Kada se ugljikohidrati oksidiraju, respiratorni koeficijent je jednak. Određivanje respiratornog koeficijenta (RK) biljaka. Individualne karakteristike uzorka tjelesne temperature

Količina topline koja se oslobodi nakon što tijelo potroši 1 litru kisika naziva se kalorijski ekvivalent kisik.

Znajući ukupnu količinu kisika koju tijelo koristi, moguće je izračunati troškove energije samo ako se zna koje su tvari - bjelančevine, masti ili ugljikohidrati - oksidirane u tijelu. Pokazatelj toga može biti respiratorni koeficijent.

Respiracijski kvocijent i njegovo značenje u metaboličkim istraživanjima

Respiracijski koeficijent je omjer volumena oslobođenog ugljičnog dioksida i volumena apsorbiranog kisika. Respiracijski koeficijent razlikuje se u oksidaciji bjelančevina, masti i ugljikohidrata. Razmotrimo, na primjer, koliki će biti respiratorni kvocijent kada tijelo koristi glukozu. Ukupni rezultat oksidacije molekule glukoze može se izraziti formulom:

Tijekom oksidacije glukoze jednak je broj molekula ugljičnog dioksida koji nastaje i broj molekula kisika koji se potroši (apsorbira). Jednak broj molekula plina pri istoj temperaturi i istom tlaku zauzima isti volumen (Avogadro-Gerardov zakon). Prema tome, respiratorni kvocijent

omjer) tijekom oksidacije glukoze i drugih ugljikohidrata jednak je jedinici.

Kada se masti i proteini oksidiraju, respiratorni kvocijent bit će ispod jedinice. Tijekom oksidacije masti, respiratorni koeficijent je 0,7. Ilustrirajmo to na primjeru oksidacije tripalmitina:

Omjer između volumena ugljičnog dioksida i kisika u ovom slučaju je:

Sličan izračun može se napraviti za proteine; kada se oksidira u tijelu, respiratorni koeficijent je 0,8.

Uz mješovitu hranu, respiratorni koeficijent osobe obično iznosi 0,85-0,9. Određeni respiratorni koeficijent odgovara određenom kalorijskom ekvivalentu kisika, što je vidljivo iz tablice. 20.

Stol 20 Omjer respiratornog kvocijenta i kalorijskog ekvivalenta kisika

Respiracijski koeficijent

Kalorijski ekvivalent

kisik, u kilodžulima

Kalorijski ekvivalent

kisik, u kilokalorijama

Određivanje energetskog metabolizma u ljudi u mirovanju metodom zatvorenog sustava s nekompletnom plinskom analizom. Vrlo relativna postojanost respiratornog koeficijenta (0,85-0,90) kod ljudi s normalnom prehranom u uvjetima mirovanja omogućuje prilično točno određivanje energetskog metabolizma kod osobe u mirovanju, računajući samo količinu potrošene kisika i uzimajući njegov kalorijski ekvivalent u prosječni respiratorni koeficijent.

Količina kisika koju tijelo troši proučava se pomoću različitih vrsta spirografa.

Određivanjem količine apsorbiranog kisika i uzimanjem prosječnog respiratornog koeficijenta od 0,85, moguće je izračunati proizvodnju energije u tijelu; kalorijski ekvivalent 1 litre kisika pri određenom respiratornom koeficijentu jednak je 20,356 kJ, tj. 4,862 kcal (vidi tablicu 20). Metoda nepotpune analize plina, zbog svoje jednostavnosti, postala je široko rasprostranjena.

Respiracijski kvocijent tijekom rada

Tijekom intenzivnog rada mišića respiratorni koeficijent se povećava iu većini slučajeva se približava jedinici. To je zato što je glavni izvor energije tijekom naporne aktivnosti oksidacija ugljikohidrata. Nakon završetka rada, respiratorni koeficijent tijekom prvih nekoliko minuta takozvanog razdoblja oporavka naglo raste i može prijeći jedinicu. Zatim se respiratorni koeficijent naglo smanjuje na vrijednosti niže od početnih, a samo 30-50 minuta nakon napornog rada obično se vraća u normalu. Ove promjene u respiratornom kvocijentu prikazane su na Sl. 196.

Promjene u respiratornom kvocijentu nakon završetka rada ne odražavaju pravi odnos između trenutačno korištenog kisika i oslobođenog ugljičnog dioksida. Respiracijski koeficijent na početku perioda oporavka raste iz sljedećeg razloga: u mišićima se tijekom rada nakuplja mliječna kiselina za čiju oksidaciju tijekom rada nije bilo dovoljno kisika (to je tzv. kisikov dug). Mliječna kiselina ulazi u krv i istiskuje ugljični dioksid iz bikarbonata, pričvršćujući baze. Zbog toga je količina ugljičnog dioksida koja se oslobađa veća od količine ugljičnog dioksida koja se trenutno stvara u tkivima. Uočava se suprotna slika. nadalje, kada je mliječna kiselina post-

Riža. 196. Krivulje četiri promatranja (1-4) promjena respiratornog koeficijenta tijekom dva sata intenzivnog rada i nakon njega.

nestane pjene iz krvi. Dio se oksidira, dio se resintetizira u glikogen, a dio se izlučuje urinom i znojem. Kako se mliječna kiselina smanjuje, oslobađaju se baze koje su prethodno bile oduzete iz bikarbonata. Te baze ponovno vežu ugljikov dioksid i tvore bikarbonate. Stoga neko vrijeme nakon rada respiratorni koeficijent naglo pada zbog zadržavanja ugljičnog dioksida u krvi koji dolazi iz tkiva.

Studija bruto razmjene

Dugotrajno (tijekom jednog dana) određivanje izmjene plinova omogućuje ne samo određivanje proizvodnje topline tijela, već i rješavanje pitanja koji su izvori hranjivih tvari oksidacijom koje topline je nastala. Pogledajmo ovo na primjeru.

Pretpostavimo da je ispitana osoba dnevno potrošila 654,141 litara kisika i ispustila 574,180 litara ugljičnog dioksida. Za isto vrijeme urinom je izlučeno 16,8 g dušika i 9,0191 g ugljika.

Količina proteina razgrađenih u tijelu određena je dušikom u mokraći. Budući da je 1 g dušika sadržan u 6,25 g bjelančevina, slijedi da se u tijelu razgradilo 16,8-6,25 = 105 g bjelančevina. Odredite količinu ugljika proteinskog podrijetla. Da bismo to učinili, određujemo količinu ugljika u razgrađenom proteinu. Budući da proteini sadrže oko 53% ugljika, dakle, u razgradnji

bila je to vjeverica. Razlika između

između količine ugljika u raspadnutom proteinu i ugljika oslobođenog u mokraći, 55,65-9,0191 == 46,63 g. Određujemo volumetrijske količine ugljičnog dioksida proteinskog podrijetla oslobođenog kroz pluća, na temelju činjenice da od 1 grama molekule nastaje ugljika (12 g).

22,4 l ugljičnog dioksida; . Nadalje, na temelju respiratornog koeficijenta,

jednaka 0,8 za proteine, nalazimo količinu kisika koja se koristi za oksidaciju proteina:

. Na temelju razlike između cjelokupnog apsorbiranog i izgubljenog kisika

za oksidaciju bjelančevina, nalazimo količinu kisika utrošenu za oksidaciju ugljikohidrata i masti, 654,141 - 108,8 = 545,341 l C>2. Iz razlike između cjelokupnog oslobođenog ugljičnog dioksida i ugljičnog dioksida bjelančevinastog podrijetla kojeg oslobađaju pluća, nalazimo količinu ugljičnog dioksida koja nastaje tijekom oksidacije ugljikohidrata i masti, 574,18-87,043 == 487,137 l COa. Određujemo količinu ugljikohidrata i masti oksidiranih u tijelu ispitanika dnevno. Na temelju činjenice da se pri oksidaciji 1 g masti potroši 2,019 litara kisika i nastane 1,431 litara ugljičnog dioksida, a pri oksidaciji 1 g ugljikohidrata potroši se 0,829 litara kisika i isto toliko ( Nastaje 0,829 g) ugljičnog dioksida (DC za ugljikohidrate je 1), izračunavamo jednadžbu uzimajući kao x količina masti, i za na količina ugljikohidrata oksidiranih u tijelu. Rješavanjem sustava jednadžbi s dvije nepoznanice dobivamo:

Pronađite količinu ugljikohidrata oksidiranih u tijelu zamjenom vrijednosti x u bilo koju od jednadžbi:

Dakle, do oslobađanja energije u tijelu došlo je oksidacijom 105 g bjelančevina, 99 g masti i 417 g ugljikohidrata. Poznavajući količinu topline koja se stvara tijekom oksidacije 1 g svake tvari (vidi tablicu 19), lako je izračunati ukupnu proizvodnju topline tijela po danu:

BX

Intenzitet oksidativnih procesa i pretvorba energije ovisi o individualnim karakteristikama organizma (spol, dob, tjelesna težina i visina, uvjeti i priroda prehrane, rad mišića, stanje endokrinih žlijezda, živčani sustav i unutarnji organi - jetra, bubrezi). , probavni trakt itd.), kao i na uvjete okoline (temperatura, barometarski tlak, vlažnost zraka i njegov sastav, izloženost energiji zračenja itd.).

Da bi se odredila razina oksidativnih procesa i troškova energije koji su svojstveni određenom organizmu, provodi se studija pod određenim standardnim uvjetima. Pritom se nastoji isključiti utjecaj niza čimbenika koji značajno utječu na intenzitet utroška energije, a to su rad mišića, unos hrane te utjecaj temperature okoline. Potrošnja energije tijela u takvim standardnim uvjetima naziva se bazalni metabolizam.

Troškovi energije bazalnog metabolizma povezani su s održavanjem minimalne razine oksidativnih procesa potrebnih za život stanica i s aktivnošću organa i sustava koji stalno rade - dišnih mišića, srca, bubrega i jetre. Neki od energetskih troškova bazalnog metabolizma povezani su s održavanjem tonusa mišića.Oslobađanje toplinske energije tijekom svih ovih procesa osigurava proizvodnju topline koja je neophodna za održavanje tjelesne temperature na konstantnoj razini, obično iznad temperature vanjskog okoliša.

Za određivanje bazalnog metabolizma ispitanik mora biti: 1) u stanju mišićnog mirovanja (ležeći položaj s opuštenim mišićima), bez izlaganja iritacijama koje uzrokuju emocionalni stres; 2) na prazan želudac, tj. 12-16 sati nakon jela; 3) na vanjskoj temperaturi "udobnosti" (18-20 ° C), koja ne uzrokuje osjećaj hladnoće ili topline.

Bazalni metabolizam se utvrđuje u stanju budnosti. Tijekom spavanja, razina oksidativnih procesa i, posljedično, tjelesna potrošnja energije je 8-10% niža nego u mirovanju kada ste budni.

Normalne vrijednosti ljudskog bazalnog metabolizma. Vrijednost bazalnog metabolizma obično se izražava kao količina topline u velikim kalorijama po 1 kg tjelesne težine ili po 1 m 2 površine tijela po 1 satu ili po danu.

Za muškarca prosječne dobi (oko 35 godina), prosječne visine (oko 165 cm) i prosječne tjelesne težine (oko 70 kg), bazalni metabolizam iznosi 4,19 kJ (1 kcal) po 1 kg tjelesne težine na sat, odn. 7117 kJ (1700 kcal) dnevno; Kod žena iste tjelesne težine to je približno 10% manje.

Bazalni metabolizam, izračunat na 1 kg tjelesne težine, znatno je veći u djece nego u odraslih. Bazalni metabolizam osobe u dobi od 20 do 40 godina ostaje na prilično konstantnoj razini. U starijoj dobi bazalni metabolizam se smanjuje.

Prema Dreyerovoj formuli, dnevna bazalna stopa metabolizma u kilokalorijama (//) je:

Gdje V- tjelesna težina u gramima, A - dob osobe, /< - константа, равная для муж­чины 0,1015, а для женщины-0,1129.

Formule i tablice bazalnog metabolizma predstavljaju prosječne podatke izvedene iz velikog broja istraživanja na zdravim ljudima različitog spola, dobi, težine i visine.

Određivanje bazalnog metabolizma, prema ovim tablicama, kod zdravih ljudi normalne tjelesne građe daje približno točne (pogreška "5-8%) vrijednosti potrošnje energije. Nesrazmjerno visoke vrijednosti bazalnog metabolizma za određenu tjelesnu težinu, visinu, dob i površinu tijela uočavaju se kod prekomjerne funkcije štitnjače. Smanjenje bazalnog metabolizma javlja se kod insuficijencije štitnjače (miksedem), hipofize i spolnih žlijezda.

Pravilo površine

Ako preračunamo intenzitet bazalnog metabolizma po 1 kg tjelesne težine, tada kod toplokrvnih životinja različiti tipovi(tablica 21) a kod osoba različite tjelesne težine i visine vrlo je različita. Ako preračunamo intenzitet bazalnog metabolizma po 1 m 2 tjelesne površine, vrijednosti dobivene od različitih životinja i ljudi ne razlikuju se tako oštro.

Tablica 21

Količina proizvedene topline kod ljudi i drugih organizama

Proizvodnja topline u 24 sata kJ (kcal)

IP objekt

slijedeći

po 1 kg težine

1 m iznad

tijelo

Prema pravilu površine tijela, potrošnja energije kod toplokrvnih životinja proporcionalna je veličini površine tijela.

Dnevna proizvodnja topline po 1 m2 tjelesne površine kod ljudi je 3559-5234 kJ (850-1250 kcal), prosječna brojka za muškarce je 3969 kJ (948 kcal).

Za određivanje površine tijela /? primjenjuje se formula:

Ova formula je izvedena na temelju analize rezultata izravnih mjerenja površine tijela. Konstantno DO kod ljudi je 12,3. Dubois je predložio precizniju formulu:

gdje je 1U 7 tjelesna težina u kilogramima, N - visina u centimetrima.

Rezultat izračuna izražava se u kvadratnim centimetrima.

Pravilo površine nije apsolutno točno. Kao što je prikazano u gornjoj tablici. 21, predstavlja samo pravilo koje ima određeno praktično značenje za približne proračune oslobađanja energije u tijelu.

O relativnosti pravila površine svjedoči činjenica da se brzina metabolizma dviju osoba čija je tjelesna površina ista može značajno razlikovati. Razina oksidativnih procesa određena je ne toliko prijenosom topline s površine tijela, koliko proizvodnjom topline, ovisno o biološkim karakteristikama životinjske vrste i stanju tijela, što je određeno aktivnošću živčanog sustava. , endokrini i drugi sustavi.

Izmjena energije tijekom fizičkog rada

Mišićni rad značajno povećava potrošnju energije. Stoga je dnevna potrošnja energije zdrava osoba, provodeći dio dana u kretanju i fizičkom radu, značajno premašuje vrijednost bazalnog metabolizma. Ovo povećanje troškova energije je povećanje rada, koja je veća što je rad mišića intenzivniji.

Tijekom mišićnog rada oslobađa se toplinska i mehanička energija. Omjer mehaničke energije i ukupne energije utrošene na rad, izražen u postocima, naziva se učinkovitost. Tijekom fizičkog rada čovjeka koeficijent učinkovitosti kreće se od 16 do 25% i prosječno iznosi 20%, ali u nekim slučajevima može biti i veći.

Učinkovitost varira ovisno o brojnim uvjetima. Dakle, kod netreniranih osoba ona je manja nego kod treniranih osoba, a raste s treningom.

Što je mišićni rad tijela intenzivniji, to je veća potrošnja energije. To se može vidjeti iz sljedećih podataka: ako je potrošnja energije u uvjetima bazalnog metabolizma u prosjeku 4,2 kJ (1 kcal) po 1 kg tjelesne težine na sat, tada kada mirno sjedite, potrošnja energije iznosi prosječno 5,9 kJ (1,4 kcal)) po 1 kg tjelesne težine po satu, kada stojite bez napetosti - 6,3 kJ (1,5 kcal), pri lakšim poslovima (uredski radnici, krojači, fini mehaničari, učitelji) -7,5-10,5 kJ (1,8-2,5 kcal), uz manji mišićni rad povezan s hodanje (liječnici, laboranti, poštari, knjigoveži) - 11,8-13,4 kJ-(2,8-3,2 kcal), s radom povezan s umjerenim mišićnim radom (metalari, slikari, stolari), 13,4-16,8 kJ (3,2-4,0 kcal) , s teškim fizičkim radom 21,0-31,5 kJ (5,0-7,5 kcal).

Prema troškovima energije odraslo stanovništvo podijeljeno je u 4 skupine ovisno o karakteristikama zanimanja (tablica 22).

Tablica 22 Visina troškova energije ovisno o karakteristikama zanimanja

Značajke profesije

Ukupna dnevna potrošnja energije

Osobe čiji rad ne zahtijeva fizičku aktivnost

9211 .-13 816 kJ (2200-

tehnički rad ili zahtijeva nebitne fizičke

fizički napor

9838-14 654 kJ (2350-

usluge, čiji rad ne zahtijeva mnogo

fizički napor

Strojarski i industrijski radnici

10 467-15 491 kJ (2500-

službi čiji je rad vezan uz značajne

značajan fizički napor

Četvrta

Nemehanizirani ili honorarni radnici

12 142-17 585 kJ (2900-

ali mehanizirani rad veliki i srednji

Značajne razlike u energetskim potrebama između skupina ovise o spolu (više kod muškaraca), dobi (smanjenje nakon 40 godina), razini rekreacijske aktivnosti i razini komunalnih usluga.

Dnevni utrošak energije djece i adolescenata ovisi o dobi i prosjeku:

U starijoj dobi potrošnja energije opada i do 80. godine života iznosi 8373-9211 (2000-2200 kcal).

Razmjena energije tijekom mentalnog rada

Tijekom mentalnog rada troškovi energije znatno su manji nego tijekom fizičkog rada.

Teški matematički proračuni, rad s knjigom i drugi oblici mentalnog rada, ako nisu popraćeni kretanjem, uzrokuju neznatan (2-3%) porast utroška energije u usporedbi s potpunim mirovanjem. No, u većini slučajeva razne vrste mentalnog rada praćene su mišićnom aktivnošću, osobito kada je radnik emocionalno uzbuđen (predavač, umjetnik, pisac, govornik i sl.), pa troškovi energije mogu biti relativno veliki. Doživljeno emocionalno uzbuđenje može uzrokovati povećanje metabolizma za 11-19% tijekom sljedećih nekoliko dana. "

Specifično dinamičko djelovanje hrane

Nakon jela, brzina metabolizma i potrošnja energije u tijelu se povećavaju u usporedbi s njihovom razinom u uvjetima bazalnog metabolizma. Povećanje metabolizma i energije počinje unutar jednog sata, doseže najviše 3 sata nakon uzimanja i traje nekoliko sati. Učinak unosa hrane, koji povećava metabolizam i potrošnju energije, naziva se specifična dinamika djelovanja hrane.

Kod proteinske hrane je najveći: metabolizam se ubrzava u prosjeku za 30%. Kada jede masti i ugljikohidrate, metabolizam osobe se povećava za 14-15%.

Regulacija energetskog metabolizma

Razina energetskog metabolizma usko je ovisna o tjelesnoj aktivnosti, emocionalnom stresu, prirodi prehrane, stupnju intenziteta termoregulacije i nizu drugih čimbenika.

Dobivene su brojne činjenice koje ukazuju na uvjetno refleksnu promjenu potrošnje kisika i izmjene energije. Svaki prethodno indiferentni podražaj, koji je na vrijeme povezan s mišićnom aktivnošću, može poslužiti kao signal za povećanje metabolizma i energije.

U stanju prije starta kod sportaša se znatno povećava potrošnja kisika, a time i razmjena energije. Isto se događa prilikom dolaska na posao i pod utjecajem faktora radne okoline kod radnika čije su aktivnosti povezane s mišićnim naporima. Ako se subjektu pod hipnozom kaže da radi težak mišićni rad, njegov se metabolizam može značajno povećati, iako on u stvarnosti ne radi nikakav posao. Sve to ukazuje da se razina energetskog metabolizma u tijelu može promijeniti pod utjecajem moždane kore.

Hipotalamički dio mozga ima posebnu ulogu u regulaciji energetskog metabolizma. Ovdje se stvaraju regulatorni utjecaji, koji se ostvaruju autonomnim živcima ili humoralnom vezom zbog povećanja lučenja niza endokrinih žlijezda. Ekspresiju posebno pojačava izmjena energije hormona štitnjače - tiroksina i trijodtironina i hormona srži nadbubrežne žlijezde - adrenalina.

ISHRANA

Zadaća fiziologa u opravdavanju racionalne prehrane je ukazati na sastav i količinu prehrambenih proizvoda koji mogu zadovoljiti potrebe organizma. Koncept "prehrambeni proizvodi" ili "prehrambeni proizvodi" ne bi trebao biti

brkati s konceptom "hranjivih tvari". Hranjive tvari obuhvaćaju određene skupine kemijskih spojeva: bjelančevine, masti, ugljikohidrate, mineralne soli, vitamine i vodu. Oni se u jednoj ili drugoj količini nalaze u bilo kojem proizvodu, koji je u većini slučajeva mješavina niza tvari.

Omjeri kalorija hranjivih tvari

Poznavajući sastav prehrambenih proizvoda i njihovu probavljivost, možete izračunati energetsku vrijednost uzete hrane pomoću takozvanih kalorijskih koeficijenata hranjivih tvari. kalorično, ili toplinski koeficijent, je količina topline koja se oslobađa pri izgaranju 1 g tvari. Kalorijski koeficijenti glavnih hranjivih tvari tijekom njihove oksidacije u tijelu su sljedeći.

Respiracijski kvocijent (RC) je omjer volumena oslobođenog ugljičnog dioksida i volumena apsorbiranog kisika tijekom određenog vremena. Ako se tijekom metaboličkog procesa u tijelu oksidiraju samo ugljikohidrati, onda će respiratorni koeficijent biti jednak 1. To se može vidjeti iz sljedeće formule:

Prema tome, za stvaranje jedne molekule CO 2 tijekom metabolizma ugljikohidrata potrebna je jedna molekula O 2 . Budući da, prema Avogadro-Gerardovom zakonu, jednaki brojevi molekula pri istoj temperaturi i tlaku zauzimaju jednake volumene. Stoga će respiratorni koeficijent za oksidaciju ugljikohidrata biti jednak 1:

Za masti to će biti:

Za oksidaciju jedne molekule masti potrebno je 81,5 molekula kisika, a za oksidaciju 1 grama molekule masti potrebno je 81,5 x 22,4 litara kisika, odnosno 1825,6 litara O 2, gdje je 22,4 volumen jedne gram molekule u litrama. . Gram molekula masti jednaka je 890 g, tada 1 litra kisika oksidira 487 g masti. 1 g masti pri potpunoj oksidaciji oslobađa 38,945 kJ (9,3 kcal)*, a 0,487 daje 18,551 kJ. Stoga će kalorijski ekvivalent 1 litre kisika s respiratornim koeficijentom od 0,7 biti jednak 18,551 kJ. U normalnim uvjetima, respiratorni

rad 3. Određivanje respiratornog kvocijenta

Važan pokazatelj kemijske prirode respiratorni supstrat– respiratorni koeficijent ( DK) – omjer volumena oslobođenog ugljičnog dioksida ( V(CO 2)) na volumen apsorbiranog kisika ( V(O 2)). Kada se ugljikohidrati oksidiraju, respiratorni koeficijent je 1; kada se masti (više reduciranih spojeva) oksidiraju, apsorbira se više kisika nego što se oslobađa ugljičnog dioksida i DK < 1. При окислении органических кислот (менее восстановленных, чем углеводы соединений) DK > 1.

Veličina DK ovisi o drugim razlozima. U nekim tkivima, zbog otežanog pristupa kisika, uz aerobno disanje javlja se i anaerobno disanje koje nije popraćeno apsorpcijom kisika, što dovodi do porasta vrijednosti DK. Vrijednost respiratornog koeficijenta također je određena potpunošću oksidacije respiratornog supstrata. Ako se uz finalne produkte u tkivima nakupljaju manje oksidirani spojevi, tada DK < 1.

Uređaj za određivanje respiratornog koeficijenta (slika 8) sastoji se od epruvete (slika 8, a) ili druge staklene posude (slika 8, b) s čvrsto pričvršćenim čepom u koju je umetnuta mjerna epruveta s milimetarskom skalom. je umetnuta.

Materijali i oprema. Sjeme za klijanje suncokreta, ječma, graška, graha, lana, pšenice, 20% otopina natrijevog hidroksida, štrcaljka od 2 cm 3, obojena tekućina, Petrijeva zdjelica, kemijska epruveta, epruveta u obliku slova U, elastična cijev, čep s rupom, anatomska pinceta. , trake filter papira (1,5-5 cm), milimetarski papir, pješčani sat na 3 minute, stalak za epruvete.

Napredak. U epruvetu dodajte 2 g klijavih sjemenki suncokreta. Čvrsto zatvorite epruvetu čepom spojenim elastičnom cjevčicom na staklenu cjevčicu u obliku slova U i pipetom unesite malu kap tekućine na kraj epruvete, stvarajući zatvorenu atmosferu unutar uređaja. Pazite da tijekom eksperimenta održavate stalnu temperaturu. Da biste to učinili, postavite uređaj na tronožac, čime izbjegavate zagrijavanje rukama ili dahom. Odredi za koliko će se podjeljaka kap pomaknuti unutar cijevi za 3 minute. Da biste dobili točan rezultat, izračunajte prosjek triju mjerenja. Dobivena vrijednost izražava razliku između volumena kisika apsorbiranog tijekom disanja i volumena oslobođenog ugljičnog dioksida.

Otvorite napravu sa sjemenkama i u nju pincetom stavite traku filter papira smotanu u prsten, prethodno natopljenu otopinom NaOH. Ponovno zatvorite epruvetu, stavite novu kap obojene tekućine u mjernu epruvetu i nastavite mjeriti njezinu brzinu pri istoj temperaturi. Novi podatak, iz kojeg ponovno izračunavate prosječnu vrijednost, izražava volumen kisika apsorbiranog tijekom disanja, budući da oslobođeni ugljikov dioksid apsorbira lužina.

Izračunajte respiratorni koeficijent pomoću formule: , gdje je DK– respiratorni koeficijent; U– volumen apsorbiranog kisika tijekom disanja; A– razlika između volumena apsorbiranog kisika tijekom disanja i volumena oslobođenog ugljičnog dioksida.

Usporedite vrijednosti respiratornih koeficijenata predloženih objekata i izvedite zaključak o kemijskoj prirodi respiratornih supstrata svakog od objekata.

_________________________________

1 Uređaj za promatranje izmjene plinova tijekom disanja biljaka i životinja PGD (edukativni): priručnik za uporabu / ur. T.S. Chanova. – M.: Obrazovanje, 1987. – 8 str.

1. Koji proces osigurava oslobađanje energije u tijelu? Koja je njegova bit?

Disimilacija (katabolizam), tj. razgradnja staničnih struktura i spojeva tijela uz oslobađanje energije i produkata raspadanja.

2. Koje hranjive tvari daju energiju u tijelu?

Ugljikohidrati, masti i bjelančevine.

3. Navedite glavne metode za određivanje količine energije u uzorku proizvoda.

Fizička kalorimetrija; fizikalno-kemijske metode za određivanje količine hranjivih tvari u uzorku s naknadnim izračunom energije sadržane u njemu; prema tablicama.

4. Opišite bit metode fizikalne kalorimetrije.

Uzorak produkta spaljuje se u kalorimetru, a zatim se izračunava oslobođena energija na temelju stupnja zagrijavanja vode i materijala kalorimetra.

5. Napišite formulu za izračun količine topline koja se oslobađa izgaranjem proizvoda u kalorimetru. Dešifrirajte njegove simbole.

Q = MvSv (t 2 - t 1) + MkSk (t 2 - t 1) - Qo,

gdje je Q količina topline, M je masa (w - voda, k - kalorimetar), (t 2 - t 1) razlika temperature između vode i kalorimetra nakon i prije izgaranja uzorka, C je specifična toplina kapacitet, Qo je količina topline koju stvara oksidator.

6. Koji su fizički i fiziološki kalorijski koeficijenti hranjive tvari?

Količina topline koja se oslobađa pri izgaranju 1 g tvari u kalorimetru, odnosno u tijelu.

7. Koliko se topline oslobodi kada 1 g bjelančevina, masti i ugljikohidrata sagori u kalorimetru?

1g proteina – 5,85 kcal (24,6 kJ), 1g masti – 9,3 kcal (38,9 kJ), 1g ugljikohidrata – 4,1 kcal (17,2 kJ).

8. Formulirajte Hessov zakon termodinamike, na temelju kojeg se izračunava energija koja ulazi u tijelo na temelju količine probavljenih bjelančevina, masti i ugljikohidrata.

Termodinamički učinak ovisi samo o sadržaju topline početnih i konačnih produkata reakcije i ne ovisi o međupretvorbama tih tvari.

9. Koliko se topline oslobodi pri oksidaciji 1 g bjelančevina, 1 g masti i 1 g ugljikohidrata u tijelu?

1 g proteina – 4,1 kcal (17,2 kJ), 1 g masti – 9,3 kcal (38,9 kJ), 1 g ugljikohidrata – 4,1 kcal (17,2 kJ).

10. Objasnite razlog razlike između fizikalnih i fizioloških kalorijskih koeficijenata za bjelančevine. U kojem slučaju je veća?

U kalorimetru (fizikalnom koeficijentu) protein se razgrađuje na konačne produkte - CO 2, H 2 O i NH 3 uz oslobađanje sve energije sadržane u njima. U organizmu (fiziološki koeficijent) bjelančevine se razgrađuju na CO 2, H 2 O, ureu i druge tvari metabolizma bjelančevina koje sadrže energiju i izlučuju se mokraćom.

Određuje se sadržaj bjelančevina, masti i ugljikohidrata u prehrambenim proizvodima, njihova se količina množi s odgovarajućim fiziološkim kalorijskim koeficijentima, zbraja i od zbroja oduzima 10% koji se ne apsorbira u probavnom traktu (gubici u fecesu).

12. Izračunajte (u kcal i kJ) energetski unos kada se hranom u organizam unese 10 g bjelančevina, masti i ugljikohidrata.

Q = 4,110 + 9,310 + 4,110 = 175 kcal. (175 kcal - 17,5 kcal) x 4,2 kJ, gdje je 17,5 kcal energija neprobavljenih hranjivih tvari (gubici u fecesu - oko 10%). Ukupno: 157,5 kcal (661,5 kJ).

Kalorimetrija: izravna (Atwater-Benedictova metoda); neizravna, odnosno neizravna (metode Krogh, Shaternikov, Douglas - Holden).

14. Na čemu se temelji princip izravne kalorimetrije?

O izravnom mjerenju količine topline koju stvara tijelo.

15. Ukratko opišite dizajn i princip rada Atwater-Benedict kamere.

Komora u kojoj se nalazi ispitanik toplinski je izolirana od okoliš, njegovi zidovi ne apsorbiraju toplinu, unutar njih su radijatori kroz koje teče voda. Na temelju stupnja zagrijavanja određene mase vode izračunava se količina topline koju tijelo troši.

16. Na čemu se temelji princip neizravne (indirektne) kalorimetrije?

Izračunavanjem količine oslobođene energije prema podacima o izmjeni plina (apsorbirani O 2 i oslobođeni CO 2 dnevno).

17. Zašto se količina energije koju tijelo oslobađa može izračunati na temelju tečaja izmjene plinova?

Jer količina O 2 koju tijelo potroši i CO 2 koji se oslobodi točno odgovara količini oksidiranih bjelančevina, masti i ugljikohidrata, a time i energije koju tijelo potroši.

18. Koji se koeficijenti koriste za izračun potrošnje energije neizravnom kalorimetrijom?

Respiracijski koeficijent i kalorijski ekvivalent kisika.

19. Što se naziva respiratorni koeficijent?

Omjer volumena ugljičnog dioksida koji je tijelo oslobodilo i volumena kisika koji je utrošen tijekom istog vremena.

20. Izračunajte respiratorni koeficijent (RC) ako je poznato da udahnuti zrak sadrži 17% kisika i 4% ugljičnog dioksida.

Budući da atmosferski zrak sadrži 21% O 2, postotak apsorbiranog kisika je 21% - 17%, tj. 4%. CO 2 u izdahnutom zraku je također 4%. Odavde

21. O čemu ovisi respiratorni koeficijent?

22. Koliki je respiratorni koeficijent tijekom oksidacije u tijelu do konačnih proizvoda bjelančevina, masti i ugljikohidrata?

Tijekom oksidacije proteina – 0,8, masti – 0,7, ugljikohidrata – 1,0.

23. Zašto je respiratorni kvocijent manji za masti i proteine ​​nego za ugljikohidrate?

Za oksidaciju bjelančevina i masti troši se više O 2 jer sadrže manje intramolekularnog kisika nego ugljikohidrati.

24. Kojoj vrijednosti se približava respiratorni kvocijent osobe na početku intenzivnog fizički rad? Zašto?

Prvo, jer su izvor energije u ovom slučaju uglavnom ugljikohidrati.

25. Zašto je respiratorni koeficijent osobe veći od jedan u prvim minutama nakon intenzivnog i dugotrajnog fizičkog rada?

Zato što se oslobađa više CO 2 nego što se troši O 2, jer mliječna kiselina nakupljena u mišićima ulazi u krv i istiskuje CO 2 iz bikarbonata.

26. Što se naziva kalorijski ekvivalent kisika?

Količina topline koju tijelo oslobađa pri unosu 1 litre O2.

27. O čemu ovisi kalorijski ekvivalent kisika?

Iz omjera bjelančevina, masti i ugljikohidrata oksidiranih u tijelu.

28. Koliki je kalorijski ekvivalent kisika tijekom oksidacije u tijelu (u procesu disimilacije) bjelančevina, masti i ugljikohidrata?

Za proteine ​​- 4,48 kcal (18,8 kJ), za masti - 4,69 kcal (19,6 kJ), za ugljikohidrate - 5,05 kcal (21,1 kJ).

29. Ukratko opišite postupak određivanja potrošnje energije Douglas-Holden metodom (potpuna plinska analiza).

Unutar nekoliko minuta ispitanik udahne atmosferski zrak, a izdahnuti zrak skuplja se u posebnu vrećicu, mjeri se njegova količina i provodi plinska analiza kojom se utvrđuje volumen potrošenog kisika i oslobođenog CO 2 . Izračunava se respiratorni koeficijent, uz pomoć kojeg se iz tablice nalazi odgovarajući kalorijski ekvivalent O 2 , koji se zatim množi s volumenom utrošenog O 2 u određenom vremenskom razdoblju.

30. Ukratko opišite metodu M. N. Shaternikova za određivanje utroška energije kod životinja u pokusu.

Životinja se stavlja u komoru u koju se dovodi kisik dok se troši. CO 2 koji se oslobađa tijekom disanja apsorbira lužina. Oslobođena energija izračunava se na temelju potrošene količine O2 i prosječnog kalorijskog ekvivalenta O2: 4,9 kcal (20,6 kJ).

31. Izračunajte utrošak energije u 1 minuti ako se zna da je ispitanik unio 300 ml O 2 . Respiracijski koeficijent je 1,0.

DK = 1,0, odgovara kalorijskom ekvivalentu kisika jednakom 5,05 kcal (21,12 kJ). Dakle, potrošnja energije po minuti = 5,05 kcal x 0,3 = 1,5 kcal (6,3 kJ).

32. Ukratko opišite postupak određivanja potrošnje energije Kroghovom metodom kod ljudi (nepotpuna plinska analiza).

Ispitanik udiše kisik iz vrećice metabolimetra, izdahnuti zrak se vraća u istu vrećicu, prethodno prošao kroz apsorber CO 2 . Na temelju očitanja metabolometra određuje se potrošnja O2 i množi s kalorijskim ekvivalentom kisika od 4,86 ​​kcal (20,36 kJ).

33. Navedite glavne razlike u proračunu potrošnje energije Douglas-Holden i Krogh metodom.

Douglas–Holden metoda uključuje izračun potrošnje energije na temelju podataka iz kompletne analize plina; Kroghova metoda - samo po volumenu potrošenog kisika uz korištenje kalorijskog ekvivalenta kisika karakterističnog za bazalna metabolička stanja.

34. Što se naziva bazalni metabolizam?

Minimalna potrošnja energije koja osigurava homeostazu u standardnim uvjetima: u budnom stanju, uz maksimalni mišićni i emocionalni odmor, na prazan želudac (12 - 16 sati bez hrane), na ugodnoj temperaturi (18 - 20C).

35. Zašto se bazalni metabolizam određuje u standardnim uvjetima: maksimalni mišićni i emocionalni odmor, natašte, na ugodnoj temperaturi?

Jer tjelesna aktivnost, emocionalni stres, unos hrane i promjene temperature okoline povećavaju intenzitet metaboličkih procesa u tijelu (potrošnja energije).

36. Koji procesi troše bazalnu metaboličku energiju u tijelu?

Za osiguranje vitalnih funkcija svih organa i tkiva u tijelu, stanične sinteze, te za održavanje tjelesne temperature.

37. Koji čimbenici određuju vrijednost pravilnog (prosječnog) bazalnog metabolizma zdrave osobe?

Spol, dob, visina i tjelesna masa (težina).

38. Koji čimbenici, osim spola, težine, visine i dobi, određuju vrijednost pravog (pravog) bazalnog metabolizma zdrave osobe?

Životni uvjeti kojima je tijelo prilagođeno: stalni boravak u hladnoj klimatskoj zoni povećava bazalni metabolizam; dugotrajna vegetarijanska prehrana – smanjuje.

39. Navedite načine utvrđivanja količine pravilnog bazalnog metabolizma kod osobe. Koja se metoda koristi za određivanje vrijednosti stvarnog bazalnog metabolizma osobe u praktičnoj medicini?

Prema tablicama, prema formulama, prema nomogramima. Kroghova metoda (nepotpuna plinska analiza).

40. Kolika je vrijednost bazalnog metabolizma kod muškaraca i žena dnevno, kao i po 1 kg tjelesne težine dnevno?

Za muškarce 1500 – 1700 kcal (6300 – 7140 kJ), odnosno 21 – 24 kcal (88 – 101 kJ)/kg/dan. Žene imaju otprilike 10% manje od ove vrijednosti.

41. Je li stopa bazalnog metabolizma izračunata na 1 m 2 tjelesne površine i na 1 kg tjelesne težine jednaka kod toplokrvnih životinja i ljudi?

Kada se računaju na 1 m 2 tjelesne površine kod toplokrvnih životinja različitih vrsta i ljudi, pokazatelji su približno jednaki, kada se računaju na 1 kg mase vrlo su različiti.

42. Što se zove radna burza?

Kombinacija bazalnog metabolizma i dodatne potrošnje energije koja osigurava funkcioniranje tijela u različitim uvjetima.

43. Navedite čimbenike koji povećavaju potrošnju energije u tijelu. Kako se naziva specifični dinamički učinak hrane?

Tjelesni i psihički stres, emocionalni stres, promjene temperature i drugi uvjeti okoline, specifični dinamički učinci hrane (povećana potrošnja energije nakon jela).

44. Za koliko se postotaka povećava tjelesna potrošnja energije nakon unosa proteina i mješavina hrane, masti i ugljikohidrata?

Nakon što jedete proteinsku hranu - za 20 - 30%, mješovitu hranu - za 10 - 12%.

45. Kako temperatura okoline utječe na tjelesnu potrošnju energije?

Promjene temperature u rasponu od 15 – 30C ne utječu značajno na potrošnju energije organizma. Na temperaturama ispod 15C i iznad 30C potrošnja energije se povećava.

46. ​​​​Kako se mijenja metabolizam na temperaturi okoline ispod 15? Kakve to ima veze?

Povećavajući se. Time se sprječava hlađenje tijela.

47. Kako se naziva učinkovitost tijela pri mišićnom radu?

Izražen kao postotak, omjer energije koja je ekvivalentna korisnom mehaničkom radu i ukupne energije utrošene za obavljanje tog rada.

48. Navedite formulu za izračun koeficijenta učinka (učinkovitosti) kod osobe tijekom mišićnog rada, navedite njegovu prosječnu vrijednost, dešifrirajte elemente formule.

gdje je A energija ekvivalentna korisnom radu, C ukupna potrošnja energije, e potrošnja energije za isto vrijeme mirovanja. Učinkovitost je 20%.

49. Koje se životinje nazivaju poikilotermnim i homeotermnim?

Poikilotermne životinje (hladnokrvne) - s nestabilnom tjelesnom temperaturom, ovisno o temperaturi okoline; homeotermne (toplokrvne) - životinje s konstantnom tjelesnom temperaturom koja ne ovisi o temperaturi okoline.

50. Koja je važnost postojanosti tjelesne temperature za tijelo? U kojim organima se najintenzivnije odvija proces stvaranja topline?

Omogućuje visoku razinu vitalne aktivnosti relativno bez obzira na temperaturu okoline. U mišićima, plućima, jetri, bubrezima.

51. Navedite vrste termoregulacije. Formulirajte bit svakog od njih.

Kemijska termoregulacija – regulacija tjelesne temperature promjenom intenziteta stvaranja topline; fizička termoregulacija – promjenom intenziteta prijenosa topline.

52. Koji procesi osiguravaju prijenos topline?

Toplinsko zračenje (zračenje), isparavanje topline, provođenje topline, konvekcija.

53. Kako se mijenja lumen krvnih žila kože pri sniženju i porastu temperature okoline? Koje je biološko značenje ove pojave?

Kad temperatura padne, krvne žile u koži se sužavaju. Kako temperatura okoline raste, krvne žile u koži se šire. Činjenica je da promjena širine lumena krvnih žila, reguliranje prijenosa topline, pomaže u održavanju stalne tjelesne temperature.

54. Kako i zašto se mijenja stvaranje topline i prijenos topline kod jakog podražaja simpatoadrenalnog sustava?

Proizvodnja topline će se povećati zbog stimulacije oksidativnih procesa, a prijenos topline će se smanjiti zbog sužavanja kožnih žila.

55. Nabrojite područja lokalizacije termoreceptora.

Koža, kožne i potkožne žile, unutarnji organi, središnji živčani sustav.

56. U kojim dijelovima i strukturama središnjeg živčanog sustava nalaze se termoreceptori?

U hipotalamusu, retikularnoj formaciji srednjeg mozga, u leđnoj moždini.

57. U kojim dijelovima središnjeg živčanog sustava se nalaze centri termoregulacije? Koja je struktura središnjeg živčanog sustava najviše središte termoregulacije?

U hipotalamusu i leđnoj moždini. Hipotalamus.

58. Koje će se promjene dogoditi u organizmu pri dugotrajnom izostanku masti i ugljikohidrata u prehrani, ali uz optimalan unos bjelančevina iz hrane (80 - 100 g dnevno)? Zašto?

Doći će do prekomjerne potrošnje dušika u tijelu u odnosu na unos i gubitka tjelesne težine, jer će se troškovi energije pokrivati ​​uglavnom rezervama proteina i masti koje se ne obnavljaju.

59. U kojoj količini iu kojem omjeru trebaju biti proteini, masti i ugljikohidrati u prehrani odrasle osobe (prosječna verzija)?

Proteini – 90 g, masti – 110 g, ugljikohidrati – 410 g. Omjer 1: 1, 2: 4, 6.

60. Kako se stanje organizma mijenja s prekomjernim unosom masti?

Razvija se (prerano) pretilost i ateroskleroza. Pretilost je čimbenik rizika za razvoj kardiovaskularnih bolesti i njihovih komplikacija (infarkt miokarda, moždani udar i dr.), te skraćenje životnog vijeka.

1. Kakav je omjer bazalnih metaboličkih stopa u djece prve 3-4 godine života, tijekom puberteta, u dobi od 18-20 godina i odraslih (kcal/kg/dan)?

Do 3-4 godine, djeca imaju otprilike 2 puta više, tijekom puberteta - 1,5 puta više od odraslih. U dobi od 18-20 godina odgovara normi za odrasle.

2. Nacrtajte graf promjene bazalnog metabolizma kod dječaka s godinama (kod djevojčica bazalni metabolizam je 5% manji).

3. Čime se objašnjava visok intenzitet oksidativnih procesa u djeteta?

Viša razina metabolizma mladih tkiva, relativno velika površina tijela i, naravno, veći utrošak energije za održavanje stalne tjelesne temperature, pojačano lučenje hormona štitnjače i norepinefrina.

4. Kako se mijenjaju troškovi energije za rast ovisno o dobi djeteta: do 3 mjeseca života, prije početka puberteta, tijekom puberteta?

Oni se povećavaju u prva 3 mjeseca nakon rođenja, zatim se postupno smanjuju, au pubertetu ponovno rastu.

5. Od čega se sastoji ukupna potrošnja energije jednogodišnjeg djeteta i kako se ona raspoređuje u postocima u odnosu na odraslu osobu?

Kod djeteta: 70% otpada na bazalni metabolizam, 20% na kretanje i održavanje tonusa mišića, 10% na specifično dinamičko djelovanje hrane. Kod odrasle osobe: 50 – 40 – 10%, redom.

6. Troše li odrasli ili djeca od 3-5 godina više energije pri izvođenju mišićnog rada da bi postigli isti koristan rezultat, koliko puta i zašto?

Djeca 3 do 5 puta, jer imaju lošiju koordinaciju, što dovodi do pretjeranih pokreta, što rezultira znatno manje korisnim radom za djecu.

7. Kako se mijenja potrošnja energije kada dijete plače, u kojem postotku i zbog čega?

Povećava se za 100–200% zbog povećane proizvodnje topline kao rezultat emocionalnog uzbuđenja i povećane mišićne aktivnosti.

8. Koliki dio (u postocima) djetetove energetske potrošnje osiguravaju bjelančevine, masti i ugljikohidrati? (usporedite s normom za odrasle).

Zbog proteina - 10%, zbog masti - 50%, zbog ugljikohidrata - 40%. U odraslih - 20 - 30 - 50%, respektivno.

9. Zašto se djeca, posebno u dojenačkoj dobi, brzo pregriju kada temperatura okoline poraste? Podnose li djeca lakše povišenje ili smanjenje temperature okoline?

Budući da djeca imaju pojačano stvaranje topline, nedovoljno znojenje i stoga isparavanje topline, nezrelo središte termoregulacije. Degradacija.

10. Navedite neposredni uzrok i objasnite mehanizam brzog hlađenja djece (osobito dojenčadi) pri padu temperature okoline.

Povećan prijenos topline u djece zbog relativno velike tjelesne površine, obilne prokrvljenosti kože, nedovoljne toplinske izolacije (tanka koža, nedostatak potkožnog masnog tkiva) i nezrelosti centra za termoregulaciju; nedovoljna vazokonstrikcija.

11. U kojoj dobi dijete počinje osjećati dnevne oscilacije temperature, kako se one razlikuju od onih kod odraslih i u kojoj dobi dostižu norme za odrasle?

Na kraju 1 mjeseca života; oni su beznačajni i dostižu normu za odrasle do pet godina.

12. Što je "zona udobnosti" djetetove temperature, unutar koje temperature je, koji je to pokazatelj za odrasle?

Vanjska temperatura pri kojoj su pojedinačna kolebanja temperature kože djeteta najmanje izražena je u rasponu od 21 – 22 o C, kod odrasle osobe – 18 – 20 o C.

13. Koji su mehanizmi termoregulacije najspremniji za rad u trenutku rođenja? U kojim se uvjetima kod novorođenčadi mogu aktivirati mehanizmi drhtave termogeneze?

Povećano stvaranje topline, uglavnom bez drhtanja (pojačan metabolizam), znojenje. U uvjetima ekstremne izloženosti hladnoći.

14. U kojem omjeru trebaju biti proteini, masti i ugljikohidrati u prehrani djece od tri i šest mjeseci, 1 godine, starije od godinu dana i odraslih?

Do 3 mjeseca – 1:3:6; u 6 mjeseci - 1: 2: 4. U dobi od 1 godine i više - 1: 1, 2: 4, 6, tj. Isto kao kod odraslih.

15. Navedite značajke metabolizma mineralnih soli u djece. s čime je ovo povezano?

Dolazi do zadržavanja soli u tijelu, posebno do povećane potrebe za kalcijem, fosforom i željezom, što je povezano s rastom organizma.

11 Razmjena energije

Neizostavan uvjet za održanje života je da organizmi dobivaju energiju iz vanjskog okoliša, a iako je primarni izvor energije za sva živa bića Sunce, jedino su biljke sposobne izravno koristiti njegovo zračenje. Fotosintezom pretvaraju energiju sunčeve svjetlosti u energiju kemijske veze. Životinje i ljudi potrebnu energiju dobivaju biljnom hranom. (Zvijerima i djelomice svejedima kao izvor energije služe druge životinje - biljojedi.)

Životinje također mogu izravno primati energiju od sunčevih zraka; na primjer, poikilotermne životinje na taj način održavaju svoju tjelesnu temperaturu. Međutim, toplina (primljena iz vanjske okoline i stvorena u samom tijelu) ne može se pretvoriti u bilo koju drugu vrstu energije. Živi organizmi, za razliku od tehničkih uređaja, za to su fundamentalno nesposobni. Stroj koji koristi energiju kemijskih veza (na primjer, motor) unutarnje izgaranje), prvo je pretvara u toplinu pa tek onda u rad: kemijsku energiju goriva → toplo → rad (širenje plina u cilindru i kretanje klipa). U živim organizmima moguća je samo ova shema: kemijska energija → Posao.

Dakle, energija kemijskih veza u molekulama prehrambenih tvari praktički je jedini izvor energije za životinjski organizam, a toplinsku energiju on može koristiti samo za održavanje svoje tjelesne temperature. Osim toga, toplina se, zbog brzog rasipanja u okolini, ne može dugo skladištiti u tijelu. Ako se u tijelu pojavi višak topline, to za homeotermne životinje postaje ozbiljan problem, a ponekad čak i ugrožava njihov život (vidi odjeljak 11.3).

11.1. Izvori energije i načini njezine transformacije u tijelu

Živi organizam je otvoreni energetski sustav: energiju prima iz okoline (gotovo isključivo u obliku kemijskih veza), pretvara je u toplinu ili rad iu tom obliku vraća u okolinu.

Komponente hranjivih tvari koje ulaze u krv iz probavnog trakta (na primjer, glukoza, masne kiseline ili aminokiseline) same po sebi nisu sposobne izravno prenijeti energiju svojih kemijskih veza na svoje potrošače, na primjer, kalij-natrijevu pumpu ili mišić aktin i miozin. Postoji univerzalni posrednik između prehrambenih “nositelja energije” i “potrošača” energije - adenozin trifosfat (ATP). On je taj izravni izvor energije za sve procese u živim bićima

tijelo. Molekula ATP-a kombinacija je adenina, riboze i triju fosfatnih skupina (slika 11.1).

Veze između kiselinskih ostataka (fosfata) sadrže značajnu količinu energije. Odvajanjem terminalnog fosfata pod djelovanjem enzima ATPaze, ATP se pretvara u adenozin difosfat (ADP). Time se oslobađa 7,3 kcal/mol energije. Energija kemijskih veza u molekulama hrane koristi se za resintezu ATP-a iz ADP-a. Razmotrimo ovaj proces na primjeru glukoze (Sl. 11.2).

Prvi stupanj iskorištavanja glukoze je glikoliza Tijekom ovog procesa najprije se pretvara molekula glukoze u pirogrožđana kiselina (piruvat), dok osigurava energiju za resintezu ATP-a. Piruvat se tada pretvara u acetil koenzim A - početni proizvod za sljedeću fazu recikliranja - Krebsov ciklus. Višestruke transformacije tvari koje čine bit ovog ciklusa osiguravaju dodatnu energiju za ponovnu sintezu ATP-a i završavaju oslobađanjem vodikovih iona. Treća faza počinje prijenosom ovih iona u dišni lanac - oksidativne fosforilacije, uslijed čega nastaje i ATP.

Uzete zajedno, sve tri faze recikliranja (glikoliza, Krebsov ciklus i oksidativna fosforilacija) čine proces disanje tkiva. Temeljno je važno da se prva faza (glikoliza) odvija bez upotrebe kisika (anaerobno disanje) a dovodi do stvaranja samo dvije molekule ATP-a. Dva sljedeća stupnja (Krebsov ciklus i oksidativna fosforilacija) mogu se dogoditi samo u okruženju s kisikom (aerobno disanje). Potpuna iskorištenost jedne molekule glukoze rezultira pojavom 38 molekula ATP-a.

Postoje organizmi koji ne samo da ne trebaju kisik, već i umiru u okruženju s kisikom (ili zrakom) - obvezni anaerobi. To su npr. bakterije koje uzrokuju plinsku gangrenu (Clostridium perfringes), tetanus (C. tetani), botulizam (C. botulinum) itd.

U životinja su anaerobni procesi pomoćna vrsta disanja. Na primjer, kod intenzivnih i čestih kontrakcija mišića (ili kod statičkih kontrakcija), isporuka kisika krvlju zaostaje za potrebama mišićnih stanica. U to vrijeme stvaranje ATP-a odvija se anaerobno s nakupljanjem piruvata koji se pretvara u mliječna kiselina (laktat). Rastući kisikov dug. Prestankom ili slabljenjem rada mišića uklanja se nesklad između potrebe tkiva za kisikom i mogućnosti njegove dostave; laktat se pretvara u piruvat, koji se ili kroz stupanj acetil koenzima A oksidira u Krebsovom ciklusu u ugljični dioksid ili glukoneogenezom prelazi u glukozu.

Prema drugom zakonu termodinamike, svaka transformacija energije iz jedne vrste u drugu događa se uz obavezno stvaranje značajne količine topline, koja se zatim raspršuje u okolnom prostoru. Stoga dolazi do sinteze ATP-a i prijenosa energije od ATP-a do stvarnih “potrošača energije” uz gubitak otprilike polovice u obliku topline. Pojednostavljeno, te procese možemo prikazati na sljedeći način (slika 11.3).

Otprilike pola kemijska energija, sadržan u hrani, odmah se pretvara u toplinu i rasipa u prostoru, druga polovica ide na stvaranje ATP-a. Uz naknadnu razgradnju ATP-a, polovica oslobođene energije ponovno se pretvara u toplinu. Kao rezultat toga, životinja i osoba ne mogu potrošiti više od 1/4 sve energije potrošene u obliku hrane za obavljanje vanjskog rada (na primjer, trčanje ili pomicanje bilo kojeg predmeta u prostoru). Dakle, učinkovitost viših životinja i ljudi (oko 25%) je nekoliko puta veća od, na primjer, učinkovitosti parnog stroja.

Sav unutarnji rad (osim procesa rasta i nakupljanja masti) brzo prelazi u toplinu. Primjeri: (a) energija koju proizvodi srce pretvara se u toplinu zbog otpora krvnih žila protoku krvi; (b) želudac obavlja posao lučenja klorovodične kiseline, gušterača luči bikarbonatne ione, u tankom crijevu te tvari međusobno djeluju, a energija sadržana u njima pretvara se u toplinu.

Rezultati vanjskog (korisnog) rada koje obavlja životinja ili čovjek također se u konačnici pretvaraju u toplinu: kretanje tijela u prostoru zagrijava zrak, podignute strukture se ruše, predajući energiju ugrađenu u njih zemlji i zraku u obliku topline. Egipatske piramide- rijedak primjer kako energija mišićne kontrakcije, potrošena prije gotovo 5000 godina, još uvijek čeka na neizbježnu transformaciju u toplinu.

Jednadžba energetske ravnoteže:

E = A + H + S,

Gdje E - ukupna količina energije koju tijelo prima iz hrane; A - vanjski (koristan) rad; N - prijenos topline; S- pohranjena energija.

Gubici energije urinom, sebumom i drugim izlučevinama iznimno su mali i mogu se zanemariti.

respiratorni koeficijent (RK)

omjer volumena ugljičnog dioksida koji se oslobađa kroz pluća i volumena kisika apsorbiranog tijekom istog vremena; vrijednost D.c. kada subjekt miruje ovisi o vrsti prehrambenih tvari oksidiranih u tijelu.

Enciklopedijski rječnik, 1998

respiratorni kvocijent

omjer volumena ugljičnog dioksida oslobođenog tijekom disanja tijekom određenog vremena i volumena kisika apsorbiranog tijekom istog vremena. Karakterizira značajke izmjene plinova i metabolizma kod životinja i biljaka. Kod zdrave osobe iznosi otprilike 0,85.

Respiracijski koeficijent

omjer volumena ugljičnog dioksida oslobođenog iz tijela i volumena kisika apsorbiranog tijekom istog vremena. Označeno prema:

Određivanje DC važno je za proučavanje značajki izmjene plinova i metabolizma kod životinja i biljnih organizama. Kada su ugljikohidrati oksidirani u tijelu i kisik je potpuno dostupan, DC je 1, masti ≈ 0,7, proteini ≈ 0,8. U zdrave osobe u mirovanju, DC je 0,85 ╠ 0,1; tijekom umjerenog rada, kao i kod životinja koje se hrane pretežno biljnom hranom, približava se 1. Kod čovjeka, tijekom vrlo dugog rada, posta, kod mesoždera (grabežljivaca), kao i tijekom zimskog sna, kada se, zbog ograničenih zaliha ugljikohidrata, smanjuje količina ugljikohidrata u organizam. u tijelu, disimilacija povećava masnoću, DC je oko 0,7. DC prelazi 1 s intenzivnim taloženjem u tijelu masti nastalih iz ugljikohidrata dobivenih hranom (na primjer, kod ljudi pri vraćanju normalne težine nakon posta, nakon dugotrajnih bolesti, kao i kod životinja tijekom tova). DC se povećava na 2 intenzivnim radom i hiperventilacijom pluća, kada se dodatni CO2, koji je bio u vezanom stanju, oslobađa iz tijela. DC dostiže još veće vrijednosti kod anaeroba, kod kojih najveći dio oslobođenog CO2 nastaje oksidacijom (fermentacijom) bez kisika. DK ispod 0,7 javlja se kod bolesti povezanih s metaboličkim poremećajima, nakon teškog fizičkog rada.

Kod biljaka DK ovisi o kemijskoj prirodi dišnog supstrata, sadržaju CO2 i O2 u atmosferi i drugim čimbenicima, karakterizirajući tako specifičnosti i uvjete disanja. Kada stanica koristi ugljikohidrate za disanje (klijalice žitarica), DC je približno 1, masti i bjelančevine (klijajuće uljarice i mahunarke) ≈ 0,4≈0,7. S nedostatkom O2 i teškim pristupom (sjemenke s tvrdom ljuskom), DC je 2≈3 ili više; visoki DC također je karakterističan za stanice točke rasta.