Превращение энергии и общий обмен веществ

В процессе обмена веществ постоянно происходит превращение энергии: потен­циальная энергия сложных органических соединений, поступивших с пищей, превращает­ся в тепловую, механическую и электрическую. Энергия расходуется не только на поддер­жание температуры тела и выполнение работы, но и на воссоздание структурных элементов клеток, обеспечение их жизнедеятельности, роста и развития организма.

Преобладающим результатом энергетических процессов в организме является теплообразование, поэтому вся энергия, образовавшаяся в организме, может быть выра жена в единицах тепла — калориях или джоулях.

Для определения энергообразования в организме используются прямая калоримет­рия, непрямая калориметрия и исследование валового обмена.

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 кислород и поглощаются избыток углекислоты и во­дяных паров. Схема биокалориметра приведена на рис. 193.

Непрямая калориметрия

Методы прямой калориметрии очень громоздки и сложны. Но так как в основе теп­лообразования в организме лежат окислительные процессы, при которых потребляется кислород и образуется углекислый газ, то это создает возможность косвенного непря­мого определения теплообразования в организме по его газообмену — учету количества

Рис. 193. Схема калориметра Этуотера — Бенедикта.

13 Физиология человека

Продуцируемое организмом человека тепло измеряется с помощью термометров (I, 2) по нагреванию воды, протекающей по трубкам в камере. Количество протекающей воды измеряют в баке (3). Через окно (4) подают пищу и удаляют экскременты. Посредством 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 углекислого газа. Кислород подают в камеру из баллона (10) через газовые часы (11). Давление воздуха в камере поддерживается на постоянном уровне с помощью сосуда с резиновой мембраной (9).

Рис. 194. Респираторный аппарат М. Н. Шатерникова (схема). К — камера; Б — балонс кислородом; Н — мотор, выкачивающий воздух из камеры; 3 — змеевик для охлаж­дения воздуха; Щ — сосуд, наполненный раствором щелочи для поглощения углекислого газа; В — баллон для поглощения водяных паров хлоридом кальция. Слева — устройство для автоматической подачи кислорода в камеру и поддержания постоянства давления в ней; Т — термометры.

потребленного кислорода и выделенного углекислого газа с последующим расчетом теплопродукции орга­низма.

Для длительных исследований газообмена ис­пользуют специальные респираторные камеры (за­крытые способы непрямой калориметрии) (рис. 194). Кратковременное определение газообмена в условиях лечебных учреждений и производства проводят более простыми некамерными 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 (рис. 195). 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 кислорода и углекислого газа.

Кислород, поглощаемый организмом, используется „ для окисления белков, жиров и углеводов. Окислительный

1 riv. 1У J. VyilUV^VJlVniflV JlVHJinOH ₁

вентиляции с помощью мешка распад I г каждого из этих веществ требует неодинаковых

Дугласа. количеств кислорода и сопровождается освобождением

В горизонтальной трубке, соединен- различных количеств тепла. Как видно из табл. 19, при

ной с загубником, находятся клапа- потреблении организмом 1 л кислорода освобождается

ны, позволяющие вдыхать атмос.- р_азн0е количество тепла в зависимости от того, на ферныи воздух и производить выдох ¹

В мешок. На носу — зажим, препят- окисление каких веществ кислород используется.

ствующий носовому дыханию. _ _ „

Таблица 19

Потребление кислорода и высвобождение тепла при окислении различных веществ в организме

	При окислении 1 г пита­	о i
	тельных	веществ	= 5 *
i %
К Si			= « ъ
5 х X X * <q О о. о с О *	№ ■ !г * * 2 « о * * «ЙЭ	к и & 03 к 3 к «Т о (С с а а. а» о t~	* ч 5. О S = * л irgs. о
SJ % о 4>	С ОЧ а Ч X	&И *	£ а. «ч « * о о а
а5	о ж	с: х а	С с о, ч
Белки	17,17 (4,1)	0,966	19,26 (4,60)
Жиры	38,94 (9,3)	2,019	19.64 (4,69)
Углеводы	17,17 (4,1)	0,830	21.14 (5,05) .

Количество тепла, освобождающегося после потребления организмом 1 л кислорода, носит название калорического эквивалента кислорода.

Рис. 195. Определение легочной^

Зная общее количество кислорода, использованное организмом, можно вычислить энергетические затраты только в том случае, если известно, какие вещества — белки, жиры или углеводы окислялись в теле. Показателем этого может служить дыхательный коэффициент.