Năng lượng trong cơ thể người

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

131
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung tài liệu trình bày khái niệm năng lượng, sự biến đổi năng lượng trong cơ thể, phản ứng thủy phân ATP giải phóng năng lượng, sự điều hòa thân nhiệt của cơ thể, sự trao đổi nhiệt giữa cơ thể sống và môi trường.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Năng lượng trong cơ thể người

Khái niệm Năng lượng Năng lượng là sức mạnh (khả năng) biến đổi sự vật. Năng lượng là khả năng thực hiện công Năng lượng được phân loại thành hai loại: Động năng: năng lượng của vật thể có được do chuyển động của nó Thế năng : năng lượng tiềm ẩn của vật thể, có được do vị trí của nó hay sự sắp xếp các phần của nó, nói cách khác nhờ vị trí tương đối của vật với môi trường và cấu trúc bên trong của vật thể. Thế năng của vật chất do cấu trúc và sự sắp xếp theo trật tự của các phân tử được hiểu rất ít và cảm tính. Thí dụ năng lượng của nam châm,của các loại đá quí, của băng,… Năng lượng sinh học: hoàn toàn chưa hiểu được Sự biến đổi năng lượng trong cơ thể Trong các cơ thể sống các loại công khác nhau được thực hiện, các dạng công cơ bản là công hóa học , công cơ học , công thẩm thấu và công điện Công hóa học: được thực hiện trong việc tổng hợp các hợp chất cao phân tử như protein, AND từ các hợp chất thấp phân tử, tổng hợp ATP từ ADP, trong thực hiện các phản ứng hóa học nhất định, các quá trình này đòi hỏi tiêu phí năng lượng nên cũng có thể được đánh giá là thực hiện công Công cơ học: công trong dịch chuyển các bộ phận, các cơ quan cơ thể chống lại lực cơ học. Công này thực hiện bởi các cơ khi cơ co. Công thẩm thấu: công thực hiện khi vận chuyển các chất khác nhau qua các cấu trúc màng theo các cơ chế vận chuyển chủ động từ nơi nồng độ thấp đến cao chống lại xu thế khuếch tán và đòi hỏi sự tiêu phí năng lượng của tế bào. Công điện: công trong vận chuyển các ion.  cơ thể trước tiên chuyển năng lượng tiềm ẩn của thức ăn để tổng hợp ATP và sau đó nhờ ATP thực hiện các loại công trong hoạt động sống . ATP là “energy money”  Trong cơ thể : thức ăn  glucose  trong tế bào glucose bị oxi hóa thành CO2 và nước theo quá trình phức tạp (sự hô hấp của tế bào) kèm theo ATP được tổng hợp từ ADP . Như vậy ATP được tổng hợp nhờ dùng năng lượng tiềm ẩn của glucose.  Nhưng hiệu quả việc sử dụng năng lượng của thức ăn để tổng hợp ATP từ ADP phụ thuộc trạng thái sinh lý của cơ thể và những đặc tính “không nhìn thấy” của thức ăn.  Sau đó mọi loại công trong cơ thể được thực hiện phải dùng năng lượng giải phóng ra khi ATP thủy phân thành ADP trong tế bào. Tạo ATP từ ADP • ADP + HPO42−  ATP + H2O • ADP  ATP cần năng lượng, chủ yếu lấy từ quá trình C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O • Quá trình rất phức tạp oxi hóa glucose được gọi là sự hô hấp của tế bào. Một phân tử glucose bị oxi hóa như trên có thể tạo ra đến 36 phân tử ATP từ ADP (đây là thí nghiệm, không phải quá trình thực diễn ra trong tế bào ) • Nhiệt lượng thất thoát là tất yếu • Hiệu suất tổng hợp ATP (bao nhiêu ATP từ một phân tử glucose) là rất khác nhau trong các cơ thể sống khác nhau • Ngoài ra còn có các quá trình khác cung cấp năng lượng cho sự tổng hợp ATP  Sự hô hấp yếm khí không cần oxi 1
C6H12O6 2CH3CH(OH)COOH (acid lactic) + 2 ATP  ADP + creatin phosphate  ATP +… (sản xuất ATP tức thời ~ 20 s đầu tiên hoạt động thể chất đột ngột, mạnh) Phản ứng thủy phân ATP giải phóng năng lượng • ATP + H2O  ADP + HPO42− • Năng lượng giải phóng ra khi ATP thủy phân thành ADP được sử dụng cho mọi hoạt động của tế bào – phát triển, vận chuyển chủ động, chuyển hóa, sửa chữa, tổng hợp…. • Hiệu suất quá trình này: – năng lượng có thể giải phóng từ sự thủy phân ATP rất khác nhau phụ thuộc môi trường phản ứng và trạng thái sinh lý. Thí dụ: Các nghiên cứu cho thấy độ pH của môi trường cơ thể ảnh hưởng mạnh đến năng lượng giải phóng ra, độ pH càng cao sự thủy phân ATP càng giải phóng nhiều năng lượng – Nhiệt lượng thất thoát là tất yếu – hiệu quả sử dụng năng lượng giải phóng ra để thực hiện công ở các cơ thể khác nhau cũng vẫn chưa được hiểu biết Mọi quá trình sinh công trong cơ thể do đó cần các quá trình tổng hợp ATP và quá trình thủy phân ATP. Vì các phản ứng hóa sinh có hiệu suất hữu ích nhỏ hơn 100%, nên luôn có kèm thất thóat nhiệt vô ích gọi là nhiệt lượng sơ cấp. Nhiệt lượng này trên sơ đồ được kí hiệu là Q1 Năng lượng, trực tiếp được dùng để thực hiện các loại công hữu ích bên trong cơ thể, cuối cùng rồi cũng biến thành nhiệt. Thí dụ: năng lượng được tim sử dụng trong việc vận chuyển máu trong hệ mạch (thực hiện công cơ học) được tiêu hao vào việc thắng sức cản do ma sát cuối cùng sẽ biến thành nhiệt tỏa ra. Nhiệt có bản chất như thế gọi là nhiệt lượng thứ cấp kí hiệu trên sơ đồ là Q2 Nếu như cơ thể thực hiện thực hiện công trong các hoạt động như nâng, di chuyển vật,… thì một phần công hữu ích thực hiện trong cơ thể, một phần là công cơ học thực hiện lên môi trường ngoài là A Tóm lại – nhiệt lượng sơ cấp là sự thất thoát trực tiếp năng lượng từ các phản ứng hóa sinh trong cơ thể – nhiệt lượng thứ cấp là kết quả sự biến đổi thành nhiệt của phần năng lượng mà ban đầu tiêu hao để thực hiện công hữu ích bên trong cơ thể 2
Thức ăn đưa vào Thải ra ngoài Q1 Các chất hấp thụ vào máu Q1 Các chất được cơ thể sử dụng Q1 ATP Q2 Xây dựng + tích trữ Công thực hiện trong cơ thể Q2 Vận động bên ngoài A Đọc thêm Sự xoay vòng ATP • Tổng số lượng ATP + ADP trong cơ thể người ~ 0.1 mole. Tại mọi thời điểm tổng số ATP + ADP tương đối ổn định. Nhìn chung ATP không được tổng hợp “mới”, mà được tái tạo từ ADP. • Năng lượng mà các tế bào trong cơ thể dùng đòi hỏi thủy phân 100 – 150 mole ATP hàng ngày ( 50 – 75 kg). • Điều này có nghĩa là mỗi phân tử ATP được tái tạo 1000 – 1500 lần mỗi ngày. • ATP không thể dự trữ được, do đó sự tiêu hao nó gắn liền với sự tổng hợp lại từ ADP  sự hô hấp tế bào diễn ra liên tục. Glycogen • Glycogen có trong nhiều loại tế bào, đóng vai trò quan trọng trong vòng quay glucose. glucose  glycogen glucose • Glycogen tạo một dạng dự trữ năng lượng (trong gan, trong cơ) có thể nhanh chóng được huy động để thỏa mãn nhu cầu glucose tăng đột ngột. • Sự vận chuyển glucose từ ngoài vào trong tế bào và sự tổng hợp glycogen cần hormone là insulin • Dạng dự trữ glycogen rất “linh hoạt”dễ dàng nhanh chóng giải phóng thành glucose. Định luật Hess • Nhiệt tỏa ra hay thu vào trong một quá trình hóa học không phụ thuộc vào các bước diễn ra (tức là chỉ phụ thuộc sản phẩm đầu và sản phẩm cuối của phản ứng) Năng lượng của thức ăn = ? • Trong cơ thể : thức ăn  glucose  glucose bị oxi hóa thành CO2 + nước và giải phóng ra năng lượng để tổng hợp ATP • dựa trên sự kiện đó, áp dụng định luật Hess, đầu thế kỷ 20 người ta đưa ra kết luận thiếu thuyết phục rằng: thức ăn mang lại cho cơ thể năng lượng đúng bằng nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy thức ăn đó trong oxy ??? 3
• Từ cơ sở đó người ta chế tạo ra buồng đốt thức ăn để xác định năng lượng thức ăn gọi là calori kế (calorimeter). Thức ăn hoặc đồ uống được sấy khô?, đốt trong hộp trụ kim loại kín đựng oxi và khi cháy sẽ tỏa nhiệt làm nóng nước mà hộp kín được ngâm trong đó??? • Ngày nay trong khoa học dinh dưỡng người ta quan tâm không phải là “lượng calories” trong thức ăn mà quan tâm chủ yếu đến khả năng tạo ATP của thức ăn đó. Lưu ý rằng trước khi thành glucose thì thức ăn phải trải qua quá trình tiêu hóa phức tạp tiêu tốn năng lượng tức là tiêu thụ ATP, nhiều chất vô ích hoặc có hại trong thức ăn phải được thải trừ cũng tiêu tốn ATP. • Do đó xét khả năng tạo ATP của thức ăn phải tính đến số lượng ATP thặng dư tổng cộng thu được (số lượng NET ) tức là hiệu của lượng ATP tạo ra trừ đi lượng ATP tiêu thụ • Như vậy nhiều thứ mà được gọi là thực phẩm thực chất không có giá tri dinh dưỡng vì không sinh ATP hoặc rất ít mà tiêu tốn nhiều ATP của cơ thể để tiêu hóa, thải trừ các chất ra khỏi cơ thể. Thí dụ rõ rệt nhất là người bị bệnh Gút (Gout) cứ ăn thịt cá vào thì lại bị sưng đau khớp nặng vì thức ăn đó sinh ra nhiều acid uric có hại mà cơ thể không thải ra hết được vì chức năng thận đã yếu. • Thức ăn quá nhiều chất nhưng cơ thể không dùng đến thì cũng thành chất có hại phải tống ra. Làm tiêu tốn năng lượng và bắt các cơ quan thanh thải như gan , thận làm việc nhiều. • Các trường phái dinh dưỡng tự nhiên thì quan tâm đến năng lượng sinh học, dạng năng lượng trừu tượng không đo đếm được của thực phẩm, đặc biệt là thực phẩm thiên nhiên. Rất nhiều bằng chứng cho thấy ý nghĩa quan trọng của năng lượng này đối với SỨC KHỎE • “Onequarter of what you eat keeps you alive. The other threequarters keeps your doctor alive.” • “Một phần tư những gì bạn ăn duy trì bạn sống. Ba phần tư còn lại duy trì bác sĩ của bạn sống” Nội dung một dòng chữ tượng hình tìm thấy trên một lăng mộ Ai cập cổ • “Let food be thy medicine, and let thy medicine be food.” • “Hãy làm sao để thức ăn là thuốc của bạn và làm sao để thuốc của bạn là thức ăn” Hippocrates Suy ngẫm của tôi: “ ngày nay, thức ăn là chất độc và thuốc còn là chất độc hơn nữa, vậy chúng ta suy tôn Hippocrates để làm gì nếu ta chỉ làm ngược lại lời ông?” SỰ ĐIỀU HÒA THÂN NHIỆT CỦA CƠ THỂ 3 cơ chế trao đổi nhiệt trong tự nhiên 4
T Dẫn nhiệt T1 dQ dT T1 T2 k. S k .S dt dx l T2 l x S S – diện tích tiếp xúc hai vật thể nhiệt độ khác nhau TRUYỀN NHIỆT = ĐỐI LƯU  Đối lưu là sự truyền nhiệt nhờ sự chuyển động của vật chất  Để sự đối lưu nhiệt xảy ra cần một số điều kiện sau  Vật chất có thể chuyển động thành dòng, đó là các chất lưu, nói chung đó là chất lỏng và chất khí  Chất lưu phải thay đổi mật độ khi nhiệt độ của nó thay đổi  Có lực trọng trường và nguồn nhiệt ở vị trí thích hợp để chất lưu có mật độ thấp hơn chuyển động lên trên và ra xa nguồn nhiệt • Lượng nhiệt trao đổi trong thời gian dt sẽ tỷ lệ thuận với độ chênh lệch giữa nhiệt độ nguồn (T) và nhiệt độ chất lưu (TA) , với diện tích tiếp xúc: dQ K c S (T T A ) dt • Độ dẫn nhiệt KC phụ thuộc bản chất chất lưu và hình thức đối lưu : đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức. KC tăng đáng kể trong trường hợp đối lưu cưỡng bức. KC(W/m2.K) Đối lưu thường Đối lưu cưỡng bức Khí 5 50 Nước 100 1000 TRUYỀN NHIỆT = BỨC XẠ • Các vật đều có thể phát xạ sóng điện từ. Nếu nhiệt độ không quá cao chỉ phát bức xạ hồng ngoại. Nhiệt độ rất cao sẽ phát sáng. 5
• Năng lượng bức xạ nhiệt phát ra của vật có nhiệt độ T ở độ K trong thời gian dt (định luật Stefan - Boltzman): S dQ S T 4 dt : hệ số phát xạ (0 ≤ 1) S : diện tích bề mặt phát xạ = 5,7.10-8. W/m2K4 • Nếu tính đến lượng nhiệt phát xạ bởi môi trường ở TA và bị hấp thụ bởi đối tượng quá trình trao đổi nhiệt được biểu diễn bởi hệ thức: dQ = dQphát xạ + dQhấp thụ = S (T4 – TA4)dt = ứSc về(T T • Các công th sự bứ A) x (T c xạ nhi3 + T 2T + T.T 2 + T ệt trên đây không c A A ần ph A ) dt 3 ải ghi nhớ. Từ các công thức của 3 cơ chế chỉ rút ra đ 4 SượT c m3ộ(T – t kết lu TAậ)dtn quan trọng là: A • “Tốc độ của quá trình trao đ3ổi nhi2ệt giữa môi tr ường và c ơ thể3 tỷ lệ thuận với 2 đại lượng: (Với T TA thì T + T T A + T.T A 2 + T A 3 4.T A ) 1 – chênh lệch nhiệt độ cơ thể >
SỰ ĐIỀU HÒA THÂN NHIỆT CỦA CƠ THỂ • Con người, cũng như các động vật có vú khác có hệ thống điều hòa thân nhiệt để duy trì nhiệt độ ổn định cần thiết cho hoạt động của các cơ quan quan trọng bên trong cơ thể • Nhiệt độ cao quá hay thấp quá mức “giới hạn” đều ảnh hưởng không tốt đến hoạt động sống, mức độ cao nhất là tử vong. • Tuy nhiên có khi cơ thể tự tạo ra trạng thái có nhiệt độ cao hơn mức bình thường để bảo vệ chính nó cơn sốt CÂN BẰNG SINH NHIỆT >
tiết ra chất prostagladin có tác dụng nâng mức nhiệt độ “mặc định” lên cao hơn mức bình thường. • Theo cơ chế điều hòa nhiệt đã nêu trên, sinh nhiêt của cơ thể sẽ tăng lên (run, tăng trao đổi chất) nhiệt độ cơ thể tăng lên đến mức “mặc định” mới. • cơn SỐT được kích hoạt để hỗ trợ cơ thể tự vệ, đó là tình trạng khẩn cấp. Cả nhiệt độ cao và interleukin1 đều làm tăng hiệu quả của hệ miễn dịch chống đỡ virus, vi khuẩn có hại, làm tăng sản xuất kháng thể lên 20 lần. Nhiệt độ cao cũng giúp tiêu diệt và vô hiệu hóa virus, vi khuẩn ngoại nhập. • Nhiệt độ cao  tăng trao đổi chất  các mô bị tổn thương hồi phục nhanh hơn, các quá trình thanh thải độc tố mạnh lên Hạ sốt bằng thuốc có phải là tốt? • Các thuốc hạ sốt tác động lên hypothalamus • Lưu ý đặc biệt – PARACETAMOL: thành phần chính của vô số các loại thuốc giảm đau, chống viêm, hạ sốt. Trong cơn sốt, một loại protein là pyrogen được sản sinh, protein này kích thích sự tăng sinh chất prostagladin đã nói ở trên trong hypothalamus và làm tăng mức nhiệt độ “mặc định”. Paracetamol ức chế pyrogen (antipyretic) và do đó ức chế tiết prostagladin. Paracetamol còn làm hạ nhanh nhiệt độ bằng tác dụng gây toát mồ hôi và dãn mạch. Như vậy Paracetamol tác động lên thần kinh • aspirin ức chế sự tổng hợp chất prostagladin • Tóm lại các loại thuốc hạ sốt không chống lại các tác nhân gây bệnh mà ngược lại dừng cơ chế tự bảo vệ, tự chữa lành của cơ thể, cản trở cơ thể chiến đấu chống bệnh và thải độc. • Ngoài ra paracetamol hại gan, hại thần kinh, còn aspirin thì rất hại cho dạ dày, dễ gây chảy máu trong. • Tuy nhiên sốt cao đến hơn 390C và kéo dài thì không tốt cho hệ thần kinh, lúc đó có thể hạ nhiệt đầu , không nhất thiết = thuốc mà = chườm lạnh đầu và bằng nhiều loại cây cỏ đã được kiểm chứng bởi kinh nghiệm dân gian trong quá trình rất lâu dài. • KNOWLEDGE IS POWER TRI THỨC LÀ SỨC MẠNH • LEARN AND LIVE, IF YOU DON’T, YOU WON’T HỌC THÌ SỐNG, KHÔNG HỌC THÌ CHẾT • "Give me fever, and I can cure your patient." – Hippocrates • “Hãy cho tôi cơn sốt và tôi có thể chữa cho bệnh nhân của bạn” – Hippocrates • "If your child contracts an infection, the fever that accompanies it is a blessing, not a curse ... A rising body temperature simply indicates that the process of healing is sped up. It is something to rejoice over, not to fear." The "people's doctor," Dr. Robert Mendelsohn, in his book How to Raise a Healthy Child in Spite of Your Doctor • “Nếu đứa trẻ của bạn đang chống đỡ một bệnh truyền nhiễm, cơn sốt kèm theo đó là một hồng ân chứ không phải là điều để than trách…Nhiệt độ cơ thể tăng cao đơn thuần là dấu hiệu cho ta thấy quá trình tự chữa 8
lành đang được tăng cường. Đó là điều mà ta phải vui mừng chứ không phải là sợ hãi” Bác sĩ nhân dân Robert Mendelsohn, trích sách “Làm thế nào để phát triển một đứa trẻ khỏe mạnh bất chấp bác sĩ của bạn” 9