• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Методи визначення енерговитрат людини. Дихальний коефіцієнт. Джерела і шляхи використання енергії в організмі людини.

З точки зору термодинаміки, організм людини є відкритою термодинаміч-ною системою, тобто він обмінюється з навколишнім середовищем речовиною, енергією та інформацією.

Як і будь-яка термодинамічна система, організм людини підкоряється зако-нам термодинаміки:

1-й закон:загальна енергія системи та навколишнього середовища постійна, та в ході хімічних реакцій та фізичних процесів енергія може переходити із однієї форми в іншу. Тобто, 1-й закон термодинаміки являє собою закон збереження енергії.

2-й закон: всі самовільні процеси намагаються проходити в напрямку зростання ентропії системи та навколишнього середовища. Ентропія – міра невпорядкованості системи, міра деструкції та розсіяності енергії. Тобто, 2-й закон обмежує можливі самовільні перетворення енергії в системі.

У відповідності з другим законом термодинаміки всі самовільні процеси в організмі проходять в напрямку підвищення ентропії, тобто зменшення ступеня впорядкованості структур, які складають організм. Та організм людини, як і будь-який інший організм характеризується високим ступенем впорядкованості структур. Підтримання такої впорядкованості структур можливе тільки завдяки постійному обміну енергією із зовнішнім середовищем.

Надходження енергії в організм людини проходить у вигляді енергії хімічних зв’язків харчових продуктів (жирів, білків та вуглеводів).

Перетворення енергії в організмі людини полягає в її:

-вивільненні;

-акумуляції;

-використанні.

Виділення енергії з організму людини проходить у вигляді тепла (за умови, що людина не виконує зовнішньої механічної роботи, бо при її виконанні частина енергії виділяється із організму у вигляді тепла, а частина іде на виконання роботи).

Перетворення енергії в організмі людини:

1. Вивільнення енергії.

2. Акумуляціяенергії.

3. Використання енергії.

Виділення енергії з організму людини відбувається у вигляді тепла (за умови що людина не виконує жодної зовнішньої механічної роботи – тоді частина енергії виділяється у вигляді тепла, а частина йде на виконання робо-ти).

Перетворення енергії в організмі людини.

Вивільнення енергії поживних речовин відбувається при руйнуванні їх хі-мічних зв’язків. У організмі людини основну роль в процесах вивільнення енергїі відіграють процеси аеробного окисного фосфорилювання. Пари елек-тронів, що вивільняються при окисненні субстратів циклу Кребса, при окиснен-ні жирних кислот передаються на ансамбль ферментів, що називається дихаль-ним ланцюгом. При транспорті електронів по дихальному ланцюгу зменшуєть-ся їхня вільна енергія. При цьому:

- частина енергії перетворюється на тепло (первинне) і виділяється з організму; ця частина складає 50-60% від усієї енергії окиснення;

- решта енергії йде на синтез АТФ з АДФ та неорганічного фосфату.

Ступінь спряження окиснення та фосфорилювання у дихальному ланцюзі характеризує відношення Фн/О₂, максимальна величина якого теоретично може досягати 3 – при витраті одного атома кисню максимально може утворитися 3 молекули АТФ і витратитися 3 атоми неорганічного фосфору. Ступінь спря-ження окиснення і фосфорилювання може змінюватися під впливом гормонів (катехоламінів, тироксину), при активізації симпатичного відділу вегетативної нервової системи. Вони розділяють окиснення й фосфорилювання у дихально-му ланцюзі ® більша частина енергії перетворюється на первинне тепло і мен-ше її йде на синтез АТФ. Якщо енарговитрати організму при цьому не змі-нилися (для підтримки життєдіяльності та виконання роботи потрібно стільки ж енергії, як і до розділення окиснення й фосфорилювання), інтенсивність аеробного окиснення буде зростати (для синтезу такої ж кількості АТФ потріб-но окиснити більше поживних речовин).

1. Акумуляція енергії відбувається у вигляді енергії макроергічних зв’язків АТФ, ГТФ, ЦТФ, КФ.

2. Використання енергії. Незалежно від умов існування організму можна виділити 3 напрямки, за котрими відбувається використання енергії макроергічних сполук:

- процеси самовідновлення; ККД цих процесів складає 25-35% (без врахування ККД синтезу АТФ, котрий складає близько 50%), решта енергії макроергів перетворюється на вторинне тепло й виділяється з організму.

- робота механізмів активного транспорту проти градієнтів концентрацій – Na⁺/K⁺-ATP-аза клітинної мембрани, кальцієва помпа СПР, всмоктування у кишківнику, реабсорбція та секреція в ниркових канальцях. ККД – близько 20%.

- механічна робота скелетних та гладких м’язів.

Отже, за відсутності виконання зовнішньої роботи, вся ернергія, що викори-стовується організмом, перетворюється на тепло і виділяється з організму. Процеси біосинтезу речовин спряжені з процесами їх розпаду, котрі йдуть з вивільненням енергії у вигляді тепла; йонні помпи створюють градієнти концентрації, за якими надалі йони рухаються пасивно, що супроводжується виділенням енергії у вигляді тепла; робота серця йде на подолання опору судин, виділення енергії у вигляді тепла.

Тому, виділення тепла з організму проходить у вигляді тепла (первинного та вторинного).

Методи визначення енерговитрат організму:

1. Пряма калориметрія. Дослідження проводять за допомогою спеціальних пристроїв – калориметрів, які не допускають втрати тепла у зовнішнє середовище (а саме в цьому й полягає технічна складність методу). Прилад має подвійні стінки, між якими по системі посудин рухається рідина. Організм, який знаходиться в калориметрі, виділяє тепло ® рідина в трубах нагрівається. Розрахунок енерговитрат проводять за формулою:

, де

Q – тепловтрати організму;

m – маса рідини в трубах;

с – питома теплоємність рідини;

t₁ – t₂ – різниця температури рідини за час дослідження.

Оцінка енерговитрат за виділенням тепла із організму можлива, тому що вся енергія, яка використовується організмом, перетворюється в тепло і виділя-ється з організму у вигляді тепла (якщо не виконується зовнішня механічна робота).

2. Непряма калориметрія. Енерговитрати організму розраховують за його газообміном (за використанням кисню та виділенням вуглекислого газу). Правильність такого підходу є доведеною, тому що енергія поживних речо-вин звільняється у організмі людини, головним чином, в ході процесів аеробного окисного фосфорилювання; саме на ці процеси іде поглинений організмом О₂, саме в ході цих процесів утворюється СО₂, який виділяється з організму).

Визначення енерговитрат організму методом непрямої калориметрії включає наступні етапи:

а) визначення поглинання О₂ та виділення СО₂ організмом за певний час. Частіше всього розрахунки проводять, виходячи із різниці складу атмосфер-ного (вдихуваного) та видихуваного повітря (у %) та величини ХОД. Для цього необхідно зібрати видихуване повітря в замкнуту ємність і визначити його газовий склад; визначають також ХОД;

б) розрахунок дихального коефіцієнту (ДК):

, де

Vо₂ – об’єм О₂, що був поглинений організмом за певний час;

Vсо₂ – об’єм СО₂, що був виділений організмом за той самий час.

Величина ДК в звичайних умовах змінюється від 0,7 до 1,0 і залежить від виду поживних речовин, які окиснюються в організмі. При окисненні вугле-водів ДК = 1,0; білків – 0,8; жирів – 0,7. при змішаному окисненні поживних речовин ДК частіше всього коливається в межах від 0,8 до 0,85.

в) визначення за таблицями калоричного коефіцієнту кисню (ККО₂). Його визначають виходячи із величини ДК. ККО₂ вказує, яка кількість енергії вивільняється в організмі при вживанні ним 1л О₂ при даному ДК. Таким чином, розмірність ККО₂ – ккал/л О₂.

г) розрахунок енерговитрат організму за певний час проводять, виходячи із:

- об’єму кисню, який організм використав за цей час (Vо₂);

- ККО₂.

Розрахунки проводять за формулою:

.

Енергетична цінність різних поживних речовин різна; в розрахунку на 1г речовини вона складає:

- жири = 9,3 ккал (39кДж);

- білки = 4,1 ккал (17кДж);

- вуглеводи = 4,1 ккал (17кДж).

Тобто, енергетична цінність жирів більше, ніж в 2 рази перевищує енергетичну цінність вуглеводів і білків.

На окиснення 1г жиру використовується більше, ніж в 2 рази більше О₂, ніж на окиснення 1г вуглеводів. Тому величина ККО₂ змінюється при окисненні різних речовин на незначну кількість (від 4,69 ккал/л при ДК = 0,7 до 5,05 ккал/л при ДК = 1,0). Тому, при визначенні енерговитрат методом непрямої калориметрії нерідко обмежуються визначенням поглинанням О₂ (технічно це набагато простіше, ніж визначення виділення СО₂; поглинання О₂ можна визначити, наприклад, по спірограмі) і середнього по величині ДК (0,82-0,85).

Необхідно пам’ятати, що ДК не завжди залежить від виду окиснених в організмі речовин:

- він підвищується (може бути більшим від 1,0) при довільній гіпервентиляції ® із організму виділяється СО₂ крові;

- ДК стає більшим за 1,0 безпосередньо після фізичного навантаження, внас-лідок того, що із м’язів в кров виділяються недоокиснені продукти метабо-лізму і витісняють СО₂ із бікарбонатів; зате пізніше ДК різко знижується і може стати меншим 0,7 (0,6-0,5) внаслідок відновлення лужного резерву крові (бікарбонатів).

Читайте також:

1. B. Тип, структура, зміст уроку і методика його проведення.
2. CMM. Визначення моделі зрілості.
3. Demo 11: Access Methods (методи доступу)
4. I визначення впливу окремих факторів
5. I. ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
6. I. ІСТОРИЧНІ ШЛЯХИ ФОРМУВАННЯ УКРАЇНСЬКОЇ КУЛЬТУРИ
7. II. Визначення мети запровадження конкретної ВЕЗ з ураху­ванням її виду.
8. II. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
9. II. МЕХАНІЗМИ ФІЗІОЛОГІЧНОЇ ДІЇ НА ОРГАНІЗМ ЛЮДИНИ.
10. II. Мотивація навчальної діяльності. Визначення теми і мети уроку
11. II. УЧЕБНЫЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОСОБИЯ, ПРАКТИКУМЫ
12. III. За виділенням або поглинанням енергії

Переглядів: 4188