ов. Что такое обмен веществ в организме, между организмом и внешней средой

• Название: Что такое обмен веществ в организме, между организмом и внешней средой
• Дата: 26.07.2021
• Размер: 306.34 Kb.
• Имя файла: ов.docx
• Тип: Документы; #225423
• страница: 1 из 3

1. 
   Что такое «обмен веществ» в организме, между организмом и внешней средой?
   

Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду.

1. 
   Что обозначают термины «метаболизм», «анаболизм», «катаболизм»?
   

Метаболизм — это совокупность всех химических реакций, происходящих в организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией. Выделяют две составные части метаболизма — катаболизм и анаболизм.

Катаболизм (энергетический обмен) — процесс метаболического распада, разложения на более простые вещества (дифференциация) или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ.

Анаболизм (пластический обмен) — совокупность химических процессов, составляющих одну из сторон обмена веществ в организме, направленных на образование клеток и тканей. За счет анаболизма происходит рост, развитие и деление каждой клетки.

2. 
   Что обозначают термины «ассимиляция», «диссимиляция»?
   

Ассимиляция - это образование в клетках организма свойственных ему веществ из других, которые поступают в него из внешней среды. При ассимиляции организм не только усваивает органические соединения, но и накапливает находящуюся в них энергию.

Диссимиляция противоположна ассимиляции. Диссимиляция - это распад и окисление органических соединений в клетках организма с освобождением энергии, которую они используют в процессе жизнедеятельности.

3. 
   Верно ли утверждение, что обмен веществ между организмом и внешней сре-дой - основное условие жизни и сохранения гомеостаза?
   

Обмен веществ и энергии составляет основу жизнедеятельности и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи.

В процессе обмена питательные вещества превращаются в собственные компоненты тканей и конечные продукты метаболизма.

При этих превращениях поглощается и высвобождается энергия. Использование химической энергии в организме называют энергетическим обменом. 

Он измеряется количеством выделяющегося тепла: например, при окислении 1 моль глюкозы (180 г) выделяется 686 ккал (2871,2 кДж) тепла.

С₆Н₁₂О₆+6О₂®6Н₂О+СО₂+686 ккал

Выделившаяся в результате химических реакций в организм энергия используется в дыхательном обмене клеток для синтеза макроэргических соединений, важнейшим из которых является АТФ. АТФ аккумулирует энергию фосфатных связей и является непосредственным источником энергии во всех процессах жизнедеятельности, где совершается работа. Часть заключенной в питательных веществах химической энергии преобразуется в другие биологически полезные формы – электрическую, осмотическую, механическую.

Основная часть энергии выделяется в виде тепла.

Химическая работа обеспечивает обмен белков, жиров, углеводов, рост и размножение клеток. Осмотическая энергия – перенос веществ через мембрану клетки.

 Электрическая – поддерживает разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностями клеточной мембраны. Механическая энергия – определяет разные формы движения

4. 
   Какие выделяют типы обмена веществ?
   

Пластический обмен (ассимиляция, или анаболизм) — реакции образования сложных органических веществ из простых, протекающие с использованием  энергии.

Энергетический обмен (диссимиляция, или катаболизм) — процессы расщепление и окисление сложных органических веществ до простых, идущие с высвобождением энергии, запасённой в веществах пищи.

2. 
   Что такое энергетический баланс организма?
   

Соотношение количеств энергии, поступившей в организм (главнымобразом с пищей) и израсходованной организмом (главным образом в виде выделения тепла).

1. 
   Напишите уравнение энергетического баланса организма.
   

Е = А + Н + S, где Е — общее количество энергии, получаемой организмом с пищей; А — внешняя (полезная) работа; Н — теплоотдача; S — запасенная энергия.

2. 
   Является масса тела (МТ) показателем энергетического баланса организма? Насколько полно она характеризует его?
   

МТ является показателем энергетического баланса, но не характеризует его полностью.

3. 
   Методы исследования энергообмена
   

К лабораторным методам относят:

- Метод прямой калориметрии основан на измерении тепла, которое выделяет организм при различных видах деятельности. Для этой цели используют калориметрическую камеру, в которой определяют количество тепла, выделенного человеком при выполнении определенного вида работы

- Метод непрямой калориметрии заключается в том, что окислительные процессы, происходящие в организме, связаны с потреблением кислорода и выделением углекислоты. С этой целью вычисляют дыхательный коэффициент - отношение между количеством выделяемого углекислого газа и количеством поглощенного кислорода в 1 мин. По величине дыхательного коэффициента, пользуясь специальной таблицей, находят величину энергетического эквивалента кислорода, а затем вычисляют количество израсходованнной энергии в единицу времени. Определяя расход энергии в состоянии покоя и при выполнении той или иной работы, по разности полученных величин находят затраты энергии на выполнение работы.

- Метод алиментарной энергометрии (калориметрии) основан на том, что у взрослого человека отмечается стабилизация массы тела в условиях соответствия энергозатрат калорийности принимаемой пищи (физиологические колебания массы тела в пределах 300 г в расчет не принимаются). Если калорийность рационов питания превышает энергозатраты, то масса тела нарастает и наоборот. При данном методе проводится ежесуточное лабораторное определение калорийности принятой пищи и регистрация массы тела.

Табличные методы:

- хронометражно-табличный метод, при котором точно учитывается время, затрачиваемое на выполнение той или иной работы. Полученные хронометражные данные с помощью таблиц расхода энергии при различных видах деятельности позволяют определить суточные энергозатраты.

- метод определения энергозатрат с учетом коэффициента физической активности и величины основного обмена заключается в умножении коэффициента физической активности (КФА), соответсвуещего определенному виду деятельности на величину основного обмена (ВОО).

3.1. Можно ли определить уровень энергетического обмена по количеству энер-гии, полученной организмом с пищей, по уровню выполненной полезной работы, по теплоотдаче, по уровню запасаемой энергии (МТ)?

Энергообмен организма или рабочий обмен – величина всех энергозатрат организма за определенный период времени. Энергообмен организма включает в себя основной обмен, рабочую прибавку и специфически–динамическое действие пищи.

4. Что такое калориметрия?

Калориметрия — измерение количества тепла, выделяемого (поглощаемого) в ходе различных физических, химических или биологических процессов. Калориметрия биологических и биохимических процессов (биокалориметрия) позволяет количественно характеризовать энергетические и тепловые эффекты отдельных биохимических реакций, деятельность клеточных органелл и клеток, тканей и органов, организма в целом 

4.1. Что такое прямая калориметрия?

Прямая калориметрия основана на непосредственном учете в биокалориметрах количества тепла, выделенного организмом. Биокалориметр представляет собой герметизированную и хорошо теплоизолированную от внешней среды камеру. В камере по трубкам циркулирует вода. Тепло, выделяемое находящимся в камере человеком или животным, нагревает циркулирующую воду. По количеству протекающей воды и изменению ее температуры рассчитывают количество выделенного организмом тепла.

Одновременно в биокалориметр подается О2 и поглощается избыток СО2 и водяных паров. Схема биокалориметра приведена на рис. 10.1. Продуцируемое организмом человека тепло измеряют с помощью термометров (1,2) по нагреванию воды, протекающей по трубкам в камере. Количество протекающей воды измеряют в баке (3). Через окно (4) подают пищу и удаляют экскременты. С помощью насоса (5) воздух извлекают из камеры и прогоняют через баки с серной кислотой (6 и 8) — для поглощения воды и с натронной известью (7) — для поглощения СО2. О2 подают в камеру из баллона (10) через газовые часы (11). Давление воздуха в камере поддерживают на постоянном уровне с помощью сосуда с резиновой мембраной (9).

4.2. Почему уровень теплоотдачи может служить показателем уровня энергетического обмена организма?

Теплообразование в организме имеет двухфазный характер. При окислении белков, жиров и углеводов одна часть энергии используется для синтеза АТФ, другая превращается в теплоту. Теплота, выделяющаяся непосредственно при окислении питательных веществ, получила название первичной теплоты. Обычно на этом этапе большая часть энергии превращается в тепло (первичная теплота), а меньшая используется на синтез АТФ и вновь аккумулируется в ее химических макроэргических связях.

4.3. Что такое непрямая калориметрия?

Методы прямой калориметрии очень громоздки и сложны. Учитывая, что в основе теплообразования в организме лежат окислительные процессы, при которых потребляется О2 и образуется СО2, можно использовать косвенное, непрямое, определение теплообразования в организме по его газообмену — учету количества потребленного О2 и выделенного СО2 с последующим расчетом теплопродукции организма.

Для длительных исследований газообмена используют специальные респираторные камеры (закрытые способы непрямой калориметрии). Кратковременное определение газообмена в условиях лечебных учреждений и производства проводят более простыми не камерными методами (открытые способы калориметрии) .

Наиболее распространен способ Дугласа — Холдейна, при котором в течение 10—15 мин собирают выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа), укрепляемый на спине обследуемого. Он дышит через загубник, взятый в рот, или резиновую маску, надетую на лицо. В загубнике и маске имеются клапаны, устроенные так, что обследуемый свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок Дугласа. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в котором определяют количество О2 и СО2.

Кислород, поглощаемый организмом, используется для окисления белков, жиров и углеводов. Окислительный распад 1 г каждого из этих веществ требует неодинакового количества О2 и сопровождается освобождением различного количества тепла. Как видно из табл. 10.2, при потреблении организмом 1 л О2 освобождается разное количество тепла в зависимости от того, на окисление каких веществ О2 используется.

4.4. Что такое полный газовый анализ при непрямой калориметрии?

Для расчета энергообразования у человека применяют метод непрямой калориметрии.Метод основан на определении газометрических показателей обмена — количества потребленного кислорода и выделенного углекислого газа за определенный отрезок времени (полный газовый анализ) или в условиях относительного покоя — только количества поглощенного кислорода (неполный газовый анализ) с последующим расчетом теплопродукции.

В настоящее время полный газовый анализ проводят открытым респираторным методом Дугласа—Xолдейна. Метод основан на сборе выдыхаемого воздуха в специальный приемник (воздухонепроницаемый мешок) с последующим определением общего его количества и содержания в нем кислорода и двуокиси углерода при помощи газоанализаторов. Зная содержание газов в атмосферном воздухе, можно вычислить, насколько уменьшилось содержание кислорода и насколько увеличилось содержание двуокиси углерода в выдыхаемом воздухе, а затем на основании этих данных определить ДК.

4.5. Что такое неполный газовый анализ при непрямой калориметрии?

Он основан на определения только количества поглощенного кислорода, умножив которое на средний калорический эквивалент кислорода (4,85 ккал), можно определить количество образовавшегося тепла.

4.6. Кто создал первые калориметры для прямой и непрямой калориметрии?

Впервые измерения энерготрат методом прямой калориметрии у животных произвели П. Лаплас и А. Лавуазье в XVIII в., а первый калориметр для человека был создан в Военно-медицинской академии В.В. Пашутиным в конце XIX в.

4.7. Можно ли вычислена теплопродукция, если известно количество потреблён-ного кислорода и его калорический эквивалент? Как?

Количество тепла, освобождающегося после потребления организмом 1 л О2, носит название калорического эквивалента кислорода. Зная общее количество О2, использованное организмом, можно вычислить энергетические затраты только в том случае, если известно, какие вещества — белки, жиры или углеводы, окислились в теле. Показателем этого может служить дыхательный коэффициент.

4.8. Что такое калорический эквивалент кислорода (КЭК)?

Калорический эквивалент кислорода (КЭК) – количество теплоты, выделяющееся при потреблении организмом 1 литра кислорода.

4.9. Зависит ли значение КЭК от качества субстрата окисления, его калорического коэффициента?

КЭК – имеет непостоянное значение. КЭК зависит от - качества субстрата, его калорического коэффициента - количества субстрата, окисляемого 1 л О

4.10. Зависит ли значение КЭК от количества субстрата, окисляемого 1 л кислоро-да?

Использование в окислении одного и того же количества кислорода (1 л) приводит к образованию разного количества энергии: чуть больше 5 ккал, если субстратом окисления служат только углеводы; 4,6—4,7 ккал, если окисляются жиры; и 4,5—4,6 ккал при окислении белков.

4.11. Что такое калорический коэффициент питательных веществ (тепловой коэф-фициент)?

КАЛОРИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ (син. тепловой коэффициент) — количество тепла, освобождаемое при сгорании 1 г вещества.

4.12. Чему равен калорический коэффициент белков, жиров и углеводов в орга-низме?

Калорические коэффициенты: для 1 г белка — 4,1 ккал, 1 г жира — 9,3 ккал, 1 г углеводов — 4,1 ккал.

4.13. Чему равен калорический коэффициент белков, жиров и углеводов, сжигае-мых в бомбе Бертло?

Для белков он равен 5,8 ккал/г, углеводов 4,1 ккал/г, жиров 9,3 ккал/г. Для расчетов используют физиологический калорический коэффициент.

4.14. Что такое бомба Бертло?

Калориметрическая бомба Бертло – прибор для сжигания веществ с. целью определения количества выделяемой при этом энергии.

4.15. У каких питательных веществ калорический коэффициент в бомбе Бертло существенно выше, чем в организме? Почему?

Калорические коэффициенты основных питательных веществ при окислении их в организме таковы: 1г. белка 17,17 кДж (4,1 ккал); 1г. жира 38,94 кДж (9,3 ккал); 1г. углеводов 17,17 кДж (4,1 ккал). 

4.16. Как узнать какое питательное вещество «сжигается» в организме?

По колориметрическому коэффициенту :

Белки – 5,7 ккал/г

Углеводы – 3,75 ккал/г

Жиры – 9,0 ккал/г.

4.17. Что такое дыхательный коэффициент (ДК) и зачем он нужен при непрямой калориметрии?

Дыхательный коэффициент (ДК) – отношение объема выделенного углекислого газа к объему потребленного кислорода.

4.18. Как определяется дыхательный коэффициент?

Прибор для определения дыхательного коэффициента (рис. 8) состоит из пробирки (рис. 8, а) или другого стеклянного сосуда (рис. 8, б¹) с плотно пригнанной пробкой, в которую вставлена измерительная трубка со шкалой из миллиметровой бумаги.

 



 

4.19. Чему равно значение ДК для белков, жиров и углеводов? Почему?

ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров – 0,7, а углеводов – 1,0. Каждому значению ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода, т. е. то количество тепла, которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода.

4.20. Чему равно значение ДК для смешанной пищи, если соотношение потребля-емых белков, жиров и углеводов равно 1:1:4? Почему?

5. Что такое основной обмен?

Основной обмен — это минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма в стандартных условиях. 

5.1. В каких условиях определяется основной обмен?

Под стандартными условиями обычно подразумевают:

1. 
   бодрствование,
   
2. 
   утром,
   
3. 
   натощак (после 12 — 16 часов голодания),
   
4. 
   в лежачем положении,
   
5. 
   в условиях психологического и эмоционального покоя,
   
6. 
   температура комфорта (18 — 20 °C).