3. Обмен энергии. Законы термодинамики.

В основе процессов обмена энергии лежат законы термодинамики. С точки зрения термодинамики живые существа относятся к открытым стационарным неравновесным системам. Они обмениваются с окружающей средой веществом и энергией. С другой стороны, благодаря механизмам саморегуляции составляющих их функциональных систем живые организмы удерживают свои основные функции и энергетические затраты на них в определенных пределах.

Принцип устойчивого неравновесия живых систем (Э. С. Бауер) гласит: живые системы никогда не бывают в равновесии с окружающей средой и исполняют за счет своей внутренней энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и химии.

Первый закон термодинамики — закон сохранения и превращения энергии (М. В. Ломоносов, А. Лавуазье) гласит: энергия не исчезает и не образуется вновь, а только переходит из одной формы в другую — энергия механической работы, кинетическая энергия и теплота могут превращаться друг в друга.

Второй закон термодинамики (Больцман): часть энергии организма способна к превращениям и совершению полезной работы. Другая часть — рассеивается в виде тепла, характеризуя меру термодинамической неупорядоченности системы — энтропию. Живые организмы не могут обратно использовать выделяющуюся в процессах жизнедеятельности тепловую энергию. Второй закон термодинамики утверждает, что энтропия может только возрастать или оставаться постоянной.

Тем не менее живые организмы, благодаря саморегуляции, работают против энтропии. Они представляют так называемые «квазизакрытые» системы (И. Р. Пригожин, И. Стенгере).

4) Определение энергозатрат организма.

1 метод – прямая калориметрия. Используется физиологические калориметры – на нужное время помещают человека в камеру, в которой учитывают все количество тепла, отдаваемое телом человека. Тепло выделяется организмом, поглощается водой протекающей по системе труб. Для вычисления теплопродукции используются данные о теплоемкости жидкости, ее объеме, протекающем через камеру и разности температур, поступающих в камеру и вытекающей жидкости.

2 метод – непрямая калориметрия. Чаще используют. Метод основан на исследовании газобмена организма (источник энергии – окислительные процессы при которых потребляет о2 и выделяется со2). Сущность – сначала определяют объем легочной вентиляции, количество поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа.

Метод Дугласа-Холдейна или метод полного газового анализа – мешок, собирается за 10-15 минут в него воздух, а затем определяют объем выдоха этого воздуха и процентное содержание в нем кислорода и углекислого газа.

5) Дыхательный коэффициент. Калорический эквивалент кислорода. Энергетическая ценность питательных веществ.

Дыхательный коэффицициент – отношение объема выделившегося из организма углекислого газа к объему поглощенного кислорода. При белках – 0,8; жиров – 07; углеводов – 1. Для определения чистого дыхательного коэффициента исключают белок.

Количество тепла, освобождающегося после потребления организмом 1 л О2 носит название калорического эквивалента кислорода. Установлено, что при окислении в организме углеводов калорический эквивалент 1 л кислорода равен 5 ккал, при окислении жиров — 4,6 ккал, при окислении белков — 4,85 ккал.

Калорическую ценность питательных веществ определяют путем сжигания 1 г вещества в специальном калориметре (бомба Бертло) при пропускании электрического тока. Калориметр погружается в воду, и измеряется разность температур воды до и после сжигания веществ.

Установлено, что калорическая ценность 1 г белка равна 5,6 ккал, 1 г жира — 9,3 ккал, 1 г углеводов — 4,1 ккал. 1 г мочевины при сгорании выделяет 1,3 ккал. Поэтому физиологическая ценность белка в организме равна 4,1 ккал.