Обмен веществ и энергии Тренировочные задачи

462. Целесообразно ли в жаркую погоду кормить собаку мясом?

Решение. Белковая пища в силу специфически-динамического действия на 30 % повышает уровень обмена. В жару это может привести к дополнительному перегреванию организма.

463. Содержание воды в органах у разных людей примерно одинаково. В то же время процент воды во всем теле у них различен. В частности, в организме женщин воды в процентном выражении в среднем меньше, чем у мужчин. В чем причина этих различий?

Решение. Задача на правило САС. Чем отличаются по составу организмы мужчин и женщин? Конечно, в данном случае нас должны интересовать ткани, а не отдельные вещества. В этом плане основное различие в том, что у женщин обычно имеется больше жировой ткани. А жир содержит очень мало воды. Поэтому, чем больше жира входит в состав тела, тем меньше процентное содержание воды в целом организме.

464. Как изменится величина ДК после длительной гипервентиляции?

Решение. Правило АСФ. При гипервентиляции количество углекислого газа в крови снижается. Это приводит к нарушению равновесия в бикарбонатной буферной системе и освобождению из бикарбонатов некоторого количества углекислого газа, который в конечном счете выводится из организма. После прекращения гипервентиляции образующаяся в организме углекислота связывается с бикарбонатами (занимает «освободившееся место»). Поэтому в выдыхаемый воздух переходит меньше СО₂ и величина ДК, которую мы рассчитываем по отношению количества выделенного углекислого газа к количеству поглощенного кислорода, оказывается ниже нормальной (вплоть до 0,4).

465. На берегу реки застыли рыболовы. Невдалеке прогуливаются дачники, которые оживленно обсуждают какие-то вопросы. А вокруг летают проклятые кровопийцы – комары. Но они почему-то почти не трогают рыболовов, зато с удовольствием набрасываются на дачников. Чем Вы можете объяснить такое предпочтение?

Решение. Очень наглядная задача для применения обратного правила АРР-ВС. Ситуация 1-2. Одна система (комары) по-разному взаимодействует с двумя другими системами (рыболовы и дачники). Результаты различны, причина пока неизвестна. Значит, будем, как всегда, сравнивать узлы пересечения. В одном узле дачники и много комаров, в другом – рыболовы и мало комаров. Но комары садятся не вообще на человека, а на его кожу. Значит, из систем «рыболов» и «дачник» выбираем элемент «кожа рыболова» и «кожа дачника». Чем же они различаются? Понятно, что дело именно в коже, а не в специализации комаров по родам деятельности людей. Будем надеяться, что Вы уже полностью забыли о методе проб и ошибок и не станете просто перебирать всякие экзотические предположения, вроде того что кожа рыболовов из-за близости воды и рыбы приобрела неприятный для комаров запах и т. п. Если условие задачи корректно, нужно исходить прежде всего из него. Итак, каким свойством может различаться кожа рыболовов и дачников? Рыболовы сидят неподвижно, а дачники ходят, оживленно разговаривают, да еще и постоянно отмахиваются от назойливых комаров. В результате в организме дачников образуется повышенное количество тепла. С кровью оно переносится в кожу и нагревает ее. А тепло – один из главных факторов, который помогает комарам находить добычу. Второй фактор – избыток углекислого газа, также сопровождающий живые существа. Его больше вокруг активно ведущих себя дачников. Так что в обществе комаров нужно сидеть потише и дышать пореже!

466. Экспериментальное животное подвергают полному голоданию. Нужно определить момент, когда организм будет находиться уже в предсмертном состоянии.

Какой показатель будет в этом отношении наиболее информативным?

Решение. Взаимодействия систем нет. Подумаем о процессах, происходящих при полном голодании. Значит, потребуется правило АСФ. В системе «полное голодание организма» необходимую энергию можно получать только за счет расходования органических веществ, входящих в состав тела. Умение мыслить физиологически должно подсказать Вам, что самое ценное организм начнет расходовать в последний момент, в критическом состоянии, когда другого выхода уже не будет. Самое ценное – это тканевые белки. Они начнут распадаться только после исчерпания запасов углеводов и жиров. Свидетельством этого станет резкое возрастание количества азота в моче. Это и есть грозный показатель предсмертного состояния.

467. Двум испытуемым предлагают физиологическое соревнование. В течение определенного времени они оба будут дышать со строго одинаковой частотой и глубиной. У одного определяют общее количество воздуха, которое он вдохнул, у другого – количество воздуха, которое он выдохнул. Победит тот, чей показатель окажется больше. Какой вариант Вы выбрали бы для себя, участвуя в таком соревновании? Почему? В каком случае соревнование всегда заканчивалось бы вничью? Проблема чисто технической организации соревнования Вас не должна интересовать. Считайте, что условия строго соблюдаются.

Решение. Несмотря на нарочито замысловатую форму задачи сущность ее весьма проста. Она сводится к вопросу – какого воздуха больше – вдыхаемого или выдыхаемого? Поскольку между вдохом и выдохом с газами в организме что-то происходит, остается сделать один – два шага с правилом АСФ. Итак, система «газообмен в организме». Выбираем только те элементы, которые могут быть непосредственно связаны с условием задачи. Из вдыхаемого воздуха забирается часть кислорода, а в выдыхаемый поступает некоторое количество углекислого газа. Остается только сравнить эти количества. Об этом говорит величина ДК, в обычных условиях всегда не превышающая единицу. Следовательно, количество выделенного углекислого газа всегда меньше количества поглощенного кислорода. Поэтому для победы нужно выбирать вдыхаемый воздух. При строгом соблюдении условий задачи его всегда будет больше. А ничья получится, если бы удалось создать такую искусственную ситуацию, когда в организме окислялись бы только углеводы и ДК стал равным единице.

468. Эта задача непосредственно связана с предыдущей и приводится для того чтобы Вы лишний раз попрактиковались в применении правил. Как доказать, что количество выдыхаемого воздуха меньше, чем вдыхаемого, если нет возможности измерить эти величины?

Решение. Обе системы и «вдыхаемый воздух» и «выдыхаемый воздух» в узлах пересечения с организмом содержат одни и те же элементы – кислород, углекислый газ и азот. Каждый из них соотносится с количеством воздуха, в котором он находится, через элемент «концентрация». Но для того чтобы этот элемент можно было использовать для решения задачи, необходимо, чтобы содержание какого-то газа в воздухе не изменялось в ходе газообмена. В таком случае изменения концентрации этого газа будут зависеть только от общего количества воздуха.

Этому требованию отвечает азот. Его концентрация в пробе выдыхаемого воздуха всегда выше, чем в такой же пробе вдыхаемого.

Задачи для самоконтроля

469. Вычислить количество выделившейся энергии, если за время опыта окислялись только углеводы, и при этом выделилось 6 литров СО₂.

470. У молодой здоровой женщины при поступлении с пищей 120 г белка в сутки выделено с мочой за то же время 16 г азота. Какое предположение о состоянии женщины можно сделать?

471. В ранних калориметрических опытах использовались ледяные калориметры. Они представляли собой двустенную камеру, пространство между стенками которой заполнялось льдом. В камеру помещали экспериментальное животное. В зависимости от количества выделенного тепла таяла определенная часть льда, что и учитывалось при последующих расчетах. Имеются следующие материалы – медь, железо, никель, стекло, опилки, гранит. Какой материал Вы предложите для изготовления наружной и внутренней стенок калориметра?

472. А теперь еще одна фантастическая задача. В юмористическом рассказе писателя-фантаста И. Варшавского говорится о «неедяках»-существах, которые жили не питаясь, а необходимую энергию получали за счет фотосинтезирующих бактерий, находившихся у них в крови, причем признак этот был запрограммирован генетически. Свет проникал через очень тонкие покровы тела и стенки сосудов. Придумайте другие варианты «неедяк».

473. Насыщенный влагой воздух при температуре тела содержит ровно вдвое больше водяных паров, чем насыщенный воздух при комнатной температуре. Исходя из этого, предположите, что происходит с выдыхаемым воздухом в дыхательных путях животных, обитающих в пустыне?

474. У животного при помощи соответствующих таблиц определили с достаточной точностью вес различных органов. Затем провели эксперимент с полным голоданием, после которого животное погибло. Двум студентам поручили определить степень истощения голодавшего животного по изменению веса его органов. Каждый студент взял для исследования по два органа. Затем один сообщил, что истощение было очень значительным, а другой, напротив, – очень незначительным. Возможны ли такие расхождения?

475. Почему после прекращения усиленной мышечной деятельности, например, бега работа сердца и дыхание в течение некоторого времени сохраняются на повышенном уровне?

476. На испытуемом поставлено два опыта в идентичных условиях с определением расхода энергии методом непрямой калориметрии. В одном опыте учитывался дыхательный коэффициент, в другом – нет. Насколько велики будут различия данных, полученных в каждом из опытов?

477. Как доказать, что в процессе лечения заболевания щитовидной железы произошло улучшение ее состояния?

Решения задач для самоконтроля

469. Очень простая задача расчетного характера. Если окислялись углеводы, то ДК равен 1. Следовательно, количество поглощенного кислорода тоже 6 л. Калорический эквивалент кислорода при ДК равном единице составляет 5,05 ккал. Умножим эту величину на 6 и получим 30,3 ккал.:

470. 16 грамм азота получаются из 100 грамм белка. А с пищей поступило 120 грамм. Если такая ретенция азота наблюдается в течение длительного времени, то это может быть связано с беременностью, когда часть белка идет на построение тела плода.

471. Правило АСС. Какие требования предъявляются к системе «калориметр» в условиях данного опыта? Внутренние стенки должны очень хорошо проводить тепло, чтобы быстро передавать его льду. Наружные же стенки, наоборот, должны быть возможно менее теплопроводными, чтобы изолировать лед от воздействия внешней температуры. По таблицам найдем – для внутренних стенок – медь, для наружных – опилки между стеклами.

472. Разумеется, какой-то однозначный ответ здесь дать нельзя. Но было бы очень интересно посмотреть, какие варианты смогли предложить Вы. Такие задачи очень полезны не только для тренировки фантазии, но и для выявления того, насколько Вы, как принято говорить, владеете предметом!

473. Главное в условиях пустыни – экономить воду. Для этого у пустынных животных имеется целый ряд приспособлений. В их числе и уменьшение количества водяных паров в выдыхаемом воздухе, который в дыхательных путях всегда насыщается влагой до 100 %. Теперь понятен ответ, вытекающий из условия задачи. В дыхательных путях пустынных видов животных воздух значительно охлаждается и поэтому уносит с собой меньшее количество воды.

474. Задачу можно решить без правил по аналогии с задачей № 466. В этой задаче решение происходило на микроуровне – какие вещества наиболее ценны для организма? Ответ – тканевые белки. В данной задаче ответ ищем на макроуровне – какие органы наиболее важны для организма? Ответ – сердце и мозг. При смертельном голодании вес этих органов уменьшается всего на 2-4 % В то же время мышцы и печень теряют 55 – 30 % своей массы.

475. Правило АСФ. Когда человек начинает бежать, усиление работы системы «мышцы» происходит скачкообразно. Так же возрастает и образование метаболитов. Но в системах «кровообращение» и «дыхание» повышение деятельности может происходить только постепенно. Поэтому пока установится стационарное состояние в отношении поступления и расхода кислорода, часть продуктов метаболизма остается недоокисленной. Это так называемый кислородный долг. Он погашается в течение некоторого времени уже после прекращения усиленной физической работы. В течение этого периода погашения сохраняется учащенная работа сердца и дыхания, постепенно возвращающаяся к исходным значениям.

Эта задача в общем-то на память и внимание. Ее решение почти полиостью совпадает с решением задачи № 125.

476. Простой пример использования прямого правила АРР-ВС. В узлах пересечения в одном случае количество потребленного кислорода, величина ДК и калорический эквивалент кислорода, в другом случае ДК неизвестен и в узле пересечения отсутствует. Остается уточнить, что нам дает знание величины ДК. Дело в том, что одно и то же количество кислорода дает разное количество энергии в зависимости от того, на окисление каких веществ было израсходовано данное количество кислорода. А именно об этом и говорит величина ДК. Однако, различия калорического эквивалента кислорода даже для крайних значений ДК не очень велики, соответственно 4,70-5,05. Поэтому если условно принять величину неизвестного нам ДК за 0,85, то различия полученных в двух наших опытах данных не превысят 3-4%.

477. Для этого нужно проследить за показателями, которые отражают работу железы, например, величина основного обмена, интенсивность поглощения меченого йода, определение в крови концентрации тиреотропного гормона, трииодтиронина и тироксина.

Дата добавления: 2014-01-11