лейкоцитов. В крови взрослого человека каждый час отмирает около миллиарда эритроцитов и пять миллиардов лейкоцитов. Их заменят новые кровяные тельца. В течение суток полной регенерации подвергается 25 граммов крови.
Тоньше волоса
Кровеносные капилляры имеют толщину в 10 раз меньше, чем волос.
Вот так скорость!
В течение одной минуты сердце выбрасывает в аорту около 4 литров крови. Скорость движения в аорте 0,5 м/сек, а по капиллярам, кровь течёт, со скоростью 0,5 мм/сек. Полный оборот крови через оба круга кровообращения совершается, за 21–22 сек.
Особое вещество крови
В каждом эритроците содержится 265 000 000 молекул гемоглобина. Сборка его молекулы занимает всего 90 секунд. Ежесекундно в организме человека синтезируется 6,5∙1014 молекул гемоглобина. В 100 мл человеческой крови содержится 13–16 г гемоглобина. Один грамм гемоглобина может связывать до 1,34 мл кислорода. В состоянии покоя через сердце человека протекает около 4 л/мин, что обеспечивает получение тканям около 400 мл кислорода.
Ах, эти «тоненькие трубочки»!
Толщина стенок артерий составляет 0,8–0,9 мм. Диаметр различных артерий человека - 0,4–2,5 см. Средний диаметр капилляров у человека - около 7 мкм, что чуть меньше диаметра эритроцита. В артериях объём крови составляет в среднем 950 мл.
«Сахарная царица»
Так называли печень древние тибетские врачи. Она хранит питательные запасы и, если человек голоден, она превращает их в сахар, тем самым, подкармливая его. В состоянии покоя у человека до 50% крови может находиться в «депо крови» - печени и селезёнке, откуда в случае необходимости выбрасывается в кровяное русло. Кровоток в почках составляет 420 мл/мин, в сердце - 84, в печени - 5,7, в мозгу - 53, в поперечнополосатой мускулатуре - всего 2,7 мл/мин. Печень потребляет в 10 раз больше кислорода, чем равная ей по массе мышца, и выделяет больше тепла. Она мощный защитный барьер на пути кровотока от органов пищеварения к другим органам. Наиболее эффективно печень разлагает алкоголь между 6 и 8 часами вечера. Через печень в течение одной минуты протекает 1,5 литра крови, а в сутки - до 2 000 литров.
У женщин бьётся чаще
Сердце взрослого человека перекачивает за сутки около 10 000 литров крови. Нормальный пульс мужчины в состоянии покоя составляет 60–80 ударов в минуту. Сердце женщины бьётся на 6–8 ударов чаще. Тяжёлая физическая нагрузка увеличивает пульс до 200 ударов в минуту. Частота пульса у слона - 20, у быка и лягушки - 25, у кролика - 200, у мыши - 500.
Пищеварение
Даже сабля тупится
Остриё сабли при ударе о зубную эмаль тупится. По твёрдости эмаль можно сравнить с кварцем.
Сколько, два или четыре?
Молочные зубы заменяются постоянными. Последний коренной зуб прорезается обычно к 18–20 годам, а иногда и позднее, когда человек «благодаря учению приобретает мудрость» - так думал Гиппократ. Этот зуб он и назвал зубом «мудрости». Половина человечества имеет только два, а не четыре зуба мудрости.
Обнажённая часть нашего скелета
Удельный вес зубной эмали зуба - 2,9–3,05 г/см 2 . Дентин зуба имеет удельный вес всего лишь 2,2 г/см 2 . В дентине зуба взрослого человека содержится около 65% минеральных солей, 28% органических веществ и 8% воды. В состав зубного цемента входит около 30% органических веществ, более 55% фосфата кальция, около 8% карбоната кальция, а также фториды кальция и магния.
Терпеть нельзя!
Самое болезненное место человеческого организма - зубы. На квадратный сантиметр кожи обычно приходится не более 200 болевых рецепторов, а на такой же площади дентина зуба - от 15 000 до 30 000 рецепторов. На границе эмали и дентина их ещё больше - до 75 000 рецепторов.
«Желудь» или «желудок»?
Слово «желудок» является производным от слова «жёлудь» (в старину «маленькие жёлуди называли желудками»). На 1 см 2 слизистой желудка приходится сто желудочных желёз. Они расположены вплотную. В отличие от других пищеварительных соков, желчь почти не содержит ферментов.
«Зубатые» ферменты
В течение суток у человека выделяется около 1 литра слюны, 3 литра желудочного сока, 2 литра поджелудочного сока, 3,5 кишечного сока, 2один литр желчи. За сутки у человека выделяется в среднем один литр слюны.
Что означает для желудка час дня?
Больше всего желудочного сока образуется в 13 часов, даже если человек ничего не ел.
И это всё в нас?
Длина кишечника у человека превышает длину тела в 3–4 раза. Общая площадь поверхности ворсинок тощей кишки составляет 37 м 2 , двенадцатиперстной - 1,3 м 2 , подвздошной - 5,3 м 2 .
В нас ещё и газы?
В процессе брожения пищевой кашицы в правом (восходящем) отделе толстого кишечника образуется водород и углекислый газ, а в процессе гниения в левом (нисходящем) отделе - метан и сероводород. Всё это смешивается с воздухом, попадающим в кишечник в процессе еды вместе с пищей. При переваривании обеда образуется около 15 литров газов.
Вот так ворсинки!
На одном см 2 внутренней поверхности кишки 3 000–4 000 ворсинок. Каждая покрыта 3 000 клеток, которые, в свою очередь, имеют по 100 всасывающих трубочек. Поверхность всасывания в тонких кишках около 5 м 2 , т.е. в три раза больше поверхности тела.
Короткая «жизнь»
Ежедневно погибает около 70 000 000 000 клеток кишечного эпителия, каждая из которых живёт всего 1–2 дня.
Она нужна, чтобы дышать, двигаться, думать
В состоянии покоя и на голодный желудок человеческое тело вырабатывает за сутки столько энергии, что её хватило бы для нагревания 20 литров воды от 10ºС до кипения. Тепла, выделяющегося при работе дровосека в течение восьми часов, достаточно, чтобы нагреть до кипения 100 литров воды.
Кого боятся кишечные бактерии?
В бруснике и клюкве много бензойной кислоты. Она убивает гнилостные бактерии в кишечнике.
Из чего мы «сделаны»?
Все из клеток
Организм человека состоит из 100 000 миллиардов клеток. Для сравнения: организм слона состоит из 6 500 000 миллиардов клеток.
Вода, вода…
Вода составляет 80% массы тела ребёнка и 70% массы тела взрослого человека. В клетках головного мозга человека содержится 80%, в мышцах - 76%, в костях - около 25% воды. Глоток воды - это для мужчин 20 миллилитров жидкости, а для женщины - 14. Самая богатая водой ткань человеческого организма - стекловидное тело глаза, в котором её 99%, а самая бедная - зубная эмаль. В её составе всего 0,2% .
Так ли важна вода?
Потеря влаги в размере 6–8% от веса тела вызывает у человека полуобморочное состояние, 10% - галлюцинации и нарушение глотательного рефлекса. Потеря 12% жидкости влечёт за собой остановку сердца.
А газы, тоже есть?
Более 96% массы человеческого тела составляют четыре химических элемента. На долю кислорода приходится около 60% массы, на долю углерода - около 20%. За ними следуют водород - 10% и азот - 4%.
Не только туда, но и оттуда!
Человек в сутки может выделять 0,5–12 литров пота, который содержит 9899% воды, 0,1% мочевины, мочевую, молочную, пировиноградную, лимонную кислоты, аммиак, креатинин, серин, жиры, летучие жирные кислоты, холестерин, ароматические оксикислоты, ацетон, минеральные соли.
Кожные образования
Не снимаемая «одежда»
Кожа - самый тяжёлый орган человеческого тела. Она весит в среднем 2,7 кг. Кожа не пропускает воду, микробы, грязь. Защищает нас от ударов, уколов, укусов. Через кожу в организм поступает около 2% потребляемого человеком кислорода. Человек среднего роста теряет каждый час около 800 000 микрочастиц кожи, а за год в среднем 675 граммов. К семидесяти годам общие потери кожи составляют чуть больше 47 кг, то есть 70% среднего веса человека. Человеческий организм выделяет через кожу около 0,5 литров воды в сутки. Твёрдых веществ выделяется около 10 граммов.
Кто скажет, нам холодно или жарко?
Вся кожная поверхность тела человека содержит около 250 000 «холодовых» рецепторов и только 30 000 «тепловых». Температура кожи различна на разных участках тела. Так, в подмышечной впадине она составляет 36,6ºС, то на животе - 34ºС, а на лице - 25ºС. Кровь и внутренние органы имеют температуру 37,2–38,5ºС.
Лучше быть чистым или грязным?
На одном см 2 грязной кожи насчитывают около 40 000 микробов.
Передающие «SOS!»
В нашей коже скрыто 250 000 нервных окончаний, реагирующих на холод, 30 000 - реагирующих на тепло, около 1 000 000 - реагирующих на боль.
Кожа и время
Кожа наименее чувствительна к уколам в 9 часов утра и наиболее проницаема для косметических средств между 6 и 8 часами вечера.
Космические «антенны»
Человеческий волос в 500 раз толще стенок мыльного пузыря, в 5 раз толще капилляра, в 12 раз толще стенок альвеол и в 20 раз - паутины. Волосы растут у новорождённых со скоростью 0,2 мм в сутки, позднее - до 0,3–0,5 мм в сутки. Волосы бровей, ресниц и подмышечные волосы живут 3–4 месяца, волосы головы - 4–6 лет. За месяц волос подрастает на один сантиметр. Ежедневно на голове отмирает около 100 волос. Отмершие волосы могут сразу и не выпадать, поэтому на голове подчас скапливается до 20% мёртвых волос.
Коса - не только девичья краса
Самая длинная коса у одной японки - 3 метра, она её выращивала 20 лет. Самые длинные волосы носил Свами Пандарасаннади, глава индийского монастыря Тирудадутурай. В 1949 году длина его волос была 7 метров 92 сантиметра.
И борода и усы
Самая длинная борода принадлежала Гансу Лангсету - 5 метров 33 сантиметра, а самые длинные усы были у шведа Биргера Пелласа - 2 метра 90 сантиметров.
Достояние приматов
Кончики всех двадцати пальцев на наших конечностях несут плотные плоские роговые образования - ногти. Ногти - достояние приматов. Растёт ноготь за счёт эпителия ногтевого ложа. Ногти защищают особенно чувствительные концы пальцев. Ноготь на руке растёт со скоростью сотой доли миллиметра в сутки, а на ноге - пяти сотых. За год на пальце рук ноготь удлиняется в сумме на три сантиметра. Самый длинный ноготь на руке (на большом пальце левой руки) достигает в длину 101,6 сантиметра. Он принадлежал индийцу Шридхару Чиллару. Общая длина ногтей на пальце его левой руки при измерении в марте 1990 года составляла 4 метра 40 сантиметров. Он не обрезал ногти с 1952 года.
Выделение
Зачем мы плачем?
Дети плачут, чтобы привлечь внимание, чтобы выразить свои эмоции: страх, гнев или радость. А ещё чтобы со слезами из организма ушли вредные вещества, которые вырабатываются от боли и страданий. Кроме этого, когда мы моргаем, слёзы омывают глазное яблоко, очищая его от пыли и микробов. Здоровый человеческий организм вырабатывает примерно 0,5 литров слёзной жидкости в год. Даже самый суровый мужчина проливает ежедневно от 1–3 миллилитров слёз.
Фильтры крови
Общая длина почечных канальцев составляет 120 километров. В обеих почках у человека около 2 000 000 нефронов. За день почки пропускают через себя 2 000 литров крови, а это целая цистерна. Взрослый человек в сутки выделяет 1 200–1 600 мл мочи и должно выходить с мочой 15–45 мг щавелевой кислоты.
Что такое уролиты?
Химический состав уролитов - почечных камней - может быть разным. 40% уролитов - это оксалаты (соли щавелевой кислоты), 27% - фосфаты (соли ортофосфорной кислоты), 12–15% — ураты (соли мочевой кислоты), 2% цистиновые, ксантиновые и белковые камни и 20–30% - камни смешанного типа.
Зрение
Сложный оптический прибор
До 14 месяцев у новорождённых девочек и до 16 месяцев у мальчиков наблюдается период полного невосприятия цветов. Затем появляется восприятие красного, потом зелёного, а ещё позже синего цвета. Формирование цветоощущения заканчивается в 7,5 годам у девочек и к 8 годам у мальчиков. Глаз способен различить 130–250 чистых цветов и 5–10 000 000 000 смешанных оттенков.
После часа в темноте
После одного часа пребывания в темноте светочувствительность глаза повышается в 200 раз.
Палочки и колбочки
Сетчатка глаза человека содержит 125 000 000 палочек и 6 500 000 колбочек, при этом, вместе взятые, они настолько чувствительны, что человек теоретически мог бы увидеть огонёк свечи на расстоянии 200 километров.
Слух, обоняние, осязание
«Алло, вас не слышу!»
Среднее ухо человека содержит 2 500 клеток, реагирующих на звуки. Верхний предел воспринимаемых нами частот достигает 16–20 млн герц. С течением лет чувствительность уха, особенно к высоким звукам, уменьшается.
Вкусно, когда +24ºС
На поверхности языка находится около 9 000 нервных окончаний, реагирующих на вкус. Они лучше всего функционируют при температуре 24ºС.
Мал, да удал
Поверхность зоны обоняния носа всего 5 см 2 , но на ней размещается около 1 000 000 нервных окончаний. Ощущение запаха возникает при возбуждении не менее 40 нервных окончаний.
Вот почему он мёрзнет!
Самая холодная часть человеческого тела - нос. Температура его кончика обычно не превышает +22ºС.
Нервная система
Гигантское количество и… один процент
Нервная система человека состоит из 10 000 000 000 нейронов и 70 000 000 000 вспомогательных клеток. Из этого гигантского количества лишь один процент выполняет самостоятельную работу, то есть принимает сигналы и управляет работой мышц; остальные 99% - это посреднические клетки.
Центр всех центров или главный орган ума
В три года мозг человека развит уже на 80%. Наивысшего развития он достигает примерно к 20 годам. В дальнейшем происходит уменьшение его массы. Кора больших полушарий составляет примерно 44% объёма головного мозга. Поверхность коры в целом равна 1 468–1 670 см 2 .
Мы на третьем месте
Человек стоит на третьем месте по массе мозга (1 400 г) в живой природе после слона (5 кг) и кита (2,5 кг).
Вот такие площади!
Общая площадь коры больших полушарий у человека составляет в среднем 83 591 мм 2 , шимпанзе - 24 353 мм 2 , собаки - 6 523 мм 2 , кролика - 843 мм 2 , крысы - 254 мм 2 .
Природа не справедлива
Начиная с тридцатилетнего возраста у человека, ежедневно отмирает 30 000 до 50 000 нервных клеток головного мозга.
Вода и нервная клетка
Нервная клетка - нейрон - содержит 65–68% воды и 32–35% твёрдых веществ, среди которых на долю белков приходится 68–70%. 20–25% составляют липиды, 2–5% - нуклеиновые кислоты, 1–2% - углеводы.
С ним сосуды в тонусе
В организме человека может образовываться оксид азота (II). Он обеспечивает связь между нейронами и поддерживает тонус сосудов.
Чем больше, тем лучше
Чем больше диаметр волокна нерва, тем с большей скоростью по нему распространяется возбуждение. У теплокровных животных скорость возбуждения - 0,5–120 м/сек.
«Нервные» помощники
Ни одно действие человека не может осуществиться без участия нервной системы. Чтобы перевести тело из горизонтального положения в вертикальное, головной мозг человека отправляет через нервы к мышцам сотни нервных импульсов - сигналов.
Всё для зрения
В составе черепномозговых нервов в мозг входит 2 600 000 нервных волокон, а выходит 140 000. около половины выходящих волокон несут приказы к мышцам глазного яблока, управляя быстрыми и сложными движениями глаз. Остальные нервы управляют мимикой, жеванием, глотанием и деятельностью внутренних органов. Из входящих нервных волокон 2 000 000 - зрительные.
Мужчины и женщины
«Сильный пол»
- Мужской мозг весит на 200 г больше, чем женский.
- Юноша в возрасте 15–24 лет неудачно падают в 6 раз чаще, чем девушки того же возраста.
- Среди выдающихся математиков мужчин в 12 раз больше, чем женщин.
- Отклонения от нормы цветового зрения встречаются гораздо чаще у мужчин (8%), чем у женщин (0,5%).
- У мужчин объём лёгких на 20% больше, чем у женщин.
- Храпят во сне 48% мужчин и только 22% женщин.
- Мальчики чаще, чем девочки, бывают левшами и вообще свободно владеют левой рукой, что объясняется ведущей ролью правого полушария мужского мозга.
- 80% всех заикающихся людей - мужчины.
- Объём крови составляет в среднем у мужчин 5,2 л, а у женщин - 3,9 литра.
- Масса сердца мужчины в среднем 330 г женщины - 250 г.
«Слабый пол»
- Девочки начинают разговаривать раньше, чем мальчики.
- Обоняние у женщины на 20% лучше, чем у мужчины.
- Психические депрессии у женщин встречаются в два раза чаще, чем у мужчин.
- Музыкальный слух у женщин лучше, чем у мужчин: на 6 не фальшивящих женщин приходится 1 мужчина.
- Три четверти всех мигреней приходится на долю женщин.
- Женщины в два раза чувствительнее к алкоголю, чем мужчины.
- Женщины предпочитают сладкие блюда, а мужчины - солёные.
- У женщин острее видит правый глаз и лучше слышит правое ухо, а у мужчины - наоборот.
- Жировая ткань составляет 11% веса мужчины и 23% веса женщины.
- Женщины, чаще мужчины, страдают кариесом зубов.
- На бессонницу жалуются 42% мужчин и 62% женщин.
