Організм як відкрита термодинамічна система.

Організм людини є відкритою термодинамічною системою, тобто він обмінюється з навколишнім середовищем речовинами, енергією та інформацією.

Як будь-яка термодинамічна система, організм людини підкоряється законам 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 представляє собою закон збереження енергії. Кількість матерії і енергії, що переходить в організм точно відповідає кількості, яку організм повертає у навколишнє середовище.

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

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.

Для підтримання структурної впорядкованості організм запозичує енергію з навколишнього середовища, тобто всередині організму створюється негентропія (проти ентропії), а навколо організму створюється ентропія. Кінцевим наслідком енергетичних перетворень, що відбуваються в організмі, у відповідності з другим законом термодинаміки, є теплота, що виділяється у навколишнє середовище.

Співвідношення між енергією, що надходить в організм і кількістю енергії, що виділяється організмом називається енергетичним балансом. Енергетичний баланс складається на основі визначення калорійності їжі і теплових витрат організму.

Методи визначення енерговитрат організму:

1. Пряма калориметрія. Дослідження проводять за допомогою спеціальних пристроїв – калориметрів, які не допускають втрати тепла в зовнішнє середовище. Прилад має подвійні стінки, між якими по системі трубок рухається рідина. Організм, який знаходиться в калориметрі, виділяє тепло, тому 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 виділяється з організму у вигляді тепла (якщо не виконується зовнішня механічна робота).Метод точний, але громіздкий і не дозволяє виміряти енергетичні витрати організму під час руху.

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 речовин звільняється в 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 атмосферного (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.

Дихальний коефіцієнт – це співвідношення між об’ємами СО₂, що видихується і об’ємом О₂, який використовується для окислення.

За величиною ДК можна опосередковано судити про речовини,які киснюються.

Величина ДК в звичайних умовах змінюється від 0,7 до 1,0 і залежить від виду поживних речовин, які окиснюються в організмі.

При окисненні вуглеводів 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.

Калоричного коефіцієнту кисню (ККО₂). Це кількість енергії яка звільняється при затраті одного літра кисню.

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 О₂ більше в 2 рази, ніж на окиснення 1г вуглеводів.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Обмін речовин між організмом і зовнішнім середовищем як основні умови життя	\|	Основний обмін і умови його визначення, фактори, що впливають на його величину

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.