Например, КПД изолированной мышцы может достичь 35%, хотя в естественных условиях при мышечной работе эта величина редко превышает 25%.
Теоретически для любой клетки можно выделить три метаболические уровне - активности, готовности и поддержания сохранности. Р и - вень активности - интенсивность процессов обмена при выполнении специфической функции клетки (секреция клеток, сокращение мышцы и т.д.). Уровень готовности - метаболический уровень, неактивна в данный момент клетка должна поддерживать, чтобы в любой момент быть готовой начать функционировать. Уровень поддержки целостности - это минимум, которого достаточно для сохранения клеточной структуры. Для этого нужно сохранить в клетке не менее 15% энергии уровня активности. При меньшем уровне энергии она погибнет. Так, если при интенсивной физической работе макроэргов будет расходов тем больше, чем это критический уровень, то организм может не виднови.ися и погибнуть (одно из последствий использования допинга, который задерживает появление усталости).
Потраченные энергетические ресурсы организм постоянно восстанавливать за счет ижи.-белки, жиры, углеводы и другие соединения, поступающие с пищей, используются для восстановления структур организма, восполнения энергетических затрат. Снижение интенсивности этих процессов или их прекращение приводит к гибели этих структур. Прежде организм страдает от нарушения энергетического обмена. Это надо учитывать при нарушении обменных процессов, отравлениях, затруднении доставки кислорода. Продолжительность хранения жизнедеятельности при нарушении доставки энергии в различных органах зависит от особенностей образования в них энергии, относительного уровня
метаболизма и филогенетического зрелости структур. Так, при полной ишемии головного мозга, в котором энергия образуется в основном за счет аэробных процессов, примерно через 10 с наступает обморок, а через 3-8 мин в клетках коры возникают необратимые изменения. В других органах эти изменения возникают позже: в сердце, почках - через 30-40 мин, в скелетных мышцах - через 1-2 часа.
Энергетическая ценность углеводов, белков и жиров различна. При окислении углеводов выделяется 17,16 кДж / г (4,1 ккал / г), при окислении белков-17, 17 кДж / г (4,1 ккал / г) энергии. Но при сгорании белков до конечных продуктов эта величина превышает 22,61 кДж / г (5,6 ккал / г). Максимальную энергетическую ценность имеют жиры - 38,94 кДж / г (9,3 ккал / г).
Об интенсивности обмена веществ в целом (валового, или общего обмена) и характере веществ, окисляющихся в организме, можно судить по объёму потребленного кислорода и продуктам распада, выделяемым из организма. Так, количество распавшегося в организме белка определяют по количеству азота, выделенного с мочой. Количество окисленных углеводов и жиров определяют по объему выделенной углекислоты и потребленного за то же время кислорода, т. е. по данным газообмена. При этом учитывают, что углекислый газ образуется в организме не только при окислении жиров и углеводов, но и при окислении белков.
Определив по количеству выведенного из организма азота количество белка, распавшегося в организме за сутки, можно высчитать содержание в нем углерода (в белке содержится и среднем 52% углерода). Разность между всем количеством углерода, входившего в состав распавшегося в теле белка, и количеством углерода, содержащегося в моче (в последней углерод содержится преимущественно в продуктах распада белка), дает возможность рассчитать, сколько углерода, находившегося в белке, пошло на образование углекислого газа и сколько для этого потребовалось кислорода.
Вычтя из общего количества кислорода, поглощенного организмом за время иссле-дования, количество кислорода, затраченного на окисление белков, узнают, сколько кислорода использовано на окисление жиров и углеводов. Дальнейший расчет позволяет узнать количество кислорода, затраченного на образованне отдельно углеводов и отдельно жиров, а отсюда определить количество тех и других, окислившихся в организме. Основанием для расчёта служит то обстоятельство, что при окислении 1 г углеводов и 1 г жиров используются разные количества кислорода и выделяются разные количества углекислого газа.
Методы исследования энергообмена
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).
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) (рис. 10.2). 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 (рис. 10.3.). 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.
