Особенности первого начала термодинамики в биологических системах. Виды полезной работы организма, их коэффициенты полезного действия. Первичное и вторичное тепло.

Энергетический обмен присущ каждой живой клетке; богатые энергией питательные вещества усваиваются и химически преобразуются, а конечные продукты обмена веществ с более низким содержанием энергии удаляются из клетки. Освобождающаяся при этом энергия используется для различных целей, например для поддержания клеточной структуры (и, следовательно, сохранения ее функций}, а также для обеспечения специфических клеточных активностей (таких, например, как сокращение мышечных клеток).

Обменные, или метаболические, процессы, в ходе которых специфические элементы организма синтезируются из поглощенных пищевых продуктов, называют анаболизмом; соответственно те метаболические процессы, в ходе которых структурные элементы организма или поглощенные пищевые продукты подвергаются распаду, называют катаболизмом. Метаболизм жиров и углеводов служит главным образом для обеспечения физиологических функций (функциональный метаболизм), тогда как белковый обмен нужен в первую очередь для поддержания и изменения структуры организма (структурный метаболизм).

Валовая продукция энергии. Интенсивность энергопродукции организма в целом зависит от количества выделенной энергии (внешняя работа, тепло) и от количества запасенной энергии (депонирование питательных веществ, структурные преобразования) в единицу времени: общее количество выработанной энергии – это сумма внешней работы, тепловых потерь и запасенной энергии.

Единицы измерения энергетического обмена. Традиционно энергетический обмен выражают в килокалориях (ккал) на единицу времени. Однако в Международной системе единиц в качестве основной единицы энергии принят джоуль (Дж): 1 джоуль = 1 ватт·1 секунда = 2,39–10–4 ккал; 1 ккал =4187 Дж = 4,187 кДж ≈ 0,0042 МДж. Отсюда следует, что 1 кДж/ч ≈ 0,28 Вт (≈ 0,239 ккал/ч) и 1 кДж/сут ≈ 0,012 Вт (≈0,239 ккал/сут).

Интенсивность метаболизма в покое не выражается суммой соответствующих уровней готовности, присущих всем его клеткам, поскольку некоторые органы (например, мозг, сердце, дыхательная мускулатура, печень и почки) постоянно находятся в активном состоянии.

Интенсивность основного обмена (ИОО). Обычно предусматриваются следующие четыре условия для измерения интенсивности основного обмена: 1) утром, 2) в покое (в лежачем положении), 3) натощак и 4) в условиях температурного комфорта.

Интенсивность обмена веществ, измеренная утром, натощак, в условиях покоя и температурного комфорта, когда–то служила важным диагностическим показателем, который использовали для выявления нарушений в функциях щитовидной железы.

Интенсивность процессов обмена подвергается суточным колебаниям – возрастает утром и снижается в ночной период.

Интенсивность процессов обмена возрастает в условиях физической и умственной нагрузки, что связано с увеличением числа клеток, интенсивность метаболизма в которых превышает уровень готовности. В обоих указанных случаях основным органом, определяющим интенсивность обмена веществ, являются мышцы.

Интенсивность процессов обмена повышается во время приема пищи и ее последующего переваривания, особенно если пища была белковой. Этот эффект называют специфическим динамическим действием пищи.

Интенсивность обмена веществ возрастает, если температура окружающей среды отклоняется от комфортной (выходит за пределы диапазона нейтральной температуры, или термонейтральной зоны)

Сдвиги в сторону охлаждения приводят к большему усилению обмена веществ, чем сдвиги в сторону повышения температуры. Процессы изменений температуры тела подчиняются закону Вант–Гоффа.

Таблица 1. Относительный вклад различных органов в обеспечение основного обмена у человека.

Орган	печень	мышцы	мозг	сердце	почки	другие органы
Относительный вклад		26%	18%	9%	7%	14%

Интенсивность обмена веществ в условиях нагрузки. При физической работе скорость метаболизма возрастает в зависимости от степени физического напряжения. Интенсивность обмена веществ при «относительном покое», т. е. у испытуемого в очень малоактивном состоянии, составляет приблизительно 8400 кДж/сут (97 Вт) для женщин и 9600 кДж/сут (110 Вт) для мужчин. Эта величина соответствует суточному обмену веществ у значительной части населения– людей, занимающихся «сидячей работой» и не затрачивающих сколько–нибудь значительных физических усилий.

Коэффициент полезного действия. Если клетка совершает внешнюю работу, то часть вырабатываемой при этом энергии обязательно выделяется в виде тепла (второй закон термодинамики). Коэффициент полезного действия (η) активно функционирующей клетки, как и КПД машины, представляет собой ту часть вырабатываемой энергии, которая затрачивается на внешнюю работу; его величина всегда меньше 100%:

η (%) = Внешняя работа/ Вырабатываемая энергия •100

Следует различать суммарный коэффициент полезного действия, рассчитываемый по общей знергопродукции, и практический коэффициент полезного действия, определяемый по количеству выработанной энергии за вычетом энергии основного метаболизма. Коэффициент полезного действия изолированной мышцы в лучшем случае достигает 35%; при мышечной работе целого организма его величина редко превышает 25%.

Билет 43

1. Нейрофизиологические основы речи.

Физиологическую основу речи составляет вторая сигнальная система, условными раздражителями которой являются слова в их звуковой (устная речь) или зрительной форме (письменная речь). Звуки и начертания слов, будучи вначале для отдельного человека нейтральными раздражителями, становятся условными речевыми раздражителями в процессе повторного сочетания их с первосигнальными раздражителями, вызывающими восприятия и ощущения предметов и их свойств.

В результате они приобретают смысловое значение, становятся сигналами непосредственных раздражителей, с которыми сочетались. Образовавшиеся при этом временные нервные связи в дальнейшем укрепляются путем постоянных речевых подкреплений, делаются прочными и приобретают двусторонний характер: вид предмета немедленно вызывает реакцию его называния, и, наоборот, слышимое или видимое слово сейчас же вызывает представление обозначаемого этим словом предмета.

Системы, обеспечивающие речь, могут быть разделены на две группы: периферические и центральные. К центральным относятся определенные структуры головного мозга, а к периферическим — голосовой аппарат и органы слуха.

Все речевые анализаторы закладываться в обоих полушариях, но развиваться только с одной стороны (у правшей – слева, у левшей – справа. Эта зона состоит из 3-х отделов.

Речедвигательный центр Брока — расположен в нижней части лобных извилин (поле 44) — это двигательный центр мышц языка. При поражении моторного центра речи развивается моторнаяафазия — в этом случае человек понимает речь, но сам, увы, говорить не может.

Сенсорный центр Вернике — расположен в височной зоне в задних отделах верхней височной извилины (поля 22, 37, 42 левого полушария) — связан с восприятием устной речи. Задача этого центра – распознавание и хранение устной речи, как собственной, так и чужой. При поражении возникает сенсорная афазия — человек не воспринимает устную речь, страдает произношение, так как нарушается восприятие собственной речи. Человек может говорить, излагать устно свои мысли, но не понимает чужой речи, и хотя слух и сохранен — человек не узнает слов. Такое вот состояние называется сенсорной слуховой афазией. Такой человек часто много говорит (логорея), но речь его неправильная (аграмматизм), при этом наблюдается замена слогов и слов (парафазии).

Поле 37, отвечает за запоминание слов. Люди с поражениями этого поля не помнят названия предметов. При этом они очень напоминают забывчивых людей, которым постоянно приходится подсказывать нужные слова. Такой человек, забыв название предмета, четко помнит его назначение и свойства, поэтому долго описывает его качества, объясняет, что делают с этим предметом, но назвать его не может.

Центр восприятия письменной речи – располагается в зрительной зоне коры головного мозга.

На границе височной, теменной и затылочной долей (поле 39) находится центр чтения письменной речи, обеспечивающий распознавание и хранение образов письменной речи. Понятно, что поражения этого центра приводят к невозможности чтения и письма. При повреждении этого центра зрение сохранится, но тут же наступит расстройство узнавания – так называемая зрительная агнозия. Такой человек, будучи абсолютно грамотным, не сможет прочесть написанное, и будет в состоянии признать знакомого человека только после того, как тот заговорит.

Речевой круг образуют три мозговых речевых центра.

• центр Брока производит речь, управляя речевой мускулатурой,

• центр Вернике распознает собственную речь и речь других людей (слуховой центр речи),

• ассоциативный центр - создает структуру фраз и предложений.