Как в организме появляется тепло

Для поддержания жизни всех теплокровных, включая и человека, нужно тепло. Но откуда и как оно появляется в организме? Что такое АТФ и какова роль кислорода и питательных веществ?

ТЕМА

Из школьной программы мы знаем, что тепло, это конечное превращение энергии. Когда мы сжигаем уголь, нефть, природный газ, дерево, бумагу и т.д., углерод и водород, содержащиеся в этих материалах, вступают в химическое соединение с кислородом. Этот процесс в химии получил название окисления.

Когда наши руки и ноги мерзнут, мы их прогреваем

Начальным этапом окисления является потеря окисляющимся веществом электрона или атома водорода (с электроном) и присоединение их к молекуле кислорода с образованием отрицательно заряженного иона О2— или бирадикала — О – О, если был присоединен и водород. Последний сопровождается, как правило, выделением тепловой энергии [ 1 ].

Если реакция происходит быстро, то кроме тепла появляется еще и пламя.

Реакции в организме происходят намного медленнее чем в фейерверке, поэтапно, и более строго контролируются. Пламя не возникает, и даже производство тепла сведено к минимуму; в основном энергия сохраняется в виде высокоэнергетических химических соединений — АТФ (универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах).

АТФ в свою очередь, обеспечивает работу мышц, нервов, способствуют образованию сложных молекул, например белков. Этому способствуют химические реакции, протекающие в клетках. Клетки запасают энергию или используют ее, а избыток выделяют в виде тепла [ 2 ], который рассеивается в клетке. Подробно эти процессы зарядки-разрядки АТФ мы разбираем здесь.

Окисление и белков, и жиров, и углеводов дает человеку ту химическую энергию, которая и поддерживает жизнь во всех ее проявлениях. При производстве энергии внутри организма чаще всего возникает проблема не с продуктами питания, а с окислитлем — кислородом. И оказывается, что каждая единица кислорода, идущая на окисление белков, жиров и углеводов, выделяет примерно равное количество теплопродукции — 4,5 ккал/л О2, 4,7 и 5,0.

Использование 1 л кислорода приводит к высвобождению одинаковых количеств энергии для всех трех групп питательных веществ. Но при окислении 1 г этих веществ энергетический выход для белков и углеводов примерно одинаков - 4,3 ккал/г и 4,2, а вот жиры дают в два раза больше энергии (9,4 ккал/г), чем белки и углеводы. [ 3 ]

Холод — это недостаток тепла.

Тепло — сопутствующий продукт экзотермических реакций окисления атомов углерода и водорода. А поскольку производство энергии происходит в каждой клетке тела, то источником тепла в организме являются все ткани. Но наиболее интенсивно процесс теплообразования идет в мышцах, лёгких, печени, почках. [ 4 ] Поэтому температурные различия между внутренними органами, мышцами и кожей могут составлять до 5-10 °С.

Некоторые считают, что тепло выделяется за счет сокращения мышц. Это не так. Академик РАН В. П. Скулачев на это приводит такой афоризм: «Чтобы поддерживать свою температуру тела за счет сокращения мышц, мышь должна бежать вертикально вверх со скоростью курьерского поезда».

При расщеплении питательных веществ часть освобождённой энергии аккумулируется в АТФ, часть рассеивается в виде тепла (первичная теплота — 65-70 % энергии). При использовании макроэргических связей молекул АТФ часть энергии идёт на выполнение полезной работы, а часть рассеивается (вторичная теплота). Таким образом, теплопродукцией являются два потока теплоты — первичной и вторичной.

Количество произведенного организмом человека тепла зависит от количества и характера пищи, получаемой организмом, а также от выполняемой работы. Например, на дыхание, кровообращение, пищеварение мужчина расходует 59 ккал в час, женщины – 54 ккал в час). Когда человек начинает двигаться, потребность в энергии возрастает — у человека, выполняющего легкую физическую работу, образуется 95-110 ккал в час; у выполняющего работу средней тяжести — 130-150 ккал в час; у выполняющего тяжелую физическую работу количество образующегося тепла превышает 180 ккал в час. [ 5 ]

У человека весом 70 кг количество тепла, которое образуется в спокойном состоянии, составляет примерно 70 килокалорий в час. Этого тепла достаточно для того, чтобы поднять на один градус температуру 70 килограммов воды или вскипятить килограмм воды, начальная температура которой составляла 30°. [ 6 ]

###

В следующей статье мы узнаем как происходит регуляция температуры тела человека. 

ПРОДОЛЖИТЬ ЧТЕНИЕ

Используемые в статье источники:

1 ] Успенский В.И. Лечебное применение кислорода. Монография 1959 г. Издательство: М.: Медгиз

2 ] Айзек Азимов «Кровь: река жизни. От древних легенд до научных открытий»: Центрполиграф; Москва; 2004 ISBN 5-9524-0974-1

3 ] Н. Друзьяк. Как продлить быстротечную жизнь. ОКФА, 2001

4 ] Агаджанян Н.А., Смирнов В.М. Нормальная физиология: Учебник для медицинских вузов. М.: ООО «Издательство «Медицинское информационное агентство», 2009. – 520 с.: ил. ISBN 978-5-9986-0001-2

5 ] Медведовский В. Кислород. / Издательство Детгиз, Москва. 1953

6 ] Там же.

Поиск по тегам: 

На Главную