ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.11.2019
Просмотров: 7029
Скачиваний: 16
66
организма
.
Величина
основного
обмена
измеряется
в
условиях
бодрствования
организма
(
не
во
время
сна
),
пациент
при
этом
должен
спокойно
лежать
в
постели
.
Процедура
измерения
производится
рано
утром
(5-6
часов
утра
),
когда
интенсивность
метаболиза
минимальная
.
За
2
суток
до
измерения
из
рациона
пациента
исключается
белковая
пища
,
измерения
проводят
натощак
(
через
12-14
часов
после
последнего
приема
молочно
-
растительной
пищи
)
в
помещении
с
температурой
20-22
С
и
относительной
влажностью
50-60%.
Время
исследования
не
должно
превышать
15
минут
.
Величина
основного
обмена
у
здоровых
людей
весьма
постоянна
.
Так
,
у
здорового
мужчины
среднего
возраста
основной
обмен
составляет
1,0-1,2
ккал
/(
кг
час
),
или
4,5
кДж
/(
кг
час
).
При
средней
массе
тела
в
70
кг
основной
обмен
составляет
в
сутки
1800
ккал
,
или
7800
кДж
,
что
соответствует
мощности
в
90
Вт
.
У
женщин
величина
основного
обмена
в
расчете
на
кг
массы
тела
на
7–10%
ниже
,
чем
у
мужчин
.
Основной
обмен
зависит
также
от
возраста
:
чем
старше
человек
,
тем
ниже
значение
основного
обмена
.
У
мускулистых
людей
основной
обмен
выше
при
одинаковой
массе
тела
.
Теплота
,
выделяема
организмом
,
получается
на
стадии
преобразования
энергии
пищи
в
энергию
АТФ
(
первичная
теплота
)
и
на
стадии
использования
энергии
АТФ
для
совершения
работы
организмом
(
вторичная
теплота
).
6.
Прямая
и
непрямая
калориметрия
Для
определения
энерготрат
необходимо
разработать
технологию
измерения
теплоты
,
выделяемой
организмом
.
Для
этого
применяют
прямую
и
непрямую
калориметрию
.
В
методе
прямой
калориметрии
используют
специальной
конструкции
физиологические
калориметры
,
в
которые
на
нужное
время
помещают
животных
или
людей
,
и
в
которых
с
высокой
степенью
точности
измеряют
энерготраты
организма
.
При
изучении
энерготрат
человека
в
ходе
трудовой
деятельности
(
например
,
у
водителя
во
время
проездки
,
рабочего
67
у
станка
и
т
.
д
.)
используют
непрямую
калориметрию
.
Данный
метод
основан
на
измерении
газообмена
организма
.
Установлено
,
что
между
объемом
потребляемого
биологической
системой
кислорода
и
энерготратами
существует
линейная
зависимость
.
Коэффициентом
для
такой
зависимости
служит
так
называемый
калорический
эквивалент
кислорода
,
равный
количеству
тепла
,
образующемуся
в
организме
при
использовании
1
л
кислорода
при
окислении
питательных
веществ
.
Калорический
эквивалент
не
одинаков
при
окислении
белков
,
жиров
и
углеводов
.
О
том
,
какие
вещества
преимущественно
окисляются
в
организме
,
судят
по
так
называемому
дыхательному
коэффициенту
ДК
,
который
вычисляется
как
отношение
объема
,
выдыхаемого
CO
2,
к
поглощаемому
O
2
:
ДК
=V
CO2
/V
O2
.
ДК
стремится
к
1
при
окислении
углеводов
,
а
при
окислении
жиров
получают
самое
низкое
значение
ДК
(
ДК
=0,7).
При
непрямой
калориметрии
посредством
газоанализа
измеряют
объемы
потребляемого
кислорода
и
выделенного
углекислого
газа
.
Далее
определяют
дыхательный
коэффициент
,
по
которому
находят
калорический
эквивалент
.
Умножив
калорический
эквивалент
на
количество
поглощенного
кислорода
,
определяют
энерготраты
организма
.
68
БИОЭНЕРГЕТИКА
.
ВТОРОЕ
НАЧАЛО
ТЕРМОДИНАМИКИ
И
ЖИВЫЕ
ОРГАНИЗМЫ
1.
Свободная
и
связанная
энергия
в
организме
Движение
частиц
в
любом
теле
может
быть
упорядоченным
или
неупорядоченным
.
Между
упорядоченным
и
неупорядоченным
движениями
существует
принципиальная
разница
:
упорядоченное
может
полностью
превратиться
в
неупорядоченное
,
а
переход
в
неупорядоченное
движение
в
упорядоченное
никогда
не
бывает
полным
.
Причина
различия
между
двумя
типами
движения
связана
с
неодинаковой
вероятностью
каждого
из
них
.
Внутренняя
энергия
в
идеальном
газе
полностью
,
а
в
других
телах
в
значительной
части
,
связана
с
неупорядоченным
тепловым
движением
молекул
.
В
то
же
время
совершение
работы
всегда
требует
переноса
вещества
,
т
.
е
.
упорядоченного
(
направленного
)
движения
.
Поэтому
принципиально
невозможно
всю
внутреннюю
энергию
тела
использовать
для
совершения
работы
.
Та
часть
внутренней
энергии
системы
,
которую
в
принципе
можно
использовать
для
совершения
работы
,
называется
свободной
энергией
G
.
Остальная
часть
внутренней
энергии
системы
,
которую
даже
в
принципе
нельзя
превратить
в
работу
,
называется
связанной
энергией
CB
W
,
т
.
е
.
CB
W
G
U
.
При
необратимых
процессах
свободная
энергия
не
может
быть
преобразована
в
работу
полностью
,
так
как
часть
энергии
диссипирует
,
а
при
обратимых
процессах
–
может
.
В
живых
организмах
разновидностью
свободной
энергии
является
химическая
энергия
молекул
dv
dG
x
,
где
x
–
химический
потенциал
(
химический
потенциал
системы
по
отношению
к
некоторому
веществу
равен
приросту
свободной
энергии
системы
при
возрастании
количества
этого
вещества
на
1
моль
).
Свободная
энергия
,
как
и
полная
,
является
функцией
состояния
,
т
.
е
.
функцией
тех
условий
,
в
которых
находится
система
(
T
,
p
,
x
).
69
2.
Энтропия
и
её
свойства
Тепловая
энергия
в
организме
представляет
собой
конкретную
форму
связанной
энергии
биосистемы
,
так
как
в
условиях
жизнедеятельности
она
не
может
быть
преобразована
ни
в
одну
из
форм
работ
,
совершаемых
организмом
.
Связанная
энергия
зависит
от
температуры
(
T
W
CB
~
),
однако
связанная
энергия
разных
систем
с
одинаковой
температурой
не
всегда
одинакова
, –
она
зависит
еще
и
от
свойств
системы
.
Эти
свойства
S
принято
называть
энтропией
(
от
греческого
«
изменение
»,
«
превращение
»).
Тогда
свободная
энергия
будет
равна
:
ST
W
CB
,
а
энтропия
–
T
W
S
CB
Энтропия
–
это
физическая
величина
,
характеризующая
значение
связанной
энергии
данной
системы
,
приходящееся
на
единицу
температуры
(
1K
).
Свойства
энтропии
Энергия
в
разных
формах
имеет
разную
практическую
ценность
,
которая
тем
выше
,
чем
большую
часть
этой
энергии
можно
преобразовать
в
работу
,
а
,
поскольку
мерой
связанной
энергии
является
энтропия
,
то
чем
ниже
энтропия
системы
,
тем
выше
ценность
свойственной
ей
внутренней
энергии
.
В
организме
все
процессы
сопряжены
,
т
.
е
.
организованы
так
,
чтобы
достигнуть
максимума
использования
свободной
энергии
.
Это
достигается
на
клеточном
уровне
с
помощью
мембран
на
органном
уровне
за
счет
регуляторных
систем
:
нервной
,
эндокринной
,
гуморальной
.
Энтропия
является
функцией
состояния
системы
.
Это
означает
,
что
величина
энтропии
определяется
параметрами
системы
в
данный
момент
и
не
зависит
от
ее
«
истории
»,
т
.
е
.
от
того
,
как
система
пришла
в
данное
состояние
.
Так
как
энтропия
–
функция
состояния
,
то
изменение
энтропии
в
обратимом
процессе
будет
таким
же
и
в
реальном
необратимом
процессе
,
хотя
затраченное
количество
тепла
будет
фактически
больше
,
чем
при
обратном
процессе
.
Для
обратимых
процессов
изменение
энтропии
равно
0,
для
70
необратимых
процессов
–
всегда
больше
0.
Т
.
е
.,
в
изолированной
системе
энтропия
может
только
возрастать
.
Энтропия
указывает
направление
естественных
процессов
–
в
изолированной
системе
они
приводят
к
возрастанию
энтропии
(
доля
связанной
энергии
возрастает
,
свободной
–
уменьшается
).
Энтропия
системы
,
находящейся
в
равновесном
состоянии
,
будет
максимальной
.
Между
энтропией
состояния
и
его
вероятностью
существует
определенная
зависимость
:
тд
P
k
S
ln
,
где
тд
P
–
термодинамическая
вероятность
(
число
возможных
микросостояний
,
которыми
может
быть
реализовано
данное
макросостояние
системы
).
3.
Второе
начало
термодинамики
Второе
начало
термодинамики
говорит
о
направлении
процессов
.
В
простых
случаях
их
направление
можно
предсказать
на
основании
«
здравого
смысла
».
Например
,
тепло
переходит
от
теплого
тела
к
холодному
,
при
трении
механическая
энергия
превращается
в
тепловую
.
Однако
не
всегда
в
биофизике
и
биохимии
можно
правильно
предвидеть
,
как
будет
проходить
явление
.
Поэтому
нужен
алгоритм
,
который
давал
бы
возможность
достоверно
предсказать
направление
процессов
–
это
и
есть
второе
начало
термодинамики
.
2-
е
начало
термодинамики
: «
В
изолированной
системе
общее
изменение
энтропии
всегда
положительно
:
0
S
.
II
начало
термодинамики
для
биологических
систем
И
.
П
.
Пригожин
предположил
,
что
полное
изменение
энтропии
открытой
системы
нужно
представить
в
виде
2-
х
частей
:
причиной
первой
из
них
(
S
i
)
служат
внутренние
процессы
,
которые
необратимы
и
непременно
сопровождаются
диссипацией
энергии
;
вторая
часть
(
S
e
)
обусловлена
обменом
энергией
и
веществом
между
системой
и
окружающей
средой
.
Следовательно
,
S
S
S
i
e
.
Аналогичное
выражение
можно
написать
и
для
изменения
полной
свободной
энергии
открытой