Первичная и вторичная теплота
Теплоту, выделяемую организмом, условно делят на два типа.
Теплообразование в организме имеет 2-х фазный характер. При окислении белка, жира, углеводов одна часть используется для синтеза АТФ, другая превращается в теплоту - это первичная теплота.
Первичная теплота постоянно высвобождается в ходе клеточного метаболизма при окислении веществ вне зависимости от того, совершается внешняя работа или нет. Ее количество является показателем интенсивности основного обмена, обеспечивающего клеточный метаболизм и функционирование жизненно важных органов.
В нормальных условиях клетки получают энергию главным образом путем окислительного (аэробного) распада питательных веществ.
Так при окислении углеродов 22,7 % идет на синтез АТФ, 77,3 % в форме первичной теплоты рассеивается в тканях.
При распаде АТФ тоже выделяется теплота - это вторичная теплота.
Вторичная теплота выделяется при совершении организмом любой работы за счет резерва аккумулированной энергии АТФ, образующегося в результате метаболических превращений питательных веществ.
В физиологических условиях оба вида теплоты находятся в относительном равновесии. Первичная теплота непрерывно рассеивается в окружающую среду, даже если температура последней превышает температуру тела. Это возможно благодаря механизмам саморегуляции, в частности потоотделению и испарению, предотвращающим перегревание организма.
При переохлаждении же оптимальное для метаболизма количество первичной теплоты обеспечивается за счет увеличения доли вторичной теплоты вследствие усиления двигательной активности, и особенно при появлении непроизвольной дрожи (дрожательный термогенез).
Единииы измерения энергетического обмена.
Энергетические затраты учитывают по количеству тепла, выделяемого организмом в единицу времени. Единицей измерения энергии в Международной системе единиц (СИ) является джоуль (Дж) или килоджоуль (кДж).
В физиологических и медицинских исследованиях для определения количества энергии, выделенной организмом. используют внесистемные единицы — калорию (кал) или килокалорию (ккал); 1 кал = 4,19 кДж.
Калория — количество энергии (тепла). необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1 °С.
Энергетическая ценность питательных вешеств. Сложные органические молекулы, окисляясь в присутствии кислорода (аэробное окисление) до двуокиси углерода и воды, выделяют заключенную в их химических связях энергию.
Согласно закону Гесса, количество энергии, выделяемое при распаде какого-либо вещества до конечных продуктов, не зависит от числа промежуточных этапов его трансформации. Следовательно, не имеет значения, окисляется ли вещество полностъю в организме или сгорает в специальной камере в присутствии чистого кислорода (калориметрическая бомба Бертло), — 1 моль вещества дает одинаковое количество энергии.
Энергетический эквивалент пищи ценность пищи
Количество энергии поступающей с пищей можно измерить в калорической бомбе Бертло — герметически замкнутый сосуд (камера), погруженный в водяную баню. Точно взвешенную пробу помещают в камеру наполненную чистым О2 под давлением - пробы поджигают платиновой проволокой, так что они быстро сгорают. Зная теплоемкость воды и ее объем, и количество выделившейся энергии энергетическую ценность пищи.
Так при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДж/г или 5,4 ккал, ( а при окислении в организме 17,17 кДж/г, углеводы в среднем 17,17 кДж или 4,1 ккал, а жиры 1 г дает в 2 раза больше энергии, чем 1 г углеводов - 38,94 кДж/г или 9,3 ккал.
Это — физический энергетический эквивалент указанных веществ
При аэробном окислении в организме 1 г углеводов и 1 г жиров выделяется такие же количество энергии, что и при их сгоранни ь калориметрической бомбе. Теплотворная же способность белка в организме, или его физиологическая энергетическая ценность, несколько ниже, чем при сжигании в присутствии чистого кислорода, и составляет 4,1 ккал. Это связано с тем, что белки (в отличие от углеводов и жиров) окисляются в организме не полностью. Часть аминогрупп отщепляется от молекул белка и выводится с мочой в виде азотсодержащих соединений (мочевина, мочевая кислота, креатинин и др.).
Бертон и Кребс показали, что при окислительном распаде 1 моля глюкозы высвобождается 2883 кДж свободной энергии. При анаэробном распаде выделяется лишь 208 кДж свободной энергии. Для получения одного и того же количества энергии в анаэробных условиях в клетке должно расщепляться в 15 раз больше глюкозы, чем в аэробных.
Для осуществления такого распада в клетке должно поддерживаться определенное содержание субстратов (углеводов, белков, жиров) и молекулярного кислорода.
Обмен жиров и утлеродов служит главным образом для энергетического обеспечения физиологических функций - функционалъный метаболизм.
Белковый обмен направлен на поддержание и реконструкцию структур организма - структурный метаболизм.
В организме некоторые вещества могут заменять друг-друга, в соответствии с их калорическим коэфициентом. Например: 1гр жира дает организму 39,1 кДж - его можно заменить 2,3 г углевода или белка, а 1 г белка или 1 гр углеводов дают эквивалентное организму 17, 2 кДж, эквивалентные 0,44 г жира. Правило изодинамии учитывает только энергетическое значение питательных веществ, но не следует забывать и о пластической роли питательных веществ. Запасание энергии в форме жира - самый экономный способ.
Энергия, затрачиваемая человеком в покое, быстро переходит в теплоту, поэтому общая теплопродукция эквивалентна затрачиваемой энергии. Измерив теплопродукцию, можно определить интенсивность обмена.
(Первое измерения энергетического обмена провели в 1788 г Ловуазье и Лонлас. Они помещали животное в камеру, окруженную водяной рубашкой со льдом. Сверху камера была покрыта изолирующим слоем. Тепло из вне не проникало. Теплопродукцию определяли по количеству воды образовавшейся в ледяной рубашке.)