Под изменением внутренней энергии мы подразумеваем её затраты на поддержание температуры тела, перегруппировку атомов пищи в клетки организма и, наконец, запас энергии в виде жиров [6].
Суточные пищевые потребности людей приведены в табл. 4, а характеристики основных пищевых продуктов — в табл. 5. Таким образом, суточное пищевое энергопотребление по всем категориям составляет 12 500 кДж/(чел.* сут.)> а годовое — 4,6 * 106 кДж /(чел. * год).
Таблица 4
Пищевые энергопотребности человека (масса 63 кг) Группа Мужчины Женщины В среднем Работники умственного труда (10%) 11 340 10 080 10 710
Работники механизированного физического труда (55%) 12 600 10 710 11 660
Работники немеханизированного физического труда (20%) 16 800 14 280 15 540
Учащиеся и студенты (15%) 13 860 11 760 12 810
Зная это, диетологи могут смело советовать желающим увеличить свой вес в состоянии покоя (когда величина совершаемой работы мала) поглощать как можно больше высококалорийной пищи — жиров и углеводов: тогда излишняя внутренняя энергия пойдет на организацию запаса жиров в организме.
Напротив, желающим похудеть обычно рекомендуют побольше двигаться и поменьше есть булочек и пирожков (то есть уменьшить количество энергии, поступающей в виде пищи).
Чтобы зимой не мёрзнуть на улице и не простужаться, диетологи советуют хорошо питаться. В голодном состоянии организм «вынужден» расходовать меньше энергии на поддержание температуры тела и протекание внутренних процессов, а ослабленный организм может легче «подхватить» простуду [14].
Таблица 5
Состав и энергосодержание основных пищевых продуктов
В настоящее время в нашей стране приняты «Нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для различных групп населения». Это официальный нормативный документ для планирования производства и потребления продуктов питания, оценки резервов продовольствия, разработки мер социальной защиты, обеспечивающих здоровье, расчетов рационов организованных коллективов. Эти нормы широко используются во врачебной практике [14].
Предусмотрено, что энергетическая ценность суточного рациона должна соответствовать и компенсировать суточные энергетические затраты определенных групп населения. Определены 5 групп мужчин и 4 группы женщин. В каждой группе взрослого населения выделены по 3 возрастных подгруппы от 18 до 59 лет. Дополнительно введены две подгруппы лиц престарелого и старческого возраста (60—74, 75 лет и более).
Учитывая, что каждый пищевой продукт имеет определенную энергетическую ценность, и пользуясь этими таблицами, можно вычислить энергетическую ценность рациона и всех его компонентов.
Каждая из выделенных по физической активности, полу и возрасту группа населения с учетом средней величины усвоения питательных веществ имеет нормы количества белков (в том числе животных белков — 55%), жиров (30% от общей энергетической ценности рациона и 4—6% отведено незаменимой линолевой кислоте), углеводов, минеральных веществ и витаминов.
В «Нормах» учтены беременные и кормящие матери по двум срокам лактации (1—6 и 7—12 мес), у которых повышены энергетические затраты и соответственно — потребность в питательных веществах с учетом потребления их плодом, а затем и ребенком, вскармливаемым грудным молоком.
Серьезное внимание в «Нормах» обращено на минеральные вещества и витамины. Так, взрослым людям минеральные вещества рекомендованы в следующих количествах (мг в сутки): кальций—800 (в престарелом возрасте—1000), фосфор—1200, магний — 400, железо — 10 (женщинам — 18), цинк — 15, йод — 0,15.
Особое внимание уделено определению физиологических потребностей для детей и подростков, которые разделены на 11 возрастных и половых (начиная с 11 лет) групп. Специально оговорены группы подростков, занимающихся в СПТУ, где достаточно велики энерготраты в связи с работой учащихся на производстве.
Определены и нормы минеральных веществ для каждой возрастной группы.
Предусматривается повышение калорийности рациона лиц, живущих в районах Севера, где энерготраты увеличены на 10—15% относительно населения основных климатических зон России. Населению Севера рекомендуется иное соотношение в рационе белков, жиров и углеводов, соответственно 15, 35 и 50% от общей энергетической ценности рациона, что составляет их соотношение 1:2,3:3,3. В этом соотношении увеличена доля энергоемких жиров и уменьшено относительное количество углеводов.
Определены и приведены в справочниках уровни потребления микроэлементов детьми различного возраста и взрослыми [10].
Следует иметь в виду, что каждая специфическая профессия и вид труда имеют соответствующие уточнения и дополнения к действующим «Нормам» питания.
Заключение
Термодинамика — наука особая. С одной стороны — это одна из областей физики, позволяющая рассматривать произвольные сложные системы с единой точки зрения, с другой стороны — это сугубо техническая наука об эффективности (коэффициентах полезного действия) не только машин (двигателей и орудий), но и сложных биоорганизмов и прежде всего человека.
Человеческий организм, с точки зрения термодинамики, открытая система, для нормального функционирования которой необходимо поддержание постоянной температуры, которая достигается путем непрерывного теплообмена. Последний возможет только при наличии в организме источника тепла, которым выступает пища.
Диетология — наука о питании — изучает энергетическую ценность (= калорийность) продуктов. Зная, что теплота, получаемая системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы, можно рассчитать с позиций термодинамики нормы питания для всех категорий населения. Таким образом, термодинамика биологических систем позволяет объединить теплообмен с обменом веществ, открывая новые возможности для науки, медицины и техники.
Список используемой литературы Блюменфельд, Л. А. Информация, термодинамика и конструкция биологических систем / Л. А. Блюменфельд // Соросовский Образовательный Журнал. -1997. -№ 7. — С. 88−92.
Бурдаков, В. П. Основы биологической термодинамики — М.: МАИ, 2004. — 132 с.
Владимиров, Ю. А. Биофизика / Ю. А. Владимиров, Д. И. Рощупкин, А. Я. Потапенко, А. И. Деев. — М.: Медицина, 1982. — 272 с.
Волькенштей, М. В. Биофизика. — М.: Наука, 1988. — 257 с.
Костюк, П. Г. Биофизика. — Киев: Выща шк., 1988. — 503 с.
Николис, Г. Самоорганизация в неравновесных системах / Г. Николис, И. Пригожин. — М.: Мир, 1979.-512 с.
Ремизов, А. Н. Медицинская и биологическая физика. — М.: Высш.
шк., 1996. — 558 с.
Рощупкин, Д. И. Биофизика органов / Д. И. Рощупкин, Е. Е. Фесенко, В. И. Новоселов. — М.: Наука, 2000. — 250 с.
Рубин, А. Б. Термодинамика биологических процессов/ А. Б. Рубин // Соросовский образовательный журнал. — 1998. -№ 10. — С. 77−83.
Рубин, А. Б. Биофизика. — М.: Книжный дом «Университет», 2000. — Т.1−2.
Рубин, А. Б. Лекции по биофизике. — М.: Изд-во Моск.
ун-та, 1994. — 143 с.
Рубин, А. Б. Лекции по биофизике. — М.: МГУ, 1998. — 167 с.
Рубин, А. Б. Термодинамика биологических процессовМ.: МГУ, 1984. — 285 с.
Самойлов, В. О. Медицинская биофизика.
Санкт-Петербург: Спецлит, 2004. — 480 с.
