Висновок до першого питання:

Таким чином, з точки зору термодинаміки живі організми відносяться до відкритих систем, тому що головна умова їх існування – безперервний обмін речовин і енергії. Згідно з першим законом термодинаміки енергія не зникає, а лише переходить з однієї форми в іншу. Другий закон термодинаміки стверджує, що вся енергія у кінці кінців переходить у теплову енергію.

2. Пряма та непряма калориметрія. Дихальний коефіцієнт.

Майже половина всієї енергії, одержуваної в результаті катаболізму, втрачається у вигляді тепла в процесі утворення молекул АТФ. М'язове скорочення – процес ще менш ефективний. Близько 80% енергії, яка використовується при м'язовому скороченні, втрачається у вигляді тепла і лише 20% перетворюється в механічну роботу (скорочення м'яза). Якщо людина не здійснює роботу, то практично вся генерована ним енергія втрачається у формі тепла (наприклад, у людини, що лежить в ліжку). Отже, величина теплопродукції є точним вираженням величини обміну в організмі людини.

Для визначення кількості затрачуваної організмом енергії застосовують пряму і непряму калориметрії. Перші прямі вимірювання енергетичного обміну провели у 1788 р. Лавуазьє і Лаплас.

Пряма калориметрія полягає у безпосередньому вимірі тепла, що виділяється організмом. Для цього тварина або людина поміщається в спеціальну герметичну камеру, по трубах, що проходять через неї, протікає вода. Для обчислення теплопродукції використовуються дані про теплоємність рідини, її обсяг, що протікає через камеру за одиницю часу, і різниця температур рідини, що надходить в камеру і витікає з неї.

Непряма калориметрія заснована на тому, що джерелом енергії в організмі є окислювальні процеси, при яких споживається кисень і виділяється вуглекислий газ. Тому енергетичний обмін можна оцінювати, досліджуючи газообмін. Найбільш поширений спосіб Дугласа-Холдейна, при якому протягом 10-15 хв. збирають повітря, що видихається обстежуваною людиною, в мішок з повітронепроникної тканини (мішок Дугласа). Потім визначають обсяг повітря, що було видихнуто, і процентний вміст у ньому О₂ і СО₂.

За співвідношенням між кількістю виділеного вуглекислого газу і кількістю спожитого за даний період часу кисню – дихального коефіцієнту (ДК) – можна встановити, які речовини окисляються в організмі. ДК при окисленні білків дорівнює 0,8, при окисленні жирів – 0,7, а вуглеводів – 1,0. Кожному значенню ДК відповідає певний теплотворний еквівалент кисню, тобто та кількість тепла, яка виділяється при окисленні будь-якої речовини на кожен літр поглиненого при цьому кисню. Кількість енергії на одиницю споживаного О2 залежить від типу окислюються в організмі речовин. Теплотворний еквівалент кисню при окисленні вуглеводів дорівнює 21 кДж на 1 л О2 (5 ккал/л), білків – 18,7 кДж (4,5 ккал), жирів – 19,8 кДж (4,74 ккал).

Для непрямого визначення інтенсивності обміну можуть бути використані деякі фізіологічні параметри, пов'язані зі споживанням кисню: частота дихання і вентиляційний об'єм, частота скорочень серця і хвилинний об'єм кровотоку – всі вони відображають витрати енергії. Однак ці показники недостатньо точні.