Некоторые теоретические положения биоэнергетики

Общие замечания

ЛЕКЦИЯ №4. БИОЭНЕРГЕТИКА. ОСНОВНОЙ И ОБЩИЙ ОБМЕН

Существуют такие понятия, как «обмен веществ», «основной обмен» и «общий обмен».

Обмен веществ — это процесс метаболизма веществ, поступивших в организм, в ре­зультате которого из этих веществ могут образовываться более сложные или, наоборот, более простые вещества. Этот вопрос подробно рассматривается в курсе биохимии.

«Основной обмен» и «общий обмен» — это термины, которые зародились в физиоло­гии, и оба они отражают энерготраты организма. Основной обмен — это энерготраты орга­низма вусловиях физиологического покоя, т. е. это минимальный траты энергии, которые необходимы организму для поддержания жизнеспособности всех его органов и систем. Понятие «физиологический покой» означает, что человек находится в положении «лежа» (в этом случае затраты энергии на мышечную активность минимальны), в условиях темпе­ратурного комфорта— при 18—20 °С (в этом случае организм не затрачивает много энер­гии на поддержание температурного гомеостаза), в условиях эмоционального покоя, а так­же спустя 12—14 часов после последнего приема пищи, натощак (чтобы исключить специфико-динамическое действие пищи, т. е. увеличение энерготрат организма, вызванное при­емом пищи).

«Общий обмен» — это уровень энерготрат организма в условиях физиологической ак­тивности. Он определяется величиной основного обмена и энерготратами на выполнение движений, связанных с трудовой деятельностью, с отдыхом и т. п., что получило название «рабочей прибавки».

Таким образом, тема «Основной и общий обмен» — это раздет физиологии, который занимается расчетом энергетического баланса организма — сколько энергии поступает, сколько ее тратится и на какие цели. Необходимость этого раздела физиологии диктуется следующими моментами.

1. Требуется определение термодинамических процессов, происходящих в живых системах, определение потоков свободной и связанной энергии, способов использования энергии.

2. Требуется определение калорийности или энергетической ценности пищевого рацио­на, суточной потребности организма в энергии.

3. Требуется оценка степени физической активности человека (нагрузки на скелетную мус­кулатуру, так как основной потребитель энергии при физиологической активности — это ске­летные мышцы) и определение степени тяжести работы, выполняемой человеком в условиях производства и в быту, т. е. величины физической нагрузки на скелетную мускулатуру.

В термодинамике имеются два основных закона: первый — закон сохранения энергии, второй — закон нарастания энтропии при самопроизвольных процессах, т. с. закон об обес­ценивании энергии как неизбежной «плате» за совершение любого термодинамического процесса. Согласно второму закону термодинамики, не всякая энергия, поступающая в тер­модинамическую систему (или находящаяся в ней), может быть использована для выполне­ния работы. Существует свободная энергия (она может быть использована для работы) и связанная, или обесцененная энергия, которая не может быть использована для выполне­ния полезной работы, так как она деградирована. В закрытых термодинамических системах вся свободная энергия самопроизвольно переходит в связанную и поэтому эти системы остановятся неработоспособными. Чтобы такие системы привести в состояние работоспособности, в них надо ввести дополнительно свободную энергию, т. е. превратить такие системы в открытые.

Человеческий организмы, как и организмы других представителей животного и растительного мира, — это открытая термодинамическая система. В нее постоянно поступает поток свободной энергии. Одновременно она отдает окружающей среде энергию, в основ­ном, обесцененную (связанную). Благодаря этим двум потокам энтропия живого организ­ма (степень неупорядоченности, хаоса, деградации) остается на постоянном (минимальном) уровне. Когда же по каким-то причинам поток свободной энергии (негэитропии) уменьшается (или возрастает образование связанной энергии), то суммарная энтропия организма возрастает, что может привести к его термодинамической смерти.

Согласно термодинамике живых систем, жизнь — это борьба с энтропией, борьба упорядоченности системы с деградацией. Согласно известному уравнению Пригожина, минимальный прирост энтропии имеет место в том случае, если скорость негэнтропийного по­тока равна скорости энтропийного потока в среду.

Дата добавления: 2014-01-20