1 Моль атф - энергия 30 кДж
в сутки в организме
синтезируется
=200
молей АТФ
Молярная масса АТФ - около 0,5 кг
Таким образом, в сутки в организме человека синтезируется
200
молей
0,5 кг/моль
= 100 кг
АТФ
( Более точный расчет даёт несколько меньшую цифру - около 70 кг)
Это много больше, чем любого другого вещества (например, белков за сутки в организме образуется примерно 2,5 кг).
Очевидно, что в клетках не может быть большого запаса АТФ
Поэтому, если в каком-то органе (или его части) прекратится или значительно уменьшится синтез АТФ, этот орган в считанные минуты выйдет из строя.
(пример
- остановка сердца при обширном инфаркте миокарда, когда из-за прекращения притока кислорода останавливается синтез АТФ в сердечной мышце)
Синтез макроэргов происходит, в основном, за счет энергии окисления мономеров, на которые расщепляются в кишечнике пищевые продукты.
Важнейшим из этих мономеров является глюкоза. За счет энергии, выделяющейся при окислении 1 моля глюкозы:
С6Н12О6 + 6О2 6СО2 + 6Н2О + энергия
может синтезироваться 36 молей АТФ (аэробный синтез)
Кроме того, 2 моля АТФ могут синтезироваться без участия кислорода за счет других реакций с глюкозой (анаэробный синтез).
Таким образом, всего за счет энергии 1 моля глюкозы может синтезироваться 38 молей АТФ
В обычных условиях основная часть АТФ возникает за счет аэробного синтеза.
при недостатке кислорода (гипоксии), (например, при усиленной физической нагрузке или при подъеме на большую высоту, а также при некоторых заболеваниях) анаэробный синтез может иметь существенное значение.
Основными направлениями затраты энергии являются:
Мышечная работа
Синтез молекул
Поддержание разницы концентраций веществ в цитоплазме и в межклеточной среде
Поддержание разности потенциалов на мембранах клеток
В организме любого живого существа непрерывно выделяется тепло
Основной обмен
Многочисленные измерения показали, что в полном покое (лежа) и в комфортных условиях температуры, влажности и т.д. человек выделяет в час около 4,7 кДж на килограмм массы тела, что соответствует мощности теплопродукции 1,3 Вт на килограмм.
(Разумеется, эти и последующие цифры отражают средние значения, потому что энерготраты зависят от пола, возраста, характера телосложения.)
При массе тела 75 кг теплопродукция в покое составляет около
350 кДж/час или около 8500кДж в сутки.
Т.е. тепловая мощность человека составляет около 90 Вт.
(максимальное выделение энергии на единицу массы происходит в мозгу (около 12 Вт/кг по сравнению с 1,2 Вт/кг для организма в целом) (показатель интенсивности высшей нервной деятельности).
Минимальную величину энерготрат, необходимую для обеспечения основных жизненно необходимых функций организма, называют основным обменом.
Теплопродукция организма в покое при комфортных условиях отражает величину основного обмена.
У здоровых людей основной обмен весьма стабилен, и отклонение основного обмена больше чем на 5%-7% указывает на серьёзные нарушения каких-то основных функций организма.
При умеренной физической нагрузке энерготраты возрастают в полтора-два раза (12000 – 16000 кДж в сутки).
Если человек занят тяжелым физическим трудом, энерготраты могут возрасти в 5-6 раз.
Еще больше энерготраты при кратковременных нагрузках (здесь надо, конечно, сравнивать не суточные величины, а мощность). Например, при беге на 100 м мощность возрастает в 15-20 раз.
(Ясно, что это должно компенсироваться энергией, полученной с пищей.)
Перенос тепла внутри организма
Основная часть тепла выделяется в мышцах и внутренних огранах, теплоотдача же идёт с поверхности тела (с кожи).
Ткани организма плохо проводят тепло, поэтому почти всё тепло переносится изнутри к поверхности с током крови.
В коже и подкожной клетчатке находится большое количество кровеносных сосудов. Проходя по ним кровь отдаёт тепло через кожу в окружающую среду. Сосуды кожи под воздействием нервных импульсов могут сужаться и расширяться при изменении температуры, ветра и других условий. В результате объём крови, протекающей по сосудам, может очень сильно изменяться (например, в пальцах до 600 раз). Соответственно, меняется и количество отдаваемого тепла.
Основная часть кровеносных сосудов лежит довольно глубоко в подкожной жировой клетчатке, поэтому передача тепла через клетчатку идёт, в основном, за счёт теплопроводности.
Нетрудно получить формулу для переноса тепла путем теплопроводности.
(пример. При спуске на большие глубины водолазы дышат гелиево-кислородной смесью, в которой гелий составляет свыше 90%. Теплопроводность гелия в 6 раз больше, чем воздуха. Гелий вытесняет воздух из одежды, и потери тепла значительно возрастают – водолаз мерзнет, так как на больших глубинах температура воды 2о – 4оС.)
С поверхности одежды и с открытых частей тела тепло уходит двумя способами: а) путем конвекции б) путем излучения
(Излучение человека лежит в инфракрасной области спектра (длины волн в диапазоне 3 –20 мкм ))
Тепловое излучение человека используется в современном методе диагностики (термография или тепловидение)
Температурный гомеостаз
Температура тела человека и многих животных поддерживается постоянной с достаточно высокой точностью
(Смысл: в организме одновременно происходит огромное число сопряженных между собой биохимических и биофизических процессов. Скорости почти всех этих процессов растут с повышением температуры, но характер этой зависимости для разных процессов очень разный: одни процессы значительно ускоряются, другие гораздо меньше. Поэтому даже при небольшом изменении температуры тела может нарушиться согласованность между скоростями протекания различных взаимосвязанных процессов, что неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности организма в целом).
Система терморегуляции.
Химическая терморегуляция основана на изменении скорости и характера биологического окисления.
(Например, при переохлаждении организма выделяются гормоны, ускоряющие окисление; кроме того, происходит разобщение окисления и синтеза АТФ: на синтез АТФ идет не 50% энергии, выделяющейся при окислении, а меньше. Соответственно, больший процент энергии превращается в тепло; организм согревается. Однако изменение характера биологического окисления неблагоприятно сказывается на состоянии организма, поэтому химическая терморегуляция, как правило, включается лишь в экстремальных ситуациях, когда создается угроза самой жизни организма).
Физическая терморегуляция (играющая в большинстве случаев основную роль) осуществляется за счет изменения характера кровообращения.
(При понижении температуры тела сужаются артериолы в коже и подкожной клетчатке. Приток крови к поверхности тела сокращается, (это проявляется в том, что кожа белеет). Как следствие, уменьшается передача тепла от внутренних органов к поверхности тела и отдача тепла в окружающую среду. При повышении температуры сосуды расширяются (кожа краснеет); с усилением кровотока увеличивается теплоотдача. При повышении температуры существенное значение имеет также усиленное потовыделение).
(У здорового человека температура тела остаётся постоянной в пределах десятых долей градуса).
Вместе с тем, при низких температурах уменьшение кровотока в периферических участках тела (пальцы, нос, ушные раковины и др.) может привести к обморожению (сказывается особенность, характерная и для многих других функций: регуляторные механизмы направлены в первую очередь на поддержание оптимальных условий для организма в целом, хотя иногда это может неблагоприятно отразиться на состоянии отдельных органов или участков тела).