1. Організм як відкрита термодинамічна система. Калорійна цінність різних харчових речовин.

Термодинамічна система – це деяка фізична система, що складається з великої кількості частинок, здатна обмінюватися з навколишнім середовищем енергією і речовиною. Також зазвичай покладається, що така система підпорядковується статистичним закономірностям. Для термодинамічних систем справедливі закони термодинаміки.

Термодинамічні системи підрозділяються на однорідні за складом (наприклад, газ в посудині) і неоднорідні (вода і пар або суміш газів в посудині).

Виділяють також ізольовані системи, тобто системи, які не обмінюються з навколишнім середовищем ні енергією, ні речовиною, і закриті системи, які обмінюються з середовищем тільки енергією, але не обмінюються речовиною. Якщо ж у системі відбуваються обмінні процеси з навколишнім середовищем, то її називають відкритою. Живі організми – це відкрита система Обмін речовин і енергії – це сукупність фізичних, біохімічних і фізіологічних процесів перетворення речовин і енергії в організмі людини і обмін речовинами і енергією між організмом і навколишнім середовищем. Постійний обмін речовин і енергії між організмом і навколишнім середовищем є необхідною умовою його існування та відображає їх єдність. Сутність цього обміну полягає в тому, що надходять в організм живильні речовини після травних перетворень використовуються як пластичний матеріал. Енергія, що утворюється при цих перетвореннях, покриває енерговитрати організму. Синтез складних специфічних речовин організму з простих сполук, які всмоктуються в кров з травного каналу, називається асиміляцією або анаболізмом. Розпад речовин організму до кінцевих продуктів, що супроводжується виділенням енергії, називається дисиміляцією або катаболізмом. Два цих процеси нерозривно пов'язані. Асиміляція забезпечує акумуляцію енергії, а енергія, що виділяється при дисиміляції, необхідна для синтезу речовин. Процеси анаболізму і катаболізму знаходяться в організмі в стані динамічної рівноваги. Переважання анаболізму призводить до зростання, накопичення маси тканин, а катаболізм – до часткового руйнування тканинних структур. У дитячому віці переважає анаболізм, у середньому віці ці процеси врівноважені, у старшому віці переважає катаболізм.

Перетворення і використання енергії.

В результаті обмінних реакцій в організмі утворюється кілька видів енергії: хімічна, електрична, механічна (робота м'язів), теплова та інші. Важливо знати, що в кінцевому підсумку всі види енергії перетворюються в тепло, а останнє не використовується організмом для своїх потреб. Людина і тварини отримують енергію з навколишнього середовища у вигляді потенційної енергії, укладеної в хімічних зв'язках молекул жирів, білків і вуглеводів. Всі процеси життєдіяльності забезпечуються енергією за рахунок анаеробного та аеробного метаболізму. Отримання енергії без участі кисню, наприклад, гліколіз (розщеплення глюкози до молочної кислоти), називається анаеробним обміном, а за участю кисню – аеробним. Запас енергії в їжі визначається в колориметричній бомбі – замкнутій камері, зануреній у водяну баню. Точно зважену пробу поміщають у цю камеру, наповнену чистим О₂ і підпалюють. Кількість виділеної енергії визначається по зміні температури води, що оточує камеру.

При окисленні вуглеводів виділяється 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г), окислення 1 г жиру дає 38,96 кДж (9,3 ккал). Запасання енергії у формі жиру є найбільш економічним способом тривалого зберігання енергії в організмі. Білки окислюються в організмі не повністю. Аміногрупи відщеплюються від молекули білка і виводяться із сечею у формі сечовини. Тому при спалюванні білка в калориметричній бомбі виділяється більше енергії, ніж при його окисленні в організмі: при спалюванні білка в калориметричній бомбі виділяється 22,61 кДж/г (5,4 ккал/г), а при окисленні в організмі – 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г). Різниця припадає на ту енергію, яка виділяється при спалюванні сечовини.