البيولوجيا وعلوم الحياة

الكيفية التي تتم بها عملية احتراق الطعام في جسم الإنسان

2002 في رحاب الكيمياء

الدكتور نزار رباح الريس , الدكتورة فايزة محمد الخرافي

KFAS

عملية احتراق الطعام في جسم الإنسان البيولوجيا وعلوم الحياة

قد لا يتبادر إلى الذهن أن العديد من الظواهر التي نراها في حياتنا اليومية يمكن أن تفسرها في ضوء القانون الأول للديناميكا الحرارية .  وقيل أن نخوض في هذا المجال نتساءل … ما هي الديناميكا الحرارية .. وما هو قانونها الأول … ؟

اما الديناميكا الحرارية هي الدراسة العلمية لتحول الحرارة والأشكال الاخرى للطاقة من شكل لآخر.

وأما قانونها الأول فيصف هذه التحولات وينص على أنه "يمكن تحويل الطاقة من شكل لآخر ولكن لا يمكن فناء الطاقة أو خلقها من عدم"، وبتعبير آخر فإن طاقة الكون الكلية ثابتة لا تنقص ولا تزيد.

وأول الظواهر التي نود الإشارة إليها تصنيع الثلج ، وإذا كنت من هواة التزلج على الجليد … فلا بد وانك تزلجت على جليد صناعي .   ونسأل .. كيف يمكن إنتاج كميات كبيرة من الثلج لتغطي حاجة المتزلجين في الأيام التي يختفي فيها الجليد ؟

 

ونجيب بأنه آلة صنع الجليد تحتوي على خليط من الهواء المضغوط وبخار الماء تحت ضغط يعادل 20 ضغط جوي ، وعند اللحظة المناسبة يتم رش الخليط في الجو، ونظراً للفرق الكبير بين الضغط داخل الآلة وخارجها ، فإن الهواء المطرود وبخار الماء يتمددان بسرعة كبيرة بحيث يمكن الافتراض أنه لم يحدث تبادل حراري بين النظم المطرود (الهواء وبخار الماء) والجو المحيط ، وهي عملية أديباتية أي ثابتة الحرارة . 

ولما كان النظام المذكور (الهواء وبخار الماء) يمارس شغلاً داخل المحيط ، تصبح قيمة الشغل سالبة ، وبالتالي يكون هناك نقص في طاقة النظام .

ولما كان التغير في الطاقة يتناسب مع التغير في الحرارة، يمكن القول إن قيمة التغيير في الحرارة سالبة ، اي أن هناك تاثيراً تبريدياً لهذه العملية ، مما يساعد على تكوين الثلج .  وعلى الرغم من أننا نحتاج فقط لتكوين الثلج إلا أن الهواء يساعد على تقليل درجة حرارة بخار الماء .

 

ومن تطبيقات القانون الاول للديناميكا الحرارية أيضاً ، ما يحدث للغذاء الذي نتناوله او الوقود الذي نزود به سياراتنا .  إذ من المعروف أن معظم التفاعلات الكيميائية التي تستخدم لإنتاج الطاقة هي تفاعلات احتراق . 

ويطلق على وحدة هذه الطاقة الناتجة من تفاعل الاحتراق اسم "قيمة الوقود" وهي الطاقة الناجمة عن احتراق غرام واحد من المادة المعنية .  وتجدر الإشارة إلى أن جميع تفاعلات الاحتراق هي تفاعلات ناشرة للحرارة .

وإذا طبقنا ذلك على غذائنا ، نجد أن الجسم يكتسب معظم طاقته اللازمة مما نتناوله من الكربوهيدرات (السكريات والنشويات)  والدهون .  وتتحول الكربوهيدرات في الأمعاء الدقيقة إلى الغلوكوز الذي يذوب في الدم ويعرف حينذاك بسكر الدم . 

 

ويحمل الدم هذا السكر إلى جميع خلايا الجسم حيث يتفاعل فيها مع الأكسجين ليكون ثنائي أكسيد الكربون وبخار لماء وكمية من الطاقة .  وقد وجد أن "قيمة الوقود" للكربوهيدرات تساوي 17 كيلو جول /غم أو 4 كيلو كالوري/ غم . 

وبالمثل فإن الدهون تنتج عند أيضها (استقلابها) أو احتراقها في الجسم الثنائي أكسيد الكربون وبخار الماء وكمية من الطاقة . 

وتبلغ قيمة الوقود لدلهون 38 كيلو جول/غم أو ما يعادل 9 كيلو كالوري/ غم أي أنها اكثر من ضعف قيمة الوقود للكربوهيدرات .

 

ويستخدم الجسم الطاقة الكيميائية الناجمة عن هذه التفاعلات في حفظ درجة حرارته وتحريك عضلاته لتمكينها من أداء وظيفتها ولتجديد أو إصلاح الخلايا التالفة ، وبعدها يختزن الجسم الطاقة المتبقية على شكل مواد دهنية . 

إن اختزان الجسم للطاقة على شكل مواد دهنية له ميزتان واضحتان ، أولاهما أن الدهون لا تذوب في الماء وهذا يسمح باختزانها في الجسم ، وثانيهما انها تنتج كمّاً اكبر من الطاقة عند إحراقها مما تنتجه الكربوهيدرات وحتى البروتينات (قيمة طاقتها تماثل تلك التي للكربوهيدرات) .  ولكن علينا أن نلاحظ ان اختزان الدهون في الجسد يؤدي إلى السمنة .

ويتضح مما تقدم أن عمليات احتراق المأكولات في الجسم يخضع للقانون الأول للديناميكا الحرارية .  إذ أن الطاقة الناجمة من الاحتراق تساوي الطاقة الكامنة في المواد الغذائية ، وأن الطاقة الناجمة يستهلك الجسم جزءاً منها وما تبىق يختزنه على شكل مواد دهنية تشكل رصيداً للطاقة داخل أجسامنا لحين الحاجة .

 

ولا يختلف الأمر بالنسبة لمصادر الوقود المستخدمة لإنتاج الطاقة والتي نجد أن لكل منها "قيمة وقود" محددة . 

فقيمة الوقود للخشب هي 18 كيلو جول/غم وللفحم 34 كيلوجول/ غم وللغازولين 48 كيلو جول/ غم ومثلها تقريباً للغاز الطبيعي ، أما الهيدروجين فله أعلى قيمة وقود تصل إلى 142 كيلو جول/غم.

ويتضح لنا من هذه الأرقام اختلاف قيمة الطاقة الكامنة في كل نوع من أنواع الوقود الذي يؤدي عند احتراقه إلى تكوين كميات متفاوتة من الطاقة ، ولكننا نجد في كل حالة أن قيمة الطاقة الكامنة في كل منها يساوي قيمة الطاقة الناجمة عن احتراقها .

مجلة العلوم
‫‪عناقيد الحالات: لغز رئيسي من ألغاز جائحة كورونا
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لكوفيد-19 بدعم من مركز بوليتزر Pulitzer Centre
في 10 مارس، عندما التقى 61 شخصًا للتدريب على التراتيل بكنيسة  في ماونت فيرنون بواشنطن، بدا كل شيء طبيعيًا. ولمدة ساعتين ونصف الساعة أنشد المنشدون، وتناولوا الكعك والبرتقال، وأنشدوا مرة أخرى. ولكن أحدهم كان يعاني منذ ثلاثة أيام ما يبدو كأنه زكام، والذي تبين فيما بعد أنه كوفيد-19 COVID-19. وفي 12 مايو نشرت ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪هل أنت سجين "غرف الصّدى"؟
. عمّار العاني باحث في المعلوماتية وتأثير وسائل التواصل الاجتماعي، سورية
في الوقت الذي تظهر فيه معظم الأبحاث العلمية أن ظاهرة الاحترار العالمي والتغير المناخي حقيقة مؤكدة، فإن نحو 15% من الجمهور لا يصدق هذه النظرية ويعتبرها خدعة من قبل الحكومات. وتظهر الإحصاءات أن نحو 5% من الأهالي يمتنعون عن تقديم اللقاحات الأساسية لأطفالهم إيماناً منهم بأخطارها، على الرغم من التوافق شبه الكامل في الأوساط الطبية على أن هذه المخاوف لا أساس لها.
   ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪"سرعة خاطفة": جهود أمريكية لإنتاج اللقاح تخرجإلى العلن
قلم:       جون كوهين
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
الحكمة المتعارف عليها هي أن إنتاج لقاح لكوفيد-COVID-19 19 لن يكون ممكنا قبل سنة على الأقل من الآن، ولكن جهود الجهات التنظيمية في حكومة الولايات المتحدة، والتي تعرف بعملية السرعة الخاطفة  Operation Warp Speed أو أسرع من الضوء، لا تنطبق عليها هذه الحكمة التقليدية. وهذا المشروع،  المبهم حتى الآن، والذي من المرجح أن يُعلِن عنه البيت الأبيض رسميًا في الأيام القادمة، سيختار مجموعة متباينة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪أصبح العدو القديم حليفًا .. استخدام الفيروسات في علاج السرطان
. خالد صنبر، د. معتصم البارودي، د. نبيل أحمد باحثون في مجال الأمراض والفيروسات بكلية الطب في هيوستن، الولايات المتحدة
على الرغم من كونها أكثر الكائنات بساطًة فإن الفيروسات أتقنت عملية التطور بصورة مذهلة؛ فقد أتاح استغلال تلك المخلوقات الدقيقة لمخلوقات أكثر تعقيدًا، لحاجتها إلى التكوينات الخلوية، قدرة كبيرة لها على اجتياز العقبات التطورية. ففي جينومنا الخاص، اتخذت الفيروسات مخبئًا لإحدى أكثر الرحلات نجاحًا عبر الزمن، إذ يعتقد أن نحو %10 من ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪قصة الفيروسات .. 3 رواد أسهموا في اكتشافاتها المذهلة
. إسلام حسين باحث في مجال الفيروسات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الوريات المتحدة
يعتبر أواخر القرن التاسع عشر العصر الذهبي لعلم الميكروبيولوجيا علم الأحياء المجهرية، إذ شهد اكتشافات كثيرة عن بعض أنواع المكروبات، وتحديدا البكتيريا والفطريات. وأدت هذه الاكتشافات إلى تكوين نظرية شمولية عن الميكروبات، تعرف بنظرية الجراثيم germ theory، التي بنيت على معلومات توفرت لدى العلماء في ذلك الوقت. افترضت هذه النظرية توفر بعض الخصائص في أي مسبب ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪عناقيد الحالات: لغز رئيسي من ألغاز جائحة كورونا
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لكوفيد-19 بدعم من مركز بوليتزر Pulitzer Centre
في 10 مارس، عندما التقى 61 شخصًا للتدريب على التراتيل بكنيسة  في ماونت فيرنون بواشنطن، بدا كل شيء طبيعيًا. ولمدة ساعتين ونصف الساعة أنشد المنشدون، وتناولوا الكعك والبرتقال، وأنشدوا مرة أخرى. ولكن أحدهم كان يعاني منذ ثلاثة أيام ما يبدو كأنه زكام، والذي تبين فيما بعد أنه كوفيد-19 COVID-19. وفي 12 مايو نشرت ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪المادة السلبية.. أسرع من إيقاع الضوء والزمن
.أحمد مغربي طبيب ومترجم وكاتب متخصص بالموضوعات العلمية، لبنان
هل يمكن السفر بأسرع من الضوء؟ إذا كان إيقاع الزمن يسير بسرعة الضوء، وفق نظرية آينشتاين عن النسبية، ألا يكون التحرك بسرعة الضوء أو أكثر سفراً في الزمن أيضاً؟ أليس بموجب معادلة آينشتاين الشهيرة عن المادة والطاقة E=a.mc2 تتبدد المادة وتتحوّل إلى طاقة صرفة عندما تصل إلى التحرّك بسرعة الضوء، فكيف يمكن التنقل أسرع من الضوء من دون حدوث ذلك؟
 يألف عُشاق السينما أفلاماً عن آلة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪جسور مدينة كونيجسبيرغ: لغز أثمر ولادة فرع رياضياتي جديد
أحمد محمد جواد الحكيم باحث وأكاديمي في علم الرياضيات
تتسم معظم الألغاز التي يتناقلها الناس عادة بالبساطة، وتسعى إلى تحقيق المتعة والتسلية والترفيه واختبار القدرات العقلية للفرد، من خلال التحدي والإثارة. لكن مع بساطة هذه الألغاز فقد استحوذ قسم منها على اهتمام بعض علماء الرياضيات، الذين احتاجوا من أجل حلها إلى نهج جديد من التفكير العقلي يعتمد كثيراً على الحدس وقوة التمثيل البياني لهذه الألغاز، بدلا من الطريقة الاستنتاجية المنطقية.
ومن ... (قراءة المقال)