Следовательно, остаются два основных метода определения расхода энергии — по кислородному запросу или продукции тепла.

ЛЕКЦИЯ

ФИЗИОЛОГИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Живые организмы потребляют из окружающей среды энергию, преобразуют одну форму энергии в другую, а затем возвращают в среду эквивалентное количество энергии в форме, наименее пригодной для них. Энергия, возвращаемая клеткой в окружающую среду, обычно выделяется в форме тепла, которое является окончательным результатом всех превращений энергии в организме. Тепло образуется при превращении химической энергии в механическую, а также возникает в результате трения. Часть механической энергии также превращается в тепло.

1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ОРГАНИЗМА

Энергия, затрачиваемая при выполнении актов жизнедеятельности, — результат расщепления аденозинтрифосфата (АТФ) и превращения химической энергии этого соединения в какую-либо другую форму энергии (механическую, тепловую, электрическую и пр.). Ограниченное количество этого вещества в клетках организма делает необходимым ресинтез АТФ по мере его расходования. Для ресинтеза АТФ должно расщепляться какое-либо другое энергобогатое вещество и освобождать необходимую энергию. Соответствующие процессы разделяются на две группы:

1)анаэробные, протекающие без участия кислорода

2) а э р о б н ы е, заключающиеся в окислительном распаде энергобогатых веществ.

Веществами, освобождающими в анаэробных процессах энергию в виде АТФ, являются креатинфосфат (КФ), глюкоза и гликоген, расщепление КФ это быстрый путь ресинтеза АТФ. Однако его запасы невелики. Возможности для синтеза АТФ за счет энергии, высвобождаемой при анаэробном расщеплении глюкозы (гликолизе) и гликогена (гликогенолизе), более значительны.

В окислительных процессах, обеспечивающих ресинтез АТФ (окислительное фосфорилирование), расщепляются глюкоза, гликоген, свободные жирные кислоты, глицерин и безазотистые остатки аминокислот. Конечными продуктами аэробных процессов являются углекислый газ и вода, легко выводимые из организма. Обязательным условием аэробных процессов является достаточная доставка О ₂ клеткам и его достаточная концентрация (давление). Энергия, освобождаемая в окислительных процессах, находит применение также для ресинтеза КФ и гликогена, расщепленных в анаэробных процессах. Для этого нужны энергетические затраты в эквивалентных количествах с теми, которые освобождались в анаэробных процессах. Таким образом, все энергетические процессы находят выражение в количестве энергии, освобождаемой в окислительных процессах.

Чем интенсивнее деятельность клеток, тем больше необходимо затратить и ресинтезировать АТФ, следовательно, тем больше их запрос в кислороде. Общий запрос всех тканей тела в кислороде составляет кислородный запрос организма, характеризую­щий общую интенсивность его жизнедеятельности.

Аэробные процессы связаны с расходом окисляемых веществ. Продолжение жизни возможно лишь при постоянном пополнении запасов энергии, что и происходит благодаря приему пищи. Соотноше­ние количества энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой организмом, называется энергетическим балансом. При избыточном питании, превышающем действительные расходы энергии, происходит накопление энергетических запасов. В условиях недостаточного питания запасы энергобогатых веществ уменьшаются.

2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ЭНЕРГИИ

Для определения энергетических затрат организма можно использо­вать три способа:

1) расчет уменьшения энергетических ресурсов организма;

2) определение величины кислородного запроса;

3) измере­ние продукции тепла.

Точное определение первого параметра— уменьшения энергетиче­ских ресурсов — очень осложнено и почти невозможно у людей. Современные методы взятия проб из тканей (биопсия) позволяют установить изменения количества энергобогатых веществ в мышцах и в редких случаях также в печени, но все это недостаточно, чтобы точно определить общий расход энергии всего организма. Изменение такого большого резервуара энергии, как жировая ткань, можно установить только в течение нескольких дней и недель. Если предположить, что поглощаемая пища полностью удовлетворяет все энергетические расходы, то можно было бы установить энергетические расходы по калоражу пищи. Однако такой путь нельзя считать удовлетворительным, так как учет калоража пищи в большинстве случаев неточный (например, при применении соответствующих таблиц) или методически сложный (при прямом определении энергетической ценности пищи). Прежде всего при таком подходе нельзя оценить энергетические расходы при осуществлении определенного вида деятельности, например при мышечной работе.

Следовательно, остаются два основных метода определения расхода энергии — по кислородному запросу или продукции тепла.

2.1 Прямая калориметрия

Метод определения расхода энергии по измерению продукции тепла называется «прямой калориметрией». Она производится в специальных герметически закрытых калориметрических камерах. Камера термически изолирована от внешней среды. В ней находятся радиаторы, через которые течет вода с постоянной скоростью. Температура воды определяется при входе ее в камеру, а также при выходе из каме­ры. Тепло, выделяемое человеком или животным, находящимся и камере, нагревает эту воду. Зная количество воды, протекающей через камеру, и степень ее нагревания, можно определить количество тепла, освобождаемого телом. Установки для прямой калориметрии доведены до большой точности. Недостатком метода является то, что его возможно использовать только в лабораторных условиях и при ограниченном количестве видов деятельности. Кроме того, для получения достоверных данных период исследования должен длиться несколько часов. Поэтому этот метод не позволяет вести динамическое изучение энергетических затрат за менее продолжительные отрезки времени.

Дата добавления: 2015-11-26