Биологиялық жүйелердегі процесстерді сараптауда термодинамиканың і-іі заңдарын қолдану

Кез келген ашық материялы жүйенің негізгі өмір сүру жағдайы энергия алу жолдары болып саналады. Егер жүйеде энергия жеткілікті мөлшерде, арзан болса, тұрақты болады, сақталып қана қалмайды, дамиды. Өйткені тірі жүйелер үшін, өлі табиғат энергияның арзан көздерін іздестіру мәселесі әлдеқайда маңыздырақ. Тірі жүйелер қимылға өте бай, тез дамиды, өзгереді, сондықтан оларға өзгеріп тұратын жағдайларда тұрақтылықты сақтау қажет.

Ағзада болып жатқан процесстерді анализдеуде, тұрақтылықты сақтауда, оны жан-жақты тексеруде термодинамиканың бірінші және екінші заңдарын қолдануға болады [1].

Энергия пайдаланылатын ағзалар денесінің құрылысына арналған жарық энергиясын химиялық энергияға көшіретін икемді материалдар қолайлығы туралы мәселенің маңызы да аз емес.

Денедегі зат алмасу процесі энергия алмасуымен тығыз байланысты. Зат алмасу барысында қоректік заттардағы потенциалдық энергия босанып, ол механикалық, жылу, электр, сәуле энергияларына айналады да, ең соңыңда организмнен жылу түрінде бөлінеді. Демек, организмге энергия қоректік заттар құрамында келеді де, ол тіршілік әрекеттерін атқаруға, түрлі өнімдер өндіруге жұмсалады.

Өлі табиғаттағы энергия алмасуынан жасушаларда жүретін процестер үш түрлі принциппен ерекшеленеді:

  1. Қоректік заттардың химиялық энергиясы жылу энергиясына айналмай-ақ бірден әртүрлі жұмыстар атқаруға пайдаланыла береді және энергияның басқа түріне ауыса алады. Демек, тірі организм хемодинамикалық принциппен жұмыс істеп, энергия көзін тиімді пайдаланады.
  2. Тірі oргaнизмдe энергия біртe-біртe бөлінeді. Бұл организмді энергиялық думпудeн сақтап, қуатты толық пайдалануға мүмкіндік береді.
  3. Көмірсулар, белоктар, майлар ыдыраған кезде бөлінген энергияның артық мөлшері энергияның биологиялық аккумуляторы - мол қуатты заттардың (макроэрттердің) құрамына ену арқылы организмде жинақталып, қорда сақталады.

Метаболизм - зат алмасу, организмде жүріп жататын барлық химиялық процестердің жиынтығы [2].

Бұл организмнің тіршілік қабілетін сақтау және сыртқы ортамен қарым-қатынасын, организмге қоректік заттардың еніп, олармен ферменттер әсерінен ыдырауын, пайда болған жай заттардың клеткалар мен органдарға тасымалданып, олардың тотығуын, энергия бөлініп шығуын, клетка құрамындағы түзілістердің биосинтезделуін және қорытылған өнімдердің организмнен бөлініп шығуын қамтамасыз етеді. Клеткадағы қандай да болса, бір заттың белгілі бір тәртіппен ферменттік айналуға түсуін - метаболизмдік жол, ал осы кезде пайда болатын аралық өнім - метаболиттер деп аталады. Метаболизмнің қарапайым молекулалардан күрделі құрылымдық заттардың түзілу реакциясын - анаболизм, ал бұған қарама-қарсы өтіп жататын процесті катаболизм дейді. Жасыл өсімдіктерде фотосинтез нәтижесінде түрлі көмірсулар түзіледі. Жануарлар, әдетте осы көмірсулармен қоректенеді. Қарапайым қанттар қанмен жануарлар денесіне таралып, күрделі полисахарид - гликогенге айналады. Метаболизм нәтижесінде көмірсулар (пируват) органикалық қышқылға, одан әрі майға, көмірсудан пайда болған органикалық қышқылдар аммиак азотымен реакцияласу нәтижесінде амин қышқылына, май, белоктар метаболизм нәтижесінде ыдырап, соңында несеп зәрі, аммиак, көмірқышқыл газы, т.б. қарапайым заттарға айналады.

Адам мен жануарлар организміндегі метаболизм процесін реттеуде жүйке жүйесінің атқаратын (әсіресе, үлкен ми сыңарлары қыртысының) маңызы зор. Организмнің дамуы, өсуі, т.б. Метаболизм заңдылықтарына бағынады. Адамда метаболизм процесінің ауытқуы байқалса, адам ауруға шалдығады [3].

Ағзалар тыныс алғанда қоректік заттар толық ыдырау үшін оттегі қажет екендігі баршамызға белгілі. Тыныс алудың ең соңғы өнімі - көміртегі оксиді су жене бос энергия. Бұл соңғы өнімдер — фотосинтезге қажетті негізгі қосылыстар болып табылады. Сондықтан, тыныс алу фотосинтез кезіндегі энергияны жоққа шығарады. Алайда, тыныс алу кезінде жұмсалған пайдалы энергия фотосинтез кезіндегі алынған күн энергиясынан аз болатындығын төменгі тізбектен көруге болады.

Термодинамика денелер энергиясының бір-біріне жылу мен жұмыс түрінде өзгеруін, айналуын зерттейді. Қоршаған ортадағы энергияның осылай алмасуы термодинамикада сандық сипаттама ретінде қарастырылады. Жылу, электрон, атом, молекула сияқты бөлшектердің ретсіз қозғалысын, яғни олардың кинетикалық энергиясының жылу түріндегі энергиямен алмасуын, ал жұмыс — сол бөлшектердің реттелген қозғалысын кинетикалық энергия түрінде сипаттайды.

Термодинамика негізінен термодинамиканың бірінші және екінші заңдары деп аталатын екі заңдылыққа сүйенеді. Олардың екеуі де өмірдегі, өндірістегі тәжірибелерді жинақтап, қорытып, тұжырымдаудан пайда болған. Термодинамика мынадай тараулардан тұрады: энергияның бір түрден екіншіге түрленуіндегі жалпы заңдылықты зерттейтін жалпы немесе физикалық термодинамика, жылу машиналарындағы жылу мен механикалық жұмыстың өзара айналуын, яғни жылудын, жұмысқа, жұмыстьщ жылуға ауысуын қарастыратын техникалық термодинамика, химиялық реакция, еру, кристалдану, адсорбция сияқты процестердегі энергия түрлерінің өзара алмасуын, айналуын анықтап, есептейтін химиялық термодинамика. Сол сияқты, химиялық термодинамика тек химиялық және басқа да энергиялардағы ара қатынасты зерттеп қана қоймай, белгілі жағдайдағы химиялық процестердің мүмкіндігі мен өздігінен жүру шегін айқындайды. Ендеше, химиялық термодинамика химиялық өндіріс пен технологиялык процестер негізі болып саналатын физикалық-химиялық құбылыстарды нақты түсініп, сауатты есептеп, ұтымды басқаруға көмектеседі [4].

Термодинамикалық әдістегі есептеулерді қолдану өндірістің барлық салаларына өз ықпалын тигізіп, оларды жаңа сатыға көтерді. Ал, қазіргі кезде термодинамикалық әдіс металлургиялық процестерде, пластикалық масса (пластмасса), тыңайтқыш, химиялық талшық өндірісінде, отынды химиялық әдіспен өңдеуде кеңінен қолданылуда. Әсіресе, соңғы жылдары биологиялық термодинамиканың шапшаң дамуына байланысты, өсімдік пен жануар организмдеріндегі биохимиялық процестерге де термодинамикалық есептеу әдістері қолданылуда.

Термодинамиканын алғашқы бағыты табиғатта кездесетін қүбылыстарды жай ғана баяндаудан басталып, жылу мен энергия түрлері арасындағы қатынасты сипаттап қана қоймай, оны есептеуді игерді.

Термодинамика математика, физика, химия сияқты түбегейлі ғылым салаларымен тығыз байланыста бірін- бірі толықтыра келіп, ішкі энeргияның айналуын анықтап, бағытын, мүмкіндігін көрсeтeді. Ал, соңғы жетістіктерге сүйeніп, тeрмoдинaмикa көптеген прoцeстeрді eсeптeп, анықтап, oндaғы энeргияның қалайша түрлeнeтінін нұсқап қоймастан, жалпы процестің жүру, жүрмeуін алдын ала бoлжaйды..

dQ=dU+dA

Дeнe күйінің барлық энeргиясы - микроскопиялық қозғалысының толық түріндeгі сыртқы кинeтикaлық энергиясы Ek және салмақ күші өрісі, элeктрлі нeмeсe магнит өрісі

жағдайындағы потенциалды^энергия En, сонымен қатар, дене бөлшектерінің құрамдық әрекеттері мен қозғалу энергиясын жасаушы ішкі энергия U қосындыларынан тұрады:

E = Е). + En + U

Термодинамиканың екінші заңы да бірінші заң сияқты адамзат өміріндегі тәжірибелер негізінде туған. Оның қалыптасуына жылу машиналарының пайдалы әсер коэффициентін анықтау, есептеу кезіндегі зерттеулер көп әсер етті.

Термодинамиканың екінші бастамасы — статистикалық нысандардың (мысалы, атомдардың, молекулалардың) үлкен санынан тұратын жүйелердің өз бетінше ықтималдығы аздау күйден ықтималдығы молырақ күйге ауысу процесін сипаттайтын табиғаттың түбегейлі заңы [5].

Термодинамиканың екінші заңы табиғаттағы процестердің жүру бағытын көрсетеді.

Өзін қоршаған кеңістікте ешқандай өзгерістер болмайтындай түрде жүретін термодинамикалық процесті қайтымды процесс деп атайды. Қайтымды процесс кезінде термодинамикалық жүйе бастапқы күйіне қайта келеді.

Жылу алмасу кезінде жүретін процесс қайтымсыз процесс болып табылады.

ӘДЕБИЕТТЕР

  1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: учеб. для вузов. -7е изд., стереотип.. -М.: Дрофа, 2007.
  2. Антонов, В. Ф. Физика и биофизика : учебник. - М.: ГЭОТАР - Медиа, 2010. - 480 с.
  3. Антонов В. Ф. Физика и биофизика : курс лекций для студентов мед. вузов: учебное пособие для вузов. -2-е изд., испр. и доп.. -М.: ГЭОтАр-Медиа, 2005. -240 с.
  4. Тиманюк В. А. Биофизика : учебник для студентов фармацевтических и мед. вузов. -2-е изд. -К.: ИД "Профессионал", 2004.
  5. Байзак Y.A., Құдабаев Қ.Ж. Медициналык биофизика мен медтехникалар бойынша лаборатория- лык практикум.-Алматы: Эверо, 2011
Жыл: 2015
Қала: Шымкент
Категория: Медицина