Біоенергетика. Основний і загальний обмін
Існують такі поняття, як «обмін речовин», «основний обмін» і «загальний обмін».
Обмін речовин — це процес метаболізму речовин, що надійшли в організм, у результаті якого з цих речовин можуть утворюватися більш складні, або, навпаки, більш прості речовини. Це питання докладно розглядається в курсі біохімії.
«Основний обмін» і «загальний обмін» - це терміни, що зародилися у фізіології, і обидва вони відбивають энерготрати організму.
Основний обмін - це энерговитрати організму в умовах фізіологічного спокою, тобто це мінімальні витрати енергії, що необхідні організму для підтримки життєздатності всіх його органів і систем. Поняття «фізіологічний спокій» означає, що людина знаходиться в положенні «лежачи» (у цьому випадку витрати енергії на м'язову активність мінімальні), в умовах температурного комфорту - при 18-20°С (у цьому випадку організм не затрачає багато енергії на підтримку температурного гомеостазу), в умовах емоційного спокою, а також спустя 12-14 годин після останнього прийому їжі, натще (щоб виключити специфико-динаічну дію їжі, тобто збільшення энерговитрати організму, викликані прийомом їжі).
«Загальний обмін» — це рівень энерговитрат організму в умовах фізіологічної активності. Він визначається величиною основного обміну і энерговитратами на виконання рухів, зв'язаних із трудовою діяльністю, з відпочинком і т.п., що одержало назву «робочого збільшення». Таким чином, тема «Основний і загальний обмін» — це розділ фізіології, що займається розрахунком енергетичного балансу організму — скільки енергії надходить, скільки її витрачається і на яку мету. Необхідність цього розділу фізіології диктується наступними моментами.
Потрібно визначення термодинамічних процесів, що відбуваються в живих системах, визначення потоків вільної і зв'язаної енергії, способів використання енергії.
Потрібно визначення калорійності або енергетичної цінності харчового раціону, добової потреби організму в енергії.
Потрібна оцінка ступеня фізичної активності людини (навантаження на мускулатуру, тому що основний споживач енергії при фізіологічній активності — це м'язи) і визначення ступеня тяжкості роботи, виконуваної людиною в умовах виробництва й у побуті, тобто величини фізичного навантаження на кістякову мускулатуру.
Деякі теоретичні положення біоенергетики
У термодинаміку є два основних закони:
перший — закон збереження енергії,
другий — закон наростання ентропії при мимовільних процесах, тобто закон про знецінювання енергії як неминучій «платі» за здійснення будь-якого термодинамічного процесу.
Відповідно до другого закону термодинаміки, не всяка енергія, що надходить у термодинамічну систему (чи знаходиться в ній), може бути використана для виконання роботи. Існує вільна енергія (вона може бути використана для роботи) і зв'язана, чи знецінена енергія, що не може бути використана для виконання корисної роботи, тому що вона деградована. У закритих термодинамічних системах уся вільна енергія мимовільно переходить у зв'язану і тому ці системи стають непрацездатними. Щоб такі системи привести в стан працездатності, у них треба ввести додатково вільну енергію, тобто перетворити такі системи у відкриті. Людський організми, як і організми інших представників тваринного і рослинного світу, — це відкрита термодинамічна система. У неї постійно надходить потік вільної енергії. Одночасно вона віддає навколишньому середовищу енергію, в основному, знецінену (зв'язану). Завдяки цим двом потокам ентропія живого організму (ступінь невпорядкованості, хаосу, деградації) залишається на постійному (мінімальному) рівні. Коли ж з якихось причин потік вільної енергії (негэнтропии) зменшується (чи зростає утворення зв'язаної енергії), те сумарна ентропія організму зростає, що може привести до його термодинамічної смерті. Відповідно до термодинаміки живих систем, життя — це боротьба з ентропією, боротьба упорядкованості системи з деградацією. Відповідно до відомого рівняння Пригожина, мінімальний приріст ентропії має місце в тому випадку, якщо швидкість негентропійного потоку дорівнює швидкості ентропійного потоку в середовище.