Как определить скорость своего обмена веществ?

Для этого существует формула расчета уровня метаболизма (RMR).
RMR = 655 + (9,6 x вес) + (1,8 х рост) – (4,7 х возраст в годах).
Полученный показатель RMR нужно умножить:

при сидячем образе жизни, малой активности – RMR x 1,2

при легких тренировках до 3 раз в неделю, легкой активности – RMR x 1,375

при интенсивных тренировках, умеренной активности – RMR x 1,55

при интенсивных ежедневных тренировках, повышенной активности – RMR x 1,725.

Полученное число и будет расходом калорий в день. Все неиспользованные калории, которые мы получаем сверх этого числа, отправляются прямиком в жировые закрома нашего тела. При этом, каждые лишние и потраченные нами 7000 калорий добавляют нам один килограмм жира.

Это всё были сведения к размышлению.

12….. Биокалориметрия (био- + калориметрия) — совокупность методов определения тепловых эффектов биохимических процессов, протекающих в организме; применяется в физиологии.

Гипотермия (от др.-греч. ὑπο- и θέρμη — «тепло») или переохлаждение — состояние организма, при котором температура тела падает ниже, чем требуется для поддержания нормального обмена веществ и функционирования. У теплокровных животных, в том числе, человека, температура тела поддерживается приблизительно на постоянном уровне благодаря биологическому гомеостазу. Но, когда организм подвергается воздействию холода, его внутренние механизмы могут оказаться не в состоянии пополнять потери тепла.

При гипотермии жизнедеятельность организма снижается, что приводит к уменьшению потребности в кислороде. Это обстоятельство используется в медицинской практике, когда применяют искусственную местную или общую гипотермию. К местной гипотермии прибегают для лечения кровотечений, травм, и воспалений. Общую гипотермию организма применяют при операциях на сердце, при лечении черепно-мозговой травмы, внутричерепных кровоизлияниях ^[1].

Состояние гипотермии является противоположностью гипертермии, которое приводит к тепловому удару.

Гипертермия (от др.-греч. ὑπερ- — «чрезмерно» и θέρμη — «теплота») — перегревание, накопление избыточного тепла в организме человека и животных с повышением температуры тела, вызванное внешними факторами, затрудняющими теплоотдачу во внешнюю среду или увеличивающими поступление тепла извне.

Медицинская гипертермия — это вид термотерапии, основанный на контролируемом, временном повышении температуры тела, отдельного органа или части органа, пораженного патологическим процессом, свыше 39 °C до 44-45°С. Верхняя граница гипертермии ограничена температурой, при которой, по существующим представлениям, объемный кровоток в нормальных тканях падает вследствие развития диссеминированного внутрисосудистого свёртывания. Гипертермия в тканях опухоли ведет к её тепловому повреждению.

13…… Пове́рхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объем системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.

Т.к. поверхностная энергия пропорциональна пове рхности слоя ΔS; ΔE=δΔS, где δ-поверхностное на тяжение. Т.к. жидкость при заданном объеме должна иметь наименьшую площадь поверхности то жидкость ее сокращает. В этом случае повер хностный слой – растянутая пленка, которая дей ствует как натянутая. Рассмотрим поверхность жид кости ограниченную замкнутым контуром. Под дей ствием сил поверхностного натяжения (сил направ ленных по касательной к поверхности и перпен дикулярных участку контура на который они дей ствуют и стремятся сократить поверхность), расс матриваемый контур переместится в положение штриховки. Силы, действующие со стороны вы деленного участка на граничащие с ним участки, совершают работу dA=fΔхΔl, f- сила поверхност ного натяжения действующая на 1м² контура по верхности жидкости. Работа совершается за счет уменьшения поверхностной энергии жидкости. dA=dE δ=f. Единицы поверхностного натяжения [Н/м] или [Дж/м²]. Поверхностное натяжение жид кости существенно зависит от наличия примеси в жидкости. Вещества влияющие на поверхностное натяжение – поверхностно активные вещества.

14….. величина дополнительного давления должна зависеть от величины силы поверхностного натяжения жидкости и от степени искривленности ее поверхности, иначе говоря, от коэффициента поверхностного натяжения а и радиуса кривизны поверхности . Характер зависимости тоже очевиден: дополнительное давление должно быть пропорционально коэффициенту поверхностного натяжения и обратно пропорционально радиусу кривизны поверхности жидкости:

.

Точное выражение для дополнительного давления под жидкой искривленной поверхностью любой формы теоретически вывел в 1805 г. французский математик и физик Лаплас:

(6)

Это выражение называется формулой Лапласа. Знак плюс соответствует выпуклой поверхности, знак минус — вогнутой поверхности; и — радиусы кривизны двух нормальных взаимно перпендикулярных сечений поверхности,

Капиллярные явления - влияние изменения высоты уровня жидкости в капиллярах. Капилляры - это узкие цилиндрические трубки диаметром менее 1 мм. Если капилляр поместить одним концом в жидкость, то вслед ствие смачивания или не смачивания жидкостью повер хности капилляра кривизна поверхности жидкости в кап илляре становится значительной. Если жидкость смачи вает поверхность капилляра, то внутри её поверхность жидкости (мениск) имеет вогнутую форму; если не смачивает – выпуклую.

Капиллярные явления в природе и тех­нике.

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах. Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, не смачивающие – опускаются.

Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей F_н сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра: F_т = F_н, гдеF_т = mg = ρhπr²g, F_н = σ2πr cos θ.

Отсюда следует:

Искривление поверхности жидкости в узких трубках приво­дит к кажущемуся нарушению закона сообщающихся сосудов.

Из формулы видно, что высота h тем больше, чем меньше внут­ренний радиус трубки ч. Подъем воды имеет значительную величину в трубках, внутренний диаметр которых соизмерим с диаметром волоса (или еще меньше); поэтому такие трубки называют капил­лярами (от греческого «капиллярис» — волосной, тонкий). Смачивающая жидкость в капиллярах поднимается вверх (рис.6, а), а несмачивающая — опускается вниз (рис.6, б). Явления, обусловленные втягиванием смачивающих жидкостей в капилляры или выталкиванием несмачивающих жидкостей из капилляров, называются к а пиллярными явлениям и.

Капиллярные явления можно наблюдать не только в трубках,

но и в узких щелях. Если опустить в воду две стеклянные пластины так, чтобы между ними образовалась узкая щель, то вода между пластинами поднимется, и тем выше, чем ближе они расположены. Капиллярные явления играют большую роль в природе и тех­нике. Множество мельчайших капилляров имеется в растениях. В деревьях по капиллярам влага из почвы поднимается до вершин деревьев, где через листья испаряется в атмосферу. В почве имеются капилляры, которые тем уже, чем плотнее почва. Вода по этим ка­пиллярам поднимается до поверхности и быстро испаряется, а земля становится сухой. Ранняя весенняя вспашка земли разрушает капилляры, т. е. сохраняет подпочвенную влагу и увеличивает урожай.

В технике капиллярные явления имеют огромное значение, на­пример, в процессах сушки капиллярно-пористых тел и т. п. Боль­шое значение капиллярные явления имеют в строительном деле. Например, чтобы кирпичная стена не сырела, между фундаментом дома и стеной делают прокладку из вещества, в котором нет капил­ляров. В бумажной промышленности приходится учитывать капил­лярность при изготовлении различных сортов бумаги. Например, при изготовлении писчей бумаги ее пропитывают специальным со­ставом, закупоривающим капилляры. В быту капиллярные явления используют в фитилях, в промокательной бумаге, в перьях для по­дачи чернил и т. п.

15… Диффузия.

Явление самопроизвольного проникновения частиц одного вещества в другое вещество принято называть диффузией. При этом вещества перемешиваются. Почему же газы или жидкости перемешиваются, хотя их никто специально не перемешивает? Это можно объяснить, если вспомнить, что все вещества состоят из частиц, и между частицами есть промежутки. Раз газы или жидкости перемешиваются сами собой, значит частицы вещества все время движутся, движутся беспорядочно, во всех направлениях. Это движение частиц и есть причина перемешивания двух веществ. Диффузией также называется процесс самопроизвольного выравнивания концентраций молекул жидкости или газа в различных частях объема. Диффузия стремится приблизить систему к состоянию термодинамического равновесия. Если в двух половинках сосуда находятся разные газы (при одинаковых температурах и давлениях) и между ними нет разделяющей перегородки, то вследствие теплового движения молекул возникает процесс взаимопроникновения газов. Этот процесс и называется диффузией. Скорость диффузии сильно зависит от длины свободного пробега молекул, то есть от среднего paccтoяния, которое пролетают молекулы между двумя последовательными соударениями с другими молекулами. Диффузия может происходить не только в газах, но и в жидкостях, и в твердых телах. Причем, диффузия газов происходит очень быстро, а диффузия твердых тел очень медленно. Опыты показывают: чем выше температура, тем диффузия происходит быстрее. Мы ощущаем запахи, благодаря диффузии пахучего вещества в воздухе.

Диффузия в биологических системах. Диффузия играет важную роль в процессах жизнедеятельности клеток и тканей животных и растений (например, Диффузия кислорода из лёгких в кровь и из крови в ткани, всасывание продуктов пищеварения из кишечника, поглощение элементов минерального питания клетками корневых волосков, Диффузия ионов при генерировании биоэлектрических импульсов нервными и мышечными клетками). Различная скорость Диффузия ионов через клеточные мембраны — один из физических факторов, влияющих на избирательное накопление элементов в клетках организма. Проникновение растворённого вещества в клетку может быть выражено законом Фика, в котором значение коэффициента Диффузия заменено коэффициентом проницаемости мембраны, а градиент концентрации — разностью концентраций вещества по обе стороны мембраны. Диффузионное проникновение в клетку газов и воды (см. Осмос) также описывается законом Фика; при этом значения разности концентраций заменяются значениями разности давлений газов и осмотических давлений внутри и вне клетки.

16….. 1. Физические вопросы строения и функционирования биологических мембран

Структурной и функциональной единицей живого организма является клетка. Клетка обменивается с окружающей средой и веществом, и энергией, и информацией. Энергия питательных веществ, поступающих в клетку, расходуется на выполнение ею разнообразных функций.

Все функции клетки тесно связаны с ее структурой.

Напомним в общих чертах, что любая клетка состоит из окруженной плазматической (клеточной) мембраной цитоплазмы, в которой находятся ядро клетки, органеллы и различные включения. К органеллам клетки относятся митохондрии, лизосомы, рибосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум. Все они, в том числе и ядро клетки, тоже имеют мембраны, и основная цель данного параграфа состоит в ознакомлении с современными представлениями о структуре и функциях биологических мембран.

Роль мембран в строении и функционировании клетки чрезвычайно велика. Как заметил Бернал Д. “только после образования мембраны вокруг клетки мы действительно имеем то, что с полным правом может быть названо организмом”. Именно через мембраны происходит обмен веществ в организме. Нарушение структуры мембран ведет к нарушению их функции и, следовательно, к нарушению функциональных состояний организма в целом. Нарушение функций биологических мембран является причиной многих заболеваний.

Несмотря на большое разнообразие клеток и организмов в природе, строение и многие функции биологических мембран во многом одинаковы, что и позволяет нам рассматривать их основные свойства безотносительно к виду клеток.

Строение биологических мембран изучается уже более 80 лет. Еще в 1902 году Овертоном была выдвинута первая модель мембраны в виде тонкого слоя липидов. С тех пор представления о строении мембран постоянно усложнялись, совершенствовались, дополнялись и к настоящему времени они существенно отличаются от той первой простейшей модели Овертона. Однако и по современным представлениям основу, матрицу любой биологической мембраны составляет липидный бислой. Каковы же физические свойства липидов и липидного слоя?

Мембранные липиды - это низкомолекулярные вещества, близкие по своим свойствам и жирам. Характерная особенность любой липидной молекулы состоит в том, что она построена из двух физически разных частей: из головки, составляющей примерно четверть длины молекулы и двух длинных неполярных хвостов. Хвосты представляют собой длинные цепи жирных кислот, которые могут быть как насыщенными, так и ненасыщенными. Головки липидов тоже могут иметь разное строение, но для липидов биомембран наиболее характерны производные сахаров и фосфорной кислоты - в соответствии с этим различают глико- и фосфо-липиды.

Головки липидов либо заряжены отрицательно, либо электрически нейтральны, но имеют неравный нулю дипольный момент. Положительно заряженных головок нет и это играет очень важную роль в формировании всего электрического заряда мембраны и в ее функционировании. Поскольку головки липидов полярны, то они хорошо взаимодействуют с полярными растворителями, в частности с водой, поэтому головки называют гидрофильной частью липида. Хвосты, наоборот, не взаимодействуют с водой, - они гидрофобны, но они хорошо взаимодействуют с неполярными веществами и растворителями.

Эти свойства липидов приводят к тому, что они одинаково плохо растворяются и в полярных растворителях (вода) - мешает хвост, и в неполярных (масло) - мешает головка. Если липиды поместить на поверхность воды, то они все станут на “голову” - и вверх хвостами. В масле же картина будет обратной.

Так как вода является основным, универсальным растворителем в биологических системах (цитоплазма, например, на 95% состоит из воды), то нас интересует, как будут вести себя липиды, помещенные “внутрь” воды.

Оказывается, что в этом случае они тоже стремятся быть всегда направленными полярными головками в сторону воды, а неполярными хвостами - внутрь.

При этом могут образовываться различные пространственные структуры липидов. При малых концентрациях липидов сначала образуются мицеллы, а при более высокой концентрации образуются липосомы, или везикулы ”пузырьки”. Наконец, при некоторой концентрации липидов мицеллы слипаются и образуют плоский бимолекулярный слой - липидный бислой.

Толщина такого липидного бислоя не превышает 6¸7 нм. Липидные бислои достаточной протяженности стремятся замкнуться сами на себя, чтобы лучше спрятать гидрофобные участки от воды. Так происходит самопроизвольный процесс сборки мембраны, то есть их “самосборка”.

Впоследствии было показано, что липидный бислой мембран окружен с обеих сторон из фибриллярных (нитевидных) белков, а снаружи их - еще и слоем глобулярных белков. Кроме липидов и белков в составе мембран много холестерина. Общая толщина такого “бутерброда” составляет 8¸9 нм: сверху и снизу два “ломтя” белка, а внутри “масло” - липиды. Внутри мембраны возможны поры, общая площадь которых обычно не превышает 1% от всей площади мембраны.

Представленная модель объясняет многие свойства мембран - их эластичность, избирательную проницаемость (хорошую для неполярных, то есть гидрофобных, соединений и плохую для полярных), в связи с чем она долгое время была принята в качестве унитарной, то есть единой модели всех биологических мембран. Однако последние данные свидетельствуют о том, что на самом деле все обстоит несколько сложнее.

В липидном бислое мембран может быть много белков, встроенных в сам липидный бислой, которые пронизывают липидный бислой насквозь.

По словам одного из авторов этой модели, названной жидкостно-мозаичной, мембрана представляется ему в виде липидного моря, в котором плавают белковые айсберги.

Соотношение между количеством белков и количеством липидов в мембране неодинаково и зависит от функционального назначения клетки.

Так, в мембране эритроцитов 75% площади занимают липиды, а 25% - белки. Вместе с тем весовое соотношение почти обратное (так как белки значительно тяжелее липидов) - в этой же мембране по весу белков в 2,5 раза больше, чем липидов. В мембране некоторых бактерий содержится белков в 5¸6 раз больше, чем липидов, а в миелиновой мембране, наоборот - белка в 2,6 раза меньше, чем липидов.

Белки, входящие в состав мембран, обычно делят по их положению в мембране на периферические и интегральные (проникающие в мембрану), а по их функциональным характеристикам - на структурные и ферментативные (катализирующие).

Роль белков в функционировании мембраны чрезвычайно велика. Структурные белки участвуют в построении мембран вместе с липидами, взаимодействуют стехиометрически с другими белками, участвуют в транспорте веществ и т.п. Не меньшее, если не большее значение имеют и ферментативные белки, главными их которых являются АТФ - азы (аденозинтрифосфатазы). Кроме них в мембранах отдельных клеток могут находиться и другие ферменты: флавины, питохромы, дегидрогеназы и другие, которые принимают активное участие в метаболизме клеток.

В настоящее время большой интерес представляет изучение информации белков (то есть изменение их пространственной формы, структуры), поскольку предполагается, что такие жизненно важные процессы, как окислительное фосфорилирование, активный транспорт веществ, химические реакции при фотосинтезе, проведение нервного импульса и др. тесно связаны с изменением пространственной укладки атомов, то есть с конформацией полипептидной цепи белковых молекул.

Роль липидов в мембранах тоже не сводится лишь к приданию мембранам определенной физической структуры и низкой проницаемости для полярных веществ. Сейчас установлено, что физическое состояние, главным образом вязкость липидного бислоя самым непосредственным образом влияет на каталитическую активность мембранных ферментов, на проницаемость мембран, а значит, на процессы обмена веществ в клетках.

Чем меньше вязкость липидов, тем обычно лучше идут процессы обмена веществ в клетке. Методом ЭПР - спектроскопии было установлено, что микровязкость липидного слоя в мембране эритроцитов, митохондрий, нервных волокон составляет 30¸100 м Па, то есть близка к вязкости подсолнечного масла. Это свидетельствует о том, что липидный слой находится в жидком состоянии.

При многих видах патологий, а также при воздействии биологически активных соединений вязкость мембран изменяется.

Чем выше подвижность хвостов фосфолипидов, тем меньше вязкость мембран, и тем лучше их проницаемость для диффундирующих веществ. Поэтому вязкость бислоя очень важна для всей функциональной деятельности ферментов, находящихся в липидном слое и других.

Вязкость мембраны сильно зависит от агрегатного состояния бислоя (жидкое и твердое), то есть от температуры.

В твердом липидном бислое хвосты фосфолипидов имеют трансконформацию, а в жидком бислое возможны тепловые переходы из транс-конформации в гош-конформацию (транс - гош - переходы).

Рассматривая жидкостно-мозаичную модель мембран, надо всегда иметь в виду, что отдельные молекулы липидного бислоя не “сидят” на одном месте, а непрерывно меняются местами, перемещаясь вдоль слоя, то есть вдоль мембраны с внушительной скоростью в 5 мкм/с. Участвуют в этом движении и белки. Это явление хаотического перемещения молекул липидов и белков вдоль поверхности мембраны называется латеральной (lateral - боковой) диффузией. Скорость латеральной диффузии белков значительно меньше, чем у липидов, кроме того, часть пронизывающих мембрану белков оказывается “заякоренной” на внутриклеточные белки и в латеральной диффузии не участвуют.

Кроме латеральной диффузии, возможен также переход липидной молекулы из одного монослоя в другой - этот процесс называют флип-флопом. Однако вероятность флип-флопа в 1010 раз меньше, чем латеральной диффузии.

Мембранные белки и липиды помимо поступательного движения участвуют и во вращательном движении, или, как говорят, - во вращательной диффузии. При этом угловая скорость вращения белков и липидов весьма велика. Например, при нормальных температурах она составляет:

- для фосфолипидов - 109 рад/с;

- -для родопсина - 106 рад/с;

- для цитохромоксидазы - 104 рад/с.

Ассиметрия мембран проявляется в том, что внутренние и наружные по отношению к клетке стороны любой биологической мембраны всегда имеют разный липидный и белковый состав. Молекулы углеводов располагаются только на внешней стороне мембраны. Ассиметричная ориентация ферментативных и транспортных белков в мембране приводит к наличию преимущественно направления активного транспорта веществ через мембрану, что играет исключительно важную роль для функционирования клетки в целом.

РАСТВОРЫ, гомогенные системы, состоящие из двух или более компонентов, состав к-рых в определенных пределах может непрерывно изменяться. От мех. смесей растворы отличаются своей однородностью и возрастанием энтропии системы при смешении компонентов. Поагрегатному состоянию различают растворы газовые (газовые смеси), жидкие и твердые. Обычно, если особо не оговаривается, термин "растворы" относят к жидким системам;

Осмос (от греч. ōsmós — толчок, давление), диффузия вещества, обычно растворителя, через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и чистый растворитель или два раствора различной концентрации. Полупроницаемая мембрана — перегородка, пропускающая малые молекулы растворителя, но непроницаемая для более крупных молекул растворённого вещества. Выравнивание концентраций по обе стороны такой мембраны возможно лишь при односторонней диффузии растворителя. Поэтому всегда идёт от чистого растворителя к раствору или от разбавленного раствора к концентрированному. Осмос, направленный внутрь ограниченного объёма жидкости, называется эндосмосом, наружу — экзосмосом. Перенос растворителя через мембрану обусловлен осмотическим давлением. Оно равно избыточному внешнему давлению, которое следует приложить со стороны раствора, чтобы прекратить Осмос, т. е. создать условия осмотического равновесия. Превышение избыточного давления над осмотическим может привести к обращению Осмос — обратной диффузии растворителя (см. Ультрафильтрация). В случаях, когда мембрана проницаема не только для растворителя, но и для некоторых растворённых веществ, диффузия последних из раствора в растворитель позволяет осуществить диализ, применяемый как способ очистки полимеров и коллоидных систем от низкомолекулярных примесей, например электролитов. Впервые Осмос наблюдал А. Нолле в 1748, однако исследование этого явления было начато спустя столетие. Осмос имеет важнейшее значение в биологических процессах (см. Осморегуляция), его широко используют в лабораторной технике: при определении молярных характеристик полимеров, концентрировании растворов, исследовании разнообразных биологических структур. Осмотические явления иногда используются в промышленности, например при получении некоторых полимерных материалов, очистке высоко-минерализованной воды методом «обратного» Осмос жидкостей.