7.8: Kazi, Nishati, na Nguvu katika Binadamu

Last updated
Save as PDF

Page ID: 183406

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

Eleza matumizi ya nishati ya mwili wa binadamu wakati unapumzika vs wakati wa kushiriki katika shughuli zinazofanya kazi muhimu.
Tumia uongofu wa nishati ya kemikali katika chakula katika kazi muhimu.

Nishati uongofu kwa Binadamu

Miili yetu wenyewe, kama viumbe hai vyote, ni mashine za uongofu wa nishati. Uhifadhi wa nishati ina maana kwamba nishati ya kemikali iliyohifadhiwa katika chakula inabadilishwa kuwa kazi, nishati ya joto, na/au kuhifadhiwa kama nishati ya kemikali katika tishu za mafuta. (Kielelezo 7.09.1.) Sehemu inayoingia kila fomu inategemea wote juu ya kiasi gani tunachokula na kiwango chetu cha shughuli za kimwili. Kama sisi kula zaidi ya inahitajika kufanya kazi na kukaa joto, salio huenda katika mafuta ya mwili.

Mchoro wa schematic wa nishati inayotumiwa na wanadamu na kubadilishwa kwa aina nyingine mbalimbali huonyeshwa. Nishati ya chakula inabadilishwa kuwa kazi, nishati ya joto, na mafuta yaliyohifadhiwa yaliyoonyeshwa na mshale unaojitokeza nje ya nishati ya chakula na kuishia katika aina hizi tatu. Kuhifadhiwa mafuta pamoja na nishati ya mafuta ni sawa na mwisho nishati nyingine, kinachoitwa O E ndogo f, na kazi nonconservative ni inavyoonekana kwa W ndogo n c, ambayo ni hasi, hivyo awali nishati nyingine, kinachoitwa O E ndogo i, plus W ndogo n c ni sawa na O E ndogo f. — Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Nishati zinazotumiwa na binadamu zinabadilishwa kuwa kazi, nishati ya joto, na mafuta yaliyohifadhiwa. Kwa mbali sehemu kubwa huenda kwenye nishati ya joto, ingawa sehemu inatofautiana kulingana na aina ya shughuli za kimwili.

Nguvu zinazotumiwa wakati wa kupumzika

Kiwango ambacho mwili hutumia nishati ya chakula ili kuendeleza maisha na kufanya shughuli tofauti huitwa kiwango cha metabolic. Kiwango cha uongofu wa nishati ya mtu anayepumzika huitwa kiwango cha kimetaboliki cha basal (BMR) na imegawanywa kati ya mifumo mbalimbali katika mwili, kama inavyoonekana katika Jedwali. Sehemu kubwa huenda kwenye ini na wengu, na ubongo unakuja ijayo. Bila shaka, wakati wa zoezi kubwa, matumizi ya nishati ya misuli ya mifupa na moyo huongezeka kwa kiasi kikubwa. Kuhusu 75% ya kalori kuchomwa moto katika siku kwenda katika kazi hizi za msingi. BMR ni kazi ya umri, jinsia, jumla ya uzito wa mwili, na kiasi cha misuli ya misuli (ambayo huchoma kalori zaidi kuliko mafuta ya mwili). Wanariadha wana BMR kubwa kutokana na sababu hii ya mwisho.

Viwango vya Metabolic Basal (BMR):
Organ	Nguvu zinazotumiwa wakati wa kupumzika (W)	Matumizi ya oksijeni (ml/min)	Asilimia ya BMR
Ini na wengu	23	67	27
Ubongo	16	47	19
Misuli ya mifupa	15	45	18
Figo	9	26	10
Moyo	6	17	7
Nyingine	16	48	19
Jumla	85 W	250 ml/min	100%

Matumizi ya nishati ni sawia moja kwa moja na matumizi ya oksijeni kwa sababu mchakato wa utumbo kimsingi ni moja ya chakula cha oksidi. Tunaweza kupima nishati ambazo watu hutumia wakati wa shughuli mbalimbali kwa kupima matumizi yao ya oksijeni. (Angalia Mchoro 7.09.1.) Takriban 20 kJ ya nishati huzalishwa kwa lita moja ya oksijeni inayotumiwa, bila kujitegemea aina ya chakula. Jedwali linaonyesha viwango vya matumizi ya nishati na oksijeni (nguvu zilizotumiwa) kwa shughuli mbalimbali.

Nguvu ya Kufanya Kazi muhimu

Kazi iliyofanywa na mtu wakati mwingine huitwa kazi muhimu, ambayo ni kazi iliyofanywa kwenye ulimwengu wa nje, kama vile kuinua uzito. Kazi muhimu inahitaji nguvu inayotumiwa kwa umbali wa ulimwengu wa nje, na hivyo hujumuisha kazi ya ndani, kama ile iliyofanywa na moyo wakati wa kusukwa damu. Kazi muhimu ni pamoja na ile iliyofanywa katika kupanda ngazi au kuharakisha kukimbia kamili, kwa sababu haya yanakamilika kwa kutumia nguvu kwenye ulimwengu wa nje. Vikosi vinavyotumiwa na mwili sio kihafidhina, ili waweze kubadilisha nishati\((KE + PE)\) ya mitambo ya mfumo uliofanywa, na hii mara nyingi ni lengo. Mchezaji wa baseball kutupa mpira, kwa mfano, huongeza kinetic ya mpira na uwezo wa nishati.

Ikiwa mtu anahitaji nishati zaidi kuliko wanayotumia, kama vile wakati wa kufanya kazi kubwa, mwili unapaswa kuteka juu ya nishati ya kemikali iliyohifadhiwa kwenye mafuta. Hivyo zoezi inaweza kuwa na manufaa katika kupoteza mafuta. Hata hivyo, kiasi cha zoezi zinahitajika kuzalisha hasara katika mafuta, au kuchoma mbali kalori ya ziada zinazotumiwa siku hiyo, inaweza kuwa kubwa, kama Mfano 7.09.1 unaeleza.

Mfano\(\PageIndex{1}\): Calculating Weight Loss from Exercising

Ikiwa mtu ambaye huhitaji wastani wa kJ 12,000 (3000 kcal) ya nishati ya chakula kwa siku hutumia 13,000 kJ kwa siku, atapata uzito. Ni kiasi gani cha baiskeli kwa siku kinahitajika kufanya kazi mbali hii ya ziada ya 1000 KJ?

Suluhisho

Jedwali inasema kuwa 400 W hutumiwa wakati wa baiskeli kwa kasi ya wastani. Wakati required kufanya kazi mbali 1000 KJ kwa kiwango hiki ni basi

\[Time = \dfrac{energy}{\left(\frac{energy}{time} \right)} = \dfrac{1000 \, kJ}{400 \, W} = 2500 \, s = 42 \, min.\]

Majadiliano

Ikiwa mtu huyu anatumia nishati zaidi kuliko yeye hutumia, mwili wa mtu utapata nishati zinazohitajika kwa metabolizing mafuta ya mwili. Ikiwa mtu hutumia kJ 13,000 lakini hutumia kJ 12,000 tu, basi kiasi cha kupoteza mafuta kitakuwa

\[ Fat \, loss = (1000 \, kJ) \left ( \frac{1 \, g \, fat}{30 \, kJ} \right) = 26 \, g,\]

kuchukua maudhui ya nishati ya mafuta kuwa 39 kJ/g.

Mtu anapima kiasi cha oksijeni katika damu na kiwango cha metabolic kwa kutumia oksijeni ya pigo. Oxymeter ya pigo imefungwa kwa mkono wa mtu, na kidole cha index kina ndani ya kipande cha picha. — Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Oxymeter ya pigo ni vifaa vinavyopima kiasi cha oksijeni katika damu. Ujuzi wa viwango vya oksijeni na dioksidi kaboni huonyesha kiwango cha metabolic ya mtu, ambayo ni kiwango ambacho nishati ya chakula inabadilishwa kuwa fomu nyingine. kiwango cha metabolic ya mtu, ambayo ni kiwango ambacho nishati ya chakula inabadilishwa kuwa fomu nyingine. Vipimo vile vinaweza kuonyesha kiwango cha hali ya riadha pamoja na matatizo fulani ya matibabu. (mikopo: Uusiajaja, Wikimedia Commons)

Viwango vya Matumizi ya Nishati na Oksijeni:

Shughuli	Matumizi ya nishati katika watts	Matumizi ya oksijeni katika lita O ₂ /min
Kulala	83	0.24
Kuketi katika mapumziko	120	0.34
Kusimama walishirikiana	125	0.36
Kuketi katika darasa	210	0.60
Kutembea (5 km/h)	280	0.80
Baiskeli (13—18 km/h)	400	1.14
Kutetemeka	425	1.21
Kucheza tenisi	440	1.26
Kuogelea kifua	475	1.36
Skating ya barafu (14.5 km/h)	545	1.56
Kupanda ngazi (116/min)	685	1.96
Baiskeli (21 km/h)	700	2.00
Mbio ya msalaba wa nchi	740	2.12
Kucheza mpira wa kikapu	800	2.28
Baiskeli, mtaalamu racer	1855	5.30
Sprinting	2415	6.90

Kazi zote za mwili, kutoka kufikiri ili kuinua uzito, zinahitaji nishati. (Angalia Mchoro 7.09.3.) Vitendo vingi vidogo vya misuli vinavyoongozana na shughuli zote za utulivu, kutoka kulala hadi kichwa cha kichwa, hatimaye kuwa nishati ya joto, kama vile vitendo visivyoonekana vya misuli na moyo, mapafu, na njia ya utumbo. Kutetemeka, kwa kweli, ni majibu ya kujihusisha na joto la chini la mwili ambalo linaweka misuli dhidi ya kila mmoja ili kuzalisha nishati ya joto katika mwili (na kufanya kazi yoyote). Figo na ini hutumia kiasi cha kushangaza cha nishati, lakini mshangao mkubwa wa yote kwamba 25% kamili ya nishati zote zinazotumiwa na mwili hutumiwa kudumisha uwezo wa umeme katika seli zote zilizo hai. (Siri za ujasiri hutumia uwezo huu wa umeme katika msukumo wa neva.) Hii nishati bioelectric hatimaye inakuwa zaidi ya mafuta ya nishati, lakini baadhi ni itatumika kwa nguvu michakato ya kemikali kama vile katika figo na ini, na katika uzalishaji wa mafuta.

F M R I Scan ya kichwa binadamu na matumizi ya nishati katika kituo cha maono inavyoonekana na doa mkali. Mwangaza huu unaonyesha matumizi ya nishati. — Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Scan hii ya MRI inaonyesha kiwango cha kuongezeka kwa matumizi ya nishati katika kituo cha maono ya ubongo. Hapa, mgonjwa aliulizwa kutambua nyuso. (mikopo: NIH kupitia Wikimedia Commons)

Muhtasari

Mwili wa mwanadamu hubadilisha nishati iliyohifadhiwa katika chakula kuwa kazi, nishati ya joto, na/au nishati ya kemikali iliyohifadhiwa katika tishu za mafuta.
Kiwango ambacho mwili hutumia nishati ya chakula ili kuendeleza maisha na kufanya shughuli tofauti huitwa kiwango cha metabolic, na kiwango kinachofanana wakati wa kupumzika kinaitwa kiwango cha kimetaboliki cha basal (BMR)
Nishati iliyojumuishwa katika kiwango cha kimetaboliki ya kimetaboliki imegawanywa kati ya mifumo mbalimbali katika mwili, na sehemu kubwa zaidi inakwenda ini na wengu, na ubongo unakuja ijayo.
Kuhusu 75% ya kalori ya chakula hutumiwa kuendeleza kazi za msingi za mwili pamoja na kiwango cha kimetaboliki cha basal.
Matumizi ya nishati ya watu wakati wa shughuli mbalimbali yanaweza kuamua kwa kupima matumizi yao ya oksijeni, kwa sababu mchakato wa utumbo ni kimsingi moja ya chakula cha oksidi.

faharasa

kiwango cha metabolic: kiwango ambacho mwili hutumia nishati ya chakula ili kuendeleza maisha na kufanya shughuli tofauti

kiwango cha metabolic basal: jumla ya nishati ya uongofu kiwango cha mtu katika mapumziko

kazi muhimu: kazi iliyofanyika kwenye mfumo wa nje