SAĞLAMLIQ

ORQANİZMİN ENERJİ BALASININ FİZİKİ ƏSASLARI.

03-06-2019

Açar sözlər:  orqanizm, enerji, proses, tənzimləmə, maddə, mübadilə, istilik

Ключевые слова: организм, энергия, процесс, регулирование, вещество, обмен, теплота

Key words:  organism, energy, process, regulation, matter, exchange, heat

Orqanizm üzvi aləmin sərbəst mövcud olan vahid bir varlığıdır. Xarici mühitlə maddə və enerji mübadiləsində olan orqanizm özünü tənzimləməyə və özünü təzələməyə qabil olan açıq termodinamik sistemdir. Orqanizm ancaq xarici mühitlə qaşılıqlı təsirdə olmaqla özünü tənzimləyə və təzələyə bilər, fəaliyyətini davam etdirə və mövcud ola bilər. İ. M. Seçenovun qeyd etdiyi kimi: “ orqanizm, onun varlığını təmin edən xarici mühitsiz mövcud ola bilməz”. Canlı orqanizmin əsas funksiyası, ətraf mühitlə maddə və enerji mübadiləsini tənzimləmək və orqanizmin mövcudluğunu təmin etmək olmaqdır.

Maddə mübadiləsi və enerji çevrilmələri qeyri üzvi aləmdə də baş verir; lakin, canlı orqanizm və cansız təbiətdə bu proseslər arasında prinsipial fərq var. Bu fərqi F.Engels “Təbiətin dialektikası” əsərində qısaca və çox dürüst ifadə ettmişdir: “Cansız cisimlərdə də uyğun maddə mübadiləsi baş verə bilər, hansı ki, faktiki olaraq hər yerdə baş verir, ona görə ki, hər yerdə çox yavaş da olsa, kimyəvi təsirlər baş verir. Lakin, fərq ondan ibarətdir ki, cansız cisimlərdə, maddə mübadiləsi onları parçalayır, dağıdır, canlılarda isə, onların yaşamasını və mövcudluğunu təmin edir.” Həyat ancaq o vaxta qədər mövcud ola bilər ki, nə qədər maddələr mübadiləsi var və o, canlı protoplazmanının varlığını müdafiə edir və onu özünü təzələməyə şövq edir. Maddə mübadiləsinin dayanması, protoplazmanın dağılmasına, bəzi proseslərin, ilk növbədə zülali birləşmələrin parçalanmasına səbəb olur və bu da ölümlə nəticələnir.

Canlı orqanizm üçün enerjinin saxlanması qanunu belə ifadə edilir: yeyinti məhsullarının həzmi nəticəsində əmələ gələn enerji U, ətraf mühitə verilən istiliyin Q və orqanizmin fəaliyəti zamanı gördüyü işlərin A kompensasiyasına sərf olunur:

U=Q+A                                                                (1)

Bu insan orqanizminin enerji balansı tənliyidir və  bunun əsasında da insanların qəbul edəcəyi yeyinti məhsullarının kalorilik dərəcəsi müəyyənləşdirilir.

Canlı orqanizmlərdə materiya yaranmır və itmir, o, ancaq bir şəkildən başqa şəklə çevrilir. Çevrilən enerji ilə ayrılan istiliyin miqdari cəhətdən biri-birinə ekvivalentliyi 1781-ci ildə A. L. Lavuaze və P. S. Laplas tərəfindən müəyyən edilmişdir.

Orqanizm tərəfindən ətraf mühitə verilən istilik biokalorimetr vasitəsilə ölçülür (şəkil 1 a).

Yeyinti məhsullarının istilik effektini ölçmək üçün içərisində yanma istiliyini təyin etmək üçün xüsusi bomba olan su kalorimetridən istifadə edilir [3] (şəkil 1 b).

Toxuma və orqanlar tərəfindən istiliyin xaricə ötürülməsi onların bədəndə yerləşdiyi yerdən asılıdır. Bədənin dərin qatında yerləşən və daha çox istilik məhsulu verən ciyər, daha yüksək temperatura (37,8-38), dəri isə daha aşağı temperatura (29,5-33,9) malikdir. Sağlam adamın temperaturu 36,5 - 36,9-yə bərabər qəbul edilir. İnsan bədəninin temperaturu sabit qalmır, sutka ərzində 0,5 - 0,9 intervalında dəyişir. Bədənin maksimal temperaturu axşam saat 4-6 radələrində, minimal temperaturu isə səhər saat 3-4 radələrində müşahidə olunur. Bədənin temperaturunun belə dəyişməsi həyat tərzindən asılıdır: sakitlik və yuxu temperaturu aşağı salır, əzələ fəaliyəti onu

a)                                   Şəkil 1                           b)

yüksəldir.

İnsan bədəninin temperaturu ancaq o şərtlə sabit saxlanıla bilər ki, orqanizmdə əmələ gələn istiliyin miqdarı, orqanizmin sərf etdiyi istiliyin miqdarına bərabər olsun. Bu istilik tənzimləmənin fizioloji mexanizmləri ilə əldə edilir. İstilik tənzimləmə fiziki və kimyəvi olmaqla iki yerə bölünür. Kimyəvi istilik tənzimləmə orqanizm tərəfindən istilik törədilməsinin  gücləndirilməsi və zəiflədilməsi, fiziki istilik tənzimləmə isə orqanizm tərəfindən ətraf mühitə ötürülən istiliyin intensivliyinin tənzimlənməsidir.

İstilik yaranmanın  intensivliyini müəyyən edən əsas faktorlardan biri ətraf mühit maddələrinin temperaturudur. Ətraf mühit maddələrinin temperaturu 25-30^o-yə qədər yüksəldikdə, orqanizmin maddələr mübadiləsi və istilik törətməsi bir qədər azalır. Əksinə, ətraf mühit maddələrinin temperaturu 15^o aşağı düşdükdə, istilik yaranma kifayət qədər yüksəlir. İstilik yaranmanın daha çox yüksəlməsi, o zaman baş verir ki, ətraf mühit maddələrinin temperaturu optimal temperaturdan, və ya komfort zonasından yüksək olduqda baş verir. Adi, yüngül paltarda bu zona 18-20^o intervalında, çılpaq bədən üçün isə 28^o qiymətində olur. Suyun içərisində optimal temperaturun qiyməti daha yüksək olur və bədəni 14 dəfə güclü soyudur, çünki, soyuq su doldurulmuş vannada maddələr mübadiləsi daha intensiv gedir. Orqanizmdə ən intensiv istilikyaranma əzələlər qısalarkən, onlarda baş verir. Hətta, adam sakit uzanarkən əzələləri gərgin vəziyyətdə olarsa, onda, oksidləşmə prosesi, və deməli, istilikyaranma, adamın sakit uzanması zamanı, onun tamamilə boşalmış vəziyyətdə olan əzələlərində ayrılan istiliyə nisbətən 10% artır. Nisbətən böyük olmayan hərəkət aktivliyi istilikyaranmanın 25% artımına səbəb olur. Hərəkət, enerji sərfiyatını 60-80%, ağır fiziki iş  isə onu 400-500% yüksəldə bilər.

İnsan soyuq vəziyətdə olduqda, onun əzələlərində istilikyaranma artır. Belə ki, bədənin səthinin soyuması, dərinin soyuma qıcıqlarını qəbul edən reseptorlarına təsir edərək, əzələlərin xaotik, qeyri-iradi titrəmə şəklində qısalmasını yaradır və orqanizmin enerji sərfiyatı artır. Beləliklə, soyuqda baş baş verən titrəmə, əzələlərdə istilikyaranma ilə bədənin temperaturunun reflektor tənzimlənməsinin baş verməsi əlamətidir.

Orqanizmdə əmələ gələn istilik ətraf mühitə: şualanma və istilikvermə (konveksiya, buxarlanma istilikverməsi) yolu ilə verilir. İstilikkeçirmə və istilikşualanma birlikdə, Sakit halda, yaşlı adamlarda verilən istiliyin təxminən 70%-i şualanma və istilikvermə yolu ilə (şualanması-55%, istilikvermə-təxminən 15%) verilir.

Adi şəraitdə, aktiv iş görmədikdə, orqanizmdə əmələ gələn istiliyin təxminən 27% dərinin səthindən və ciyərlərdən baş verən buxarlanma yolu ilə ətraf mühitə ötürülür. Əgər nəzərə alsaq ki, bir sutkada ərzində, dəri vəzləri vasitəsilə təxminən 500 ml, ciyərlər vasitəsilə isə-350 ml tər (su) ifraz edlir və 1 ml suyun buxarlanması üçün ) 0,58 kkal istilik tələb olunur, onda bədənlə su buxarlanmasına təxminən 500 kkal enerji sərf olunur. Bədəndən xaric olan istiliyin 3%-i verilən nəfəsin və xaric olan nəcis və sidiyin hesabına yerinə yetirilir.

Sutka ərzində yaranan istiliyin orta qiymətini 2400-2800 kkal hesab etsək və 1 q suyu bədənin səthindən buxarlandırmaq üçün 0,58 kkal istilik sərf edildiyini nəzərə alsaq, görərik ki, bədəninin izotermiyasını saxlamaq üçün bədəndən 4,5 litr su buxarlanmalıdır. Yüksək temperaturda intensiv əzələ işi görmə zamanı daha intensiv tərləmə baş verir və daha çox istilik ayrılr. İsti sexlərdə ağır əzələ işi şəraitində işləyən adamlarda bir gün ərzində tərləmə yolu ilə 12 litr maye ifraz olunur.

İstilik tənzimlənmə (ətraf mühitlə istilik mbadiləsi): istilikkeçirmə, konveksiya, buxarlanma və istik şualanması yolu ilə həyata keçirilir. İnsan orqanizmindən ətraf mühitə verilən istiliyin, bu proseslər arasında bölünməsini müəyyən etmək çox çətindir, hətta qeyri mümkündür. Beləki, orqanizmdən ətraf mühitə verilən istiliyin miqdarı bir çox faktorlardan asıldır: orqanizmin vəziyətindən (temperaturundan, emosional vəziyətindən, hərəkətdə olub olmamasından və i. a.), ətraf mühitin vəziyətindən (temperatura, rütubət, havanın hərəkəti, və b. ), paltardan (material, forma, rəng, qalınlıq). Lakin, orta hesabla bədəndən xaric olan istiliyin: 15—20% istilikkeçirmə və konveksiya ilə, 30% buxarlanma yolu ilə və 50% şualanma yolu ilə baş tutur. Beləliklə, ən çox istilik itkisi (ətrfa istilik verilməsi) şualanma yolu ilə həyata keçirilir. Şualanmanın ən çox hissəsi dalğa uzunluğu 4—50mkm olan infraqırmızı oblasta düşür.

Bu itkini hesablamaq üçün iki əsas şərt qəbul edilməlidir: 1.Şualandıran cismi  (insanın dərisini, paltarın parçasını) boz cisim kimi qəbul etməli. Bu imkan verirki:

                                                               R_e=αT⁴                                                  (3)

düsturundan istifad edək. Burada α

Udma əmsalının Stefan-Bolsman sabitinə hasilinə gətirilmiş şualanma əmsalı deyilir:=α Onda (3) düsturu belə şəkil alar:

                                                                R_e=T⁴                                                     (4)

Aşağıdakı cədvəldə (cədvəl 1) bəzi cisimlər üçün udma əmsalı və gətirilmiş şualanma əmsalı verilmişdir:

2.Stefan-Bolsman qanununu, xüsusi halda, insan dərisinin də aid olduğu, qeyri taraz şualanmaya aid edək.

Əgər bədəninin temperaturu T₁ olan adam, temperaturu T₀ olan otaqdadırsa, şualanma yolu ilə onun itirdiyi istilik aşağıdakı kimi hesablanar. (4) düsturuna əsasən, bədəninin açıq səthinin sahəsi S olan adam, bütün açıq səthinin sahəsindən P₁=ST₁⁴ gücündə istilik şualandırır. Eyni zamanda, adamın bədəni, divarlardan, tavandan və i. a. onun üzərinə düşən istilik şualarını udur. Əgər insanın bədəninin səthinin temperaturu, otaqdakı havanın temperaturuna bərabər olarsa, onda şualandırılan və udulan istiliyin gücü bərabər olar, Onda udulan istiliyin gücü P₀=ST₀⁴ olar. İnsan

 

Cədvəl  № 1.

 

bədəninin səthi başqa temperaturlara malik olduqda da, elə bu gücdə istilik udacaqdı. Axırıncı iki bərabərliyə əsasən, insanın ətraf mühitlə qarşılıqlı təsiri  nəticəsində itirdiyi istiliyi belə hesablayarıq:

P = P₁—P₀= S(T₁⁴—T₀⁴)

Paltar geyinmiş adam üçün, T₁ paltarın səthinin temperaturunu başa düşmək lazımdır. Paltarın rolunu başa düşmək üçün, miqdari hesablama aparaq.

Ətraf mühitin maddələrinin temperaturu 18⁰ S (291 K) olduqda, dərisinin səthinin temperaturu 33⁰ S (306 K) olan çılpaq bədənli adam, bədəninin 1,5 m² səthindən hər saniyə ərzində

P = 1,5 . 5,1 . 10^-8(306⁴ -- 291⁴) C/san  122 C/san.

enerji şualandırır.

Ətraf mühitin elə bu temperaturunda, pambıq parçadan paltar geyinmiş adam, paltarın səthinin temperaturu 24⁰ S (297 K) olduqda, hər saniyədə şualanma vasitəsilə

P_pal = 1,5 . 4,2 . 10^-8(297⁴ -- 291⁴) C/san  37 C/san.

eneji şualandırır.

Bədəninin səthinin temperaturu 32⁰ S olan insanın enerji şualandırmasının spektral sıxlığının maksimumu təxminən 9,5 mkm dalğa uzunluğuna təfavüt edir.

Sutka ərzində insanın enerji balansı orta hesabla aşağıdakı cədvəldə göstərilmişdir (Cədvəl 2)

Cədvəl  № 2.

Sutka ərzində insanın enerji balansı

 

Orqanizmin qidasını təşkil edən yağlar, karbohidratlar və zulali maddələr yanma prosesində müxtəlif miqdarda enerji hasil edirlər. Məsələn, 1 q karbohidratın son məhsula qədər parçalanması zamanı 4180 kalori, 1 q yağ son məhsula qədər parçalanan zaman 9460 kalori və 1 q zulal son məhsula qədər parçalanan zaman 4360 kalori istilik verir.

Yanma prosesində 100q yağın verdiyi istiliyi, 215q zülal və 230q karbohidratın yanmasından almaq olar. Lakin, qeyd edilən izodinamiki uyğunluğun olmasına baxmayaraq, qida normasından istənilən üzvi maddəni çıxarıb, başqası ilə əvəz etmək olmaz. Çünki, qidalanma prosesində qida maddələrindən  yağlar, zülallar və karbohidratlı maddələr ayrı-ayrılıqda zəruridirlər və müxtəlif funksiyaları yerinə yetirirlər.

Hesablamalar göstərir ki, tam istirahət zamanı insan orqanizmi bir sutka ərzində 75q zülal, 82q yağ və 204q karbohidrat istifadə edir.

Problemin aktuallığı.Canlı orqanizmlərdə baş verən fiziki və fiziki-kimyəvi proseslərin dəqiq elmlərlə araşdırılması dövrün aktual problemlərindəndir.

Problemin elmi yeniliyi.Orqanizmin izotermiyasının fiziki və fiziki-kimyəvi araşdırılması problemin aydınlaşdırılmasına elmi yanaşmadır.

Problemin praktik əhəmiyyəti. Canlı orqanizmlərin enerji balansının izahı bütün tibb işçiləri, tələbə kollektivi və praktik həkimlər üçün böyük praktiki əhəmiyyətə malikdir.

 

ƏDƏBİYYAT - ЛИТЕРАТУРА– REFERENCES:

 

1.Musayev N. İ. Tibbi və bioloji Fizikanın ixtisas fənləri ilə əlaqəli tədrisinin elmi-metodiki əsasları. Monoqrafiya. Bakı: Hüquq ədəbiyyatı 2010, 509 s.
2.Musayev N. İ. Tibbi təhsil müəssisələrində fizika elminin tədrisinə verilən müasir tələblər.// Azərbaycan Millilmlər Akademiyasının məruzələri, Bakı 2010, № 4,səh.127-131
3.Губанов Н. И., Утепбергенов А. А. МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА М.: » Медицина» 1978, 335 стр.
4.Бабский Е. Б. и др. Физиология человека. М.  Медицина, 1966, 657 стр.
5.Ремизов А. Н., Максина А. Г., Потапенко А. Я.. УЧЕБНИК ПО MЕДИЦИНСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ. Дрофа, Москва 2005, .... стр.