Кпд человека: Лошадиная сила человека / Стиль жизни / Независимая газета

Содержание

Лошадиная сила человека / Стиль жизни / Независимая газета

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…

Комментарии для элемента не найдены.

Коэффициент полезного действия в работе человека

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/[427 X 0,023] = 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.

Каков кпд организмов животных и человека. Законы организации. Энергию в массы

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. ..

Энергозатраты и, следовательно, потребность в энергии у здорового человека при нормальной физической нагрузке складываются из четырех главных параметров. Прежде всего — это основной обмен. Он характеризуется потребностью в энергии человека, находящегося в покое, до приема пищи, при нормальной температуре тела и температуре окружающей среды 20 °С. Основной обмен служит для поддержания важных функций систем жизнеобеспечения организма: 60% энергии расходуется на производство тепла, остальное — на работу сердца и кровеносной системы, дыхание, работу почек и мозга. Основной обмен подвержен лишь незначительным колебаниям. Регуляция основного обмена осуществляется с помощью гормонов и через вегетативную нервную систему. Его величину определяют путем измерения количества выделяемого тепла (прямая калориметрия) или путем регистрации потребления кислорода и выделения углекислого газа (непрямая калориметрия).

Второй после основного обмена составляющей энерготрат организма являются так называемые регулируемые затраты энергии. Они соответствуют потребности энергии, используемой на работу сверх основного обмена. Любой вид мышечной деятельности, даже изменение положения тела (из положения лежа в положение сидя), увеличивает энергозатраты организма. Изменение величины потребления энергии определяется продолжительностью, интенсивностью и характером мышечной работы. Поскольку физическая нагрузка может иметь различный характер, энерготраты подвержены значительным колебаниям.

Энергозатраты у спортсмена определяются еще большим числом составляющих:

Климато-географические условия тренировки;

Объем тренировки;

Интенсивность тренировки;

Вид спорта;

Частота тренировок;

Состояние при тренировке;

Специфическое динамическое действие пищи;

Температура тела спортсмена;

Профессиональная деятельность;

Повышенный основной обмен;

Потери на пищеварение.

Чем больше мышечная работа, тем сильнее возрастает расход энергии.

В опытах с работой на велоэргометре, при точно определенной величине мышечной работы и точно измеренном сопротивлении вращению педалей была установлена прямая (линейная) зависимость расхода энергии от мощности работы, регистрируемой в килограммометрах 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.

С ориентацией на мощность и расход энергии были установлены зоны относительной мощности в циклических видах спорта (табл. 5).

Эти четыре зоны относительной мощности предполагают деление множества, различных дистанций на четыре группы: короткие, средние, длинные и сверхдлинные.

В чем же суть разделения физических упражнений по зонам относительной мощности и как это группирование дистанций связано с энергозатратами при физических нагрузках разной интенсивности?

Во-первых, мощность работы прямо зависит от ее интенсивности. Во-вторых, высвобождение и расход энергии преодоления дистанций, входящих в различные зоны мощности, имеют существенно отличающиеся физиологические характеристики.

Таблица 5

Зоны относительной мощности в спортивных упражнениях (по B.C. Фарфелю, Б.С. Гиппенрейтеру)

Зона максимальной мощности. В ее пределах может выполняться работа, требующая предельно быстрых движений. Продолжительность этой работы обычно не превышает 20 сек. При такой максимальной работе явления утомления наступают уже через 10-15 сек., что проявляется в некотором снижении интенсивности. Ни при какой другой работе не освобождается столько энергии, сколько при работе с максимальной мощностью. Кислородный запрос в единицу времени самый большой, потребление организмом кислорода незначительно. Работа мышц совершается почти полностью за счет бескислородного (анаэробного) распада веществ. Практически весь кислородный запрос организма удовлетворяется уже после работы, т.е. запрос во время работы почти равен кислородному долгу. Из-за кратковременности работы кровообращение не успевает усилиться, частота же сердечных сокращений значительно возрастает к концу работы. Однако минутный объем крови увеличивается ненамного, потому что не успевает вырасти систолический объем сердца.

Зона субмаксимальной мощности. Предельная ее продолжительность не менее 20-30 сек., но не более 3-5 мин. При такой работе образуется значительное количество молочной кислоты, которая растворяется в крови. Помимо анаэробных процессов, интенсивно развертывающихся при этой работе, включаются также и аэробные процессы. Резко усиливаются дыхание и кровообращение. Это обеспечивает увеличение количества кислорода, притекающего с кровью к мышцам. Потребление кислорода непрерывно возрастает, но максимальных величин оно достигает почти в конце работы. Образующийся кислородный долг очень велик — он значительно больше, чем после работы максимальной мощности, что объясняется продолжительностью работы.

Зона большой мощности. Она характеризуется длительностью не менее 3-5 мин. и не более 20-30 мин. Здесь уже вполне достаточно времени для того, чтобы дыхание и кровообращение могли усилиться в полной мере. Поэтому работа, выполняемая через несколько минут после старта, происходит при потреблении кислорода, близком к максимально возможному. Вместе с тем кислородный запрос при такой работе больше, чем возможное потребление кислорода. Интенсивность анаэробных процессов превышает интенсивность аэробных реакций. В связи с этим в мышцах накапливаются продукты анаэробного распада, и происходит образование кислородного долга.

Во время работы большой интенсивности заметную роль играют выделительные процессы. Потоотделение, усиливающееся в первые минуты работы, полностью включается в терморегуляторную функцию, предохраняя организм от перегревания. Помимо этого, с потом удаляется часть молочной кислоты и других продуктов обмена, поступивших из мышц в кровь.

Зона умеренной мощности. Она может продолжаться от 20-30 мин. до нескольких часов. Особенностью, отличающей зону умеренной интенсивности от всех трех вышеперечисленных зон, является наличие устойчивого состояния (равенство величин кислородного запроса и потребления кислорода). Лишь в начале работы кислородный запрос превышает потребление кислорода. Однако уже через несколько минут потребление кислорода достигает уровня кислородного запроса. Накопление молочной кислоты при устойчивом состоянии отсутствует или же невелико. Функции дыхания и кровообращения увеличены сильно, однако не максимально.

Длительная работа умеренной интенсивности, сопровождающаяся сильным потоотделением, вызывает большие потери воды из организма, и потерю веса (до 0,8-1 кг в 1 час).

Итак, в результате повторных нагрузок определенной 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.

Режимы работы мышц

Механическая работа (А), совершаемая мышцей, измеряется произведением поднимаемого веса (Р) на расстояние (h): А = Р * h кгм. При регистрации работы изолированной мышцы лягушки видно, что чем больше величина груза, тем меньше высота, на которую его поднимает мышца. Различают 3 режима работы мышцы: изотонический, изометрический и ауксотонический.

Изотонический режим (режим постоянного тонуса мышцы) наблюдается при отсутствии нагрузки на мышцу, когда мышца закреплена с одного конца и свободно сокращается. Напряжение в ней при этом не изменяется. Это происходит при раздражении изолированной мышцы лягушки, закрепленной одним концом на штативе. Так как при этих условиях Р = 0, то механическая работа мышцы также равна нулю (А = 0). В таком режиме работает в организме человека только одна мышца — мышца языка. (В современной литературе также встречается термин изотонический режим по отношению к такому сокращению мышцы с нагрузкой, при котором по мере изменения длины мышцы напряжение ее сохраняется неизменным, но в этом случае механическая работа мышцы не равна пулю, т. е. она совершает внешнюю работу).

Изометрический режим (режим постоянной длины мышцы) характеризуется напряжением мышцы в условиях, когда она закреплена с обоих концов или когда мышца не может поднять слишком большой груз. При этом h = 0 и, соответственно, механическая работа тоже равна нулю (А = 0). Этот режим наблюдается при сохранении заданной позы и при выполнении статической работы. В этом случае в мышечном волокне все равно происходят процессы возникновения и разрушения мостиков между актином и миозином, т. е. тратится энергия на эти процессы, но отсутствует механическая реакция перемещения нитей актина вдоль миозина. Физиологическая характеристика такой работы заключается в оценке величины нагрузки и длительности работы.

Ауксотонический режим (смешанный режим) характеризуется изменением длины и тонуса мышцы, при сокращении которой происходит перемещение груза. В этом случае совершается механическая работа мышцы (А= Р? h). Такой режим проявляется при выполнении динамической работы мышц даже при отсутствии внешнего груза, так как мышцы преодолевают силу тяжести, действующую на тело человека. Различают 2 разновидности этого режима работы мышц: преодолевающий (концентрический) и уступающий (эксцентрический) режим.

Для измерения мышечной силы применяют динамометры: кистевой и становой. Максимальная сила кисти, кгс вычисляется как среднее арифметическое трех сжиманий динамометра с максимальной силой через одну минуту.Развивая напряжение и сокращаясь, мышца способна выполнять механическую работу. Наибольшую работу он выполняет при средних нагрузках и средних скоростях. Это явление получило название закона средних нагрузок.Средние нагрузки и средние скорости сокращения различны для разных мышц, что необходимо учитывать при разработке норм и организации труда.

Коэффициент полезного действия мышц

Во время работы в мышце в зависимости от интенсивности изменений обмена веществ возрастает образование тепла. Часть энергии, освобождающейся при химических процессах без превращения в тепло, непосредственно переходит в кинетическую энергию сокращения мышцы. Остальная большая часть энергии химических процессов превращается в тепловую, поэтому мышцы при сокращении выделяют тепло.

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.

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.

Энергия и человек. Ряд случайных сравнений / Хабр

В физике для решения задач иногда применяется полунаучный «метод размерностей», когда зная размерность искомой величины, мы можем догадаться, что на что поделить, сложить, умножить, чтобы получить правильный ответ. Я решил взять размерность «энергия» и сравнить «яблоки с бананами», а именно человека как энергетическую систему с другими системами.

В чем измеряется, энергия?





Disclaimer: все вычисления могут быть не точны и главная цель показать порядок чисел.

Человек — потребитель энергии. 2 кВт*ч, 100 Вт

Человек в среднем потребляет около 2000 ккалорий в день, что дает около 2 кВт*ч или около 100 Ватт, средней мощности. Можно представить, что человек ест, как одна большая лампочка на накаливания на 100 Ватт.

Энергопотребление человека сравнительно небольшое по сравнению с приборами, которые нас окружают. Можно сказать, что человек произвел техническую революцию. Человек принимает «в себя» меньше энергии, чем он использует «для себя» даже только в домашних условиях (средний расчет больше 100 кВт*ч в месяц).

Человек — вычислительная машина. 30 Вт

Распространены оценки, что мозг съедает от 200 до 1000 Ккал (стрессовые ситуации), то есть от 20%-40% энергии, что дает оценку средней мощности 30 Вт.

Мозг — крайне эффективная система. Да современные ноутбуки производят операции гораздо лучше нас и средняя мощность находится около 30 Вт, а телефоны вообще 0.5-1 Вт. Зато современные видеокарты потребляют в среднем от 250 Вт и все равно не могут сравниться с мозгом по скорости и точности обработки визуальной информации. Так что, человек очень неплохой процессор, правда только для специфических задач.

Человек — аккумулятор. 10 кВт*ч

Говорят, человек может не есть 3-7 дней. Понятно, что не питаясь, человек начнет потреблять меньше энергии на внутренние и на внешние нужды. Можно положить, что съев двойную суточную норму, человек будет активен 2 дня (при наличии воды), что дает грубую оценку 10 кВт*ч.

Если посчитать, энергоемкость человека, то мы можем получить крайне разные цифры, вес людей, которые могут прожить N-е количество дней и произвести какую-то полезную работу, крайне разнится от 50 кг — 150 кг. Скорее всего, средняя энергоемкость равна 0.1 кВт*ч/кг, что не так и хорошо и не так плохо. Мы находимся между бензином (10 кВт*ч/кг) и Liion (0.1 кВт*ч/кг), ближе к аккумуляторам.

Человек — потребитель солнечной энергии. 1-2 солнечные панели

Сегодняшняя солнечная панель дает около 300 Ватт в пике, в умеренных широтах средний КИУМ до 20% (солнце светит только днем и слабо). Мы знаем, что человек недолговечный, но все-таки аккумулятор, поэтому в среднем 2 панелей достаточно, чтобы человек питался только солнцем.

Если отбросить условности и сделать небольшие прорывы в технологиях (использование дорогих элементов позволяет достигать до 40% КПД в панелях), человеку будет достаточно носить «солнечную одежду» для того, чтобы получать всю необходимую энергию.

Человек — обогреватель

Процитирую

статью про одежду

: в покое человеческое тело вырабатывает 80 ватт тепла, а теряет при этом за счет дыхания 10 ватт, теплового излучения — 30 ватт, теплопроводности и конвекции — 20 ватта, испарения влаги — 20 ватт.

Получается человек крайне «слабый» обогреватель. Домашние обогреватели потребляют по 1 кВт и они покрывают нужды на обогрев только частично. Подогрев воды и обогрев помещений в принципе является самым большим энергопотреблением домашнего хозяйства. Приведу свой годовой расклад:

— Перемещение (транспорт, топливо): 8 000 кВт*ч за год.
— Электричество: 2 500 кВт*ч за год.
— Подогрев воды и обогрев: 30 000 кВт*ч за год.

Получается на средний ежедневный подогрев воды и обогрев уходит до 100 кВт*ч в день, что в 50 раз больше, чем человек в принципе потребляет.

Человек — средство передвижения (автомобиль, пешеход, велосипед)

Человек как активное живое существо может перемещаться в пространстве. Допустим человек может переместиться на 30 км за день пешком и на 120 км за день на велосипеде. Это не максимальные значения, конечно, спортсмены пробегают до 100 км и проезжают до 1000 км за день.

Попробуем сравнить человека как эффективную систему передвижения человека.

— Автомобиль с ДВС тратит в среднем 5 л на 100 км, 1 литр = 10 кВт*ч, что дает 500 Втч на км
— Электромобиль — 150-200 Вт*ч на км
— Пешеход — 2 кВт*ч разделить на 10-50 км, 50-200 Вт*ч на км
— Медленный/маленький электромобиль — 50-100 Вт*ч на км
— Электровелосипед — 10 Вт*ч/км (средняя скорость 10-15 кмч)
— Велосипедист — 2 кВт*ч разделить на 100-1000 км, 2-20 Вт*ч на км

Знаете еще интересные совпадения — пишите в комментариях.
Спасибо за внимание.

Доктор биологических наук рассказал о возможностях человеческого мозга — Российская газета

Принято считать, хотя это никем не доказано, что человеческий мозг используется не более чем на 5 процентов. Но и этого КПД пока хватает для рождения гениальных идей, влекущих за собой великие открытия и достижения. А если использовать мозг на все 100 процентов? Возможно ли это? И какого прогресса тогда достигло бы человечество? Обсудим тему с доктором биологических наук, руководителем лаборатории развития нервной системы Института морфологии человека Сергеем Савельевым.

Горе от ума — это литературная выдумка

Вы согласились бы жить вечно при условии, что ваша жизнь продолжалась бы в неразумном состоянии?

Сергей Савельев: Конечно, нет. Это неинтересно. Хотя некоторые люди рождаются и умирают, не приходя в сознание, как было написано в анамнезе у одного из генеральных секретарей коммунистической партии. Жил и умер, не приходя в сознание. Конечно, это шутка. Но есть растения, которые живут тысячи лет. Спросите у них, наверное, им это нравится. Что касается человеческой эволюции, то это не что иное, как эволюция мозга, и больше ничего. Потому что во всем остальном мы сделаны никудышно. Как говорил знаменитый офтальмолог Гельмгольц, если бы Господь Бог поручил мне сделать глаза, я бы сделал их в сто раз лучше. Это касается и всех остальных человеческих органов.

Что такое горе от ума в физиологическом проявлении этого, скажем так, недуга?

Сергей Савельев: Горя от ума как его трактует обыватель или в том смысле, какой вкладывал в это понятие великий русский писатель, — такого горя не бывает. Если человек достаточно умен, то он понимает принципы и механизмы мира, в котором живет, и не станет, как Чацкий, «метать бисер перед свиньями». Горе от ума — это литературная выдумка. Человек, понимающий, что происходит, во-первых, не предъявляет к окружающим излишне высоких требований, а, во-вторых, бессовестно пользуется своими знаниями.

Хорошо, спрошу так: чрезмерная нагрузка на мозг может иметь для человека негативные последствия?

Сергей Савельев: Существует наивное мнение, что человеческий мозг беспределен в своих физиологических возможностях. На самом же деле он в них сильно ограничен. Есть четкие физиологические пределы. Скорость метаболизма нельзя повысить бесконечно. Когда человек умственно не активен, то есть когда, например, читает «Российскую газету» на диване перед сном, он потребляет примерно девять процентов всей энергии организма. А если чтение его чем-то возбуждает и подогревает, действует как перец в пище, то он начинает задумываться, и расходы энергии в этом случае достигают двадцати пяти процентов от всей энергии организма. Это очень большие расходы и очень тяжелые. Человеческий организм сопротивляется им. Поэтому мы ленивы и нелюбопытны. А между тем творчество требует как раз тех самых двадцати пяти процентов.

В мозгах все устроено так, что вход — рубль, выход — три

Значит, ради здоровья умственную энергию нужно экономить?

Сергей Савельев: Это происходит помимо нашей воли. Человеческий мозг не приспособлен к большим энергетическим затратам. В режиме двадцатипятипроцентной активности он может просуществовать пару недель. А потом начинает развиваться так называемая энергетическая задолженность и то, что в старой медицине называлось нервным истощением. В мозгах все устроено так, что вход — рубль, выход — три. Если вы две недели кряду интеллектуально перенапрягаетесь, то потом должны шесть недель расслабляться и отдыхать, чтобы компенсировались мозговые затраты .

Вы хотите сказать, что интеллектуальные нагрузки вредят мозгу?

Сергей Савельев: Конечно, вредят, он же приспособлен не для интеллекта.

Я думал, вы скажете, что интеллектуальные нагрузки укрепляют мозг, как физические нагрузки укрепляют мышцы.

Сергей Савельев: Да ведь и с мышцами ничего такого не происходит. Не укрепляются они от физической нагрузки, а разрушаются. Вы сколько хотите прожить-то? Если вы хотите прожить сильным красивым физкультурником лет до пятидесяти, то, конечно, укрепляйте свои мышцы. Но любая мышца может сократиться один миллиард раз, а потом она умрет. Любая перенагрузка — это смерть. Это касается и мышц, и мозга. Смертность у профессиональных спортсменов в десять раз выше, чем у обычных людей. Причем от тяжелых заболеваний. Спорт — это не полезно.

А слабая нагрузка на мозг — это полезно?

Сергей Савельев: О, это мечта любого государя.

Разве мозговая пассивность не ведет к умственной деградации?

Сергей Савельев: Мир наполнен мистическими историями про мозг, но суть-то проста: мозг не хочет работать, потому что его работа требует энергетических затрат. В этом причина нашей праздности, лени и желания украсть, а не заработать.

Никогда не объяснишь, почему один видит то, чего не видит другой

Есть люди, обладающие феноменальными способностями. Например, умением за несколько секунд перемножить в уме два четырехзначных числа. Этому есть научное объяснение?

Сергей Савельев: Надо учиться в физико-математической школе, чтобы овладеть таким умением. Это несложно, есть хорошо известные приемы. Ну и кроме того, надо быть ограниченным во многих других областях, чтобы сосредоточенно демонстрировать такие фокусы. Ничего творческого или тем более гениального здесь нет. Истории известны люди, которые замечательно умножали цифры, особенно когда речь шла об их собственных деньгах. Но, к сожалению, эти люди ничего не произвели, кроме таких расчетов.

В человеческом мозге есть отделы, отвечающие за ту или иную одаренность, например, за музыкальную или шахматную?

Сергей Савельев: Конечно, есть. Вся поверхность мозга занята областями, которые структурно очень хорошо выявляются. Можно посмотреть на гистологические срезы. На этих гистологических срезах толщиной в несколько микрон, если порезать человеческий мозг, существуют поля и видны их границы. Каждое поле функционально приспособлено к той или иной функции. Скажем, к зрению, слуху, движению. И мозг состоит из таких полей. И он индивидуально изменчив. То есть каждое поле у разных людей разное. У одного человека, к примеру, у хорошего фотографа, оно в «зрительной» области может быть в три раза больше, чем у любого другого. А это миллиарды нейронов, миллиарды связей. Никогда не объяснишь, почему один видит то, чего не видит другой. То же самое и у музыканта или ученого. Наши индивидуальные возможности определены комбинацией этих полей, имеющих разные размеры. У кого какое-то поле большое, у того та или иная одаренность явственно выражена. А у кого некое поле маленькое, тому свои способности, допустим, к математике, уж извините, ничем не нарастить. Словом, наше поведение детерминировано размером полей коры мозга, а также подкорковых структур, которые отвечают за каждую функцию. Например, за музыкальную. Чтобы просто слышать, нужно иметь два десятка структур. Вероятность, что у одного человека все эти структуры будут достаточно большие, прямо скажем, невелика. Поэтому выдающихся музыкантов мало, а имитаторов полным-полно.

Разум — это абстрактное понятие

Как соотносятся между собой мозг и разум?

Сергей Савельев: Разум — это абстрактное понятие. То, что червь осознанно ползет от раствора соли к раствору еды, — это разум? С точки зрения психологов — да. Но физиология абстрактными понятиями не оперирует. Гениальность — да, есть такое понятие в физиологии. Уникальная комбинация размера структур мозга позволяет какому-то человеку писать гениальную музыку. А другой никогда гениальную музыку не напишет, потому что у него нет соответствующей комбинации структур. Мозг — это структурно детерминированное устройство, которое определяет индивидуальность и неповторимость каждого человека. По этой причине все люди разные. И эти способности не наследуются. На фоне талантливого родителя ребеночек может выглядеть полным бездарем. Что чаще всего и бывает.

Можно ли сказать, что разум является посредником между мозгом и телом?

Сергей Савельев: Нет. Разум вообще понятие не научное. В чем разум? Тыкать пальцем в клавиатуру компьютера? Нажимать на кнопки телефона? Считать до десяти?

Тем не менее есть понятие «разумные существа».

Сергей Савельев: Я не занимаюсь философией.

В любом случае разум — это физиологическое понятие.

Сергей Савельев: Для меня такого понятия не существует по той простой причине, что у него размыты границы. Разумом обладают все животные, у которых есть нервная система. И в этом смысле глупо утверждать, что человек — разумный, а остальные живые существа — неразумные. Человек является продуктом церебральной эволюции. Он может создавать то, чего не было в природе и обществе. Вот муравьи того, чего не было в обществе, создать не могут. И черви плоские, и даже обезьяны не могут создать того, чего не было в их сообществе. А человек может. Что является критерием человека? То, что он творчески создает нечто, до него в природе и обществе не созданное. И если мы договоримся, что разум — это способность создавать то, чего не было в природе и обществе, то такое понятие я принимаю. А если мы это не вводим, то получается размытое пустое определение, словоблудие для философов, основная задача которых объяснить, почему мы профукали свою жизнь так бездарно.

Европейцы прошли отрицательную эволюцию

Есть пределы развитию мозга?

Сергей Савельев: Те, кто задает такие вопросы, предполагают, что человеческий мозг законсервировался двести тысяч лет назад, и с тех пор эволюционных изменений не происходит.

А они есть?

Сергей Савельев: За двести тысяч лет, даже чуть меньше, примерно за сто тридцать пять тысяч, человеческий мозг уменьшился на двести пятьдесят граммов. Я имею в виду цивилизованную Европу. Потому что они отбирали конформистов и уничтожали творческих, самостоятельных людей.

Эволюция мозга была отрицательной?

Сергей Савельев: Для Европы — да. Европейцы прошли отрицательную эволюцию и высокую церебральную специализацию — многовековой искусственный отбор, очень жесткий, который уменьшил размер и массу их мозга в пользу конформизма и социальной адаптированности.

Разве конформизм и способность к социальной адаптации свойственны только европейцам?

Сергей Савельев: Да. Потому что они всегда очень тесно жили, и любой приказ какого-нибудь князя быстро доходил до всех. Смотришь, уже голову рубят крестьянину в соседней деревне… А в Африке это плохо действовало, и в России это плохо действовало, не получалось. Поэтому у нас полиморфизм сохранился больше, а у европейцев меньше. Чем больше полиморфизм, тем больше шансов для эволюционного прогресса.

Человеческий мозг работать не хочет, не любит и по возможности не будет никогда

Безграничные возможности мозга, если таковые имеются, несут в себе какие-то риски для человечества?

Сергей Савельев: Безграничных возможностей нет. Во-первых, есть ограничения энергетические. Во-вторых, человеческий мозг приспособлен для решения конкретных биологических задач и жестко сопротивляется любому нецелевому использованию. Поэтому он работать не хочет, не любит и по возможности не будет никогда.

Значит, лень имеет физиологическое обоснование?

Сергей Савельев: Конечно. Когда вы ленитесь и ничего не делаете, мозг потребляет девять процентов энергии. А когда начинаете думать — до двадцати пяти. И это катастрофа. Потому что когда вы ленитесь, у вас эндорфины, эти внутренние наркотики, выбрасываются в мозг и в результате вы мало того что бездельничайте, вы еще и кайф ловите. А когда вы, не дай бог, начинаете трудиться, мозг придумывает миллион способов, чтобы вас от этого отвадить. В итоге организм сопротивляется и, предвидя энергозатраты, просто криком кричит: «А что я буду делать завтра?! Где гарантия, что колбаса в холодильнике снова появится?!» То есть вы сопротивляетесь любому труду как нормальная обезьяна. И это вполне естественно.

Можно заставить работать ленивый мозг?

Сергей Савельев: Можно.

Как?

Сергей Савельев: Когда вас поставят в стрессовую ситуацию, требующую напряжения умственных сил. Но при первой возможности мозг будет вас обманывать. Даже мозг гения, который приспособлен для творчества, будет стараться увильнуть от работы. Гению проще имитировать свою гениальность, чем что-то создавать. Именно поэтому у гениев на двадцать работ лишь одна гениальная, остальное — подделки. Обезьянья порода неисправима, все время приходится прятать хвост.

Гениальность не надо искать у политиков

Мозг гения физически отличается от мозга обычного человека?

Сергей Савельев: Да, мозг гения весит больше. В свое время в России был создан Институт мозга, там изучали в том числе мозг Ленина, сравнивали его с мозгом Маяковского, других выдающихся людей. Оказалось, что у Ленина мозг был маленького размера и весил 1330 граммов. У Сталина примерно столько же. Что было, как теперь можно смело сказать, вполне ожидаемо. Вообще гениальность не надо искать у политиков. У нас есть биологическая инстинктивная форма поведения, называемая доминантностью. Свойственная политикам гипердоминантность, означающая стремление властвовать, управлять людьми и ходом истории, она является биологически обусловленной. А гениальность — это другое. Это способность к необычному. Стать гипердоминантом может любой бабуин. Поэтому в мозге Ленина ничего особенного не нашли, там очень посредственные параметры. Просто эта биологическая инстинктивная форма поведения — доминантность — она у него была гипертрофирована.

Мозг работает, даже когда мы спим

Это правда, что человеческий мозг используется не более чем на пять процентов?

Сергей Савельев: У того, кто так считает, он используется, видимо, на два. Это полная чушь насчет пяти процентов. Мозг работает весь. Это как оперативная память в компьютере: выключили — и все стерлось. Поэтому через шесть минут после отключения человека от кислорода и продуктов питания мозг начинает необратимо терять память и умирать. Он потребляет десять процентов всей энергии организма, даже когда мы спим. Именно из-за того что он всегда и весь работает.

Интеллектуальная нагрузка — это профилактика старения

Что такое старение мозга? От чего начинается старческая деменция?

Сергей Савельев: Старение мозга — это в первую очередь гибель нейронов. Сами нейроны уморить очень сложно. Но их количество исчерпаемо. Причем нейроны у человека начинают гибнуть еще в утробе матери. После пятидесяти лет они уже активно погибают, и за каждые последующие десять лет наш мозг теряет по тридцать граммов нейронов. Этот процесс продолжается до глубокой старости. И если головой не думать, не заставлять сосуды кровоснабжаться и кровоснабжать нейроны, то к восьмидесяти годам мозг может полегчать на 100 граммов, а то и больше. У людей, которые мозгами вообще не пользуются, такого рода ослабление идет еще быстрее. Интеллектуальные люди дольше сохраняют умственную потенцию.

Значит, интеллектуальная нагрузка необходима мозгу?

Сергей Савельев: Абсолютно. Это профилактика старения. Но кроссвордами и просмотрами телепрограммы «Что? Где? Когда?» старение мозга не замедлишь. Чтобы его замедлить, надо всякий раз решать проблему, которая раньше перед тобой не стояла. Игрой в шахматы можно только ускорить маразм, а не остановить его. Потому что шахматы — не столь уж интеллектуальное занятие. Это просто комбинаторика. К сожалению, многие путают творчество и комбинаторику. Комбинаторика — это когда из трех бумажек делают четвертую, а мозг при этом сачкует.

Обещает ли нам эволюция умственный прогресс?

Сергей Савельев: Нет, не обещает. Перспективы печальны: уменьшение размеров мозга из-за тотального конформизма и постоянной адаптации к среде, экспорт своей индивидуальности и способностей государству в обмен на экономию энергии. Когда мы договариваемся с государством или религией, мы им дарим свою творческую, интеллектуальную свободу. А они, в свою очередь, гарантируют нам пищу и размножение. Так что дальше все будет хуже и хуже. И если эта тенденция сохранится, то человеческий мозг может уменьшиться еще граммов на двести пятьдесят.

Выходит, эволюция идет в обратном направлении? Человечество не умнеет, а глупеет?

Сергей Савельев: Увы, это так.

Визитная карточка

Фото: Александр Корольков / РГ

Сергей Савельев — палеоневролог, доктор биологических наук, заведующий лабораторией развития нервной системы Института морфологии человека РАН. Родился в Москве, окончил биолого-химический факультет МГЗПИ им. Ленина, работал в Институте мозга АМН СССР, с 1984 года в НИИ морфологии человека РАМН. Более 30 лет занимается исследованиями в области морфологии и эволюции мозга. Автор более 10 монографий, 100 научных статей и первого в мире Стереоскопического атласа мозга человека. Много лет изучает эмбриональные патологии нервной системы и разрабатывает методы их диагностики. Является автором идеи церебрального сортинга — способа анализа индивидуальных человеческих способностей по структурам головного мозга посредством разработки и применения томографа высокого разрешения.

Фотограф, член Творческого союза художников России, награжден бронзовой, серебряной и золотой медалями ТСХ России.

Хочешь повысить свой КПД — чаще говори сам с собой | Учеба и работа в Германии | DW

Будь то принятие утреннего душа, простаивание в пробке на автостраде, уборка в квартире или пробежка в парке, — что бы мы ни делали и где бы ни находились, практически каждый из нас то и дело ведет разговор с самим собой. Ученые подсчитали, что такие беседы занимают около 70 процентов нашего времени. Как правило, люди общаются с собой мысленно. Но бывает, подобные диалоги протекают и вслух. Что это — признак психоза?

Отнюдь нет, уверяют психологи: в подавляющем большинстве случаев разговор с самим собой об отклонениях в психике не свидетельствует. Более того, такой диалог даже полезен, поскольку повышает коэффициент полезного действия, помогает сосредоточить внимание, скоординировать и упорядочить свои действия, разобраться в делах, которые не получаются — особенно на работе или во время учебы. К тому же, человек, разговаривающий с собой, лучше самовыражается и чувствует себя менее одиноким.

Вовремя «выпустить пар»

«Таким образом мы пытаемся навести порядок в своих мыслях и систематизировать их. Разговоры с собой требуют большой концентрации внимания, зато окупаются сторицей, ведь в конце концов они приносят человеку успокоение», — цитирует радиостанция Deutschlandradio Дирка Шиппеля (Dirk Schippel), психотерапевта и бизнес-тренера из северогерманского Любека.

Учимся у детей!

Люди начинают разговаривать с собой с раннего детства. Трудно представить малыша, который бы не комментировал свои действия вслух. Причем примерно до достижения пятилетнего возраста дети делают это чуть ли не с утра до вечера. «Сейчас я нарисую кораблик». «Пойду попрошу у мамы конфетку». «Скоро придет папа с работы, и мы пойдем гулять», — бормочет себе под нос ребенок. Проговаривая свои мысли, он лучше осознает собственные поступки, выражает свою индивидуальность, становится более организованным и уверенным в себе.

То же происходит и с артикулирующими свои мысли взрослыми людьми. Почаще говорить с самим собой Дирк Шиппель особенно рекомендует студентам во время подготовки к устным экзаменам. По его словам, это только повысит эффективность учебы. Причем эксперт не советует воздерживаться и от резких, «неудобных» высказываний в собственный адрес — даже таких, как: «Ну, какой же я все-таки болван!».

«К подобным средствам мы обращаемся специально для того, чтобы себя успокоить — к примеру, когда оказываемся в стрессовой ситуации, и что-то необходимо как можно скорее довести до конца. Главное — вовремя «выпустить пар», дать выход недовольству, связанному с проблемами в учебе», — уверен эксперт.

О себе в третьем лице

Как правило, во время учебы или работы человек озвучивает совершаемые им шаги непроизвольно. Но тем, у кого в данный момент настоящая «запарка», Дирк Шеппель советует преднамеренно завязывать беседы с самим собой.

В стрессе помогает взгляд на себя со стороны

По его мнению, такой прием позволит активизировать работу головного мозга, преодолеть хаос в мыслях, подстегнет память, разовьет рациональное мышление и заставит зримо представить результат своих действий. Причем особый эффект гарантируется в том случае, если мы будем говорить о себе в третьем лице, подсказывает психотерапевт.

«Если вас одолевает беспокойство, ни в коем случае не говорите себе: «Что-то я разнервничался». Лучше скажите: «Что-то Томас разнервничался». Позиция стороннего наблюдателя застрахует вас от возможности впасть в панику. То, что такая уловка в самом деле дает хороший эффект и способствует самоуспокоению, подтверждено многими исследованиями», — утверждает Дирк Шеппель.

Без оглядки на посторонних

Для того, чтобы разговор с собой наилучшим образом помог добиться желаемого результата, ученые рекомендуют правильно его вести. Ваш первый шаг — точно определить, каких конкретных высот вы хотите достичь в учебе или работе в ближайшее время, и трезво оценить свои сильные и слабые стороны.

Второй шаг — озвучить точный план своих действий на каждый день и перечислить привычные удовольствия, от которых на время следует отказаться. Например: «Сегодня я не смотрю телевизор и не общаюсь с друзьями в социальных сетях. Вместо этого я посвящу два часа освоению новой компьютерной программы и еще два часа — изучению английского». Третий шаг — вслух приказать себе действовать, например: «Ну, а теперь — за работу!». Или: «Всё! Пора начинать!»

Отнюдь не каждый решится разговаривать с самим собой в присутствии других людей — тем более говорить о себе в третьем лице: дескать, где гарантия, что такого человека не примут за сумасшедшего? Дирк Шеппель советует не обращать внимания на реакцию посторонних. «Да, пусть это со стороны и выглядит поначалу немного чуднó, а в глазах некоторых — и вовсе очень странно, но в конце концов это — чрезвычайно полезная форма психогигиены. И, по-моему, на предприятиях не мешает поставить вопрос о том, чтобы возможность общения вслух с самим собой вообще стала элементом корпоративной культуры», — подчеркивает немецкий эксперт Дирк Шеппель.

Смотрите также:

  • Фотогалерея: Натуральные витамины для здорового успеха

    Ягоды асаи

    Многообещающие ягоды прибыли к нам из Южной Америки. Говорят, они творят чудеса, помогая снижать вес. Но это еще не все. Благодаря высокому содержанию антиоксидантов в ягодах асаи (лат. Euterpe oleracea), можно остановить время: избежать образования морщин, поднять общий тонус организма и оставаться вечно стройным и молодым. Вот только научно это пока не доказано.

  • Фотогалерея: Натуральные витамины для здорового успеха

    Авокадо

    Этот фрукт считается одним из самых жиросодержащих. При этом ненасыщенные жиры авокадо (лат. Persēa americāna) оказывают весьма полезное действие на наш организм, снижая содержание холестерина в крови. Мякоть плода авокадо богата витаминами, необходимыми для укрепления иммунитета и нервной системы, а также калием, улучшающим работу сердца.

  • Фотогалерея: Натуральные витамины для здорового успеха

    Семена чиа

    Настоящими «универсалами» слывут семена чиа (лат. Salvia hispanica). Совершенно нейтральным на вкус семенам приписывают поистине волшебные свойства. По утверждению экспертов, семена чиа (или шалфея испанского) ацтеки использовали в пищу с древних времен. Высокопитательное чудо-семя богато ненасыщенными жирными кислотами (Омега 3, Омега 6), кальцием и важными микроэлементами.

  • Фотогалерея: Натуральные витамины для здорового успеха

    Ягоды годжи

    Еще один экзотический представитель суперфуда — ягоды годжи (лат. Lýcium bárbarum), более известные под названием дерезы обыкновенной, неядовитой родственницы «волчьей ягоды». Сок, изготовленный из ягод дерезы, издревле используется как общеукрепляющее средство. С недавнего времени ягоды прославляют как «средство от всех болезней», но научного подкрепления этому утверждению пока нет.

  • Фотогалерея: Натуральные витамины для здорового успеха

    Кудрявая капуста

    Грюнколь (лат. Brassica oleracea) – зимний вид капусты, популярный в Германии. После первых заморозков она приобретает сладковатый вкус. Капуста по праву считается настоящей витаминной «бомбой»: 100 грамм достаточно, чтобы обеспечить организм суточной дозой витамина С. Кроме того, в кудрявой капусте содержится достаточно витамина А, железа и кальция.

  • Фотогалерея: Натуральные витамины для здорового успеха

    Черника

    Черника (лат. Vaccínium myrtíllus) содержит больше антиоксидантов, чем любые другие овощи и фрукты. Идеальное профилактическое средство против простудных и сердечно-сосудистых заболеваний, кожных аллергий. По мнению экспертов, это великолепный витамин для нашего мозга. Немногим уступают чернике ягоды темного и красного цветов: смородина, ежевика, клюква, брусника…

  • Фотогалерея: Натуральные витамины для здорового успеха

    Имбирь

    Благотворное действие имбиря (лат. Zīngiber officināle) при заболеваниях желудочно-кишечного тракта известно давно. Это объясняет популярность его применения, как в кулинарии, в качестве приправы, так и в медицине. Горячий чай из свежего корня имбиря с ломтиком лимона и ложкой меда согревает и помогает справиться с простудой и кашлем. Это настоящий эликсир бодрости.

  • Фотогалерея: Натуральные витамины для здорового успеха

    Куркума

    О пользе куркумы (лат. Cúrcuma) можно слагать легенды: в Индии растение считается священным. Его используют в качестве приправы практически к каждому блюду. Ярко-желтый порошок высушенного корневища куркумы входит в состав пряных смесей, известных под названием карри. Куркума способствует пищеварению. В медицине используется как противовоспалительное и дезинтоксикационное средство.

  • Фотогалерея: Натуральные витамины для здорового успеха

    Миндаль

    Миндаль (лат. Prunus dulcis) издавна считается продуктом очень полезным. Ядра миндаля — это не только популярное лакомство, быстро утоляющее голод. Их широко используют в кулинарии, а полезное миндальное масло — в фармацевтической промышленности для изготовления успокоительных и противовоспалительных препаратов. Считается, что миндаль способствует профилактике диабета и болезни Альцгеймера.

  • Фотогалерея: Натуральные витамины для здорового успеха

    Киноа

    Зерна южноамериканского злакового растения киноа (лат. Chenopōdium quīnoa) или кинвы, прозванного еще «рисовой лебедой», славятся высоким содержанием белка, фосфора, железа, кальция и цинка, а также полным отсутствием глютена. Кроме того, в состав невзрачных на вид зернышек входят все важные аминокислоты и антиоксиданты — враги свободных радикалов.

    Автор: Ханна Фукс, Инга Ваннер


Влияние паразитов на кожные заболевания

Успокоившись достижениями цивилизации и медицины, население и врачи стали с пренебрежением относиться к угрозе паразитозов. Человек может заразиться десятками видов гельминтов, которые живут не только в кишечнике, они успешно размножаются и могут жить многие годы в печени, лёгких, мочеполовой системе, в головном мозге. Длина некоторых гельминтов измеряется метрами, а количество считается уже не штуками, а килограммами.

Разберём понятие пищевая  цепочка (пирамида). Для своего роста трава получает энергию Солнца,  а также воду, полезные вещества из земли. Корова ест эту траву, а человек, который не может впрямую использовать перечисленные факторы, потребляет молоко и мясо коровы. Таких пищевых цепочек  тысячи, но всё равно на вершине их – чудо матери-природы человек.

И вдруг выясняется, что живой человек непрерывно, днём и ночью служит кормом для паразитов, использующих его как удобную среду для своего обитания. Это вызывает ШОК. Часто жизненный цикл паразитов очень сложный, они отлично защищены от попыток хозяина избавиться от «непрошенных гостей». Для выживания у них имеется максимально развитая половая система, производящая сотни тысяч или даже миллионы яиц в сутки. Для обеспечения этого процесса имеется прекрасно отлаженная пищеварительная система, отнимающая у хозяина большие объёмы самых ценных компонентов пищи. То есть у паразита 2 задачи – много есть и быстро плодиться.

Паразит питается отнюдь не объедками, это человек доедает за своим «гостем». Этот «гость» любит не только микроэлементы, витамины, но и глюкозу  для своего быстрого роста, отсюда непреодолимая тяга зараженного к сладкому, прожорливость. От особенностей организма  и вида паразита зависят последствия – или человек худеет, или непрерывно набирает вес. Исходя из этого не удивительно, что КПД кишечника современного человека по данным диетологов составляет около 30%. Неусвоенные компоненты пищи, продукты гниения, по бытовому говоря, шлаки, откладываются в депо организма – это разнообразные кисты, миомы, аденомы, избыточная жировая клетчатка и т.д.

Паразиты там, где едят, там и гадят. Токсины, отходы жизнедеятельности их скапливаются в кишечнике человека, в крови, отравляют внутренние органы. Со временем недостаток полезных веществ, потребляемых паразитами, переходит в дефицит, и у человека развивается целый букет заболеваний или патологических состояний, в том числе и  затяжных КОЖНЫХ, аллергических.

Весьма опасными являются паразиты кошек, собак, морских свинок, крыс, которые в организме человека не достигают полной зрелости и не могут выделяться  как у этих животных. То есть, попав в организм человека, они остаются в нём навсегда (иногда в живом или «дремлющем» состоянии десятилетиями, а также в составе кист, гранулём). При этом поражаются мозг, сердце, печень, почки, бронхо-лёгочная  и лимфатическая системы, кишечник, возникают различные  упорно протекающие АЛЛЕРГИЧЕСКИЕ,  КОЖНЫЕ  ЗАБОЛЕВАНИЯ  или  РЕАКЦИИ, развиваются иммунодефицит, опухолевые процессы.

Иммунитет – злейший враг паразитов,  поэтому они выделяют специальные токсины, подавляющие защитные силы организма. Наиболее ранимы при этом нежные клеточные лимфоидные (иммунные) образования кишечника. От накопившихся токсинов, а также от непосредственного проникновения паразитов страдает печень – главнейшая лаборатория организма и важное звено иммунной системы. В таких условиях ослабевшая иммунная защита ограничивается не  полным уничтожением паразитов, а  лишь снижением их численности, активности, вредоносного влияния и возможности дальнейшего проникновения во внутренние органы  и ткани человека.  На фоне иммунодефицита активизируются дрожжевые грибы (кандиды), герпесвирусные заболевания,  хронические очаги  (тонзиллит, гайморит), приобретают затяжное течение бактериальные инфекции, возникают опухолевые тенденции.

По данным ряда американских авторов паразитозами заражено 85-95% населения США. Ряд отечественных исследователей считает, что ими страдает 100% взрослого населения РФ, не подозревая об этом. Отличие может быть только в длительности процесса, его интенсивности и степени нанесения паразитами вреда конкретному человеку.

Паразиты попадают в организм человека    в основном с водой, пищей, при вдыхании пыли с яйцами или цистами паразитов. Например, в одном грамме кошачьего кала, при подсыхании превращающегося в пыль, содержится 20 миллионов цист токсоплазм, весьма устойчивых во внешней среде. Заражение может наступить и от домашней любимицы в квартире,  и от контакта взрослого или ребёнка с землёй, песком на улице, при уборке кошачьего туалета в доме.  По  всей квартире  летают клочки шерсти собаки, кошки, хомячка, морской свинки, крысы     с прилипшими к ним целыми полчищами паразитов животных и человека.

Не думаю, что погладив крысу или собачку, Вы немедленно побежите мыть руки с мылом горячей водой или несколько раз в день убираете квартиру пылесосом с водяным фильтром, или 2-3 раза в день (как рекомендуют паразитологи) выносите кошачий туалет с использованием резиновых перчаток.

По статистике до 90-х годов в разных лабораториях  (от сельских до крупных областных) примерно в 1/3 анализов кала определялись  яйца гельминтов. Сейчас процент положительных результатов близок к нулю.

Очень важно! Паразитов более 150 видов, возможность обследовать есть максимум на 20 и то должны быть соблюдены многие условия! Поэтому не нашли паразитов и их нет это совсем не одно и то же!

Для обнаружения должно быть одновременное совпадение целого ряда условий. В частности, в организме должны быть половозрелые самки, откладывающие яйца. Между тем личиночный период, когда гельминты яйца ещё не откладывают, может длиться у них от 1 до 6 месяцев. Кроме того, интервал между кладками («пустой период»)  у каждой самки может быть от 3 дней до 2 недель. На исследование должен попасть обязательно тот кусочек материала, где именно сейчас находятся   яйца гельминтов. При  ТЩАТЕЛЬНОМ осмотре материала в лаборатории специалист может распознать яйца аскарид и ещё 2-3 видов гельминтов, а их только в средней полосе встречается не менее двадцати. О тщательности этого осмотра в современных условиях не будем дискутировать.

Современные иммунологические методы сложны, ответ даётся только по одному из десятков паразитов человека. Кроме того, он может быть далеко не однозначным даже при положительном результате – это может быть реакция на бывшее заражение, ложноположительная реакция на близких паразитов и т.д.

В таких условиях важное значение имеют многочисленные клинические признаки паразитов, представленных в разделе «Б» тестирования, где каждый вопрос имеет важное смысловое значение. И здесь у дерматовенерологов есть важное преимущество : кроме клинических признаков мы ещё оцениваем косвенные кожные признаки паразитозов.

Последний пункт в разделе «Б» -это кожные симптомы паразитозов. Здесь дерматовенеролог оценивает значимость некоторых заболеваний (себорея, угри, крапивница, экзема, дисгидроз) или состояний кожи (сухость, пигментация, морщины, трещины, шелушение), волос, ногтей. То есть, учитываются дерматологические симптомы, описанные в специальной литературе как  ВЕСЬМА  ВЕРОЯТНЫЕ  КОЖНЫЕ  ПРОЯВЛЕНИЯ  ПАРАЗИТОЗОВ.

Динамика некоторых из них позволяет оценивать эффективность проводимой антипаразитарной терапии.

Для чего мы всё это с Вами разбираем? Современная медицина,  страховые компании, внедрённые у нас западные стандарты  требуют лечения того, что болит – то есть одного заболевания, не обращая внимания на другие значимые процессы в организме.

Это противоречит знаменитым принципам старой Российской и советской медицины. Рассмотрим такую ситуацию. Пациент постоянно лечится у невролога по поводу мигрени, у пульмонолога по поводу частых бронхитов, у кардиолога по поводу ИБС, у дерматолога по поводу экземы, у гастроэнтеролога (холецистит, панкреатит, колит) и т.д.

Один из моих учителей (Эрик Викторович З-н) часто эти заболевания объединял таким диагнозом –«АСКАРИДОЗ» и добивался прекрасных результатов. Аскариды паразитируют в тонком кишечнике человека, где достигают размеров до 35 на 0,6 см. Самка откладывает ежесуточно  примерно 250 тысяч яиц , которые из кишечника попадают во внешнюю среду для дальнейшего созревания. При последующем (новом) попадании в кишечник человека созревшее яйцо паразита превращается в живую подвижную личинку, которая «пробуравливает»  стенку и сосуды кишечника, попадая в общий кровоток ( в т.ч. в мозг, сердце, печень, почки …) с последующим накоплением в лёгких («подышать кислородом»). За время путешествия личинка увеличивается в размерах в 2 раза, питается сывороткой крови и эритроцитами хозяина, оставляя в его кровеносном русле токсины и отходы. При попадании в капилляры ( размер от 7 до 30 микрон) личинка, выросшая до 2-3 мм, оставляет за собой «кровавый след» разорванных сосудов. Из альвеол лёгких личинка поднимается в глотку  ( отсюда — кашель, боли в груди, першение в горле, слюнотечение), заглатывается со слюной и, наконец, снова попадает в кишечник, где и превращается во взрослого паразита. Накопление паразитов и продуктов их жизнедеятельности (токсинов) сопровождается болями в животе, тошнотой, нарушениями стула, болями в мышцах, суставах, неврологическими расстройствами, головной болью, кожным зудом, крапивницей, угревыми высыпаниями и т.д. При малом количестве паразитов эти симптомы протекают сглаженно. Боли в животе, колики могут возникать при преобладании аскарид одного пола, и тогда в поисках полового партнёра они могут вести себя «буйно», мигрировать в несвойственные зоны обитания. Описаны случаи трансплацентарного заражения плода от матери во время беременности, что подтверждается отхождением взрослых особей аскарид у новорожденных.

Вот один из примеров консультирования.  Молодой человек в состоянии средней тяжести, крайне истощён, хотя аппетит сохранён. Стойкая анемия, эпизоды болей в животе, кожные высыпания с зудом, жидкий стул. В анализах ( посевы) возбудителей дизентерии, других кишечных инфекций не выявлено, яйца глистов не выявлены. Инфузионная терапия, разнообразные антибиотики неэффективны. Все консультанты, в том числе хирурги, терапевты, бактериолог, иммунолог, вирусолог, пульмонолог, гастроэнтеролог «своей патологии» не находят. Невролог рекомендовал консультацию психиатра, так как пациент жаловался на «шевеление в животе». При дополнительном опросе выяснено, что он долго жил у бабушки, которая содержала коров и обильно удобряла огород навозом. Проведена профилактическая дегельментизация.  Посмотреть на выходящего из кишечника большими «отрезками» многометрового гельминта собиралось  много медработников учреждения. Пациент быстро поправлялся. Паразит был идентифицирован как БЫЧИЙ  ЦЕПЕНЬ ( солитёр, цепень невооруженный в отличие от цепня свиного «вооруженного»  на головке специальными крючьями). Длина этого паразита достигает 12 метров. Особенностью является то, что последние членики его могут отрываться и выходить из кишечника человека, передвигаясь при этом самостоятельно.

Используемые современные иммунологические методы лабораторной диагностики паразитоза  сложны (иммунохроматографическое определение антигена или иммуноферментный анализ на антитела в крови) и в то же время малоинформативны по ряду причин ( в том числе следует иметь в виду, что в каждом анализе производится тестирование на одного из 150 возможных паразитов человека). В нашей клинике мы используем простой и крайне эффективный метод диагностики паразитозов и грибковых инвазий: исследование нативной (живой) капли крови в условиях темнопольной микроскопии. Наша диагностика основана на том, что если паразит микроскопический, то его переносит ток крови(например, анкилостома) и мы имеем возможность увидеть его под микроскопом, а если большой, то его яйца или личинки также можно обнаружить в крови. Исследование проводится в течение 15-20 минут, у вас стерильным одноразовым нетравматичным ланцетом берем у Вас каплю крови и помещаем под  покровное стекло микроскопа, картинка сразу выводится при вас на экран монитора, доктор все показывает и рассказывает.

Комплексная антипаразитарная программа  нами проводится с целью повышения эффективности терапии имеющегося КОЖНОГО  ЗАБОЛЕВАНИЯ или другой патологии, которая может быть связана с наличием паразитоза, например, в комплексной терапии аутоимунных заболеваний.

Однократный приём противопаразитарных химиопрепаратов даёт непродолжительный эффект, рекомендуется дополнять его поддерживающим комплексом. В нашей клинике мы против химиопрепаратов, так как от они крайне токсичны и не дают 100 процентного результата при однократной схеме применения. Мы предпочитаем назначение комплекса травяных антигельминтных препаратов, которые дают прекрасных результат при отсутствии токсических проявлений. Но нужно понимать, что лечение паразитоза штука долгая , мы назначаем как минимум 3 курса с периодичностью 1 раз в полгода, при таком подходе получаем отличные результаты в лечении патологических  состояний и заболеваний кожи и внутренних органов. Специалисты считают целесообразным такой курс проводить  «практически здоровым» людям ежегодно, а имеющим описанные выше симптомы – повторно в течение года. Вспомните! До конца 80-х годов профилактические противоглистные курсы в школах и в детских садах (весна и конец лета) были обязательными.

  

 

Источник: http://nk-doctor.ru/article/parazitoz/

Эффективность человеческого тела — Физика тела: движение к метаболизму

Это сканирование с помощью фМРТ показывает повышенный уровень потребления энергии в зрительном центре мозга. Здесь пациента просили узнавать лица. Изображение предоставлено: NIH через Wikimedia Commons

Все функции организма, от мышления до подъема тяжестей, требуют энергии. Многие мелкие мышечные движения, сопровождающие любую спокойную деятельность, от сна до чесания головы, в конечном итоге превращаются в тепловую энергию, как и менее заметные мышечные действия сердца, легких и пищеварительного тракта.Скорость , с которой организм использует энергию пищи для поддержания жизни и выполнения различных действий, называется скоростью метаболизма. Общий коэффициент преобразования энергии человека в состоянии покоя называется базальным уровнем метаболизма (BMR) и распределяется между различными системами в организме, как показано в следующей таблице:

Скорость основного обмена (BMR)
Орган Мощность, потребляемая в состоянии покоя (Вт) Потребление кислорода (мл / мин) Процент BMR
Печень и селезенка 23 67 27
Мозг 16 47 19
Скелетная мышца 15 45 18
Почки 9 26 10
Сердце 6 17 7
Другое 16 48 19
Итого 85 Вт 250 мл / мин 100%

Наибольшая часть энергии идет в печень и селезенку, а затем в мозг.Около 75% калорий, сжигаемых за день, идет на эти основные функции. Полные 25% всей основной метаболической энергии, потребляемой организмом, используется для поддержания электрических потенциалов во всех живых клетках. (Нервные клетки используют этот электрический потенциал в нервных импульсах.) Эта биоэлектрическая энергия в конечном итоге становится в основном тепловой энергией, но некоторая ее часть используется для питания химических процессов, например, в почках и печени, а также при производстве жира. BMR — это функция возраста, пола, общей массы тела и количества мышечной массы (которая сжигает больше калорий, чем телесный жир).Благодаря этому последнему фактору у спортсменов больше BMR. Конечно, во время интенсивных упражнений потребление энергии скелетными мышцами и сердцем заметно возрастает. Следующая диаграмма суммирует основные энергетические функции человеческого тела.

Самые основные функции человеческого тела сопоставлены с основными концепциями, рассматриваемыми в этом учебнике (химическая потенциальная энергия на самом деле является формой электрической потенциальной энергии, но мы не будем специально обсуждать электрическую потенциальную энергию в этом учебнике, поэтому мы разделили их.)

Тепло

Тело способно накапливать химическую потенциальную энергию и тепловую энергию внутри. Помня, что тепловая энергия — это просто кинетическая энергия атомов и молекул, мы признаем, что эти два типа энергии хранятся микроскопически и внутри тела. Поэтому мы часто объединяем эти два типа микроскопической энергии во внутреннюю энергию (). Когда объект теплее, чем его окружение, тогда тепловая энергия будет передаваться от объекта к окружению, но если объект холоднее, чем его окружение, тогда тепловая энергия будет передаваться объекту из его окружения.Количество тепловой энергии, передаваемой из-за разницы температур, часто называют теплом (). Когда тепло передается из тела в окружающую среду, мы говорим, что это тепло выхлопных газов, как показано на предыдущем рисунке. Мы узнаем больше о том, как связаны температура и теплопередача, в следующем разделе.

Энергосбережение

Принцип сохранения энергии гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена. Следовательно, если тело выполняет полезную работу по передаче механической энергии своему окружению () или передаче тепловой энергии в окружающую среду в виде тепла, тогда эта энергия должна исходить из внутренней энергии тела.Мы наблюдаем это повсюду в природе как Первый закон термодинамики:

.

(1)

Тепловые двигатели

Ваше тело использует химическую потенциальную энергию, хранящуюся внутри, для выполнения работы, и этот процесс также генерирует тепловую энергию, которую вы выделяете в виде тепла выхлопных газов. Двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащено большинство автомобилей, работают аналогичным образом, преобразуя химическую потенциальную энергию топлива в тепловую энергию посредством сгорания, затем преобразуя часть тепловой энергии в полезную работу и сбрасывая часть в тепло выхлопных газов.Ваше тело способно высвобождать химическую потенциальную энергию из вашей пищи без сгорания, что хорошо, потому что вы не можете использовать тепловую энергию вашей внутренней энергии для выполнения работы. Машины, которые могут использовать тепловую энергию для работы, например двигатель внутреннего сгорания, известны как тепловые двигатели. Тепловые двигатели по-прежнему подчиняются Первому закону термодинамики, поэтому любое тепло выхлопных газов должно быть тепловой энергией, которая не использовалась для работы. Тепловая энергия, которую можно использовать для работы, а не тратить впустую в виде тепла выхлопных газов, определяет эффективность теплового двигателя.

Эффективность человеческого тела в преобразовании химической потенциальной энергии в полезную работу известна как механическая эффективность тела. Мы часто вычисляем механический КПД тела в процентах:

(2)

Механическая эффективность тела ограничена, потому что энергия, используемая для метаболических процессов, не может использоваться для полезной работы. Дополнительная тепловая энергия, генерируемая во время химических реакций, приводящих в действие мышечные сокращения наряду с трением в суставах и других тканях, еще больше снижает эффективность людей..

«Увы, наши тела не 100 % эффективны в преобразовании энергии пищи в механическую продукцию. Но при эффективности около 25 % , мы удивительно хороши, учитывая, что большинство автомобилей составляет около 20 % , и что кукурузное поле Айовы эффективно преобразовывает поступающий солнечный свет в химическое хранилище [потенциальной энергии] только на 1,5 % . ” Для превосходного обсуждения механической эффективности человека и сравнения с другими машинами и источниками топлива см. MPG of a Human Тома Мерфи, источника предыдущей цитаты.

Повседневный пример: энергия для подъема по лестнице

Если предположить, что механический КПД при подъеме по лестнице составляет 20%, насколько уменьшится ваша внутренняя энергия, когда человек массой 65 кг и поднимется по лестнице высотой 15 м и ? Сколько тепловой энергии человек передает в окружающую среду в виде тепла выхлопных газов?

Во-первых, давайте вычислим изменение гравитационной потенциальной энергии:

Человек действительно работал над преобразованием химической потенциальной энергии своего тела в механическую энергию, в частности, в потенциальную гравитационную энергию.Однако их эффективность составляет всего 20%, а это означает, что только 1/5 химической потенциальной энергии, которую они используют, идет на полезную работу. Следовательно, изменение химической потенциальной энергии должно быть в 5 раз больше, чем мощность механической работы

.

Используемая химическая потенциальная энергия возникла из внутренней энергии человека, поэтому:

Мы можем использовать Первый закон термодинамики, чтобы найти тепловую энергию, исчерпываемую человеком:

(3)

Перестановка на:

Мы находим, что тепло отрицательно, что имеет смысл, потому что человек истощает тепловую энергию из тела в окружающую среду, поднимаясь по лестнице.

В качестве альтернативы, мы могли бы сразу знать, что выхлопное тепло должно составлять 4/5 от общей потери внутренней энергии, потому что только 1/5 идет на выполнение полезной работы. Итак, тепло выхлопа должно быть:

По историческим причинам мы часто измеряем тепловую энергию и тепло в единицах калорий ( кал ), а не в джоулях. Есть 4,184 Джоулей на калорию. Мы измеряем химическую потенциальную энергию, хранящуюся в пище, в единицах 1000 калорий или килокалорий ( ккал, ), и иногда мы записываем килокалории как калории ( Cal ) с заглавной буквы C вместо строчной c .Например, бублик с 350 кал содержит 350 ккал или 350 000 кал . Если перевести в Джоули, это будет бублик.

Примеры на каждый день

Какую долю бублика вам нужно съесть, чтобы восполнить потерю внутренней энергии (в виде химической потенциальной энергии) 47 775 Дж , которую мы рассчитали в предыдущем повседневном примере с подъемом по лестнице?

Есть 1,464,400 J / бублик

Следовательно нам нужно съесть:

Пульсоксиметр — это прибор, который измеряет количество кислорода в крови.Оксиметры можно использовать для определения скорости метаболизма человека, то есть скорости преобразования пищевой энергии в другую форму. Такие измерения могут указывать на уровень спортивной подготовки, а также на наличие определенных медицинских проблем. (кредит: UusiAjaja, Wikimedia Commons)

Пищеварительный процесс — это в основном процесс окисления пищи, поэтому потребление энергии прямо пропорционально потреблению кислорода. Таким образом, мы можем определить реальную энергию, потребляемую во время различных видов деятельности, измеряя использование кислорода.В следующей таблице показаны уровни потребления кислорода и соответствующей энергии для различных видов деятельности.

Нормы потребления энергии и кислорода в среднем для мужчин 76 кг
Деятельность Энергопотребление в ваттах Расход кислорода в литрах O 2 / мин
Спящий 83 0,24
Сидят в состоянии покоя 120 0.34
Стоя расслабленно 125 0,36
Сидят в классе 210 0,60
Ходьба (5 км / ч) 280 0,80
Езда на велосипеде (13–18 км / ч) 400 1,14
Дрожь 425 1,21
Игра в теннис 440 1,26
Плавание брасс 475 1.36
Каток (14,5 км / ч) 545 1,56
Подъем по лестнице (116 об / мин) 685 1,96
Езда на велосипеде (21 км / ч) 700 2,00
Бег по пересеченной местности 740 2,12
Играющий в баскетбол 800 2,28
Велоспорт, профессиональный гонщик 1855 5.30
Спринт 2415 6,90

Примеры на каждый день: снова восхождение по лестнице

В предыдущих примерах мы предполагали, что наша механическая эффективность при подъеме по лестнице составляет 20%. Давайте воспользуемся данными из приведенной выше таблицы, чтобы проверить это предположение. Данные в таблице приведены для человека весом 76 кг и , который поднимался по 116 ступеням в минуту. Давайте посчитаем скорость, с которой этот человек выполнял механическую работу, поднимаясь по лестнице, и сравним скорость, с которой он израсходовал внутреннюю энергию (первоначально из пищи).

Минимальная стандартная высота ступеньки в США составляет 6,0 дюймов (0,15 м ), тогда потенциальная гравитационная энергия человека весом 76 кг будет увеличиваться на 130 Дж с каждым шагом, как рассчитано ниже:

При подъеме по 116 ступеням в минуту скорость использования энергии или мощности будет:

Согласно нашей таблице данных, тело использует 685 Вт для подъема по лестнице с такой скоростью. Подсчитаем КПД:

В процентах этот человек имеет 32% механической эффективности при подъеме по лестнице.Возможно, мы недооценили в предыдущих примерах, когда предполагали, что эффективность подъема по лестнице составляет 20%.

Мы часто говорим о «сжигании» калорий, чтобы похудеть, но что это на самом деле означает с научной точки зрения ?. Во-первых, мы действительно имеем в виду потерю массы, потому что это мера того, сколько веществ находится в нашем теле, а вес зависит от того, где вы находитесь (на Луне все по-другому). Во-вторых, наши тела не могут просто обмениваться массой и энергией — это разные физические величины и даже не одинаковые единицы.Так как же нам похудеть, тренируясь? На самом деле мы не удаляем атомы и молекулы, из которых состоят ткани тела, например жир, путем их «сжигания». Вместо этого мы расщепляем молекулы жира на более мелкие молекулы, а затем разрываем связи внутри этих молекул, чтобы высвободить химическую потенциальную энергию, которую мы в конечном итоге преобразуем в работу и отводим тепло. Атомы и более мелкие молекулы, образовавшиеся в результате разрыва связей, объединяются, образуя углекислый газ и водяной пар (CO 2 и H 2 O), и мы выдыхаем их.Мы также выделяем небольшое количество H 2 O с потом и мочой. Процесс похож на сжигание дров в костре — в итоге у вас остается намного меньше массы золы, чем у оригинальной древесины. Куда делась остальная масса? В воздух как CO 2 и H 2 O. То же самое верно и для топлива, сжигаемого вашей машиной. Подробнее об этой концепции смотрите в первом видео ниже. Поистине удивительный факт заключается в том, что ваше тело завершает этот химический процесс без чрезмерных температур, связанных с сжиганием древесины или топлива, которые могут повредить ваши ткани.Уловка организма заключается в использовании ферментов, которые представляют собой узкоспециализированные молекулы, которые действуют как катализаторы для повышения скорости и эффективности химических реакций, как описано и показано в начале второго видео ниже.

Подобно эффективности тела, эффективность любого энергетического процесса может быть описана как количество энергии, преобразованной из входной формы в желаемую форму, деленное на исходное входное количество.Следующая диаграмма показывает эффективность различных систем при преобразовании энергии в различные формы. Диаграмма не учитывает стоимость, риск опасности или воздействие на окружающую среду, связанное с требуемым топливом, строительством, техническим обслуживанием и побочными продуктами каждой системы.

Эффективность человеческого тела по сравнению с другими системами
Система Форма ввода энергии Желаемая форма вывода Максимальная эффективность
Человеческое тело Химический потенциал Механический 25%
Автомобильный двигатель Химический потенциал Механический 25%
Турбинные электростанции Stream, работающие на угле / нефти / газе Химический потенциал Электрооборудование 47%
Газовые электростанции комбинированного цикла Химический потенциал Электрооборудование 58%
Биомасса / Биогаз кинетическая Электрооборудование 40%
Ядерная кинетическая Электрооборудование 36%
Солнечно-фотоэлектрическая электростанция Солнечный свет (электромагнитный) Электрооборудование 15%
Солнечно-тепловая электростанция Солнечный свет (электромагнитный) Электрооборудование 23%
Гидроэлектростанции и приливные электростанции Гравитационный потенциал Электрооборудование 90% +

Проверьте вкладку энергетических систем в этом моделировании, чтобы визуализировать различные системы преобразования энергии

10.9: Эффективность человеческого тела

Энергетические функции тела

До сих пор мы узнали, что ваше тело принимает химическую потенциальную энергию, а затем работает над ее преобразованием в механическую энергию для передвижения, химическую потенциальную энергию для хранения и тепловую энергию. Следующая диаграмма суммирует основные энергетические функции человеческого тела. (Электрическая потенциальная энергия важна для нервной проводимости и других процессов в организме, и мы упоминали, что химическая потенциальная энергия на самом деле является формой электрической потенциальной энергии, но мы не будем специально обсуждать электрическую потенциальную энергию в этом учебнике.)

Самые основные функции человеческого тела приведены в соответствие с основными концепциями, рассматриваемыми в этом учебнике.

Тело способно накапливать химическую потенциальную энергию и тепловую энергию внутри. Помня, что тепловая энергия — это просто кинетическая энергия атомов и молекул, мы признаем, что эти два типа энергии хранятся микроскопически и внутри тела. Поэтому мы часто объединяем эти два типа микроскопической энергии во внутреннюю энергию (). Когда объект теплее, чем его окружение, тогда тепловая энергия будет передаваться от объекта к окружению, но если объект холоднее, чем его окружение, тогда тепловая энергия будет передаваться объекту из его окружения.Количество тепловой энергии, передаваемой из-за разницы температур, часто называют теплом (). Когда тепло передается из тела в окружающую среду, мы говорим, что это тепло выхлопных газов, как показано на предыдущем рисунке. Мы узнаем больше о том, как связаны температура и теплопередача, в следующем разделе.

Первый закон термодинамики

Принцип сохранения энергии гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена. Следовательно, если тело выполняет полезную работу по передаче механической энергии своему окружению () или передаче тепловой энергии в окружающую среду в виде тепла, тогда эта энергия должна исходить из внутренней энергии тела.Мы наблюдаем это в природе как Первый закон термодинамики:

.

(1)

Ваше тело использует химическую потенциальную энергию, хранящуюся внутри, для выполнения работы, и этот процесс также генерирует тепловую энергию, которую вы выделяете в виде тепла выхлопных газов. Двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащено большинство автомобилей, работают аналогичным образом, преобразуя химическую потенциальную энергию топлива в тепловую энергию посредством сгорания, затем преобразовывая часть тепловой энергии в полезную работу, а часть — в тепло выхлопных газов.Ваше тело способно высвобождать химическую потенциальную энергию из вашей пищи без возгорания, и это хорошо, потому что вы не можете использовать тепловую энергию вашей внутренней энергии для выполнения работы. Машины, которые могут использовать тепловую энергию для работы, например двигатель внутреннего сгорания, известны как тепловые двигатели. Тепловые двигатели по-прежнему подчиняются Первому закону термодинамики, поэтому любое тепло выхлопных газов должно быть тепловой энергией, которая не использовалась для работы. Тепловая энергия, которую можно использовать для работы, а не тратить впустую в виде тепла выхлопных газов, определяет эффективность теплового двигателя.

Упражнения с подкреплением

Вы прикладываете силу 50 Н , чтобы сдвинуть объект на 3 м. Сколько полезной работы вы сделали?

Если вы исчерпали тепловую энергию на 500 Дж , выполняя указанную выше полезную работу, насколько изменилась ваша внутренняя энергия?

Эффективность кузова

Эффективность человеческого тела в преобразовании химической потенциальной энергии в полезную работу известна как механическая эффективность тела.Мы часто вычисляем механический КПД тела в процентах:

(2)

Тепловая энергия, генерируемая в ходе химических реакций, приводящих в действие мышечные сокращения наряду с трением в суставах и других тканях, снижает эффективность человека примерно до 25 % .

«Увы, наши тела не 100 % эффективны в преобразовании энергии пищи в механическую продукцию. Но при КПД около 25 % и мы на удивление хороши, учитывая, что большинство автомобилей имеют около 20 % , а кукурузное поле Айовы только около 1.5 % эффективен при преобразовании поступающего солнечного света в химическое хранилище [потенциальной энергии] ». Для превосходного обсуждения механической эффективности человека и сравнения с другими машинами и источниками топлива см. MPG of a Human Тома Мерфи, источника предыдущей цитаты.

Повседневный пример: энергия для подъема по лестнице

Предполагая, что механический КПД при подъеме по лестнице составляет 20%, насколько уменьшится ваша внутренняя энергия, когда человек массой 65 кг и поднимется по лестнице высотой 15 м и ? Сколько тепловой энергии человек передает в окружающую среду в виде тепла выхлопных газов?

Во-первых, давайте вычислим изменение гравитационной потенциальной энергии:

Человек действительно работал над преобразованием химической потенциальной энергии своего тела в механическую энергию, в частности, в потенциальную гравитационную энергию.Однако их эффективность составляет всего 20%, а это означает, что только 1/5 химической потенциальной энергии, которую они используют, идет на полезную работу. Следовательно, изменение химической потенциальной энергии должно быть в 5 раз больше, чем мощность механической работы

.

Используемая химическая потенциальная энергия возникла из внутренней энергии человека, поэтому:

Мы можем использовать Первый закон термодинамики, чтобы найти тепловую энергию, исчерпываемую человеком:

(3)

Перестановка на:

Мы находим, что тепло отрицательно, что имеет смысл, потому что человек истощает тепловую энергию из тела в окружающую среду, поднимаясь по лестнице.

В качестве альтернативы, мы могли бы сразу знать, что выхлопное тепло должно составлять 4/5 от общей потери внутренней энергии, потому что только 1/5 идет на выполнение полезной работы. Итак, тепло выхлопа должно быть:

Пища

калорий

По историческим причинам мы часто измеряем тепловую энергию и тепло в калориях ( кал ) вместо джоулей. Есть 4,184 Джоулей на калорию. Мы измеряем химическую потенциальную энергию, хранящуюся в пище, в единицах 1000 калорий или килокалорий ( ккал, ), и иногда мы записываем килокалории как калории ( Cal ) с заглавной буквы C вместо строчной c .Например, бублик с 350 кал содержит 350 ккал или 350 000 кал . Если перевести в Джоули, это будет бублик.

Примеры на каждый день

Какую долю бублика вам нужно съесть, чтобы восполнить потерю внутренней энергии (в виде химической потенциальной энергии) 47 775 Дж , которую мы рассчитали в предыдущем повседневном примере с подъемом по лестнице?

Есть 1,464,400 J / бублик

Следовательно нам нужно съесть:

Упражнения с подкреплением

Сколько Джоулей энергии хранится в шоколадном батончике на 260 калорий?

Сколько шоколадных батончиков вам нужно съесть, чтобы восполнить потерю внутренней энергии, которую мы обнаружили в предыдущем повседневном примере?

Сохранение массы и энергии

Мы часто говорим о «сжигании» калорий, чтобы похудеть, но что это на самом деле означает с научной точки зрения ?.Во-первых, на самом деле мы имеем в виду потерю массы, которая является мерой того, сколько вещества находится в нашем теле, и вес зависит от того, где вы находитесь (на Луне все по-другому). Во-вторых, наши тела не могут просто обмениваться массой и энергией — это разные физические величины и даже не одинаковые единицы. Так как же нам похудеть, тренируясь? На самом деле мы не удаляем атомы и молекулы, из которых состоят ткани тела, например жир, путем их «сжигания». Вместо этого мы расщепляем молекулы жира на более мелкие молекулы, а затем разрываем связи внутри этих молекул, чтобы высвободить химическую потенциальную энергию, которую мы в конечном итоге преобразуем в работу и отводим тепло.Атомы и более мелкие молекулы, образовавшиеся в результате разрыва связей, объединяются, образуя углекислый газ и водяной пар (CO 2 и H 2 O), и мы выдыхаем их. Мы также выделяем небольшое количество H 2 O с потом и мочой. Процесс похож на сжигание дров в костре — в итоге у вас остается намного меньше массы золы, чем у оригинальной древесины. Куда делась остальная масса? В воздух как CO 2 и H 2 O. То же самое верно и для топлива, сжигаемого вашей машиной.Подробнее об этой концепции смотрите в видео ниже.

Элемент YouTube был исключен из этой версии текста. Вы можете просмотреть его здесь: https://openoregon.pressbooks.pub/bodyphysics/?p=1067

Поистине удивительный факт заключается в том, что ваше тело завершает этот химический процесс без чрезмерных температур, связанных с сжиганием древесины или топлива, которые могут повредить ваши ткани. Уловка организма заключается в использовании ферментов, которые представляют собой узкоспециализированные молекулы, которые действуют как катализаторы для повышения скорости и эффективности химических реакций, как описано и анимировано в начале следующего видео:

Элемент YouTube был исключен из этой версии текста.Вы можете просмотреть его здесь: https://openoregon.pressbooks.pub/bodyphysics/?p=1067

Общая эффективность

Подобно эффективности тела, эффективность любого энергетического процесса может быть описана как количество энергии, преобразованной из входной формы в желаемую форму, деленное на исходное входное количество. Следующая диаграмма показывает эффективность различных систем при преобразовании энергии в различные формы. Диаграмма не учитывает стоимость, риск опасности или воздействие на окружающую среду, связанное с требуемым топливом, строительством, техническим обслуживанием и побочными продуктами каждой системы.

Эффективность человеческого тела по сравнению с другими системами
Система Форма входной энергии Желаемая выходная форма Максимальная эффективность
Человеческое тело Химический потенциал Механический 25%
Автомобильный двигатель Химический потенциал Механический 25%
Турбинные электростанции, работающие на угле / нефти / газе Химический потенциал Электрические 47%
Газовые электростанции комбинированного цикла Химический потенциал Электрические 58%
Биомасса / биогаз Кинетический Электрический 40%
Ядерный Кинетический Электрический 36%
Солнечно-фотоэлектрическая электростанция Солнечный свет (электромагнитный) Электрическая 15%
Солнечно-тепловая электростанция Солнечный свет (электромагнитный) Электрическая 23%
Гидроэлектрическая и приливная Электростанции Гравитационный потенциал Электрооборудование 90% +

Проверьте вкладку энергетических систем в этом моделировании, чтобы визуализировать различные системы преобразования энергии

Неэффективность людей | Общее научное пространство

Материал в этом посте был обновлен и расширен до двух постов, в которых описывается энергоэффективность человека в состоянии покоя и во время интенсивных упражнений.

Впервые я опубликовал «Неэффективность человека» в январе 2017 года. Он о причинах того, почему наш энергетический метаболизм обеспечивает лишь около 20-25% энергии, которую мы потребляем в качестве пищи для мышечной работы. Я назвал это нашей «неэффективностью», хотя на самом деле это не так. Объяснение и выводы остались в основном без изменений, но с тех пор я узнал больше о том, как измеряется энергетический метаболизм, поэтому переписал пост как версию 2.0. Большая часть оригинала осталась без изменений.

Человеческое тело преобразует энергию, содержащуюся в пище, в механическую продукцию с эффективностью, которая может вас удивить — она ​​настолько мала.Тренажеры в тренажерном зале, эллиптические тренажеры, велотренажеры и гребные тренажеры обычно предоставляют данные, которые показывают, сколько работы выполняет пользователь и сколько калорий он сжигает. Проверка чисел время от времени помогает скоротать время и может оказаться полезным в конце. Но если вы посмотрите на проделанную работу, мощность, затраченную на привод тренажера, окажется, что это лишь небольшая часть, от 18 до 26%, от общей калорийной энергии, сожженной во время тренировки. (Способ проведения этого сравнения описан ниже.) В чем дело?

Измерение тренировки

Большинство людей, посещающих спортзал, хотя бы мимолетно интересуются, сколько калорий они сожгли. Знание этого может дать хотя бы слабую надежду на снижение веса, хотя для большинства из нас количество калорий, потребляемых во время тренировок в тренажерном зале, довольно мало по сравнению с общим потреблением пищи. (Как и в других сообщениях на этом сайте, я использую термин «калории» для измерения энергии. Калории такие же, как и килокалории ученого — ккал, — но они более знакомы большинству людей.Пищевые пакеты предоставляют информацию в калориях.) Калории, сжигаемые среднестатистическим взрослым, который довольно интенсивно тренируется в течение трех часов в неделю, составляют около 10% от общего содержания энергии в его пище. Регулярные упражнения обычно улучшают здоровье и могут психологически помочь в поддержании здорового образа жизни, но реальная потеря веса также требует контроля за питанием.

Серьезные спортсмены, такие как гребцы или велосипедисты, смотрят на другое измерение интенсивности своей тренировки: их интересует их «скорость работы», которая измеряет, какую мощность они передают тренажеру.Они знают, что способность обеспечивать высокий уровень мощности в течение длительного времени является ключом к повышению производительности практически в любом виде спорта, но особенно в таких соревнованиях, как велосипедные гонки или конькобежный спорт. На самом деле, есть еще более информативный показатель для участников высокого уровня: мощность, приходящаяся на килограмм веса тела.

Скорость работы или мощность измеряется в ваттах, и большинство тренажеров предоставляют это число. Выходная мощность 150 Вт в час равняется 150 ватт-часам, или 0.150 киловатт-часов (кВтч). Это показатель того, сколько энергии было передано машине. (КВтч также измеряет энергопотребление в вашем доме.) Калории также являются мерой энергии, и единицы взаимопреобразования: 1 кВтч — это то же самое, что 860 калорий.

Тренажер, такой как велотренажер, обычно обеспечивает как мощность, передаваемую ему (в ваттах), так и общее количество потребляемой вами энергии (в калориях). Это также может дать вам среднюю мощность за время тренировки.Но если вы сравните выходную мощность с количеством сожженных калорий, разница будет большой. Количество сожженных калорий, вероятно, будет как минимум в четыре раза выше, чем мощность, передаваемая машине. В чем дело?

Глядя на цифры

Скажем, как взрослый в достаточно хорошей форме, тот, кто находит время для тренировок два или три раза в неделю, но у вас есть жизнь, вам удобно крутить педали велотренажера с мощностью 150 Вт в течение 30 минут. 150 ватт за полчаса — это 75 ватт-часов, или 0.075 кВтч. 150 Вт мощности достаточно для работы нескольких лампочек, но ваш фен может потреблять энергию в десять раз больше. Профессиональные спортсмены могут сделать гораздо больше.

Бельгийский велогонщик Эдди Меркс считается многими величайшим велосипедистом из когда-либо существовавших. Он имел обыкновение уничтожать своих противников; его прозвища включали «Каннибал» и «Один человек лесной пожар». Однажды в 1975 году его посадили на велотренажер и велели усердно ходить. В тот день Merckx производил 455 Вт мощности в течение одного часа, что примерно вдвое больше, чем может сделать здоровый молодой спортсмен-любитель.У велосипедистов-гонщиков феноменальное соотношение мощности и веса. Всадники в пелотоне могут производить 800 ватт за 15 секунд и 600 ватт за одну минуту. Самые сильные велосипедисты могут выдать 1200 Вт за 15 секунд.

Эдди «Каннибал» Меркс выигрывает этап Тур де Франс 1974 года (который он также выиграл). Фото AFP.

Вернемся к тренировке в тренажерном зале. Хорошо, вы получили 150 Вт за 30 минут. Теперь вы посмотрите на другую часть дисплея и увидите, что на нем указано 375 сожженных калорий. Приятно.Но подождите минутку. Исходя из коэффициента преобразования (1 кВтч равен 860 калориям) 150 Вт за 30 минут (0,075 кВтч) равны всего лишь 64,5 калории (0,075 x 860). Повторюсь, что происходит?

Разница между выполненной работой и общим количеством сожженных калорий отражает тот факт, что наш организм не превращает 100% энергии, высвобождаемой при потреблении углеводов, жиров и белков, в механическую работу. Ни одна машина не является 100% эффективной, и мы не исключение. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания в лучшем случае имеют КПД около 20%.Эффективность человеческого тела, скорость, с которой мы можем работать по сравнению с сжигаемыми калориями, обычно составляет от 18 до 26%. (Есть много веб-сайтов, посвященных объяснению разницы. Я не рекомендую их. Они часто ошибаются и почти всегда делают это еще более запутанным.)

Энергетический обмен человека

Энергетический метаболизм сложен, и большинство людей предпочли бы работать над своим подоходным налогом, чем попросить кого-нибудь объяснить им это. Но, говоря простыми словами, это помогает думать об энергетическом обмене, преобразовании энергии, содержащейся в сахаре, жире и белке, в энергию, используемую телом, как поток, текущий с горы.По пути встречаются маленькие турбины, которые используют энергию протекающей через них воды и используют ее для синтеза аденозинтрифосфата, АТФ. АТФ — это химическая форма энергии, которую тело может использовать, помимо прочего, для питания мышц или обдумывания своих мыслей (мозг имеет высокий уровень энергетического метаболизма; в организме в состоянии покоя — около 20% от общего количества).

Продуктами энергетического метаболизма являются углекислый газ (да, парниковый газ), вода, тепло и АТФ. Количество образующегося АТФ зависит от структуры путей энергетического метаболизма.Как было обнаружено, у организмов, от человека до плодовых мух и бактерий, он составляет лишь около 55-60% энергии, доступной на пути от пищевых продуктов до CO 2 . Если бы он был разработан для извлечения большего количества энергии в виде АТФ, он был бы более эффективным, но работал бы медленнее, ограничивая скорость производства АТФ. Если бы он был разработан так, чтобы доставлять меньше АТФ, меньше захваченной энергии, путь был бы быстрее, но эффективность была бы меньше. Эволюция предоставила решение Златовласки: произведено ровно нужное количество АТФ, захвачено около 57% энергии окисления пищи, так что наши нормальные потребности в энергии удовлетворяются без необходимости заливать намного больше топлива в путь.(Если бы мы были, скажем, только на 10% эффективнее, нам пришлось бы есть, как панды, чтобы обеспечивать энергией нашу повседневную жизнь. Либо так, либо двигаться как ленивцы.)

Эффективность мышечной работы, управляемая АТФ, сама по себе не 100%. Мышечные волокна, скользящие друг по другу, испытывают трение, как любой движущийся механизм. Но основная причина «неэффективности» человеческого тела (на самом деле вовсе не неэффективности) заключается в том, что многие другие процессы должны продолжать работать, чтобы поддерживать жизнь, и они используют энергию. Даже в состоянии покоя, когда скелетные мышцы почти не расходуют энергию, человеческое тело потребляет около 80 ватт энергии (65-70 калорий в час).Это заставляет сердце работать, кровь течет, а легкие вдыхать и выдыхать. Для поддержания нужного уровня ионов натрия в клетках требуется много энергии. А потом ремонт. Поврежденные молекулы и клетки постоянно заменяются. Клетки кишечника, например, существуют в среднем всего 4 дня, и к тому времени должны быть доступны новые клетки.

Ничего не работает без энергии, а во время интенсивной работы все работает усерднее. (Даже ремонт. Темный цвет мочи после марафона, вероятно, связан с эритроцитами, которые были разрушены в результате ударов ног по тротуару.) При полном наклоне пульс может быть в три раза больше, чем в состоянии покоя, и легкие дышат быстрее и сильнее. Все это машины, которым в качестве источника энергии требуется АТФ. Таким образом, не только производство АТФ метаболическими путями эффективно примерно на 55-60%, но и распределяется между мышцами, управляющими спортивной деятельностью, и другими видами деятельности, необходимыми для поддержания нашей жизни. В результате только около 18-26% содержания энергии в той плитке шоколада, которую вы съели, проявляется в качестве выходной мощности велотренажера или гребного тренажера.Остальное тепло. (Когда Эдди Меркс выполнял свою эпическую работу на велотренажере, ему приходилось иметь вентиляторы, обдувающие его воздухом, чтобы не перегреться — он, вероятно, вырабатывал около 1900 Вт, или 1600 калорий в час. Вы можете поджарить стейк. . Серьезно.)

Смысл чисел

В тренажерном зале выходная мощность вашего тренажера — это точное число, которое измеряется непосредственно силой, приложенной к педалям. Это действительно проделанная работа. С другой стороны, общее количество сожженных калорий — это расчетное число, полученное путем деления выходной мощности на ваш расчетный КПД.Это необходимо, потому что измерение непосредственно затраченных калорий — это своего рода научный проект, и его нельзя выполнить на велотренажере. Используемый сегодня неинтрузивный метод, называемый методом «воды с двойной меткой» (DLW), включает допирование организма водой, содержащей тяжелые изотопы дейтерия ( 2 H) и 18 O. Скорость выведения этого тяжелого изотопов вода вместе с некоторыми другими данными затем используется для расчета общего потребления энергии. Метод DLW измеряет общее количество энергии, сожженной за дни или недели, а не за минуты.Он широко используется для мониторинга потребления и расхода энергии в велогонках, таких как Тур де Франс, чтобы увидеть, получают ли гонщики достаточно питательных веществ, чтобы поддерживать их в движении. Цифры сногсшибательные: гонщик Tour может потреблять до 8000 калорий в день и при этом терять вес в течение нескольких очень сложных этапов гонки.

Метод DLW включает в себя некоторые оценки: например, общие израсходованные калории измеряются за период в несколько дней, и необходимо вносить поправки на энергию, сожженную в часы, не связанные с гонками.Но число, полученное для общего количества энергии, потребляемой во время гонок, несомненно, очень близко к точному.

Велосипеды могут быть оснащены специальными ступицами или педалями, позволяющими измерять передаваемую мощность, что позволяет определить эффективность, то есть соотношение мощности и общей потребляемой энергии. Результаты высокоинтенсивных велогонок составили 24%; в гонках «Тур де Франс» 24% потребляемой энергии приходится на педали. Это эффективность. Сообщается, что чистая эффективность конкурентоспособных гребцов составляет 27.5% (Fukunaga et al., Eur. J. Appl. Physiol. Occup. Physiol. 55 (5): 471, 1986).

Расчет калорий, израсходованных на вашем велотренажере, зависит от того, какое значение компьютер тренажера использует для коэффициента эффективности: какая часть общей выработанной вами метаболической энергии на самом деле приводила в движение педали? В данном примере (150 Вт в течение 30 минут, что соответствует 64,5 калориям фактически проделанной работы), если мы используем коэффициент эффективности 22%, который является разумным значением для здорового молодого человека, общая энергия будет равна 64.5 / 0,22 + 50 (50 — это получасовая базальная энергия, потребляемая вами во время бодрствования), или 343 калории. Ваш результат должен быть где-то в этом районе.

Более тяжелые люди, как правило, менее эффективны, чем более легкие, и некоторые тренажеры запрашивают ваш вес и регулируют эффективность при подсчете калорийности. Некоторые нет. Но нет никаких абсолютных цифр для данного веса и скорости работы, поэтому общая выработка энергии (сожженные калории) является приблизительной. Вы мало что можете сделать со своей энергоэффективностью, кроме как сбросить несколько фунтов, если у вас избыточный вес.

Недавно я определил количество сожженных калорий и мощность, израсходованную на эллиптическом тренажере в моем тренажерном зале. Я наблюдал очевидную эффективность, которая варьировалась в зависимости от веса тела и интенсивности упражнений (от 100 до 300 Вт). Когда я набирал очень низкий вес тела, машина использовала более высокий коэффициент полезного действия, чем если бы я набирал намного больший вес тела. Это разумно: у человека с избыточным весом больше тела, чем у худощавого. И если бы я работал на малой мощности, КПД также был ниже по сравнению с высокой мощностью.Это тоже вполне разумно; в состоянии покоя очень небольшая часть общей потребляемой энергии будет приводить в движение педали, большая часть ее используется, чтобы сохранить мне жизнь. Судя по соотношению между производимой мощностью (ватты) и общей потребляемой энергией (калории), значения КПД, используемые машиной, находились в диапазоне от 18 до 23%.

По словам фанатов онлайн-упражнений, некоторые производители тренажеров завышают цифры, выдаваемые ими. Торговый трюк: не лучше ли потренироваться на тренажере, который говорит, что вы израсходовали 400 калорий, а не 300, исходя из уровня усилий, отражаемых частотой сердечных сокращений и чувством истощения? Если вы покупаете тренажер для домашнего использования, вы можете предпочесть тренажер, который, исходя из вашего опыта в тренажерном зале, указывал на более высокий расход калорий при заданном уровне ваших усилий.Пусть покупатель будет бдителен.

Вернуться на первую страницу

границ | Механическая эффективность при разной интенсивности упражнений у мальчиков-подростков с разным уровнем жира в организме

Введение

Механический КПД (ME) относится к способности человека передавать потребляемую энергию для выполнения внешней работы (Weinstein et al., 2004). ME недавно был исследован как потенциальный фактор, лежащий в основе метаболической и механической адаптации к упражнениям не только среди тренированных субъектов (Boone et al., 2010), но также и в особых популяциях (Jabbour et al., 2013, 2017; Jabbour, Iancu, 2015). Наряду с другими «классическими» переменными, такими как факторы риска сердечно-сосудистых заболеваний, качество жизни, максимальное потребление кислорода, ME рассматривался как источник информации об эффективности упражнений (Villelabeitia-Jaureguizar et al., 2018). В связи с растущим интересом к использованию ME для оценки производительности и работоспособности еще многое предстоит узнать об основных ключевых факторах.

ME был предложен в качестве важной меры, связанной с потерей веса и ожирением.Действительно, было высказано предположение, что на ME влияет статус массы тела (Butte et al., 2007) и метаболическая среда (Jabbour and Iancu, 2015; Laaksonen et al., 2018). Сниженный ME можно рассматривать как ограничение для физической активности (Layec et al., 2011; Jabbour and Iancu, 2015), где меньшая эффективность для данного результата работы объясняется более высоким потреблением энергии и затратами энергии на дыхание во время упражнений (Layec et al., 2011; Jabbour, Iancu, 2015). Для Лафортуны и др. (2006), снижение ME, о котором сообщалось у взрослых с ожирением, может быть связано с увеличением доли гликолитических мышечных волокон (Kriketos et al., 1997), которые существенно менее эффективны по сравнению с волокнами типа I. Последняя интерпретация была предложена для объяснения более высоких затрат энергии при езде на велосипеде (Coyle et al., 1992), обнаруживаемых у взрослых с ожирением по сравнению со взрослыми с нормальным и избыточным весом. Для Butte et al. (2007), более низкие значения ME, наблюдаемые у детей с избыточным весом, могут быть следствием избыточной массы тела, которая может ограничивать эффективность мышц. Однако исследование Jabbour et al. (2013), проведенные на 660 детях, показали, что на ME не влияет статус массы тела.По мнению этих авторов, противоречивое более низкое значение ME, наблюдаемое в предыдущих исследованиях, может быть просто связано с методом, используемым для расчета ME (чистое значение по сравнению с необработанным значением).

Совсем недавно Лааксонен и др. (2018) исследовали взаимосвязь между метаболизмом мышц и ME среди 17 здоровых рекреационно активных мужчин с интенсивностью, соответствующей 45% от VO 2peak . Их результаты показали, что использование жирных кислот плазмы было выше у более эффективных субъектов и значительно коррелировало с ME.Тем не менее, между группами не наблюдалось значительных различий в концентрации глюкозы в крови, что позволяет предположить, что жирные кислоты плазмы могут быть важным детерминантом ME во время субмаксимальных упражнений. Кроме того, интервенционное исследование Jabbour и Iancu (2015) сообщило об увеличении ME после программы высокоинтенсивных тренировок, которая была связана с улучшенной оценкой модели гомеостаза, оценивающей резистентность к инсулину и сопутствующим увеличением выходной мощности. Интересно, что об этих улучшениях сообщалось на этапах более высокой интенсивности возрастающего максимального испытания на велосипеде, соответствующих 60%, 80% и 100% пиковой мощности соответственно.Как фактор производительности, ME может участвовать как в аэробной, так и в анаэробной производительности (Kriketos et al., 1997; Jabbour and Iancu, 2015; Jabbour et al., 2017), что указывает на то, что ключевые факторы, лежащие в основе ME, могут различаться в зависимости от интенсивность и выполненная задача.

В большинстве исследований факторов, влияющих на МЭ у лиц с ожирением, изучалась адаптация скелетных мышц и их связь с улучшением метаболизма при тренировках, которые были связаны, например, с укреплением мышц (Jabbour and Iancu, 2015).Однако изменения в ME также могут быть связаны с гормональными адаптациями, такими как реакции на адреналин и норадреналин. Исследования на людях показывают, что у людей с ожирением снижается реакция катехоламинов (Jabbour et al., 2011; Vettor et al., 1997), что может значительно повлиять на выполнение упражнений (Strobel et al., 1999). Таким образом, первая цель настоящего исследования состояла в том, чтобы сравнить ME, метаболические и физиологические реакции мальчиков-подростков с нормальным весом, избыточным весом и ожирением на разных уровнях интенсивности теста с возрастающей циклической нагрузкой до изнеможения.Вторая цель состояла в том, чтобы изучить взаимосвязь между ME и потенциальными основными факторами, среди которых ответы на адреналин и норадреналин в плазме. Мы ожидаем найти общие ME, метаболические и физиологические различия, как сообщалось ранее, между группами с нормальным весом и ожирением во время упражнений. Что касается взаимосвязи между ME и основными факторами, мы предполагаем, что она будет зависеть от интенсивности и что эффективность будет положительно коррелировать с реакциями адреналина и норадреналина во время упражнений.

Материалы и методы

Участники

Сорок пять здоровых мальчиков-подростков были набраны из нескольких средних школ Ливана. Чтобы предотвратить любую вариабельность созревания, были отобраны только участники в возрастном диапазоне 13–14 лет, которые находились на одной и той же стадии Таннера (стадия 3) (Таннер, 1962). Дополнительные критерии включения для участия включали (i) малоподвижный образ жизни [участие в структурированных упражнениях менее 1 часа в неделю, согласно оценке Международного опросника по физической активности (Craig et al., 2003)], (ii) отсутствие метаболических, сердечно-сосудистых или хронических проблем со здоровьем, (iii) отсутствие в анамнезе употребления наркотиков или (iv) курение. Информация о здоровье была получена от семейного врача участников до начала исследования. Добровольцы были разделены на три группы на основании критерия процента жира в организме (% жира в организме), ранее описанного McCarthy et al. (2006): группа с нормальным весом (NW) ( n = 15;% жира тела <22%), группа с избыточным весом (OW) ( n = 15;% жира тела = 22-25%), и группа с ожирением (OB) ( n = 15;% телесного жира> 26%).Физические характеристики участников и уровень аэробной подготовки представлены в Таблице 1. Перед началом эксперимента от родителей было получено письменное информированное согласие, и подростки были ознакомлены со всем оборудованием и процедурами тестирования. Все исследование было одобрено Этическим комитетом по исследованиям на людях (ECHR) Университета Баламанда (Ливан) в соответствии с Хельсинкской декларацией.

Таблица 1. Физические характеристики и аэробная подготовка участников в трех группах: подростки с нормальным весом (NW), избыточным весом (OW) и ожирением (OB).

Протокол и материалы

После ночного голодания участники один раз явились в лабораторию для выполнения протокола, который длился в среднем 1 час. Их попросили воздержаться от физических упражнений за 24 часа до теста. Сначала были измерены антропометрические характеристики для отнесения участников к группе весовой категории, после чего последовал тест с возрастающей циклической нагрузкой.

Антропометрические измерения

Масса тела измерена с точностью до 0.1 кг, участники в легкой одежде без обуви, с использованием электронных весов (MFB 150K100, Kern, Германия). Высота определялась с точностью до 0,5 см с помощью рулетки, прикрепленной к стене. Индекс массы тела (ИМТ, ​​кг⋅м -2 ) рассчитывался как отношение массы тела (кг) к квадрату роста ( 2 м). % Жира в организме, называемый здесь жировой массой (FM,%), был рассчитан по 3 участкам измерения толщины кожной складки (бицепс, трицепс и подлопаточная мышца) в соответствии с утвержденным методом Slaughter et al.(1988) для детей и юношества. Массу без жира (FFM, кг) рассчитывали путем вычитания массы жира из массы тела.

Тест с возрастающей нагрузкой до изнеможения

Участники выполнили максимальный тест на велоэргометре (Monark Ergomedic 839E, Monark, Швеция), чтобы определить максимальное потребление кислорода (V˙O 2 пик). Для сбора данных по газообмену использовалась автоматизированная метаболическая система «дыхание в дыхание» (CPX, Medical Graphics, Сент-Пол, Миннесота, США).Перед каждым тестом систему калибровали в соответствии с инструкциями производителя, используя стандартные газы известной концентрации, а также калибровочный шприц для потока воздуха. Лабораторная среда контролировалась: температура и относительная влажность воздуха поддерживались на уровне 23 ° C и 60% соответственно. Частоту сердечных сокращений постоянно измеряли с помощью пульсометра (Polar-F6, Polar, Финляндия). В начале теста участники оставались сидеть на велоэргометре в течение 5 минут, чтобы измерить свои показатели в состоянии покоя.Тест начался с начальной мощности 60 Вт и постепенно увеличивался на 20 Вт каждые 2 минуты до полного истощения. Во время теста подростки были проинструктированы крутить педали со скоростью 50–70 оборотов в минуту, что контролировалось с помощью электронного счетчика (MEV 2000), встроенного в эргоцикл. Тест был прекращен, когда подростки больше не могли поддерживать требуемую скорость вращения педалей (<40 оборотов в минуту) или их попросили прекратить упражнение. В конце протокола участникам было предложено выполнить 5 минут активного восстановления при 25 Вт.

В состоянии покоя и в конце каждого уровня интенсивности образец венозной крови собирали из переднекубитальной вены в вакуумную пробирку, содержащую этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА). Плазму из образцов венозной крови отделяли центрифугированием при 3000 × g в течение 20 мин (4 ° C) (ORTO ALRESA mod. Digicen.R, Испания). Аликвоты немедленно замораживали и хранили при -80 ° C для использования в последующих химических анализах. В конце инкрементального теста и после 3-минутного периода восстановления были собраны образцы капиллярной крови из кончиков пальцев и немедленно проанализированы на концентрацию лактата в крови с использованием портативного устройства Lactate Pro (Arkray, Япония).Эта процедура была сделана для проверки одного из критериев завершения теста.

Анализ данных

Расчет метаболических и физиологических переменных

Данные газообмена собирали для каждого дыхания с непрерывным и синхронизированным измерением частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд / мин –1 ). Средние значения ЧСС, потребления кислорода (V˙O 2 , L⋅min -1 ), продукции углекислого газа (V˙CO 2 , L⋅min -1 ) и коэффициента дыхательного обмена (RER ) были вычислены как среднее значение за последние 20 с каждого уровня интенсивности, на котором было достигнуто установившееся состояние.Пик V˙O 2 был достигнут, когда участники выполнили по крайней мере три из следующих критериев: пик или плато значений V˙O 2 , несмотря на увеличение интенсивности упражнений, RER более 1,1, пик HR более 90 % от прогнозируемой максимальной ЧСС (220-летний возраст), концентрация лактата в крови выше 8,0 ммоль⋅л –1 и явное истощение субъекта (Spiro, 1979). В настоящей работе основные переменные оценивались в состоянии покоя и на трех этапах, соответствующих 50 и 75% максимальной частоты сердечных сокращений каждого участника (50% HRmax и 75% HRmax) и пиковому потреблению кислорода (V˙O 2 пик. ) уровень.

Окисление субстрата определяли на стадиях субмаксимальной аэробной интенсивности (50% HRmax и 75% HRmax) на основании соответствующих средних значений небелкового RER. В частности, процент окисления липидов (% LO), вносящий вклад в энергию, был рассчитан с использованием метода МакГилвери и Голдштейна (1983) следующим образом:% LO = [(1 — RER) /0,29] × 100. Процент окисления углеводов ( % CHO) затем вычисляли путем вычитания% LO из 100.

Расчет механического КПД

Чистый механический КПД (ME net ,%) был рассчитан по формуле, разработанной Lafortuna et al.(2006) как отношение выполненной работы (W) к уровню потребляемой энергии (E, W) выше уровня покоя, которое, в свою очередь, было рассчитано следующим образом: E = (4,94 RER + 16,04) × V˙O 2net /60 (Гарби и Аструп, 1987). Чистое V˙O 2 (V˙O 2net , L⋅min -1 ) вычислялось путем вычитания остаточного значения из общего значения на каждой стадии интенсивности. Остаточные значения E (E rest ) также определялись на основе уравнения с использованием значений V˙O 2rest вместо значений V˙O 2net .

Анализы крови

Концентрации адреналина и норэпинефрина в плазме измеряли с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) (Chromsystems, Thermo finnigan, Франция) по методу Koubi et al. (1991). Перед проведением ВЭЖХ катехоламины экстрагировали селективной абсорбцией из бисульфита натрия (Chromsystems-HPLC-Kit, Waters, Milford, MA, США). 1 мл предварительно центрифугированной плазмы кратковременно встряхивали с 250 мкл бисульфита натрия (0.25%) и 50 мкл раствора внутреннего стандарта (600 пг дигидроксибензиламина). После трехкратной промывки (раствор TRIS 1M EDTA, pH 8,8) катехоламины элюировали 120 мкл буфера (10 мл сверхчистой воды, 130 мкл уксусной кислоты, 100 мкл 0,25% бисульфата и 25 мкл 10% EDTA). Элюент центрифугировали при 4000 об / мин в течение 10 минут (Thermo Fisher Scientific, Jouan. GR412), после чего 50 мкл элюента образца вводили в колонку для ВЭЖХ (Column Waters reference 5007, оксид алюминия, 20 мг) и элюировали подвижной фазой.Скорость потока составляла 1 мл⋅мин -1 при 13,8 мПа и потенциале 0,60 В. Хроматограмму анализировали с помощью компьютерной интеграции (базовый уровень 815, Waters). Предел обнаружения катехоламинов в описанном методе составлял 0,06 нМ, а коэффициент вариации между анализами составлял 6,5%. Концентрацию лактата в крови определяли ферментативно с помощью анализатора лактата (Microzyme, Cetrix, Франция). Гормоны плазмы и уровни лактата были скорректированы с учетом изменений объема плазмы с использованием уравнения Ван Бомонта (1972).

Статистический анализ

Данные представлены как среднее значение и стандартное отклонение (SD). После тестирования на нормальное распределение (критерий Колмогорова-Смирнова) различия между тремя группами (т.е. NW, OW и OB) были проанализированы с использованием одностороннего дисперсионного анализа (ANOVA), выполненного для всех зависимых переменных в состоянии покоя, 50% HRmax, 75% HRmax и V˙O 2peak . Был проведен двухфакторный дисперсионный анализ для дальнейшего тестирования эффекта взаимодействия между группами и трех относительных уровней интенсивности упражнений на значения ME.Каждому повторному измерению ANOVA предшествовал тест сферичности Мочли, и если тест был значимым (указывающим на нарушение гипотезы об однородности дисперсии), для корректировки степеней свободы применялась процедура коррекции Хьюна-Фельдта. При необходимости для попарных сравнений проводили апостериорный анализ с использованием критерия Ньюмана-Кеуля. Для изучения взаимосвязи между ME net и различными потенциальными предикторами (i.е., масса тела, выходная мощность, потребление энергии, окисление липидов, адреналин, норадреналин). Анализы выполняли с использованием программного обеспечения IBM SPSS Statistics 19 (IBM SPSS Statistics для Windows, версия 24.0, Армонк, штат Нью-Йорк, США: IBM Corp.). За минимальный уровень статистической значимости было принято значение p <0,05.

Результаты

Физические характеристики и уровни аэробной подготовленности

Возраст и рост достоверно не различались между группами подростков (таблица 1).Как и ожидалось, результаты показали значительную разницу в массе тела, ИМТ и% FM между каждой из трех групп ( пс, <0,01). Кроме того, FFM (кг) был значительно выше для OB по сравнению с OW и NW, а также для OW по сравнению с NW ( пс, <0,01). Максимальная аэробная способность (абсолютный пик V˙O 2 , L⋅min -1 ) была значительно выше для групп OB и OW по сравнению с группой NW ( пс <0,01).

Механическая эффективность, метаболические и физиологические параметры

Остаточные значения

Значения потребления кислорода в покое были значительно выше для группы OB по сравнению с группами NW и OW, а также для OW по сравнению с NW ( p <0.01, таблица 2). Однако не было обнаружено значительных различий между группами по значениям концентрации лактата, частоты сердечных сокращений, RER и концентраций адреналина и норадреналина между группами.

Таблица 2. Метаболические и физиологические реакции в покое для трех групп: подростки с нормальным весом (NW), избыточным весом (OW) и ожирением (OB).

Субмаксимальная интенсивность упражнений

При изученной средней интенсивности (т.е. 50% HRmax) большинство переменных значительно различались между каждой из трех групп, даже несмотря на то, что эта относительная интенсивность вызвала аналогичные значения выходной мощности (PO), частоты сердечных сокращений и концентрации лактата во всех группах ( Таблица 3).Например, более высокое потребление кислорода и энергии, RER и% LO и более низкие концентрации% CHO, адреналина и норадреналина наблюдались в группе OB по сравнению с группами OW и NW ( пс, <0,01), а также для группы OW. по сравнению с группой NW ( пс, <0,01).

Таблица 3. Метаболические и физиологические реакции на изученных субмаксимальных уровнях интенсивности (50% ЧССмакс., 75% ЧССмакс.) Возрастающего цикла нагрузочного теста до изнеможения для трех групп: нормальный вес (NW), избыточный вес (OW) и подростки с ожирением (OB).

При 75% HRmax значения потребления кислорода и энергии, а также частота сердечных сокращений, RER и концентрации лактата не различались статистически между тремя группами, хотя выходная мощность была значительно выше для группы NW по сравнению с группами OW и OB ( Таблица 3). Более того, группа OB показала значительно меньшее увеличение адреналина и норадреналина по сравнению с группами NW и OW ( пс, <0,01).

Значения максимальной интенсивности упражнений

При V˙O 2peak все изученные переменные значительно различались между каждой из трех групп, за исключением частоты сердечных сокращений и значений RER (Таблица 4).В частности, группа NW достигла наивысшей выходной мощности V˙ и представила самые низкие V˙O 2peak и концентрацию лактата по сравнению с группами OW и OB ( пс, <0,01). В группах OB и OW значительно различались уровни адреналина и норадреналина, которые были ниже по сравнению с группами NW ( пс, <0,01).

Таблица 4. Метаболические и физиологические реакции на пиковом уровне интенсивности (V˙O 2 пик) теста с возрастающей циклической нагрузкой до изнеможения для трех групп: нормальный вес (NW), избыточный вес (OW) и ожирение. (OB) подростки.

Механический КПД

Двусторонний дисперсионный анализ на сети ME выявил значимые основные эффекты группы [ F (2, 28) = 102,95, p <0,001, η 2 = 0,88] и интенсивности [ F (2, 28) = 137,03, p <0,001, η 2 = 0,91]. Не было обнаружено значительного эффекта взаимодействия между факторами. Апостериорные сравнения показали, что ME net значительно различается между всеми группами и всеми интенсивностями ( пс <0.01) с наименьшими значениями, найденными для группы OB, а также для самого низкого изученного уровня интенсивности (Рисунок 1).

Рисунок 1. Средние значения чистой механической эффективности (ME net ,%) как функция (A) групп, (B) интенсивностей и (C) их взаимодействия. Группы определяются в зависимости от статуса веса как нормальный вес (NW), избыточный вес (OW) и ожирение (OB), а интенсивность определяется со ссылкой на HR max как 50% HR max , 50% HR max , и 100% HR макс .Планки погрешностей представляют собой стандартное отклонение. a Значительная разница с NW ( p <0,01). b Значимое различие с OW ( p <0,01). Значительная разница при 50% HR max . # Значительная разница при 75% HR макс. .

Множественные линейные регрессии были рассчитаны для проверки степени, в которой исследуемые переменные предсказывали ME net на каждом изучаемом уровне интенсивности.Значимые уравнения регрессии были найдены при 50% HRmax [ F (2,42) = 20,25, p <0,01, R 2 = 0,47], 75% HRmax [ F (2,42) = 4,14, p <0,05, R 2 = 0,19] и V˙O 2peak [ F (3,35) = 11,01, p <0,01, R 2 = 0,48 ]. В частности, при 50% HRmax, массе тела (ß = -0,64, p <0,001), потреблении энергии (ß = -0,24, p <0.05) и окисление липидов (ß = 0,69, p <0,01) были значимыми предикторами ME net . При 75% HRmax анализ показал, что адреналин (ß = 0,34, p = 0,01), норадреналин (ß = 0,26, p = 0,01) и выходная мощность (ß = 0,62, p <0,01) вносили свой вклад в значительно к ME net . Наконец, при V˙O 2peak значимыми предикторами ME net также были адреналин (ß = 0,49, p = 0,01), норадреналин (ß = 0.60, p <0,001) и выходной мощности (ß = 0,71, p <0,001).

Обсуждение

Насколько нам известно, это исследование было первым, в котором изучалась взаимосвязь между ME и многими потенциальными факторами, лежащими в основе у мальчиков-подростков с ожирением (OB), избыточным весом (OW) и нормальным весом (NW) при езде на велосипеде с различной интенсивностью упражнений. инкрементный цикл испытаний. Наши результаты подтвердили, что (1) избыток жира в организме оказывает значительное влияние на снижение ME на всех изученных уровнях интенсивности.Более того, (2) упражнения с аналогичной относительной интенсивностью вызвали более высокие метаболические и физиологические реакции для группы OB, которая также показала самые низкие значения ME по сравнению с группами NW и OW. Наконец, результаты показали, что (3) масса тела,% LO и потребление энергии были значимыми предикторами ME net при умеренной интенсивности (т.е. 50% HRmax), в то время как это больше не было очевидным при более высоких интенсивностях, когда уровни катехоламинов и мощность производительность казалась более точным показателем эффективности.Позднее открытие стало возможным благодаря выбору изучаемой популяции, у которой были разные реакции адреналина и норадреналина на дополнительные упражнения — характеристика, которая не рассматривалась в предыдущих исследованиях, посвященных изучению факторов ME.

В состоянии покоя и во время всех протестированных уровней интенсивности езды на велосипеде абсолютное потребление кислорода (в L⋅min -1 ) было значительно выше для подростков OW и OB по сравнению с подростками NW (Nikolaidis et al., 2018), в то время как Выявлены различия в значениях ЧСС между группами.Этот результат может указывать на более высокую способность мышц извлекать кислород за одно сердечное сокращение и / или больший ударный объем у наших подростков с ожирением (Salvadori et al., 1999; Lafortuna et al., 2006). Последнее согласуется с предыдущими сообщениями о взрослых женщинах с ожирением (Lafortuna et al., 2006) и молодых полных взрослых (Salvadori et al., 1999), и может быть интерпретировано в связи с избыточной массой тела и FFM. Кроме того, было высказано предположение, что увеличение V˙O 2 и E во время езды на велосипеде у людей с ожирением может быть результатом дополнительной работы, необходимой для движения нижних конечностей (Anton-Kuchly et al., 1984) и более высокая постуральная активность (Dempsey et al., 1966).

Предполагается, что ожирение влияет на метаболические и физиологические реакции подростков на упражнения. В частности, при 50% HRmax наши результаты показали более низкий ME для группы OB по сравнению с группами OW и NW. Как ранее установлено Butte et al. (2007), на этом уровне интенсивности у детей с избыточным весом на ME отрицательно влияет уровень расхода энергии. Эти авторы обнаружили, что более высокий расход энергии у детей и подростков с избыточным весом во многом объясняется различиями в размере и составе тела.Действительно, избыточная масса тела, представленная у наших OB-подростков, является основным фактором увеличения расхода энергии, поскольку больше энергии потребляется при заданной производительности (например, при умеренном аэробном уровне). Кроме того, было обнаружено, что скорость окисления липидов (% LO) была значимым предиктором ME при 50% HRmax, таким образом, те, у кого был высокий% LO во время умеренной аэробной стадии, также были более эффективными. Фактически, наши группы OB и OW показали значительно более высокие значения коэффициента респираторного обмена, что является потенциальным индикатором нарушения способности окисления жиров во время упражнений (van Baak, 1999).Соответственно, недавнее исследование Laaksonen et al. (2018), проведенные в группах субъектов с разным уровнем ME во время езды на велосипеде, показали более высокое использование жирных кислот для более эффективных людей во время длительных упражнений с умеренной интенсивностью. По мнению этих авторов, изменение относительного вклада жиров и углеводов может объяснить изменения в ME. По предположению Лааксонена и др. (2018), ME зависит от эффективности окислительной способности липидов при умеренной аэробной интенсивности. Несмотря на то, что для подтверждения нашего предположения необходимы другие дополнительные анализы, настоящее исследование было первым, в котором была установлена ​​связь между% LO и ME при умеренной аэробной интенсивности среди подростков с ожирением.

При более высоких уровнях интенсивности (т.е. 75% HRmax и V˙O 2peak ) эффективность субъектов увеличивалась по сравнению с ее значением на умеренном аэробном уровне (Рисунок 1B). Это можно объяснить увеличением как рабочей нагрузки, так и количества потребляемой энергии (Jabbour et al., 2013). На этих двух уровнях интенсивности (т.е. 75% HRmax и VO 2peak ) на ME отрицательно влияли телесный жир и статус веса с самыми низкими значениями, обнаруженными для OB, по сравнению с подростками OW и NW.Более низкий ME, наблюдаемый для групп OB и OW, может быть следствием более низкой производительности мышц. Соответственно, выходная мощность, развиваемая на этом этапе, была выше для NW по сравнению с группами OB и OW, что привело к увеличению величины числителя в модели ME, то есть значения ME. Кроме того, результаты показали значительно более низкие ответы адреналина и норадреналина на упражнения для групп OB и OW на всех изученных уровнях интенсивности. Последнее подтверждает предыдущие данные о подростках (Eliakim et al., 2006), демонстрируя существенно ослабленную реакцию катехоламинов на цикл упражнений на велосипеде выше анаэробного порога. Интересно, что выходная мощность, развиваемая на стадиях 75% HRmax и V˙O 2peak , была значительно связана с концентрациями адреналина и норадреналина, чего не было при более низкой интенсивности. Действительно, по мере увеличения интенсивности зависимость от волокон типа II для удовлетворения требований к производительности становится все больше (Sale, 1987), поэтому реакции катехоламинов дополнительно стимулируются изменениями кислотно-щелочного баланса и снижением доступности кислорода для работающих мышц ( Schneider et al., 1992). Последний влияет на выполнение упражнений, регулируя мышечный гликогенолиз (Richter et al., 1981).

Взятые вместе, наши результаты могут предложить новое понимание с точки зрения оценки ME, особенно при изучении упражнений высокой интенсивности. Фактически, включение анаэробной выработки энергии в расчет ME все еще недоступно и, следовательно, не представлено. Действительно, анаэробный вклад все больше участвует в снабжении энергией при интенсивности выше лактатного порога 2 (интенсивность соответствует 75% HRmax в нашем исследовании).Это могло ограничить наши результаты, особенно при сравнении трех групп, для которых вклад анаэробной энергии при 75% HRmax оказался самым высоким для группы OB (оценка просто основана на концентрациях лактата), что потенциально привело к недооценке ME. Кроме того, МЭ определяли на дополнительных 2-минутных стадиях, которые не учитывали потенциальные различия в кинетике газообмена между тремя группами. Следовательно, необходимы дальнейшие исследования, чтобы включить анаэробный компонент в определение МЭ, который будет исследоваться при различных интенсивностях устойчивого состояния для определения степени явления.Более того, использование чистого ME в этом исследовании, в отличие от общего ME, позволило нам контролировать групповые различия в исходных расходах энергии (т. Е. В состоянии покоя), что повысило надежность значений ME. Однако наш метод расчета ME, аналогичный тому, который рассматривает базовый уровень как стоимость энергии при езде на велосипеде без нагрузки (т. Е. Эффективность работы), не учитывает изменения в расходе энергии, необходимой для поддержания гомеостаза (Moseley and Jeukendrup, 2001). Это также открывает перспективы в методах расчета циклического ME в отношении различий, возникающих из групповых характеристик.

Заключение

В заключение, настоящее исследование выдвигает на первый план важный вопрос, касающийся предикторов ME у мальчиков-подростков с различным процентным содержанием жира в организме. Похоже, что факторы, лежащие в основе ME, могут различаться в зависимости от интенсивности упражнений. Наше предположение о различных факторах, лежащих в основе ME, подтверждается и выходит за рамки простого отношения к массе сегментов тела и стоимости энергии, связанной с движениями (Lafortuna et al., 2006, 2009; Butte et al., 2007).Действительно, при умеренной аэробной интенсивности потребление энергии и скорость окисления липидов могут быть важными факторами, способствующими снижению ME среди людей с ожирением и избыточным весом. Напротив, при более высокой интенсивности ME можно лучше объяснить такими факторами, как мышечная сила и катехоламиновые реакции, которые ослабляются при ожирении. Основываясь на этой взаимосвязи, необходимы дальнейшие исследования, чтобы получить более полный профиль энергетических / метаболических форм (аэробных, анаэробных), чтобы убедиться, что они хорошо представлены в модели ME.С практической точки зрения и с учетом важности ME как показателя толерантности к физическим нагрузкам, кажется важным включить упражнения как средней, так и высокой интенсивности в программы, ориентированные на подростков с ожирением, где можно было бы ожидать различных преимуществ.

Авторские взносы

GJ задумал и разработал исследование, собрал данные и подготовил рукопись. GJ и LM выполнили анализ данных и интерпретировали данные, а также отредактировали, прочитали и одобрили представленную версию.

Финансирование

Публикация этой статьи финансировалась Катарской национальной библиотекой.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Благодарим испытуемых за сотрудничество и участие.

Список литературы

Антон-Кучлы, Б., Роджер П. и Варен П. (1984). Детерминанты увеличения затрат энергии на субмаксимальные упражнения у лиц с ожирением. J. Appl. Physiol. 56, 18–23. DOI: 10.1152 / jappl.1984.56.1.18

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бун Дж., Коппо К., Барстоу Т. Дж. И Баукерт Дж. (2010). Аэробная подготовка, эффективность мышц и набор двигательных единиц во время упражнений на рампе. Med. Sci. Спортивные упражнения. 42, 402–408. DOI: 10.1249 / MSS.0b013e3181b0f2e2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бьютт, Н.Ф., Пуяу, М. Р., Вохра, Ф. А., Адольф, А. Л., Мехта, Н. Р., и Закери, И. (2007). Размер тела, состав тела и метаболический профиль объясняют более высокий расход энергии у детей с избыточным весом. J. Nutr. 137, 2660–2667. DOI: 10.1093 / jn / 137.12.2660

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Койл, Э. Ф., Сидосис, Л. С., Горовиц, Дж. Ф. и Бельц, Дж. Д. (1992). Эффективность езды на велосипеде связана с процентным содержанием мышечных волокон I типа. Med.Sci. Спортивные упражнения. 24, 782–788. DOI: 10.1249 / 00005768-199207000-00008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крейг К. Л., Маршалл А. Л., Сьёрстром М., Бауман А. Е., Бут М. Л., Эйнсворт Б. Е. и др. (2003). Международный вопросник по физической активности: надежность и валидность в 12 странах. Med. Sci. Спортивные упражнения. 35, 1381–1395. DOI: 10.1249 / 01.MSS.0000078924.61453.FB

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Демпси, Дж.А., Реддан В., Балке Б. и Рэнкин Дж. (1966). Детерминанты работоспособности и физиологические затраты на работу с поддержанием веса при ожирении. J. Appl. Physiol. 21, 1815–1820. DOI: 10.1152 / jappl.1966.21.6.1815

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Элиаким А., Немет Д., Залдивар Ф., МакМюррей Р. Г., Каллер Ф. Л., Галассетти П. и др. (2006). Снижение связанной с физической нагрузкой реакции оси GH-IGF-I и катехоламинов у детей и подростков с ожирением. J. Appl. Physiol. 100, 1630–1637. DOI: 10.1152 / japplphysiol.01072.2005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гарби Л. и Аструп А. (1987). Взаимосвязь между респираторным коэффициентом и энергетическим эквивалентом кислорода при одновременном окислении глюкозы и липидов и липогенезе. Acta Physiol. Сканд. 129, 443–444. DOI: 10.1111 / j.1365-201X.1987.tb10613.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джаббур, Г., и Янку, Х. Д. (2015). Повышение механической эффективности в отношении метаболических изменений у взрослых людей с малоподвижным ожирением. Открытые спортивные упражнения BMJ. Med. 1: e000044. DOI: 10.1136 / bmjsem-2015-000044

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джаббур, Г., Янку, Х. Д., Мориеж, П., Жоанис, Д. Р., и Мартин, Л. Дж. (2017). Интервальные тренировки высокой интенсивности улучшают работоспособность молодых и пожилых людей за счет повышения механической эффективности. Physiol.Отчет 5: e13232. DOI: 10.14814 / phy2.13232

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джаббур, Г., Ламберт, М., О’Лафлин, Дж., Тремблей, А., Матье, М. Е. (2013). Механическая эффективность во время велосипедного теста не ниже у детей с избыточной массой тела и низкой аэробной подготовкой. Ожирение 21, 107–114. DOI: 10.1002 / oby.20241

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джаббур, Г., Лемуан-Морель, С., Casazza, G.A., Hala, Y., Moussa, E., and Zouhal, H. (2011). Катехоламиновая реакция на упражнения у мальчиков-подростков с ожирением, избыточной массой тела и худощавым телом. Med. Sci. Спортивные упражнения. 43, 408–415. DOI: 10.1249 / MSS.0b013e3181f1bef3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Куби, Х. Э., Деспланш, Д., Габриель, К., Коттет-Эмард, Дж. М., Семпор, Б., и Фавье, Р. Дж. (1991). Выносливость упражнений и использование топлива: переоценка эффектов голодания. J. Appl. Physiol. 70, 1337–1343. DOI: 10.1152 / jappl.1991.70.3.1337

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крикетос, А. Д., Баур, Л. А., О’Коннор, Дж., Кэри, Д., Кинг, С., Катерсон, И. Д. и др. (1997). Типовой состав мышечных волокон у младенцев и взрослых и взаимосвязь с ожирением. Внутр. J. Obes. Relat. Метаб. Disord. 21, 796–801. DOI: 10.1038 / sj.ijo.0800476

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лааксонен, М.С., Кюрёляйнен, Х., Кемппайнен, Дж., Кнуути, Дж., И Каллиокоски, К. К. (2018). Поглощение жирных кислот, свободных от мышц, связано с механической эффективностью во время физических упражнений у людей. Фронт. Physiol. 9: 1171. DOI: 10.3389 / fphys.2018.01171

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лафортуна К. Л., Агости Ф., Бусти К., Галли Р. и Сарторио А. (2009). Энергозатраты на езду на велосипеде и аэробные показатели девочек-подростков с ожирением. J. Endocrinol.Инвестировать. 32, 647–652. DOI: 10.1007 / BF03345735

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лафортуна, К. Л., Пройетти, М., Агости, Ф., и Сарторио, А. (2006). Энергозатратность езды на велосипеде у молодых полных женщин. Eur. J. Appl. Physiol. 97, 16–25. DOI: 10.1007 / s00421-006-0137-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лайек, Г., Хаселер, Л. Дж., Хофф, Дж., И Ричардсон, Р. С. (2011). Доказательства того, что более высокая стоимость АТФ мышечного сокращения способствует более низкой механической эффективности, связанной с ХОБЛ: предварительные результаты. Am. J. Physiol. Regul. Интегр. Комп. Physiol. 300, R1142 – R1147. DOI: 10.1152 / ajpregu.00835.2010

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маккарти, Х. Д., Коул, Т. Дж., Фрай, Т., Джебб, С. А., и Прентис, А. М. (2006). Контрольные кривые телесного жира для детей. Внутр. J. Obes. 30, 598–602. DOI: 10.1038 / sj.ijo.0803232

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Макгилвери, Р. У., и Гольдштейн, Г.W. (1983). Биохимия: функциональный подход. Филадельфия, Пенсильвания: Сондерс, 810–976.

Николаидис, П. Т., Кинциу, Э., Георгудис, Г., Афонсо, Дж., Ванчини, Р., и Кнехтл, Б. (2018). Влияние индекса массы тела на острые кардиометаболические реакции на дифференцированные тесты с физической нагрузкой у детей: повествовательный обзор. Спорт 6: 103. DOI: 10.3390 / sports6040103

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рихтер, Э.А., Зонне, Б., Кристенсен, Н. Дж., И Гальбо, Х. (1981). Роль адреналина в мышечном гликогенолизе и секреции гормонов поджелудочной железы у бегущих крыс. Am. J. Physiol. 240, E526 – E532. DOI: 10.1152 / ajpendo.1981.240.5.E526

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сейл, Д. Г. (1987). Влияние упражнений и тренировок на активацию двигательных единиц. Exerc. Sport Sci. Ред. 15, 95–151. DOI: 10.1249 / 00003677-198700150-00008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сальвадори, А., Fanari, P., Fontana, M., Buontempi, L., Saezza, A., Baudo, S., et al. (1999). Поглощение кислорода и работа сердца у людей с ожирением и здоровых людей во время физических упражнений. Дыхание 66, 25–33. DOI: 10.1159 / 000029333

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шнайдер Д. А., МакГиггин М. Э. и Камимори Г. Х. (1992). Сравнение пороговых значений содержания лактата и катехоламинов в плазме у нетренированных мужчин. Внутр. J. Sports Med. 13, 562–566.DOI: 10.1055 / с-2007-1024565

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Слотер, М. Х., Ломан, Т. Г., Буало, Р., Хорсвилл, К. А., Стиллман, Р. Дж., Ван Лоан, М. Д., и др. (1988). Уравнения скинфолда для оценки ожирения у детей и юношества. Hum. Биол. 60, 709–723.

Google Scholar

Спиро, С. Г. (1979). Тестирование с физической нагрузкой в ​​клинической медицине. Br. J. Dis. Сундук 71, 145–172. DOI: 10.1016 / 0007-0971 (77)

-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Штробель, Г., Фридманн Б., Зибольд Р. и Берч П. (1999). Влияние тяжелых упражнений на катехоламины плазмы у спортсменов с различной подготовкой. Med. Sci. Спортивные упражнения. 31, 560–565. DOI: 10.1097 / 00005768-199

0-00011

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Таннер, Дж. (1962). Рост в подростковом возрасте. Оксфорд: Научные публикации Блэквелла.

Google Scholar

ван Баак, М.А. (1999). Физические упражнения и использование субстратов при ожирении. Внутр. J. Obes. Relat. Метаб. Disord. 23, S11 – S17. DOI: 10.1038 / sj.ijo.0800879

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Веттор Р., Макор К., Росси Э., Пьемонте Г. и Федеспил Г. (1997). Нарушение контррегулирующей гормональной и метаболической реакции на изнурительные упражнения у субъектов с ожирением. Acta Diabetol. 34, 61–66. DOI: 10.1007 / s005920050068

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Villelabeitia-Jaureguizar, K., Висенте-Кампос, Д., Беренгуэль Сенен, А., Вероника Эрнандес, Хименес, В., Лорена Руис и др. (2018). Механическая эффективность аэробных упражнений высокой и средней интенсивности у пациентов с ишемической болезнью сердца: рандомизированное клиническое исследование. Cardiol. J. doi: 10.5603 / CJ.a2018.0052 [Epub перед печатью].

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вайнштейн Ю., Камерман Т., Берри Э. и Фальк Б. (2004). Механическая эффективность мальчиков препубертатного возраста с нормальным весом, предрасположенных к ожирению. Med. Sci. Спортивные упражнения. 36, 567–573. DOI: 10.1249 / 01.MSS.0000121958.99985.A5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Механическая работа и эффективность при горизонтальной ходьбе и беге

Реферат

1. Механическая мощность, затрачиваемая на ускорение конечностей относительно туловища при горизонтальной ходьбе и беге, int , была измерена при различных «постоянных» скорости (3-33 км / ч) с использованием кинематографической процедуры, использованной Фенном (1930, , ), при высоких скоростях бега.

2. int увеличивается примерно как квадрат скорости ходьбы и бега. Для данной скорости int больше при ходьбе, чем при беге.

3. При ходьбе со скоростью более 3 км / ч int больше, чем мощность, затрачиваемая на ускорение и подъем центра масс тела на каждом шаге, ext (измерено Cavagna, Thys & Zamboni, 1976 b ). При работе int < ext примерно до 20 км / ч, тогда как на более высоких скоростях int > ext .

4. Общая работа, выполняемая мышцами, была рассчитана как W tot = ǀ W int ǀ + ǀ W ext ǀ. За исключением того, что при самых высоких скоростях ходьбы общая работа, выполненная на единицу расстояния Вт итого / км, больше при беге, чем при ходьбе.

5. Эффективность положительной работы измерялась по соотношению Вт к / Чистый расход энергии: это больше 0,25, что указывает на то, что как при ходьбе, так и при беге мышцы используют во время укорочения некоторое количество запасенной энергии. во время предыдущей фазы негативной работы (растяжения).

6. При ходьбе эффективность достигает максимума (0 · 35-0 · 40) на промежуточных скоростях, как можно было ожидать, исходя из свойств сократительного компонента мышцы. При беге эффективность неуклонно возрастает со скоростью (от 0,45 до 0,70-0,880), что свидетельствует о том, что положительная работа происходит в основном за счет пассивной отдачи эластичных элементов мышц и в меньшей степени из-за активного укорочения сократительных механизмов. Эти результаты согласуются с разной механикой этих двух упражнений.

Полный текст доступен в виде отсканированной копии оригинальной печатной версии. Получите копию для печати (файл PDF) полной статьи (1,5M) или щелкните изображение страницы ниже, чтобы просмотреть страницу за страницей. Ссылки на PubMed также доступны для Избранные ссылки .

Эти ссылки есть в PubMed. Это может быть не полный список ссылок из этой статьи.

Энергетическое воздействие упражнений

Топливная эффективность человека: энергетическое воздействие упражнений

Мари Махер


18 декабря 2011 г.

Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2011 г.

В последнее время наблюдается значительный рост побудить людей искать более экологичные способы передвижения.Сторонники этого дела укажут на то, что человеческий транспорт (например, ходьба / бег / езда на велосипеде) более энергоэффективна и по своей сути ископаемое топливо бесплатно. Хотя несомненно верно, что сама деятельность не потребляет ископаемое топливо и является углеродно-нейтральным, есть скрытые источники расходов на ископаемое топливо, вложенных в эту деятельность.

«Экономия топлива» человека

Исследователи обнаружили, что команда дальних бегуны потребляют в среднем 3 штуки.5 МДж / ч при движении со скоростью 10,1 км / ч (6,25 миль / ч). [1] Чтобы сравнить этот расход топлива с автомобилем, мы можно предположить, что имеется примерно 122 МДж / галлон бензина и пересчитать экономия топлива для человека примерно до 220 миль на галлон. [2] В отдельном исследовании исследователи определили, что максимальная эффективность человека, едущего на велосипед составлял 20% в пересчете на энергию, вырабатываемую на стационарном велосипеде. по сравнению с сожженными калориями. [3] Они также указывают пиковую мощность своих учебная группа на 363 Вт.Предполагая, что пиковая мощность устойчива (что почти наверняка нет), то эти числа затем можно преобразовать в Эквивалент MPG, связанный с уравнением силы лобового сопротивления: [4]

P d = ½ ρ v 3 A C d

Максимальная выходная мощность должна равняться резистивной сила для поддержания постоянной скорости, поэтому использование опубликованных данных площади перетаскивания позволяет рассчитать, что пиковая мощность 363 Вт соответствует устойчивая скорость 8.4 миль / ч. [5] Выработка 363 Вт при КПД 20%. требует потребления 1815 Вт, что в течение одного часа потребляет энергию, эквивалентную 0,053 галлона бензина, в качестве топлива экономия 159 миль на галлон. Эти цифры для бега и езды на велосипеде дают впечатление, что человеческий транспорт намного более экономичен по сравнению со средним автомобилем; однако это сравнение упускает из виду два основные вопросы: удельный расход топлива и энергетическая стоимость топлива производство.

Удельный расход топлива человеком

Силу бегуна можно оценить по приведенному выше Уравнение силы сопротивления с использованием данных, имеющихся в литературе. Среднее лобовая площадь человека составляет 0,55 м 2 , а среднее сопротивление коэффициент 1,16. [6] При плотности воздуха 1,225 кг / м 3 , мощность, производимая бегуном, работающим в среднем скорость 10,1 км / ч составляет 6,75 Вт. Те же бегуны потребляют в среднем 967 Вт при работе в таком темпе (так что их эффективность равна 0.7%. (Примечание что этот расчет должен недооценивать выходную мощность, потому что это не учитывает энергию, необходимую для движения конечностей относительно друг друга, что не влияет на сопротивление ветра, но является источником энергии «полезная» работа). Исходя из удельного веса бензина 0,74 и указанное выше энергосодержание, 967 Вт в течение часа потребляет эквивалент 80г топлива. [2] Обычно удельный расход топлива указано в единицах г / кВт-ч, поэтому объединение нашей выходной мощности в течение этого часа (0.00675 кВт-ч) при массе израсходованного «топлива» человек при работе достигается удельный расход топлива 11852 г / кВт-ч. Аналогичным образом велосипедист мощностью 363 Вт потребляет эквивалент 148 г бензина, при удельном расходе топлива 408 г / кВт-ч. Для сравнения: Toyota Prius (модельный год ’04) имеет относительно постоянный удельный расход топлива в пределах 225-250 г / кВт-ч и экономия топлива 65,8 миль на галлон. [7] Очевидно, что бег — это не энергоэффективный способ передвижения по городу, но велосипед не это намного хуже, чем один из самых экономичных транспортных средств.Конечно, на Prius вы можете путешествовать намного быстрее с места на место. местоположение, и в случае столкновения с другим транспортным средством вы конечно лучше защищен, чем велосипед.

Расходы на энергию при производстве топлива: множитель потерь

Недавнее европейское исследование проанализировало количество энергии требуется, чтобы вывести топливо из неочищенной формы и доставить его в топливо цистерна автомобиля. Чтобы определить наиболее эффективное топливо, необходимо Использование, исследователи определили понятие, названное «множителем потерь».Множитель потерь — это сумма содержания энергии в топливе и энергия, затраченная на производство топлива, деленная на энергосодержание топливо. Для всех видов топлива множитель потерь должен быть больше 1. величина множителя потерь показывает, насколько расточительно топливо, при больших числах расточительнее. Это позволяет сравнить энергия, необходимая для получения различных видов топлива, нормированная на энергию извлечен. Исследователи перечисляют множитель потерь для бензина и дизель быть 1.14 и 1.16 соответственно. [8] Следовательно, с точки зрения экономия энергии, мы должны скорректировать показатели топливной эффективности, чтобы учесть скрытые потери энергии в системе. Например, автомобиль с рейтинг экономии топлива 100 миль на галлон, работающий на бензине, будет иметь скорректированная экономия 100 / 1,14, или 87,7 миль на галлон. Поэтому Prius выше имеет скорректированную экономию топлива 57,7 миль на галлон.

Также можно рассчитать множитель потерь для человеческого топлива — i.е. еда. Министерство сельского хозяйства недавно выпустила отчет об использовании энергии в продовольственной системе США, в котором утверждается, что 15,7% от общего годового энергетического бюджета США идет на производство продуктов питания, упаковка, транспортировка, подготовка и утилизация. [9] Общая годовая потребность в энергии составляет около 1×10 20 Дж. [10] Это означает, что кормление США требует поразительных 1,57×10 19 J. Согласно Согласно исследованию 1997 года, средний американец потребляет около 1800 килокалорий в день.[11] Это число отражает данные за 1977 и 1987 гг., Поэтому для целей расчет, мы можем предположить, что американцы потребляют около 2000 ккал в день (3,05×10 9 Дж / человеко-год) предложено требуемые федеральным законодательством этикетки для пищевых продуктов. На момент написания этой статьи Население США оценивается примерно в 312 571 000 человек. [12] Следовательно, общее годовое потребление энергии населением составляет 9,53×10 15 J. Если вычислить множитель потерь из этих чисел, мы обнаруживаем, что количество энергии, связанное с производством продуктов питания, подготовка и т. д. — 16.В 5 раз больше энергии, содержащейся в самой пище, для множителя убытка 17,5. По сравнению с бензином, человеческое топливо чрезвычайно неэффективно. Поэтому, если мы вернемся и отрегулируем цифры экономии топлива человека, чтобы обеспечить справедливое сравнение, мы находим, что бегун достигает 12,6 миль на галлон, а велосипедист — 9,1 MPG.

© Мари Махер. Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях.Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] J. M. Wilson et al. , «Эффекты статики Растяжка затрат энергии и выносливости при беге », J. Прочность Cond. Res. 24 , 2274 (2010).

[2] С. К. Дэвис, В. С. Дигель и Р. Г. Баунди, «Книга данных по транспортной энергии, 30-е издание», Ок-Ридж Нэшнл. Лаборатория ОРНЛ-6986, июнь 2011, Приложение Б.

[3] T. Korff et al. , «Эффект от езды на велосипеде» позы » по эффективности и механике педалирования. «Eur. J. Appl. Physiol. 111 , 1177 (2011).

[4] Х. С. Смит, Иллюстрированное руководство по Aerodynamics (TAB Books, 1992), стр. 65, 119.

.

[5] T. Defraeye et al. , «Вычислительная жидкость» Анализ динамики лобового и конвективного теплообмена индивидуума Сегменты тела для разных положений велосипедиста «Дж.Биомеханика 43 , 2281 (2011).

[6] А. Д. Пенварден, П. Ф. Григг и Р. Реймент, «Измерения лобового сопротивления людей, стоящих в аэродинамической трубе», Строительство и окружающая среда 13 , 75 (1978).

[7] К. Мута, М. Ямазаки и Дж. Токиеда, «Разработка гибридной системы нового поколения THS II — радикальный» Повышение мощности и экономии топлива »в гибриде Разработка бензиновых электромобилей, J.М Немецкий, изд. (SAE International, 2005).

[8] М. Симонсен и Х. Дж. Валнум, «Энергетическая цепь Анализ легкового автомобильного транспорта, Энергия 4 , 324 (2011).

[9] P. Canning et al. , «Использование энергии в пищевых продуктах США. Система «Министерство сельского хозяйства США, ERR-94, Март 2010г.

[10] А. Д. Куэльяр и М. Э. Уэббер, «Пищевые отходы», Энергия впустую: энергия, содержащаяся в пищевых отходах в Соединенных Штатах «, Environ.Sci. Technol. 44 , 6464 (2010).

[11] А. Ф. Хайни и Р. Л. Вайнсьер, «Дивергент Тенденции в моделях ожирения и потребления жира: американский парадокс, Am. J. Med. 102 , 259 (1997).

[12] «Демографические прогнозы Соединенных Штатов, Возраст, пол, раса и латиноамериканское происхождение: с 1995 по 2050 год », Бюро США Census, P25-1130, февраль 1996 г.

Энергоэффективность перевозки велосипедов

Энергоэффективность перевозки велосипедов

Бен Стетлер


23 октября 2010 г.

Представлено как курсовая работа по физике 240, Стэнфордский университет, осень 2010 г.

Эффективность человеческого тела как двигателя

Работая с максимальной эффективностью, человеческое тело эффективность преобразования энергии из пищи в работу с помощью педалирования составляет очень похож на автомобиль: Уилсон [1] считает, что эффективность человека составляет от 20 до 30 процентов, в то время как Пьетро [2] считает, что она колеблется от 22 и 26 процентов.Остаток выделяется в виде тепла или содержится в телесные отходы. Достигаемая точная эффективность зависит от атлетизма. и тренировка велосипедиста, оказываемое сопротивление и педалирование скорость. С другой стороны, автомобильные двигатели в среднем составляют около 20%. эффективность; в то время как двигатель внутреннего сгорания имеет более высокий пиковый КПД, человеческое тело способно работать с максимальной эффективностью в разнообразие ситуаций. Для целей данной статьи предполагается, что что человеческое тело имеет 25% механический КПД во время езды на велосипеде.

Механический КПД велосипеда

Когда энергия подается на педали велосипед, существует ряд механических факторов, которые могут его рассеять до и после хранится в механических и гравитационных потенциальная энергия велосипеда и гонщика. Трение качения — это термин относится к силам трения, присутствующим на границах раздела между зубчатые колеса и цепи, колесные опоры и оси, шины и дорога поверхность; когда велосипед движется, все эти взаимодействия исчезают энергия как тепло.Оказывается, велосипеды в хорошем состоянии теряют незначительное количество энергии в шестернях и приводных цепях, которые передавать работу с педалей на заднее колесо: новое и смазанное Цепь может иметь КПД выше 98,5%. [1] Большинство трение качения, следовательно, происходит из-за трения между шиной и земли, которая, как показывает эксперимент, пропорциональна весу велосипед и всадник. Отношение трения качения к весу известно как коэффициент качения.На бетонных или асфальтовых дорогах тип шины Давление на велосипед может привести к изменению коэффициента качения. от 0,017 до 0,0021, обеспечивая сопротивление качению от 14,2 до 1,8 Н для велосипед и гонщик общим весом 85 кг. [2]

Доминирующее диссипативное влияние на кинетическую энергию быстроходного велосипеда по ровной поверхности — сопротивление ветру. [1] Фактическое трение между байком и гонщиком и воздухом невелико; в большая часть рассеиваемой энергии теряется, когда едущий велосипед отталкивает воздух, создавая турбулентный след [1].Как это резистивная сила пропорциональна квадрату скорости велосипеда, он описывается безразмерным коэффициентом сопротивления велосипед и гонщик C = 2 F / (& rho v 2 A), где F — сила трения, ρ плотность воздуха, v скорость и A площадь поперечного сечения. Экспериментально измерено, что для 70 кг всадник ростом 175 см, «традиционный» велосипед с велосипедистом в Сидячая поза имеет C = 1,1 и A = 0.51 м 2 , а для верхнего гоночные велосипеды с гонщиками в «опущенной» позе C = 0,65 и A = 0,40 м 2 . [2]

Принятие наихудшего сценария как для прокатки сопротивление трению и ветру для велосипедиста весом 70 кг с велосипедом весом 15 кг двигаясь со скоростью 10 м / с, мы вычисляем (используя ρ = 1,2 кг / м 3 )

Термин сопротивления воздуха станет преобладающим. полностью, если бы мы взяли более высокие скорости, но это похоже на разумная оценка для обычного велосипедиста.

Объединяя это с результатами первого раздел, мы видим, что велосипедист весом 70 кг с велосипедом 15 кг при движении со скоростью 10 м / с расходуется (в худшем случае) примерно

Если бы мы вместо этого использовали лучшие числа из выше, мы бы рассчитали потребляемую мощность примерно 696 Вт = 0,17 ккал / с, повышение эффективности в 3 раза.

© Бен Стетлер.Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях. Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] Д. Уилсон, Bicycle Science (MIT Press, 2004).

[2] П. Пьетро, ​​»Велоспорт по Земле, в космосе, на Луна, Европейский журнал прикладной физиологии 82 , 345 (2000).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *