Наблюдаемое энергопотребление

Запасы обсуждали как работу, и полученные характеристики важны. Не менее важны и характерные времена (и темп использования) запасов, а это определяет потребляемая мощность

Запасы важны в сравнении с наблюдаемым потреблением, которое у животных включает основной обмен (интенсивность основного обмена – это потребление кислорода в покое) и текущие затраты (затраты в связи осуществляемой активностью). По факту последние часто могут превышать основной обмен на порядок и даже более (как пример яркого отличия такого рода для некоторых насекомых текущие затраты превосходят основной обмен более, чем в 100 раз).

Таким образом, запасы можно оценивать не только как работу, которую можно в принципе совершить. Не менее важна и оценка этих запасов с позиций связанных с ними возможностей конкретных организмов – удовлетворения ими текущих энергетических потребностей.

Известно, что интенсивность основного обмена (измеряемая как потребление кислорода) при заданной температуре зависит от массы в соответствии с аллометрическими соотношениями (из справочных данных – как переход к изучению энергопотребления организма в следующем семестре)

Для животных, не поддерживающих постоянную температуру тела («холоднокровных», или пойкилотермных), интенсивность энергетического обмена зависит также от температуры.

А именно, потребление О₂ для теплокровных (39^оС) I = 0,7 m ^3/4 л О₂/ч

У холоднокровных (20^оС) I = 0,04 m ^3/4 л О₂/ч (m - масса в кг). При увеличении или уменьшении температуры интенсивность обмена быстро изменяется примерно в соответствии с правилом Вант-Гоффа (увеличивается в 2-4 раза с ростом температуры на 10^оС в пределах диапазона, физиологически естественного для данного организма).

В соответствии с аллометрическими соотношениями для крупных и мелких организмов наблюдают существенную разницу в скорости энергопотребления: мелкие организмы потребляют на единицу массы значительно больше (удельный обмен определяют как i = I / m). Например, мышь и человек, масса которых отличается примерно на 4 порядка, различаются в удельном основном обмене на 1 порядок.

Задача про мышь на чашке весов (с исправленными данными)

Мышь на чашке весов теряет 0,012 г массы в час. Считая, что мышь не потеет, а субстратом дыхания являются углеводы, оценить расход субстратов. Какую массу может иметь эта мышь? Как изменятся выводы (о расходе субстратов и массе мыши), если субстрат дыхания неизвестен?

С другой стороны, при заданной массе организма (считая, что запасы могут составлять некоторую пропорциональную часть массы) можно оценить величину запасов как обеспечивающих продолжительность жизнедеятельности. Данные следующей задачи показывают, какова доля таких запасов (для крупного животного), а также структуру этих запасов (по субстратам – подумайте, как можно объяснить именно такую структуру).

Приложение: задача об энергетических запасах человека (с. 20 из книги Макеева)

III.17. Энергетические запасы человека

В печени человека содержится до 500 г гликогена, в скелетных мышцах - до 200 г, в сердечной мышце и в мозгу - около 90 г гликогена. Резервный жир составляет 67 г на 1 кг массы тела и столько же составляют резервные белки. Рассчитайте на сколько суток хватит этих энергетических запасов человеку массой 70 кг при полном голодании а) в состоянии постельного режима (расход энергии 6500 кДж/сут – в соответствии с аллометрическими соотношениями); б) при интенсивной мышечной нагрузке (расход энергии 20000 кДж/сут).

При расщеплении до СО₂ и Н₂0 1 г белка и 1 г углеводов выделяется 17.6 кДж, а при расщеплении 1 г жиров - 38.9 кДж.

Решение:

Углеводы дадут 790 г х 17.6 кДж/г» 13376 кДж.

Белки дадут 67 г/кг х 70 кг х 17.6 кДж/г» 82544 кДж.

Жиры дадут 67 г/кг х 70 кг х 38.9 кДж/г» 182441 кДж.

В сумме получается 278361 кДж.

При полном голодании этого количества энергии хватит на 278361/6500» 42.8 сут постельного режима или 278361/20000» 14 сут при интенсивной мышечной нагрузке.

Задание. Продуктом гликолиза при анаэробном обмене в мышцах и других тканях при недостатке кислорода является молочная кислота (лактат). Пользуясь данными из книги Мушкамбарова (значениями DG_б.сг. для ОУФ), проанализировать, что именно с точки зрения достижения наибольшего эффекта энергетических превращений определяет целесообразность такого выбора конечного продукта. Есть ли альтернатива такому выбору?

=анализ гликолиза с этой точки зрения; почему глюкоза как субстрат, почему лактат как продукт?