2) Виды работ, совершаемых в организме.

Основными направлениями затраты энергии являются:

1.Мышечная работа.

2.Синтез сложных молекул, в первую очередь - белков.

3.Поддержание разницы концентраций многих веществ в цитоплазме и в межклеточной среде.

4.Поддержание разности потенциалов на мембранах клеток.

1. Мышечная работа не требует особых пояснений, однако надо запомнить, что понятия работы в физике и в физиологии заметно различаются. Простейший пример: с точки зрения физики человек, стоящий по стойке «смирно» не выполняет никакой работы. Однако любой, кому приходилось так стоять, знает, что при этом испытываешь достаточно сильное утомление, то есть физиологическая работа вовсе не равна нулю.

2. Синтез макромолекул. В организме человека каждый час распадается и синтезируется около 100 г белков, то есть белковый состав организма обновляется примерно в течении 3-х суток. На это затрачивается значительная свободная энергия (от 25 000 кДж/ моль до 200 000 кДж/моль для разных белков). Эту энергию можно подсчитать по формуле:

G_синт = ν _Δµ

где ν – число синтезированных молей, Δµ – изменение химического потенциала при синтезе данного белка.

3. Поддержание разницы концентраций. Во всех клетках концентрация многих веществ внутри клетки C_внутри заметно отличается от концентрации снаружи С_нар.

Например, калия в цитоплазме много больше, чем в межклеточной жидкости, а натрия наоборот, больше снаружи. Эта разница концентраций необходима для жизнедеятельности клеток. Диффузия ионов и молекул через мембрану стремится выровнять концентрации, поэтому в клетках существуют особые механизмы (их часто называют насосами), которые переносят вещество через мембрану против разности концентраций. На работу этих насосов тратится заметное количество свободной энергии, которое можно подсчитать по формуле:

G = RТ.ln где –число молей перенесенного вещества.

4. Создание разности потенциалов на мембранах.

Цитоплазма всех клеток заряжена отрицательно по отношению к межклеточной среде. Другими словами, на мембранах всех клеток существует постоянная разность потенциалов, называемая потенциалом покоя (ПП). Кроме того, во многих клетках в ответ на внешнее воздействие (раздражение) возникает кратковременная (импульсная) разность потенциалов, называемая потенциалом действия (ПД). На создание ПП и ПД нужна свободная энергия, которая в данном случае тратится на перенос ионов через мембрану против разности потенциалов U. Эта энергия W_{электр.} рассчитывается по известной формуле:

G = W_электр = q.U ;

q- Заряд перенесенных ионов. q=.z.F, где – число молей ионов, перенесенных через мембрану,z – валентность иона, F – число Фарадея, то есть заряд одного моля ионов (F = 96 500 Кл/моль). Отсюда получаем: G = zFU

Учитывая вклад всех трёх типов процессов (кроме мышечной работы), получим для общей затраты свободной энергии Величина называется изменением электрохимического потенциала.

Вопрос №4

1) Тепловой баланс организма

Уравнение теплового баланса: M±Qт±Qc±Qr-Qe=0

М-теплопродукция

В организме любого живого существа непрерывно выделяется тепло. Это тепло должно отводится в окружающую среду, иначе организм перегреется и погибнет. Однако, и слишком быстрая отдача тепла опасна для организма – она приводит к переохлаждению. Поэтому важно в любых условиях обеспечить наиболее выгодный темп теплоотдачи. При этом необходимо учитывать, что теплообмен осуществляется целым рядом механизмов, с которыми врач должен быть хорошо знаком.

Основная часть тепла выделяется в мышцах и внутренних органах, отдача же тепла идёт с поверхности тела (с кожи). Ткани организма плохо проводят тепло, поэтому почти всё тепло переносится изнутри к поверхности с током крови. В коже и подкожной клетчатке находится большое количество кровеносных сосудов. Проходя по ним, кровь отдаёт тепло наружу.