Энергообеспечение трудовой деятельности.
Энергия, необходимая человеку для жизнедеятельности, выделяется в его организме в процессе окислительно-восстановительного распада углеводов, белков, жиров и других органических соединений, содержащихся в продуктах питания.
Совокупность химических реакций в организме человека называется обменом веществ. Для характеристики суммарного энергетического обмена веществ используют понятия основного обмена и обмена при различных видах деятельности.
Основной обменхарактеризуется величиной энергетических затрат в состоянии полного мышечного покоя в стандартных условиях (при комфортной температуре окружающей среды, спустя 12…16 ч после приема пищи в положении лежа). Энергозатраты на процессы жизнедеятельности в этих условиях для человека массой 75 кг составляют 87,5 Вт.
Уровень энергозатрат определяют методом непрямой калориметрии, т. е. полного газового анализа (учитывается объем потребления кислорода и выделенного углекислого газа). С увеличением тяжести труда значительно возрастает потребление кислорода и количество расходуемой энергии.
Основными параметрами, обеспечивающими процесс теплообмена человека с окружающей средой, являются параметры микроклимата. В естественных условиях температура окружающей среды изменяется от — 88 до + 60° С; подвижность воздуха — от 0 до 100 м/с; относительная влажность — от 10 до 100 %и атмосферное давление — от 680 до 810 мм рт. ст.
Одним из важных интегральных показателей теплового состояния организма является средняя температура тела порядка 36,5 0 С. При выполнении работы средней тяжести и тяжелой при высокой температуре воздуха температура тела может повышаться от нескольких десятых градуса до 1…2 0 С. Наивысшая температура внутренних органов может составляет + 43°С, минимальная + 25°С. Температурный режим кожи играет основную роль в теплоотдаче. Средняя температура кожи под одеждой составляет 30…34°С. При неблагоприятных метеорологических условиях на отдельных участках тела она может понижаться до 20°С, а иногда и ниже.
Нормальное тепловое самочувствиеимеет место, когда тепловыделение человека полностью воспринимается окружающей средой. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде,происходит рост температуры внутренних органов. В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек,происходит охлаждение организма.
Теплопроводностьпредставляет собой перенос тепла вследствие беспорядочного (теплового) движения микрочастиц (атомов, молекул или электронов), непосредственно соприкасающихся друг с другом. Конвекциейназывается перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости. Тепловое излучение —это процесс распространения электромагнитных колебаний с различной длиной волны, обусловленный тепловым движением атомов или молекул излучающего тела. В реальных условиях тепло передается не каким-либо одним из указанных выше способов, а комбинированным.
Переносимость человеком температуры зависит от влажности и скорости окружающего воздуха. Чем больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев тела.
Вместе с изменением параметров микроклимата меняется и тепловое самочувствие человека. Процессы регулирования тепловыделений для поддержания постоянной температуры тела человека называются терморегуляцией.Она позволяет сохранять температуру внутренних органов постоянной, близкой к 36,5°С. Процессы регулирования тепловыделений осуществляются в основном тремя способами: биохимическим путем; путем изменения интенсивности кровообращения и интенсивности потовыделения.
Терморегуляция биохимическим путем заключается в изменении интенсивности происходящих в организме окислительных процессов. Например, мышечная дрожь, возникающая при сильном охлаждении организма, повышает выделение теплоты до 125…200Дж/с.
Терморегуляция путем изменения интенсивности кровообращения заключается в способности организма регулировать подачу крови (которая является в данном случае теплоносителем) от внутренних органов к поверхности тела путем сужения или расширения кровеносных сосудов.
Терморегуляция путем изменения интенсивности потовыделения заключается в изменении процесса теплоотдачи за счет испарения. Терморегуляция организма осуществляется одновременно всеми способами.
Организм — биологическая система биосферы
Любое живое существо является организмом, отличающимся от неживой природы совокупностью определенных свойств, присущих только живой материи, — клеточной организацией и обменом веществ.
С современных позиций организм представляет собой самоорганизующуюся энергоинформационную систему, преодолевающую энтропию (см. п. 9.2) за счет поддержания состояния неустойчивого равновесия.
Изучение взаимосвязи и взаимодействия в системе «организм — среда», привели к пониманию того, что живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе. Они всецело зависят от окружающей среды и постоянно испытывают на себе ее воздействие. Каждый организм успешно выживает и размножается в конкретной среде обитания, характеризующейся относительно узким диапазоном температур, количеством осадков, почвенными условиями и т.д.
Следовательно, часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие, является их средой обитания. Из нее организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Среда обитания каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие.
Условия жизни, или условия существования, — совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.
Гомеостаз — самовозобновление и поддержание постоянства внутренней среды организма.
Живым организмам присуще движение, реактивность, рост, развитие, размножение и наследственность, а также адаптация. При обмене веществ, или метаболизме, в организме протекает ряд химических реакций (например, при дыхании или фотосинтезе).
Такие организмы, как бактерии, споеобны создавать органические соединения за счет неорганических компонентов — соединений азота или серы. Такой процесс называется хемосинтезом.
Обмен веществ в организме происходит только при участии особых макромолекулярных белковых веществ — ферментов, выполняющих роль катализаторов. В регулировке процесса метаболизма в организме ферментам помогают витамины и гормоны. Вместе они осуществляют общую химическую координацию процесса метаболизма. Метаболические процессы протекают на всем пути индивидуального развития организма — онтогенеза.
Онтогенез — совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом за весь период жизни.
Среда обитания организма — совокупность постоянно меняющихся условий его жизни. Земная биота освоила три основные среды обитания: , и почвенную вместе с горными породами приповерхностной части литосферы.
Обмен веществ и энергии -это совокупность процессов превращения веществ и энергии, происходящих в живыхорганизмах и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой.Обмен веществ и энергией представляет собой основу жизнедеятельности ипринадлежит к числу важнейших признаков живой материи, отличающих живое отнеживого. В процессе обмена, поступившие в организм вещества, путём химическихизменений превращаются в собственные вещества тканей или в конечные продуктыкоторые выводятся из организма. При этих химических превращениях освобождаетсяи поглощается энергия.
Обмен веществ или метаболизм представляет собой высокоинтегрированый ицеленаправленный процесс, в котором участвует много ферментативных систем икоторый обеспечен сложнейшей регуляцией на разных уровнях.
У всех организмов (и у человека то же) клеточный метаболизм выполняет 4 основныеспецифические функции.
1. Извлечение энергии из окружающей среды и преобразование её в энергиювысокоэнергетических соединений в количестве достаточном для обеспечения всехэнергетических потребностей клетки и целого организма.
2. Образование из экзогенных веществ (или получение в готовом виде) промежуточныхсоединений являющихся предшественниками макромолекулярных компонентов в клетке.
3. Синтез белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и других клеточныхкомпонентов из этих предшественников.
4. Синтез и разрушение специальных биомолекул — образование и распад, которыхсвязан с выполнением различных специфических функций данной клетки.
С точки зрения термодинамики живые организмы представляют собой открытые системы,поскольку они обмениваются с окружающей средой, как энергией, так и веществом, ипри этом преобразуют и то и другое. При наблюдении в течение определённогоотрезка времени в химическом составе организма определённых изменений непроисходит. Но это не значит что химические вещества, составляющие организм неподвергаются ни каким изменениям. Напротив они постоянно и достаточно интенсивнообновляются. Это потому что скорость переноса веществ и энергии из среды ворганизм точно уравновешивается скоростью переноса из организма в среду.
Влияние различных условий на обмен веществ в организме человека
Интенсивность обмена веществоценивают по общему расходу энергии, и она может меняться в зависимости отмногих условий и в первую очередь от физической работы. Однако и в состоянииполного покоя обмен веществ и энергии не прекращается, и для обеспечениянепрерывного функционирования внутренних органов, поддержания тонуса мышц ипрочее расходуется некоторое количество энергии.
У молодых мужчин основной обмен веществ составляет 1300 – 1600 килокалорий всутки. У женщин величина основного обмена на 6 – 8 % ниже, чем у мужчин. Свозрастом (начиная с 5 лет) величина основного обмена веществ неуклонноснижается. С повышением температуры тела на 1 градус величина основного обменавеществ возрастает на 13%. Возрастание интенсивности обмена веществ наблюдаетсятак же при снижении температуры окружающей среды ниже зоны комфорта. Этоадаптационный процесс, связанный с необходимостью поддерживать постояннуютемпературу тела.
Главное влияние на величину обмена веществ и энергии оказывает физическаяработа. Обмен при интенсивной физической нагрузки по расходу энергии может в 10раз превышать основной обмен, а в очень короткие периоды (например, плавание накороткие дистанции) даже в 100 раз.
Промежуточный обмен веществ в организме человека
Совокупность химических превращений веществ,которые происходят в организме начиная с момента поступления переваренныхпищевых веществ в кровь и до момента выделения конечных продуктов обмена изорганизма – называют промежуточным метаболизмом (обменом веществ). Промежуточныйметаболизм может быть разделён на два процесса: катаболизм (диссимиляция) ианаболизм (ассимиляция). Катаболизм – это ферментативное расщеплениесравнительно крупных органических молекул осуществляемое у высших организмов,как правило, окислительным путём. Катаболизм сопровождается освобождениемэнергии, заключенной в сложных структурах крупных органических молекул изапасанием её в форме фосфатных связей АТФ. Анаболизм– этоферментативный синтез из более простых соединений крупномолекулярных клеточныхкомпонентов, таких как полисахариды, нуклеиновые кислоты, белки, липиды, а такженекоторых их предшественников. Анаболические процессы протекают с потреблениемэнергии. Катаболизм и анаболизм происходят в клетках одновременно и неразрывносвязаны друг с другом. По существу их следует рассматривать не как два отдельныхпроцесса, а как две стороны одного общего процесса – метаболизма, в которомпревращение веществ теснейшим образом переплетены с превращением энергии.
Более подробное рассмотрение метаболических путей показывает, чторасщепление основных пищевых веществ в клетке представляет собой рядпоследовательных ферментативных реакций, составляющие три главные стадиикатаболизма. На первой стадии крупные органические молекулы распадаются насоставляющие их специфические структурные блоки. Так полисахариды распадаютсядо гексоз или пентоз, белки – до аминокислот, нуклеиновые кислоты – донуклеотидов, липиды – до жирных кислот, глицерина и других веществ. Все этиреакции протекают в основном гидролитическим путём и количество энергииосвобождающейся на этой стадии очень невелико – менее 1 %. На второй стадиикатаболизма образуются ещё более простые молекулы, причём число их типовсущественно уменьшается. Очень важно, что на второй стадии образуются продукты,которые являются общими для обмена разных веществ. Эти продукты представляютсобой ключевые соединения являющимися как бы ключевыми станциями, соединяющимиразные пути метаболизма. Продукты, образовавшиеся на второй стадии катаболизма,вступают в третью стадию катаболизма, которая известна под названиемтерминального окисления. В ходе этой стадии все продукты, в конечном счете,окисляются до оксида углерода и воды. Практически вся энергия освобождается навторой и третьей стадии катаболизма.
Процесс анаболизма тоже проходит три стадии. Исходными веществамидля него служат те же продукты, которые подвергаются превращениям на третьейстадии катаболизма. То есть третья стадия катаболизма является в тоже времяпервой исходной стадией анаболизма. Реакции, протекающие на этой стадии,выполняют как бы двойную функцию. С одной стороны они участвуют в завершающихэтапах катаболизма, а с другой – служат и для анаболических процессов,поставляя, вещества-предшественники для последующих стадий анаболизма. На этойстадии, например, начинается синтез белка.
Катаболические и анаболические реакции происходят одновременно, нов разных частях клетки. Например, окисление жирных кислот осуществляется спомощью набора ферментов локализованных в митохондриях, тогда как синтез жирныхкислот катализирует другая система ферментов, локализующая в цитозоле. Именноблагодаря разной локализации катаболические и анаболические процессы в клеткемогут протекать одновременно.
Регуляция обмена веществ и энергии
Клеточный метаболизм характеризуется высокойустойчивостью и в тоже время значительной изменчивостью. Оба эти свойстваобеспечивают постоянное приспособление клеток и организмов к меняющимся условиямокружающей и внутренней среды. Так скорость катаболизма в клетке определяетсяпотребность клетки в энергии в каждый данный момент. Точно так же скоростьбиосинтеза клеточных компонентов определяется нуждами данного момента. Клетка,например, синтезирует аминокислоты именно с той скоростью, которая достаточно,для того чтобы обеспечить возможность образования минимального количестванеобходимого ей белка. Такая экономичность и гибкость метаболизма возможно лишьпри наличии достаточно тонких и чутких механизмов его регулирования. Регуляцияобмена веществ осуществляется на разных уровнях постепенно возрастающейсложности.
Простейший тип регуляции затрагивает все основные параметры, влияющие наскорость ферментативных реакций. Например, преобладание кислотной или щелочнойсреды в тканях (рН-среда). Накопление кислотных продуктов реакции может сдвинутьрН-среду за пределы оптимального состояния для данного фермента и таким образомзатормозить процесс.
Следующий уровень регуляции сложных метаболических процессов касаетсяконцентрации необходимых веществ в клетке. Если концентрация, какого ни будьнеобходимого вещества, в клетке на достаточном уровне то синтез этого веществапрекращается до того момента, когда концентрация снизится ниже определённогоуровня. Таким образом, поддерживается определённый химический состав клетки.
Третий уровень регуляции — это генетический контроль, определяющий скоростьсинтеза ферментов, которая может сильно варьироваться. Регуляция на уровне геновможет привести к увеличению или уменьшению концентрации тех или иных ферментов,к изменению типов ферментов, может происходить индукция или репрессияодновременно целой группы ферментов. Генетическая регуляция отличается высокойспецифичностью, экономичностью и обеспечивает широкие возможности для контроляобмена веществ. Однако в подавляющем большинстве активация генов, процессмедленный. Обычно время, необходимое, для того чтобы индуктор или репрессор могзаметно повлиять на концентрацию ферментов, измеряется часами. Поэтому даннаяформа регуляции непригодна для срочных случаев.
У высших животных и у человека существует ещё два уровня, два механизма регуляцииобмена веществ и энергии, которые отличаются тем, что связывают между собойметаболизм, совершающийся в разных органах и тканях, и таким образом направляюти приспосабливают его для выполнения функций, присущих не отдельным клеткам, авсему организму в целом. Таким механизмом, прежде всего, является эндокриннаясистема. Гормоны вырабатываются эндокринными железами служат для стимуляцииили подавления определённых метаболических процессов в других тканях илиорганах. Например, когда поджелудочная железа начинает вырабатывать меньшеинсулина, в клетки поступает меньше глюкозы, а это в свою очередь ведёт кизменению ряда процессов участвующих в обмене веществ.
Самым высшим уровнем регуляции, наиболее совершенной её формой, является нервнаярегуляция. Нервная система, в частности её центральные отделы, выполняют ворганизме высшие интегративные функции. Получая сигналы из окружающей среды, иот внутренних органов центральная нервная система преобразует их и направляетимпульсы к тем органам изменения скорости обмена веществ, в которых необходимо вданный момент для выполнения определённой функции. Чаще всего свою регулирующуюроль нервная система осуществляет через эндокринные железы, усиливая илиподавляя поступление гормонов в кровь. Хорошо известно влияние эмоций наметаболизм, например предстартовое повышение показателей обмена веществ иэнергии у спортсменов. Во всех случаях регулирующим действием нервной системы наобмен веществ и энергии весьма целесообразно и всегда направленно на наиболееэффективное приспособление организма к изменяющимся условиям.
Из вышеизложенного можно сделать вывод — чтобы поддерживать нормальный обменвеществ в организме, необходим комплекс мероприятий.
1. Полноценный ежедневный отдых
3. Сбалансированное питание
4. Мероприятия по очистке организма.
Дополнительные статьи с полезной информацией
Базовая информация про обмен минеральных веществ у человека
Минеральные вещества являются одним из основных компонентов пищи необходимый человеку ежедневно. Дисбаланс минералов можетпослужить толчком к развитию большого количества хронических заболеваний.
Возможные нарушения в обмене веществ человека
Качественное ежедневное питание важно для человека, но при этом надо учитывать, что для организма не важно что вы съели, а важното, что в конечном итоге поступит к каждой клетке.
Длянормальной жизнедеятельности организму необходим пластический и энергетическийматериал. Эти вещества поступают в организм с пищей. Но только минеральныесоли, вода и витамины усваиваются человеком в том виде, в котором они находятсяв пище. Белки, жиры и углеводы попадают в организм в виде сложных комплексов, идля того чтобы всосаться и подвергнуться усвоению, требуется сложная физическаяи химическая переработка пищи. При этом компоненты пищи должны утратить своювидовую специфичность, иначе они будут приняты системой иммунитета какчужеродные вещества. Для этих целей и служит система пищеварения.
Пищеварение
Пищеварение- совокупность физических, химических и физиологических процессов,обеспечивающих обработку и превращение пищевых продуктов в простые химическиесоединения, способные усваиваться клетками организма. Эти процессы идут вопределенной последовательности во всех отделах пищеварительного тракта(полости рта, глотке, пищеводе, желудке, тонкой и толстой кишке с участиемпечени и желчного пузыря, поджелудочной железы), что обеспечиваетсярегуляторными механизмами различного уровня. Последовательная цепь процессов,приводящая к расщеплению пищевых веществ до мономеров, способных всасываться,носит название пищеварительного конвейера. В зависимости от происхождениягидролитических ферментов пищеварение делят на 3 типа: собственное, симбионтноеи аутолитическое. Собственное пищеварение осуществляется ферментами,синтезированными железами человека или животного. Симбионтное пищеварениепроисходит под влиянием ферментов, синтезированных симбионтами макроорганизма(микроорганизмами) пищеварительного тракта. Так происходит перевариваниеклетчатки пищи в толстой кишке. Аутолитическое пищеварение осуществляется подвлиянием ферментов, содержащихся в составе принимаемой пищи. Материнское молокосодержит ферменты, необходимые для его створаживания. В зависимости отлокализации процесса гидролиза питательных веществ различают внутриклеточное ивнеклеточное пищеварение. Внутриклеточное пищеварение представляет собойпроцесс гидролиза веществ внутри клетки клеточными (лизосомальными) ферментами.Вещества поступают в клетку путем фагоцитоза и пиноцитоза. Внутриклеточноепищеварение характерно для простейших животных. У человека внутриклеточноепищеварение встречается в лейкоцитах и клетках лимфоретикуло-гистиоцитарнойсистемы. У высших животных и человека пищеварение осуществляется внеклеточно.
Внеклеточноепищеварение делят на дистантное (полостное) и контактное (пристеночное, илимембранное). Дистантное (полостное) пищеварение осуществляется с помощьюферментов пищеварительных секретов в полостях желудочно-кишечного тракта нарасстоянии от места образования этих ферментов. Контактное (пристеночное, илимембранное) пищеварение (А. М. Уголев) происходит в тонкой кишке в зонегликокаликса, на поверхности микроворсинок с участием ферментов, фиксированныхна клеточной мембране и заканчивается всасыванием — транспортом питательныхвеществ через энтероцит в кровь или лимфу.
Физиология почек
Впроцессе жизнедеятельности в организме человека образуются значительные количествапродуктов обмена, которые уже не используются клетками и должны быть удалены изорганизма. Кроме того, организм должен быть освобожден от токсичных ичужеродных веществ, от избытка воды, солей, лекарственных препаратов. Иногдапроцессам выделения предшествует обезвреживание токсических веществ, например впечени. Так, такие вещества, как фенол, индол, скатол, соединяясь сглюкуроновой и серной кислотами, превращаются в менее вредные вещества. Органы,выполняющие выделительные функции, называются выделительными, илиэкскреторными. К ним относят почки, легкие, кожу, печень и желудочно-кишечныйтракт. Главное назначение органов выделения — это поддержание постоянствавнутренней среды организма. Экскреторные органы функционально взаимосвязанымежду собой. Сдвиг функционального состояния одного из этих органов меняетактивность другого. Например, при избыточном выведении жидкости через кожу привысокой температуре снижается объем диуреза. Нарушение процессов выделениянеизбежно ведет к появлению патологических сдвигов гомеостаза вплоть до гибелиорганизма.
Легкие и верхниедыхательные пути
Легкиеи верхние дыхательные пути удаляют из организма углекислый газ и воду. Крометого, через легкие выделяется большинство ароматических веществ, как, например,пары эфира и хлороформа при наркозе, сивушные масла при алкогольном опьянении.При нарушении выделительной функции почек через слизистую оболочку верхнихдыхательных путей начинает выделяться мочевина, которая разлагается, определяясоответствующий запах аммиака изо рта. Слизистая оболочка верхних дыхательныхпутей способна выделять йод из крови.
Печеньи желудочно-кишечный тракт выводят с желчью из организма ряд конечных продуктовобмена гемоглобина и других порфиринов в виде желчных пигментов, конечные продуктыобмена холестерина в виде желчных кислот. В составе желчи из организмаэкскретируются также лекарственные препараты (антибиотики), бромсульфалеин,фенолрот, маннит, инулин и др. Желудочно-кишечный тракт выделяет продуктыраспада пищевых веществ, воду, вещества, поступившие с пищеварительными сокамии желчью, соли тяжелых металлов, некоторые лекарственные препараты и ядовитыевещества (морфий, хинин, салицилаты, ртуть, йод), а также красители,используемые для диагностики заболеваний желудка (метиленовый синий, иликонгорот).
Кожаосуществляет выделительную функцию за счет деятельности потовых и в меньшейстепени сальных желез. Потовые железы удаляют воду, мочевину, мочевую кислоту,креатинин, молочную кислоту, соли щелочных металлов, особенно натрия, органическиевещества, летучие жирные кислоты, микроэлементы, пепсиноген, амилазу и щелочнуюфосфатазу. Роль потовых желез удалении продуктов белкового обмена возрастаетпри заболеваниях почек, особенно при острой почечной недостаточности. Ссекретом сальных желез из организма выделяются свободные жирные и неомыляемыекислоты, продукты обмена половых гормонов.
Физиология крови
Кровь,лимфа, тканевая, спинномозговая, плевральная, суставная и другие жидкостиобразуют внутреннюю среду организма. Внутренняя среда отличается относительнымпостоянством своего состава и физико-химических свойств, что создаетоптимальные условия для нормальной жизнедеятельности клеток организма. Впервыеположение о постоянстве внутренней среды организма сформулировал более 100 леттому назад физиолог Клод Бернар. Он пришел к заключению, что “постоянствовнутренней среды организма есть условие независимого существования”, т. е.жизни, свободной от резких колебаний внешней среды. В 1929 г. Уолтер Кэннонввел термин гомеостаз. В настоящее время под гомеостазом понимают какдинамическое постоянство внутренней среды организма, так и регулирующиемеханизмы, которые обеспечивают это состояние. Главная роль в поддержаниигомеостаза принадлежит крови. В 1939 г. Г. Ф. Ланг создал представление о системекрови, в которую он включил периферическую кровь, циркулирующую по сосудам,органы кроветворения и кроверазрушения, а также регулирующий нейрогуморальныйаппарат.
Обмен веществ иэнергии
Вживых организмах любой процесс сопровождается передачей энергии. Энергиюопределяют как способность совершать работу. Специальный раздел физики, которыйизучает свойства и превращения энергии в различных системах, называетсятермодинамикой. Под термодинамической системой понимают совокупность объектов,условно выделенных из окружающего пространства.
Термодинамическиесистемы разделяют на изолированные, закрытые и открытые. Изолированныминазывают системы, энергия и масса которых не изменяется, т. е. они необмениваются с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Закрытые системыобмениваются с окружающей средой энергией, но не веществом, поэтому их массаостается постоянной.
Открытымисистемами называют системы, обменивающиеся с окружающей средой веществом иэнергией. С точки зрения термодинамики живые организмы относятся к открытымсистемам, так как главное условие их существования — непрерывный обмен веществи энергии. В основе процессов жизнедеятельности лежат реакции атомов и молекул,протекающие в соответствии с теми же фундаментальными законами, которые управляюттакими же реакциями вне организма.
Согласнопервому закону термодинамики энергия не исчезает и не возникает вновь, а лишьпереходит из одной формы в другую.
Второйзакон термодинамики утверждает, что вся энергия, в конце концов, переходит втепловую энергию, и организация материи становится полностью неупорядоченной. Вболее строгой форме этот закон формулируется так: энтропия замкнутой системыможет только возрастать, а количество полезной энергии (т. е. той, с помощьюкоторой может быть совершена работа) внутри системы может лишь убывать. Подэнтропией понимают степень неупорядоченности системы.
Неизбежнаятенденция к возрастанию энтропии, сопровождаемая столь же неизбежнымпревращением полезной химической энергии в бесполезную тепловую, заставляетживые системы захватывать все новые порции энергии (пищи), чтобы поддерживатьсвое структурное и функциональное состояние. Фактически способность извлекатьполезную энергию из окружающей среды является одним из основных свойств,которые отличают живые системы от неживых, т. е. непрерывно идущий обмен веществи энергии является одним из основных признаков живых существ. Чтобыпротивостоять увеличению энтропии, поддерживать свою структуру и функции, живыесущества должны получать энергию в доступной для них форме из окружающей средыи возвращать в среду эквивалентное количество энергии в форме, менее пригоднойдля дальнейшего использования.
Обменвеществ и энергии — это совокупность физических, химических и физиологическихпроцессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обменвеществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обмен веществ уживых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ,в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделенииобразующихся продуктов распада в окружающую среду.
Всепроисходящие в организме преобразования вещества и энергии объединены общимназванием — метаболизм (обмен веществ). На клеточном уровне эти преобразованияосуществляются через сложные последовательности реакций, называемые путямиметаболизма, и могут включать тысячи разнообразных реакций. Эти реакциипротекают не хаотически, а в строго определенной последовательности ирегулируются множеством генетических и химических механизмов. Метаболизм можноразделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм(ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).
Анаболизм- это совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентовклетки и других структур органов и тканей). Он обеспечивает рост, развитие,обновление биологических структур, а также накопление энергии (синтезмакроэргов). Анаболизм заключается в химической модификации и перестройкепоступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы. Например,включение аминокислот в синтезируемые клеткой белки в соответствии синструкцией, содержащейся в генетическом материале данной клетки.
Катаболизм- это совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простыхвеществ с использованием части из них в качестве субстратов для биосинтеза ирасщеплением другой части до конечных продуктов метаболизма с образованиемэнергии. К конечным продуктам метаболизма относятся вода (у человека примерно350 мл в день), двуокись углерода (около 230 мл/мин), окись углерода (0, 007мл/мин), мочевина (около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот(примерно б г/день).
Катаболизмобеспечивает извлечение химической энергии из содержащихся в пище молекул ииспользование этой энергии на обеспечение необходимых функций. Например,образование свободных аминокислот в результате расщепления поступающих с пищейбелков и последующее окисление этих аминокислот в клетке с образованием СО2, иН2О, что сопровождается высвобождением энергии.
Процессыанаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамическогоравновесия. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит кросту, накоплению массы тканей, а преобладание катаболических процессов ведет кчастичному разрушению тканевых структур. Состояние равновесного илинеравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста (вдетском возрасте преобладает анаболизм, у взрослых обычно наблюдаетсяравновесие, в старческом возрасте преобладает катаболизм), состояния здоровья,выполняемой организмом физической или психоэмоциональной нагрузки.