Обмін білків, жирів та вуглеводів в організмі. Обмін речовин та енергії Що призводить до звільнення енергії в організмі

Всі харчові речовини мають певний запас енергії. Організм називають трансформатором енергії, бо в ньому постійно відбуваються специфічні перетворення. поживних речовин, що призводять до звільнення енергії та переходу її з одного виду до іншого.

Співвідношення між кількістю енергії, що отримується з їжею, і кількістю енергії, що витрачається, носить назву енергетичного балансу організму. Для вивчення необхідно визначення енергетичної цінності їжі.

Дослідження показали, що кожен грам полісахаридів та білків дає 17,2 кДж. При розпаді жирів звільняється 38,96 кДж. Звідси випливає, що енергетична цінність різних харчових речовин неоднакова й залежить від цього, які у цій речовині містяться поживні речовини. Так, наприклад, енергетична цінність горіхів виявляється рівною 2723,5 кДж, вершкового масла – 3322,2 кДж тощо. Енергетична цінність харчових речовин не завжди збігається з їхньою фізіологічною цінністю, бо остання ще визначається здатністю до засвоєння. Харчові речовини тваринного походження засвоюються краще, ніж рослинного.

Методи визначення обміну речовин.

Кількість енергії, що у організмі, залежить від хімічних перетворень речовин, у ньому, тобто. від обмінних процесів. Звідси випливає, що кількість тепла, виділене організмом, може бути показником обміну речовин. Визначення кількості тепла, тобто. Кількість калорій, виділених організмом, дає всю суму енергетичних перетворень у вигляді кінцевого теплового результату. Такий спосіб визначення енергії зветься прямий калориметрії. Визначення кількості калорій методом прямий калориметріїпроводиться за допомогою калориметричної камери або калориметра. Цей метод визначення енергетичного балансу є трудомістким.

Всі ці визначення можна зробити набагато простіше, вивчаючи газообмін. Визначення кількості енергії, виділеної організмом, за допомогою вивчення газообміну, отримало назву непрямої калориметрії. Знаючи, що вся кількість енергії, що виділяється в організмі, є результатом розпаду білків, жирів і вуглеводів, знаючи також, яка кількість енергії виділяється при розпаді цих речовин і яка їх кількість зазнала розпаду за певний проміжок часу, можна обчислити кількість енергії, що звільняється. Для того, щоб визначити, які речовини зазнали в організмі окислення - білки, жири чи вуглеводи, обчислюють дихальний коефіцієнт. Під дихальним коефіцієнтом розуміють відношення обсягу виділеної вуглекислоти до обсягу поглиненого кисню. Дихальний коефіцієнт виявляється різним при окисненні білків, жирів та вуглеводів. Сумарна формула розпаду вуглеводів виражається наступним рівнянням:

(C 6 H 10 O 5 ) n + 6 n O 2 = 6 n CO 2 + 5 n H 2 O.

Звідси CO2/O2 = 6/6 = 1.

Для жирів дихальний коефіцієнт дорівнює 0,7.

Знаючи величину дихального коефіцієнта, за таблицями можна визначити тепловий еквівалент кисню, Яким називають кількість енергії, що звільняється на кожен літр спожитого кисню. Тепловий еквівалент кисню неоднаковий при різних значеннях дихального коефіцієнта. Для визначення кількості спожитого кисню та виділеної вуглекислоти користуються методом Дуглас-Холден. Випробуваний бере в рот мундштук, ніс закриває, і весь повітря, що видихається за певний проміжок часу, збирається в гумовий мішок. Об'єм видихнутого повітря визначається за допомогою газового годинника. З мішка беруть пробу повітря і визначають у ній вміст кисню та Вуглекислий газ; повітря, що вдихається, містить певну їх кількість. Звідси по різниці у відсотках обчислюють кількість спожитого кисню, виділеного вуглекислого газу та дихальний коефіцієнт. Потім знаходять відповідний величині тепловий еквівалент кисню, який множать на кількість літрів спожитого кисню. При цьому отримують величину обміну за проміжок часу, протягом якого проводилося визначення газообміну. Потім переводять цю величину на день.

Основний та загальний обмін речовин.

Розрізняють загальний обмін речовин та обмін речовин при повному спокої. Обмін речовин у спокої організму називають основним. Його визначають за таких умов: людина отримує останній разїжу за 12 годин до досвіду. Випробовуваного укладають у ліжко і через 30 хв починають визначення газообміну. У умовах енергія витрачається працювати серця, дихання, підтримання температури тіла тощо. Але ця витрата енергії невелика. Головні витрати щодо основного обміну пов'язані з хімічними процесами, що завжди мають місце в живих клітинах. Величина основного обміну становить від 4200 до 8400 кДж на добу для чоловіків та від 4200 до 7140 кДж – для жінок.

Обмін речовин може значно змінюватись за різних умов. Так, наприклад, під час сну обмін виявляється значно меншим. Інтенсивність основного обміну під час сну зменшується на 8-10% порівняно з дослідженням під час неспання. Під час роботи при м'язовому навантаженні, навпаки, обмін значно збільшується. Збільшення обміну тим значніше, чим інтенсивніше було м'язове навантаження. У зв'язку з цим працівники різних професій витрачають неоднакову кількість енергії на добу (від 12600 до 21000 кДж). Розумова робота викликає незначне підвищення обміну речовин: лише на 2-3%. Будь-які емоційні порушення неминуче призводять до підвищення обміну речовин. Обмін речовин змінюється і під впливом їди. Після їди обмін зростає на 10-40%. Вплив їжі на обмін речовин не залежить від діяльності шлунково-кишкового тракту, він обумовлений специфічною дією їжі на обмін. У зв'язку з цим і прийнято говорити про специфічно-динамічній дії їжі на обмін, розуміючи під цим його збільшення після їди.

Підсумковий контроль знань курсу «Біологія. Людина» 1 варіант.

Частина 1

А 1. Які кістки у скелеті людини з'єднані нерухомо?

1.плечова кістка та ліктьова; 2. ребра та грудина;

3. мозкового відділу черепа; 4. грудного відділу хребта.

А 2. При згортанні крові

1.гемоглобін перетворюється на оксигемоглобін;

2. Розчинний білок фібриноген перетворюється на нерозчинний фібрин;

3. Утворюються гормони та інші, біологічно активні речовини;

4. Зменшується вміст гемоглобіну у крові.

А 3. До виникнення короткозорості може призвести

1.підвищення рівня обміну речовин; 2. читання тексту лежачи;

3. підвищена збудливість нервової системи; 4. читання тексту з відривом 30-35 див від очей.

А 4. Внутрішнє середовищеорганізму утворена

1 . клітинами тіла; 2 . органами черевної порожнини;

3. кров'ю, міжклітинною рідиною, лімфою;4. вмістом шлунка та кишечника.

А 5. До визволення енергії в організмі призводить

1.освіта органічних сполук;

2. дифузія речовин через мембрани клітин;

3. окиснення органічних речовину клітинах тіла;

4. розкладання оксигемоглобіну до кисню та гемоглобіну.

А 6. У ротовій порожнині ферменти слини розщеплюють

1. білки; 2. крохмаль; 3. жири; 4. целюлозу.

А 7 .Газообмін між зовнішнім повітрям та повітрям альвеол у людини називається

1. тканинним диханням; 2. біосинтез; 3. легеневим диханням; 4. транспорту газів.

А 8. У шлунку людини підвищує активність ферментів та знищує бактерії

1.слиз; 2. інсулін; 3. жовч; 4. соляна кислота.

А 9. У потиличній частині кори головного мозку знаходиться

1. моторна зона; 2. слухова зона;

3. зона нюхової чутливості 4. зорова зона.

А десять. Перша долікарська допомога при артеріальній кровотечі полягає в

1.накладення шини; 2. накладання джгута;

3. обробка рани йодом; 4. впливом холодом.

А 11. Яка кров у ссавців і людини тече у венах великого кола кровообігу

1. насичена вуглекислим газом; 2. насичена киснем;

3. артеріальна; 4. змішана.

А 12. Накладання шини на зламану кінцівку

1. зменшує її набряк; 2. уповільнює кровотечу;

3. попереджає усунення зламаних кісток;

4. перешкоджає проникненню мікроорганізмів у місце перелому.

А 13. Людина у зв'язку з прямоходінням у процесі еволюції

1. сформувалося зведення стопи; 2. пазурі перетворилися на нігті;

3. зрослися фаланги пальців; 4. великий палець протиставляється решті.

А 14. Яка наука вивчає процеси життєдіяльності, які у організмі людини?

1.анатомія; 2. фізіологія; 3. екологія; 4. гігієна.

А 15 . Кров, лімфа та міжклітинна речовина – різновиди тканини

1.нервовий; 2. м'язової; 3. сполучної; 4. Епітеліальний.

А 16. Виділювальну функцію в організмі людини та ссавців виконують

1.нирки, шкіра та легкі; 2. товста та пряма кишка;

3. печінка та шлунок; 4. слинні та сльозні залози.

А 17 .Артеріальна кров у людини перетворюється на венозну на

1.печінкової вені; 2. капілярах малого кола кровообігу;

3. капілярах великого кола кровообігу; 4. Лімфатичні судини.

А 18. Первинна сеча – це рідина, що надійшла

1.з кровоносних капілярів у порожнину капсули ниркового канальця;

2. із порожнини ниркового канальця в прилеглі кровоносні судини;

3. з нефрону в ниркову балію;

4. з ниркової балії в сечовий міхур.

А 19. Дихати слід через ніс, тому що в носовій порожнині

1. відбувається газообмін; 2. утворюється багато слизу;

3. є хрящові півкільця; 4. повітря зігрівається та очищається.

А двадцять. Нервовим імпульсом називають

1.електричну хвилю, що біжить по нервовому волокну;

2. довгий відросток нейрона, вкритий оболонкою;

3. процес скорочення клітини;

4. процес, який забезпечує гальмування клітини-адресата.

Частина 2.

В 1. Гладка м'язова тканина, на відміну від поперечної смуги

1 .складається з багатоядерних волокон;2 . складається з витягнутих клітин із овальним ядром;

3 . має більшу швидкість і енергію скорочення;

4. становить основу кістякової мускулатури; 5 . розташовується у стінках внутрішніх органів;

6 . скорочується повільно, ритмічно, мимоволі.

В 2. У тонкому кишечнику відбувається всмоктування у кров.

1.глюкози; 2. амінокислот; 3. гліцерину; 4 глікогени; 5. клітковини; 6. гормони.

У 3. У середньому вусі розташовані

1.вушна раковина; 2. равлик 3. молоточок;

4. вестибулярний апарат; 5. ковадло; 6. стремечко.

В 4

Характеристика

Вид імунітету

передається у спадок, уроджений.

А.природний

виникає під впливом вакцин.

Б.штучний.

купується при введенні в організм лікувальної сироваткою.

формується після перенесеного захворювання.

розрізняють активний та пасивний.

1

2

3

4

5

В 5. Встановіть, у якій послідовності звукові коливанняповинні передаватися до рецепторів слухового аналізатора.

А) зовнішнє вухо.

Б) перетин овального вікна.

В) слухові кісточки.

Г) барабанна перетинка.

Д) рідина в равлику.

Е) слухові рецептори.

Підсумковий контроль знань курсу «Біологія. Людина» Варіант 2

Частина 1 При виконанні завдань цієї частини вкажіть 1 цифру, яка позначає вибрану вами відповідь

А 1. Рахіт розвивається за нестачі вітаміну 1.D; 2. B 12 3. З; 4. А

А 2. Бар'єрна роль печінки в людини полягає в тому, що в ній

1. утворюється жовч; 2. знешкоджуються отруйні речовини;

3. утворюється глікоген; 4. глікоген перетворюється на глюкозу.

А 3. Первинна сеча за своїм складом подібна до

1. лімфою 2. Вторинною сечею 3. міжклітинною речовиною 4. Плазмою крові

А 4. Для надання першої долікарської допомоги при переломі кісток кінцівки потерпілому треба

1.накласти джгут вище за місце перелому; 2. зробити холодний компрес;

3. накласти давить пов'язку; 4. зафіксувати пошкоджену кінцівку з допомогою шини.

А 5. По чутливому нерву нервові імпульси спрямовуються

1.з головного мозку до спинної; 2. зі спинного мозку до головної;

3. у центральну нервову систему; 4. до виконавчого органу.

А 6. Потовщена стінка лівого шлуночка серця забезпечує пересування крові

1.по малому колу кровообігу; 2. по великому колу кровообігу;

3. з лівого передсердя до лівого шлуночка; 4. з правого передсердя до лівого передсердя.

А 7. Вакцина містить

1.отрути, що виділяються збудниками; 2. ослаблених збудників;

3. готові антитіла; 4. убитих збудників.

А 8. У згортанні крові беруть участь

1. еритроцити; 2. лімфоцити; 3. лейкоцити; 4. Тромбоцити.

А 9. Шкіра виконує функцію виділення за допомогою

1.волос; 2. капілярів; 3. потових залоз; 4. сальних залоз.

А десять. У сірій речовині спинного мозку розташовані

1.тіла вставних та рухових нейронів; 2. довгі відростки рухових нейронів;

3. короткі відростки чутливих нейронів; 4. тіла чутливих нейронів.

А 11. Зігрівання повітря в дихальних шляхах відбувається завдяки тому, що

1.їх стінки вистелені війним епітелієм;

2.в їх стінках розташовуються залози, що виділяють слиз;

3. у їхніх стінках розгалужуються дрібні кровоносні судини;

4. у людини в легенях повітря надходить повільно.

А 12. Скупчення тіл нейронів поза центральною нервовою системою утворюють

1.нерви; 2. нервові вузли; 3 спинний мозок; 4. вегетативну нервову систему.

А 13. Рефлекси в організмі тварини та людини здійснюються за допомогою

1.ферментів; 2. гормони; 3. вітамінів; 4. рефлекторні дуги.

А 14. Значення дихання полягає у забезпеченні організму

1.енергією; 2. будівельним матеріалом;

3. запасними поживними речовинами; 4. вітамінами.

А 15. М'яку тканину між тілом та шиною поміщають для того, щоб

1. шина не тиснула на пошкоджену ділянку і викликала болю;

2. уникнути інфікування місця перелому;3 . зігріти ушкоджену частину тіла;

4. до пошкодженої ділянки тіла надходило більше кисню.

А 16. Потилична кістка з'єднується з тім'яною

1.рухливо; 2. нерухомо; 3. напіврухомі; 4. з допомогою суглоба.

А 17. Відсутність вітамінів у їжі людини призводить до порушення обміну речовин, оскільки вони беруть участь у освіті

1. вуглеводів; 2. нуклеїнових кислот; 3. ферментів; 4. мінеральних солей.

А 18. Провідникова частина зорового аналізатора –

1. сітківка; 2. зіниця; 3. зоровий нерв; 4. зорова зона кори мозку.

А 19. Лейкоцити людини, на відміну від еритроцитів,

1.пересуваються пасивно зі струмом крові; 2. здатні активно пересуватися;

3. що неспроможні проникати крізь стінки капілярів; 4. пересуваються за допомогою вій.

А двадцять. Найвищий тиск крові у людини в

1. капілярах; 2. великі вени; 3. аорті; 4. дрібні артерії.

Частина 2. Під час виконання завдань В1 – В3 у відповіді запишіть номери трьох елементів, які стосуються правильної відповіді.

В 1. Неправильна постава може призвести до

1.зміщення та здавлювання внутрішніх органів;

2. порушення кровопостачання внутрішніх органів;

3. розтягнення зв'язок у тазостегновому суглобі;

4. порушення м'язового та зв'язкового апарату стопи;

5. деформації грудної клітки;

6. збільшення вмісту мінеральних речовин у кістках.

В 2. Вітаміни – це органічні речовини, які

1. оказывают сильний вплив обмін речовин у мізерно малих кількостях;

2. впливають на перетворення глюкози на глікоген;

3. входять до складу ферментів;

4. врівноважують процеси утворення та віддачі тепла;

5. є в організмі джерелом енергії;

6. надходять, як правило, в організм разом із їжею.

У 3. Людям необхідна рослинна їжа, тому що в ній міститься

1.все амінокислоти, необхідних синтезу білків;

2. всі жирні кислоти, необхідних організму;

3. багато вітамінів та мінеральних речовин;

4. антитіла та різні ферменти;

5. клітковина та інші речовини, що покращують роботу кишечника;

6. гормони росту, необхідні людині.

В 4 Під час виконання завдання встановіть відповідність між змістом першого та другого стовпців. Випишіть у таблиці літери вибраних відповідей.

Будова та функції

Відростки нейрона

забезпечує проведення сигналу до тіла нейрона

А.Аксон.

зовні покритий мієлінової оболонкою.

Б.дендріт.

короткий і сильно гілкується.

бере участь у освіті нервових волокон.

забезпечує проведення сигналу від тіла нейрона.

1

2

3

4

5

В 5. Встановіть, у якій послідовності здійснюється заломлення променів світла в оптичній системі людини.

А) кришталик

Б) рогівка

В) зіниця

Г) палички та колбочки

Д) склоподібне тіло

Відповіді

Підсумковий контроль знань курсу «Біологія. Людина"

1 варіант

2 варіант

А1

А1

А 2

А 2

А3

А3

А4

А4

А5

А5

А6

А6

А7

А7

А8

А8

А9

А9

А10

А10

А11

А11

А12

А12

А13

А13

А14

А14

А15

А15

А16

А16

А17

А17

А18

А18

А19

А19

А20

А20

В 1

2 5 6 (3 бали)

В 1

1 2 5 (3 бали)

В 2

1 2 3 (3 бали)

В 2

1 3 6 (3 бали)

У 3

3 5 6 (3 бали)

У 3

1 3 5 (3 бали)

В 4

1А, 2Б, 3Б, 4А, 5АБ

(5 балів)

В 4

1Б, 2А, 3Б, 4А, 5А

(5 балів)

В 5

А Г В Б Д Е(1 бал)

В 5

Б В А Д Г(1 бал)

Разом 35 балів

Разом 35 балів

35 - 31 балів - "5"

30 – 20 балів – «4»

19 – 11 балів – «3»

10 балів та менше – «2»

Вільна енергія для організму може надходити лише з їжею. Вона акумульована у складних хімічних зв'язкахбілків, жирів та вуглеводів. Для того, щоб звільнити цю енергію, поживні речовини спочатку зазнають гідролізу, а потім - окислення в анаеробних або аеробних умовах.

У процесі гідролізу, що здійснюється у шлунково-кишковому тракті, вивільняється незначна частина вільної енергії (менше 0,5%). Вона може бути використана потреб біоенергетики, т. до. не акумулюється макроергами типу АТФ. Вона перетворюється лише на теплову енергію(первинну теплоту), що використовується організмом для підтримання температурного гомеостазу,

2-й етап вивільнення енергії – це процес анаеробного окиснення. Зокрема, у такий спосіб вивільняється близько 5% усієї вільної енергії з глюкози при окисненні до молочної кислоти. Ця енергія, однак, акумулюється макроергом АТФ і використовується на здійснення корисної роботи, наприклад, для м'язового скорочення, для роботи натрій-калієвого насоса, але, зрештою, вона теж перетворюється на теплоту, яка називається вторинною теплотою.

3-й етап- основний етап вивільнення енергії - до 94,5% усієї енергії, яка здатна вивільнитися в умовах організму. Здійснюється цей процес у циклі Кребса: у ньому відбувається окислення піровиноградної кислоти (продукт окислення глюкози) та ацетилкоензиму А (продукт окислення амінокислот та жирних кислот). У процесі аеробного окиснення вільна енергія вивільняється внаслідок відриву водню та перенесення його електронів та протонів з ланцюга дихальних ферментів на кисень. При цьому визволення енергії йде не одномоментно, а поступово, тому більшу частину цієї вільної енергії (приблизно 52-55%) вдається акумулювати в енергію макроергу (АТФ). Решта в результаті «недосконалості» біологічного окиснення губиться у вигляді первинної теплоти. Після використання вільної енергії, запасеної в АТФ, для виконання корисної роботи вона перетворюється на вторинну теплоту.

Таким чином, вся вільна енергія, що вивільняється при окисленні поживних речовин, зрештою, перетворюється на теплову енергію. Тому замір кількості теплової енергії, яку виділяє організм, є методом визначення енерговитрат організму,

В результаті окислення глюкоза, амінокислоти та жирні кислоти в організмі перетворюються на вуглекислий газ та воду. Якщо в спеціальній посудині (калориметрична бомба Бертло) спалювати білки, вуглеводи та жири в атмосфері кисню до цих кінцевих продуктів, то

вивільняється таку кількість енергії: при спалюванні 1 г білка – 5,4 ккал, при спалюванні 1г жиру – 9,3 ккал, при спалюванні 1г вуглеводів – 4,1 ккал. Ці величини одержали назву «калоричних еквівалентів». В умовах організму калоричні еквіваленти 1 г вуглеводів і 1 г жиру такі ж, як і в калориметричній бомбі, так як спалювання відбувається до тих же кінцевих продуктів, тобто до 2 і Н 2 О.

Відповідно до закону Гесса, термодинамічний ефект реакції, що призвела до утворення тих самих продуктів, однаковий і залежить від проміжних стадій перетворень. Для білка за умов організму калоричний еквівалент нижче, ніж у бомбі - 4,1, а чи не 5,4 ккал/г, оскільки білок в організмі окислюється неповністю, частина його залишає організм як сечовини, аміаку, амонію.

Отже, в умовах організму при окисленні 1г білка вивільняється 4,1 ккал, при цьому на окиснення витрачається 0,966 л кисню та виділяється 0,777л СОг:

1г білка + 0,966л О 2 = 4,1 ккал + 0,777л СО 2

З цієї реакції випливає, що й у організмі окислюється білок і цього витрачається 1л кисню, має вивільнятися 4,6 ккал. Ця величина отримала назву калоричний коефіцієнт кисню або калоричний еквівалент кисню (КЕК). Білі розрахувати відношення обсягу вуглекислого газу до обсягу кисню, воно дорівнює 0,777/ 0,966 = 0,8. Ця величина називається дихальним коефіцієнтом (ДК).

Якщо за умов організму окислюється 1 р вуглеводів, то реакцію можна записати так:

1г вуглеводів + 0,833 л Ог= 4,1ккал + 0,833л СО 2

Таким чином, якщо на окиснення йдуть тільки вуглеводи, то при споживанні 1 л кисню вивільняється 5,05 ккал, а дихальний коефіцієнт дорівнює 0833/0833 =1.

При окисненні 1г жиру:

1 г жиру + 2,019 л О 2 - 9,3 ккал + 1,413 л СОг

Таким чином, якщо в організмі окислюються тільки жири та використаний 1л кисню, то при цьому виділиться 4,69 ккал. Розмір ДК при окисленні жирів становить 1,413/ 2,019=0,7.

Коли організмі одночасно окислюються жири, білки, вуглеводи, то ДК може коливатися від 0,7 (окислення лише одних жирів) до 1,0 (окислення одних вуглеводів), а середньому-0,85. При ДК, що дорівнює 0,85, при спалюванні 1л кисню вивільняється 4,862ккал.

Наведені розрахунки показують, що знання обсягу спожитого кисню та видихнутого вуглекислого газу (наприклад, за 1 хвилину) дозволяє визначити на основі обчислення ДК – що окислюється (білки? жири? вуглеводи?) і тим самим визначити калоричний еквівалент кисню, а на його основі розрахувати кількість енергії, що звільняється. Наприклад, людина за 1 хвилину поглинула 0,250 л кисню, видихнула 0,212 л вуглекислого газу. Отже, ДК = 0,212/0,250 = 0,85. Калоричний еквівалент кисню при ДК, що дорівнює 0,85, згідно з розрахунками та експериментальними даними, становить 4,862 ккал/л кисню. Тоді за споживанні 0,250 л кисню виділиться 0,250 x 4,862 = 1,22ккал. Оскільки в нашому прикладі виміри були зроблені в розрахунку на 1 хвилину, швидкість вивільнення енергії в даному випадку становить 1,22 ккал/хв. Вели припустити, що протягом години (добу) споживання кисню буде таким самим, а величина ДК - на рівні 0,85, то цей розрахунок можна екстраполювати на годину (60 х 1,22 ккал = 73,2 ккал/год) або на добу (24 х 60 х 1,22 = 1756,8 ккал/добу).

МЕТОДИ ОЦІНКИ ЕНЕРГОТРАТ

Існують два варіанти методів: прямої та непрямої біокалориметрії. Другий метод, у свою чергу, поділяється на два підтипи: метод повного та неповного газового аналізу.

Прямабіокалориметрія полягає у вимірі потоку теплової енергії, яку організм виділяє у навколишнє середовище (наприклад, за 1 годину або за добу). З цією метою

використовуються калориметри - спеціальні камери (кабіни), в які поміщають людину чи тварину. Стінки калориметра омиває вода. Про кількість виділеної енергії судять за величиною нагрівання води.

Метод точний, але незручний в експлуатації. Виконавши свою роль як метод-родоначальник, він дозволив використати метод непрямої біокалориметрії.

Непряма біокалориметрня заснована на принципах, викладених вище, - на основі даних про кількість спожитого кисню та виділеного вуглекислого газу, розрахунку величини ДК та відповідного калоричного еквівалента кисню. За наявності відомостей про обсяги поглиненого кисню та видихнутого вуглекислого газу метод непрямої біокалориметрії називається «повний газовий аналіз». Для його виконання необхідна апаратура, що дозволяє визначити обсяг кисню та обсяг вуглекислого газу. У класичній біоенергетиці з цією метою використовувався мішок Дугласа, газовий годинник (для визначення обсягу видихнутого за певний період часу повітря), а також газоаналізатор Холдену, в якому існують поглиначі для вуглекислого газу (КОН) та кисню (пирога-лол), що дозволяє оцінити процентний зміст Про 2 та СО 2 у досліджуваній пробі повітря. На основі розрахунків оцінюється обсяг поглиненого кисню та видихнутого вуглекислого газу.

Наприклад, випробуваний за 1 хвилину видихнув у мішок Дугласа 8 л повітря. У атмосферному повітрі вміст кисню дорівнює 20,9%, у видихуваному - 15,9%. Отже, випробуваний поглинув за 1 хвилину 8 х (20,9%-15,9%)/100*0,4 л кисню. Відсоток вуглекислого газу відповідно склав 0,3% та 4,73%. Тоді обсяг видихнутого вуглекислого газу становив 8 х (4,73 – 0,03) /100 = 0,376 л СО 2 .

Виходячи з цих даних отримуємо: ДК «0,376/0,400 = 0,94.

І тут калоричний еквівалент кисню (КЕК) дорівнює 4,9 ккал/л. Отже, за 1 хвилину випробовуваний виділив (або витратив) 0,4 л (л х 4,9 ккал = 1,96 ккал).

В Останніми рокамитехніка аналізу вмісту кисню та вуглекислого газу зазнала змін, з'явилися автоматичні газоаналізатори. Так, наприклад, прилад «Спіро-літ» дозволяє одночасно автоматично визначити обсяг спожитого кисню та обсяг видихнутого вуглекислого газу.

Однак у більшості випадків прилади, що є в медицині, не дозволяли оцінити обсяг видихуваного вуглекислого газу, в той час як обсяг поглиненого кисню за допомогою цих приладів визначається. Наприклад, прилад "Метатест". Тому в клінічній та фізіологічній практиці широко використовується другий варіант методу непрямої біокалориметрії – неповний газовий аналіз. І тут визначається лише обсяг поглиненого кисню. Тому розрахунок ДК неможливий. Умовно сприймають, що у організмі окислюються вуглеводи, білки, жири. Тому ДК = 0,85, котрого калоричний еквівалент кисню дорівнює 4,862 ккал/л.

Енергія надходить у вигляді молекул білків, жирів та вуглеводів їжі, де відбувається її перетворення. Вся енергія переходить у тепло, яке потім виділяється у навколишнє середовище. Тепло – кінцевий результат перетворення енергії, а також міра енергії в організмі. Звільнення енергії у ньому відбувається внаслідок окислення речовин у процесі дисиміляції. Визволяється енергія перетворюється на доступну для організму форму - хімічну енергію макроергічних зв'язків молекули АТФ. Скрізь, де відбувається робота, відбувається гідроліз зв'язків молекули АТФ. Енергетичних витрат вимагають процеси оновлення та перебудови тканин; енергія витрачається за функціонування органів; за всіх видів скорочення м'язів, при м'язовій роботі; енергія витрачається у процесах синтезу органічних сполук, зокрема ферментів. Енергетичні потреби тканин покриваються головним чином за рахунок розщеплення молекули глюкози - гліколізу. Гліколіз – це багатоступінчастий ферментативний процес, під час якого сумарно виділяється 56 ккал. Однак енергія в процесі гліколізу виділяється не одномоментно, а у вигляді квантів, кожен з яких становить приблизно 7.5 ккал, що сприяє її укладенню в макроергічні зв'язки молекули АТФ.

Визначення величини приходу та витрати енергії

Для визначення величини приходу енергії в організм необхідно знати, по-перше, хімічний складїжі, тобто. скільки грамів білків, жирів та вуглеводів міститься у харчових засобах і, по-друге, теплоту згоряння речовин. Теплота згоряння - це кількість тепла, що виділяється при окисненні 1 г речовини. При окисненні 1 г жиру в організмі виділяється 93 ккал; 1 г вуглеводів – 4,1 ккал тепла та 1 г білка – 4,1 ккал. Якщо їжа, наприклад, містить 400 г вуглеводів, людина може отримати 1600 ккал. Але вуглеводи повинні пройти довгий шлях перетворень, перш ніж ця енергія стане надбанням клітин. Організм постійно потребує енергії, і процеси дисиміляції йдуть безперервно. У ньому постійно окислюються власні речовини і виділяється енергія.

Витрата енергії в організмі визначається двома шляхами. По-перше, це так звана пряма калориметрія, коли у спеціальних умовах визначають тепло, яке організм виділяє у навколишнє середовище. По-друге, це непряма калориметрія. Витрата енергії розраховується на основі вичленування газообміну: визначають кількість кисню, спожите організмом за певний час та кількість вуглекислого газу, виділену за цей час. Оскільки виділення енергії відбувається в результаті окислення речовин до кінцевих продуктів - вуглекислот газу, води та аміаку, то між кількістю спожитого кисню, виділеною енергією та вуглекислим газом існує певний взаємозв'язок. Знаючи показання газообміну та калоричний коефіцієнт кисню, можна розрахувати витрати енергії організму. Калоричний коефіцієнт кисню – це кількість тепла, що виділяється при споживанні організмом 1 літра кисню. Якщо окислення піддаються вуглеводи, то при поглинанні 1 л кисню вивільняється 5,05 ккал енергії, якщо жири та білки – відповідно 4,7 та 4,8 ккал. Кожній із цих речовин відповідає певна величина дихального коефіцієнта, тобто. величина відношення обсягу вуглекислого газу, виділеного за цей проміжок часу, до обсягу кисню, поглиненого організмом за цей проміжок часу. При окисленні вуглеводів дихальний коефіцієнт дорівнює 1, жирів – 0,7, білків – 0,8. Оскільки розщеплення різних харчових речовин в організмі відбувається одночасно, величина дихального коефіцієнта може змінюватись. Її середнє значення в людини у нормі перебуває у межах 0,83-0,87. Знаючи величину дихального коефіцієнта, можна за допомогою спеціальних таблиць визначити кількість енергії, що звільняється в калоріях. За величиною дихального коефіцієнта можна судити і про інтенсивність перебігу процесів обміну речовин загалом.

Основний обмін

У клінічній практиці для порівняння інтенсивності обміну речовин та енергії у різних людейі його відхилень від норми визначають величину «основного» обміну, тобто. мінімальна кількістьенергії, що витрачається лише на підтримку функції нервової системи, діяльності серця, дихальної мускулатури, нирок та печінки у стані повного спокою. Основний обмін визначають в особливих умовах - в ранкові години натще в положенні лежачи при повному фізичному та психічному спокої, не раніше 12-15 годин після останнього їди, при температурі 18-20 °С. Основний обмін – найважливіша фізіологічна константа організму. Розмір основного обміну становить приблизно 1100-1700 ккал на добу, а розрахунку 1 квадратний метрповерхні тіла він становить близько 900 ккал на добу. Порушення будь-якої з цих умов змінює величину основного обміну, зазвичай, у бік його збільшення. Індивідуальні фізіологічні відмінності величини основного обміну в різних людей визначаються вагою, віком, зростанням та статтю – це фактори, які визначають величину основного обміну. Основний обмін характеризує вихідний рівень споживання енергії, але його не можна розглядати як «мінімальний», тому що величина основного обміну при неспанні дещо вище, ніж в умовах сну.

Принцип виміру основного обміну

На підставі численних визначень основного обміну у людей складено таблиці нормальних величин цього показника залежно від віку, статі та загальної поверхні тіла. У цих таблицях величини основного обміну наводяться в кілокалоріях (ккал) на 1 м 2 поверхні тіла протягом 1 години. Великий вплив на основний обмін надають зміни гормональної системи організму, особливо щитовидної залози: при її гіперфункції основний обмін може перевищувати нормальний рівень на 80%, при гіпофункції основний обмін може бути нижчим за норму на 40%. Випадання функції передньої частки гіпофіза або кори надниркових залоз спричиняє зниження основного обміну. Порушення симпатичної нервової системи, посилене утворення або введення адреналіну ззовні збільшують основний обмін.

Витрата енергії під час роботи

Збільшення витрати енергії під час роботи називають робочою надбавкою. Витрата енергії буде тим більшою, чим інтенсивніше і важче виконувана робота. Розумова праця не супроводжується підвищенням енергетичних витрат. Так, наприклад, рішення в розумі важких математичних завдань призводить до збільшення витрати енергії лише на кілька відсотків. Тому енергетичні витрати на добу в осіб розумової праці менші, ніж у осіб, які займаються фізичною працею.

Тестування на тему «Обмін речовин. Шкіра. Виділення» 8 клас

1. Який процес уражає всіх живих організмів?

1) фотосинтез

2) обмін речовин

3) активне пересування

4) харчування готовими органічними речовинами

2. До визволення енергії в організмі призводить

1) утворення органічних сполук

2) дифузія речовин через мембрани клітин

3) окислення органічних речовин у клітинах тіла

4) розкладання оксигемоглобіну до кисню та гемо-глобіну

3. Якою літерою на малюнку є орган, у якому відбувається перетворення глюкози на глікоген? 1) А 2) Б 3) У 4) Г

4. Що відбувається в процесі дихання в клітинах рослин,

тварин та людини?

1) утворення органічних речовин

з неорганічних

2) пересування органічних та неорганічних речовин

3) окислення органічних речовин із визволенням енергії

4) виділення з організму кисню

5. При нестачі в організмі вітаміну С настає

1) різке погіршення зору

6. Основним джерелом енергії для організму є процес

1) виділення

2) дихання

3) поглинання речовин з довкілля

4) пересування речовин в організмі

7. Виділювальну функцію в організмі людини і ссавців виконують

1) нирки, шкіра та легені

2) товста та пряма кишка

3) печінка та шлунок

4) слинні та слізні залози

8. Роль дихання в житті організмів полягає в

1) утворенні та відкладенні органічних речовин

2) поглинання з довкілля вуглекислого газу

3) звільнення енергії, необхідної для їх життєдіяльності

4) поглинання органічних речовин із навколишнього середовища

9. Сутність видільної функції у тварин і людини полягає у видаленні з організму

1) вуглекислого газу

2) неперетравлених залишків їжі

4) речовин, що утворюються в сальних залозах

10. Багато процесів, що протікають у клітці (розподіл, рух та ін), відбуваються з витратою енергії, яка звільняється в результаті

1) клітинного дихання

2) біосинтеза

3) регенерації пошкоджених частин клітки

4) видалення із клітини продуктів обміну

11. Кінцеві продукти обміну речовин утворюються в

3) клітинах та тканинах

4) органи травлення

12. Кінцеві продукти обміну речовин повинні бути видалені з організму людини, тому що вони

1) можуть уповільнити процес травлення

2) накопичуючись у тканинах, можуть викликати отруєння організму

3) викликають гальмування у нервових клітинах

4) впливають на кислотність шлункового соку

13. Як джерело енергії в процесі життєдіяльності організму в першу чергу використовуються

1) вуглеводи

4) нуклеїнові кислоти

14. У освіті яких речовин беруть участь вітаміни?

1) ферментів

2) гормонів

3) антитіл

4) гемоглобіну

15. Обмін речовин і перетворення енергії - це ознака, за якою можна відрізнити

1) нижчі рослини від вищих

2) живе від неживого

3) одноклітинні організми від багатоклітинних

4) тварин від людини

16. У клітинах людини і тварин як джерело енергії використовуються

1) гормони та вітаміни

2) вода та вуглекислий газ

3) неорганічні речовини

4) білки, жири та вуглеводи

17. Обмін речовин та перетворення енергії -

1) основа мінливості організмів

2) основна ознака життя

3) реакція організму на вплив середовища

4) ознака, властива всім тілам живої та неживої природи

18. Надлишок цукру в крові та сечі свідчить про порушення у діяльності

1) щитовидної залози

3) підшлункової залози

4) надниркових залоз

19. Процеси окислення та синтезу нових молекул органічних речовин проявляються на рівні організації живої природи

1) видовому

2) біосферному

3) клітинному

4) організмному

20. При нестачі в організмі вітаміну А настає

1) різке погіршення зору

2) кровоточивість ясен, запалення слизових оболонок

3) викривлення кісток кінцівок

4) порушення процесів обміну вуглеводів та білків

21. Вуглеводи та жири не можуть замінити в харчовому раціоні білки, оскільки вони не містять атомів.

1) вуглецю

3) кисню

4) водню

22. У процесі біосинтезу у клітині відбувається

1) окиснення органічних речовин

2) надходження кисню та видалення вуглекислого газу

3) утворення більш складних органічних речовин із менш складних

4) розщеплення крохмалю до глюкози

23. Окислення органічних речовин у клітинах сприяє

1) звільнення енергії

2) подрібнення їжі, що надходить в організм

3) накопичення в організмі кисню

4) утворенню специфічних для даного організму органічних речовин

24. У процесі енергетичного обмінувідбувається синтез молекул

1) білків 2) жирів 3) вуглеводів 4) АТФ

25. Обмін речовин та перетворення енергії - це ознака,

1) характерний для тіл живої та неживої природи

2) за яким живе можна відрізнити від неживого

3) за яким одноклітинні організми відрізняють від
багатоклітинних

4) характерний лише для тіл неживої природи

26. Випишіть літери, що позначають елементи правильної відповіді питання: які кінцеві продукти утворюються при окисленні білків у клітинах тіла?

А) амінокислоти

Б) глюкоза

В) гліцерин

Д) вуглекислий газ

Е) аміак

27. Випишіть літери, що позначають елементи правильної відповіді на питання:

які продукти містять багато вітаміну А?

A) морква

Б) чорна смородина

Г) вершкове масло

Е) шпинат

28. Встановіть відповідність між ознакою обміну

ств та його виглядом у людини. Ознаки обміну речовин

1) окиснення речовин

2) синтез речовин

3) запасання енергії

4) витрата енергії

5) участь рибосом

6) участь мітохондрій

29. У дітей розвивається рахіт при нестачі:

1) марганцю та заліза 3) міді та цинку

2) кальцію та фосфору 4) сірки та азоту

30. Захворювання «куряча сліпота» виникає при авітамінозі:

1) В 2) А 3) З 4) РР

31. Пластичний обмін складається з реакцій:

1) розпад органічних речовин

2) розпаду неорганічних речовин

3) синтезу органічних речовин

4) синтезу неорганічних речовин

32. Основним джерелом енергії м'язового скорочення є розпад:

1) білків 2) глікогену 3) жирів 4) гормонів

33. Дерма - це частина:

1) шкіри 2) нервової системи 3) видільної системи

4) ендокринної системи

34. Первинна сеча – це рідина, що надходить

1) із кровоносних капілярів у порожнину капсули ниркового канальця

2) із порожнини ниркового канальця в прилеглі кровоносні судини

3) з нефрону в ниркову балію

4) із ниркової балії до сечоводу

35. Шкіра виконує функцію виділення за допомогою
1) волосся 2) капілярів 3) потових залоз 4) сальних залоз

36. Вітаміни в організмі людини та тварин

1) регулюють надходження кисню

2) впливають на зростання, розвиток, обмін речовин

3) викликають утворення антитіл

4) збільшують швидкість утворення та розпаду оксигемоглобіну

37. Чорний хліб є джерелом вітаміну
1) А 2) В 3) З 4) D

38. До складу зорового пігменту, що міститься у світлочутливих клітинах сітківки, входить вітамін