- •Лекція №14. Обмін енергії та терморегуляція
- •Обмін енергії
- •Основний обмін
- •Специфічно-динамічна дія їжі
- •Вплив температури
- •Обмін енергії під час трудової діяльності
- •Регулювання обміну енергії
- •Обмін речовин
- •Терморегулювання
- •Механізми терморегулювання
- •Механізми підтримування сталості температури тіла
- •Терморецептори
- •Центр терморегулювання
Лекція №14. Обмін енергії та терморегуляція
Більшість процесів життєдіяльності клітини відбуваються з використанням енергії. Вона витрачається на підтримання цілісності клітинних структур, іонних градієнтів, біосинтетичних процесів, забезпечення специфічних форм клітинної активності (скорочення, проведення нервового імпульсу, секреція) тощо.
Витрачені енергетичні ресурси організм повинен постійно компенсувати за рахунок харчування. Засвоєння жирів, білків, вуглеводів та інших сполук, які надходять з їжею, дають змогу структурам організму функціонувати і поповнювати енергетичні запаси. Зниження інтенсивності цих процесів або їх повне припинення може призвести до розладів, захворювання або навіть загибелі.
Обмін енергії
Методи дослідження обміну енергії
Методи оцінки енергетичного балансу організму ґрунтуються на двох основних принципах: прямому вимірюванні кількості тепла, яке виділилося (пряма калориметрія), і непрямому вимірюванні - шляхом визначення кількості кисню, що поглинається, та вуглекислого газу, який виділяється (непряма калориметрія).
Метод прямої калориметрії ґрунтується на тому, що, відповідно до другого закону термодинаміки, більшість енергії, яка вивільнюється під час дисиміляції, тобто під час переходу потенційної хімічної енергії у кінетичну, перетворюється у теплову (20-25% вивільненої енергії використовується для виконання роботи). Помістивши людину в спеціальну термоізольовану камеру, можна визначити кількість виділеного тепла. Для цього потрібно знати кількість води в трубах теплообмінника камери (m), початкову (t1) і кінцеву (t2) її температуру. Тоді кількість тепла, що виділила людина (Q), можна обчислити за формулою:
Q=c∙m∙(t2-t1),
де с - теплоємність води (=1). Однак зазначений спосіб надто громіздкий і нині використовується лише для проведення точних наукових досліджень.
Найчастіше використовується простіший спосіб непрямої калориметрії. Відомо, що рівень теплоутворення визначається за кількістю поглинутого кисню і виділеного вуглекислого газу. Знаючи їхні об'єми, можна визначити дихальний коефіцієнт (ДК) - відношення виділеного СО2 до поглинутого О2:
ДК = νCО2:νО2.
За величиною дихального коефіцієнта можна опосередковано судити про продукт, що окислюється. Так, під час окислювання 1 г глюкози виділяється 4,1 ккал тепла, жирів - 9,3 ккал, білків - 4,1 ккал (ці величини характеризують енергетичну цінність відповідних харчових речовин). Величина ДК залежить від кількості молекул О2, яка буде затрачена на окиснення певної сполуки для утворення кожної молекули СО2. Наприклад, під час окиснення глюкози для утворення однієї молекули СО2 використовується стільки ж молекул О2 (ДК = 1,0). У зв'язку з тим, що в структурі жирних кислот на один атом вуглецю припадає менше атомів кисню, ніж у вуглеводах, то в разі їх окиснення ДК = 0,7, у разі білкової їжі ДК = 0,8.
Знаючи величину дихального коефіцієнта і визначивши кількість кисню, який поглинається за одиницю часу (ПК), можна розрахувати теплопродукцію організму. За величиною ДК у спеціальних таблицях знаходять калоричний еквівалент кисню (КЕК), тобто ту кількість енергії, яка утворюється у разі використання 1 л кисню. Знаючи ПК і КЕК, можна розрахувати величину енергозатрат.
Під час проведення досліджень у реальних умовах необхідно враховувати, що крім складу харчових речовин, які окислюються, на величину ДК можуть впливати й інші чинники. Зокрема, гіпервентиляція призводить до виділення з лужних резервів крові "запасних" кількостей вуглекислого газу. Природно, що в такому разі ДК може бути навіть вищим одиниці. Це спостерігається, наприклад, на початку виконання м'язової роботи у перехідний період перед установленням нового стаціонарного робочого рівня обмінних процесів.
ДК може змінюватися і за умови одноманітного харчування, коли відбувається перетворення одного виду обмінного процесу в інший. Так, у разі переважання харчування вуглеводами частина їх може перетворюватися у жири. У зв'язку з меншим вмістом О2 у складі жирів такий процес супроводжується виділенням СО2, що призводить до росту ДК.
У разі голодування чи діабету у зв'язку зі зменшенням надходження вуглеводів ДК знижується. ДК різко знижується (деколи до 0,6) і після виконання інтенсивного фізичного навантаження. Це зумовлено поступовим зниженням вмісту молочної кислоти в крові. Зменшення кількості лактату супроводжується вивільненням буферних основ крові, які зв'язують частину СО2, що утворюється під час окислювання, і затримують його в організмі.