Ένθετο 1

Ο πρώτος νόμος της Θερμοδυναμικής και ο μεταβολισμός του ανθρώπου

Ο άνθρωπος όπως και κάθε άλλος ζωντανός οργανισμός παράγει έργο. Το έργο παράγεται όταν ένας άνθρωπος βαδίζει ή τρέχει ή όταν σηκώνει ένα βαρύ αντικείμενο. Παραγωγή έργου σημαίνει κατανάλωση ενέργειας. Ενέργεια, επίσης, χρειάζεται για την ανάπτυξη - τη δημιουργία νέων κυττάρων, που αντικαθιστούν όσα πεθαίνουν.

Ένας πολύ μεγάλος αριθμός διαδικασιών μετατροπής ενέργειας λαμβάνει χώρα μέσα σε έναν οργανισμό. Όλες αυτές οι διαδικασίες μαζί ονομάζονται μεταβολισμός.

Ας δούμε πώς μπορούμε να εφαρμόσουμε τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής: ΔU = Q - W σ' έναν άνθρωπο.

Έργο W παράγεται από το σώμα μας κατά τις διάφορες δραστηριότητές μας. Αν θέλουμε η εσωτερική μας ενέργεια (και θερμοκρασία) να μην ελαττωθεί, θα πρέπει, με κάποιο τρόπο, να του προσφέρεται ενέργεια για αντιστάθμισμα.

Η εσωτερική ενέργεια του σώματος μας δε διατηρείται σταθερή με ροή θερμότητας Q από το περιβάλλον. Αντίθετα, το σώμα μας αποβάλλει στο περιβάλλον ποσά θερμότητας, μια και υπό κανονικές συνθήκες το σώμα μας βρίσκεται σε υψηλότερη θερμοκρασία από το περιβάλλον.

Ποια είναι τότε η πηγή της ενέργειας που παίρνουμε;

Είναι η εσωτερική ενέργεια (χημική ενέργεια) των τροφών. Παρατηρούμε τώρα ότι - σε αντίθεση με αυτό που συμβαίνει σε ένα δοχείο, όπου υπάρχει κάποιο αέριο (κλειστό σύστημα), στο οποίο η εσωτερική ενέργεια μεταβάλλεται με την προσφορά, η αποβολή θερμότητας κατά την παραγωγή ή κατά την κατανάλωση έργου, σε ένα ζωντανό οργανισμό (ανοικτό σύστημα) εσωτερική ενέργεια μπορεί να εισαχθεί ή να εξαχθεί από το σύστημα. Όταν τρώμε, εισάγουμε εσωτερική ενέργεια κατευθείαν στον οργανισμό μας, ο οποίος έτσι αυξάνει την ολική εσωτερική ενέργεια του σώματός μας.

Αυτή η εσωτερική ενέργεια σταδιακά μετατρέπεται σε έργο και θερμότητα, που αποβάλλεται στο περιβάλλον, σύμφωνα με τον πρώτο νόμο.

Ο ρυθμός μεταβολισμού είναι ο ρυθμός με τον οποίο η εσωτερική ενέργεια μετατρέπεται από τον οργανισμό μας σε θερμότητα και έργο.

Μετριέται σε Kcal/h ή σε Watts.

Τυπικές τιμές του ρυθμού μεταβολισμού για διάφορες δραστηριότητες ενός ανθρώπου δίνονται στον πίνακα.

Ρυθμοί μεταβολισμού για άνθρωπο μάζας 65 Kg Δραστηριότητα – Ρυθμός μεταβολισμού Kcal/h – Κατά προσέγγιση Watts ύπνος – 60 - 70 ανάπαυση – 100 – 115 ελαφριά δραστηριότητα (ντύσιμο, σιγύρισμα) – 200 - 230 μέτρια δραστηριότητα (περπάτημα) – 400 - 460 τρέξιμο (15 Km/h) – 1000 - 1150 αγώνες ποδηλασίας – 1100 – 1270