 |
Энергетический эквивалент пищи.
|
|
|
|
ЗанятиеЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН
В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потенциальная энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращается в тепловую, механическую и электрическую.
Использование химической энергии в организме называют энергетическим обменом.
В основе процессов обмена энергии лежат законы термодинамики – взаимных превращений различных видов энергии при переходах ее от одних тел к другим в форме теплоты или работы. С точки зрения термодинамики живые организмы относятся к открытым стационарнымнеравновесным системам. Это означает, что:
• во-первых, они обмениваются с окружающей средой веществом и энергией;
• во-вторых, способны в течение определенного времени удерживать свои основные параметры, но вместе с тем под влиянием внешней среды переходить из одного стационарного состояния в другое в пределах колебаний жизненно важных констант, допустимых для сохранения жизни;
• в-третьих, благодаря наличию в организме множества градиентов (диффузионные, температурные) и потенциалов (химические, электрические) и возникающих вследствие их действия потоков (диффузионные, тепловые, метаболические, энергетические) создаются условия для неравновесного распределения вещества и энергии между живыми системами и окружающей средой.
Потребность организма в энергии удовлетворяется за счёт химической энергии питательных веществ. Часть химической энергии пищи в организме превращается в макроэргические связи АТФ, часть превращается в тепло. Теплота, выделяющаяся сразу же в процессе биологического окисления питательных веществ, называется первичной. При биологическом окислении глюкозы 22,7% энергии химических связей используется на синтез АТФ и 77,3% превращается в теплоту (КПД = 22,7%). Аккумулированная в АТФ энергия в последующем используется для осуществления в организме работы: механической, химической, электрической. При совершении любого вида работы, значительная часть вырабатываемой энергии теряется в виде теплоты, называемой вторичной. Отношение механической работы ко всей энергии, затраченной на работу, выраженное в процентах, называется коэффициентом полезного действия (КПД):
|
|
|
Внешняя работа
КПД = ------------------------------------ 100%
Вырабатываемая энергия
При физическом труде человека КПД колеблется от 16 до 25% и в среднем составляет 20%. При мышечном сокращении, например, 80% энергии теряется в виде теплоты и только 20% превращается в механическую работу. КПД изменяется в зависимости от ряда условий.
Таким образом, по количеству образовавшегося в организме тепла можно судить о величине энергетических затрат, необходимых для процессов жизнедеятельности.
Единицы измерения энергетического обмена.
Энергетические затраты учитывают по количеству тепла, выделяемого организмом в единицу времени. Единицей измерения энергии в Международной системе единиц (СИ) является джоуль (Дж) или килоджоуль (кДж).
В физиологических и медицинских исследованиях для определения количества энергии, выделенной организмом, используют внесистемные единицы — каллорию (кал) или килокаллорию (ккал); 1 кал = 4,19 кДж.
Калория — количество энергии (тепла), необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1°С.
Энергетическая ценность питательных веществ. Сложные органические молекулы, окисляясь в присутствии кислорода (аэробное окисление)до двуокиси углерода и воды, выделяют заключенную в их химических связях энергию.
Согласно закону Гесса, количество энергии, выделяемое при распаде какого-либо вещества до конечных продуктов, не зависит от числа промежуточных этапов его трансформации. Следовательно, не имеет значения, окисляется ли вещество полностью в организме или сгорает в специальной камере в присутствии чистого кислорода (калориметрическая бомба Бертло), — 1 моль вещества дает одинаковое количество энергии.
|
|
|
Энергетический эквивалент пищи.
Количество энергии поступающей с пищей можно измерить в калорической бомбе Бертло, которая представляет герметически замкнутый сосуд, погруженный в водяную баню.
При сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДж энергии, углеводов в среднем 17,6 кДж, а жиров – 38,94 кДж. Количество выделенной энергии составляет физический энергетический эквивалент указанных веществ.
При аэробном окислении в организме1 г углеводов и 1 г жиров выделяется такое же количество энергии, что и при их сгорании в калориметрической бомбе. Теплообразующая же способность белка в организме, или его физиологическая энергетическая ценность, несколько ниже, чем при сжигании в присутствии чистого кислорода, и составляет 17,6 кДж. Это связано с тем, что белки (в отличие от углеводов и жиров) окисляются в организме не полностью. Часть аминогрупп отщепляется от молекул белка и выводится с мочой в виде азотсодержащих соединений (мочевина, мочевая кислота, креатинин), которые содержат значительное количество энергии.
Установлено, что при окислительном распаде 1 моля глюкозы высвобождается 2883 кДж свободной энергии. При анаэробном распаде выделяется лишь 208 кДж свободной энергии. Для получения одного и того же количества энергии в анаэробных условиях в клетке должно расщепляться в 15 раз больше глюкозы, чем в аэробных.
Обмен жиров и углеродов служит главным образом для энергетического обеспечения физиологических функций – функциональный метаболизм.
Белковый обмен направлен на поддержание и реконструкцию структур организма – структурный метаболизм.
В организме некоторые вещества могут заменять друг друга, в соответствии с их калорическим коэффициентом (правило изодинамии). Например: 1г жира дает организму 38,9 кДж – его можно заменить 2,3 г углеводов или белков, а 1 г белка или 1г углеводов дают организму 17,6 кДж, эквивалентные 0,44 г жира.
|
|
|
Правило изодинамии учитывает только энергетическое значение питательных веществ, но не компенсирует их пластическую роль.
Энергия, затрачиваемая человеком в покое, быстро переходит в теплоту, поэтому общая теплопродукция эквивалентна затрачиваемой энергии. Измерив теплопродукцию, можно определить интенсивность обмена.
|
|
|
