Kurioza naukowe / Scientific curiosities ISSN 1176-7545; rok XIII; No 3135

Zestawienie tematyczne prowadzone na bieżąco

                                                                        

 

Jedno zdumienie dziennie...

 

.

Elektryka mózgu.

Mózg człowieka to kosztowny organ, wiadomo. Jego masa stanowi około 2 procent masy ciała, ale na jego utrzymanie idzie aż 20 procent energii którą dysponuje człowiek, a więc dziesięciokrotnie więcej niż by przysługiwało ze względu na masę. Ciało nasze, średnio, potrzebuje na utrzymanie podstawowych czynności życiowych, np w bardzo leniwy dzień, 1300 kcal (kilokalorii) na dobę dostarczanych w postaci pożywienia. Przy wykonywaniu zwykłej pracy dziennej uważa się, że minimalna dostawa energii powinna wynosić 1800 kcal na dobę, za wartość normalną przyjmuje się średnio 2300 kcal na dobę. 
Ale pozostańmy przy leniwym dniu. Z tej ilości  260 kcal na dobę idzie na pracę samego mózgu, czyli 10,8 kcal na godzinę, 180 cal na minutę, 3 cal na sekundę. Karmienie mózgu musi się dokonywać bez przerwy w noc i w dzień. Bardzo nawet krótkotrwałe niedożywienie, choćby tylko części mózgu, prowadzi do nieodwracalnych zmian i bardzo często do śmierci. 
Energię pożywienia i zużytkowywanie tej energii przez organizm przyjęło się wyrażać w kaloriach (cal), a ostatnio w dżulach (J). Jedna kaloria to energia potrzebna do ogrzania jednego mililitra czystej wody o jeden stopień Celsjusza (dalej uściśla się: od 14,5 oC do 15,5 oC pod standardowym ciśnieniem 1013,25 hPa, ale uściślenia te możemy sobie podarować.)
Kaloria jest jednostką pozaukładową, to znaczy nie da się prosto wyrazić w przyjętym obecnie systemie miar SI. Dlatego dla uzgodnienia sposobów przedstawiania i przeliczania przyjęto za jednostkę ciepła, energii i pracy dżul (J). Jedna kaloria odpowiada 4,1855 dżulom. W praktyce jednak trzeba się liczyć z pewnym zamieszaniem. Nie wiadomo dlaczego żywieniowcy wartość energetyczną podają w cal i J mając na myśli 1000 kalorii, czyli kilokalorię, a piszą J mówiąc o kilodżulach (kJ). Może dlatego, że przy obecnej obsesji odchudzeniowej samo słowo kilo odstraszać może zażywne klientki...
Wróćmy do poprzedniego obrachunku. Człowiek zużywa odpowiednik 54,04 kcal na godzinę, czyli 15,04 cal na sekundę (= 62.93 J/sec). A wat, którym wyrażamy np moc żarówek czy grzejników elektrycznych to jest właśnie J/sec. Możemy więc możemy pracę mózgu wyrazić w watach, jak każdego urządzenia zużywającego energię.

Dochodzimy do tego, że człowiek, czy stoi czy leży, odpowiada pod względem zużycia mocy żarówce 60 watowej (ściśle 63 W). Niezbyt wielka to jaskrawość. Żeby jeszcze bardziej się zdeprecjonować dodajmy, że mózg przedstawia sobą moc energetyczną zaledwie taką, jak żaróweczka w silnej latarce kieszonkowej - 12,6 W.  Trochę mniej zużywa np lampka nocna na schodach (5 - 7 W). 
Ale spójrzmy na to nieco inaczej. Trzeba superkomputera żeby skutecznie zmierzyć się z mistrzem szachowym. Duży komputer IBM Watson pożerał kilkadziesiąt kilowat energii. A mózg człowieka robi to wszystko za jedne 63 W! W takin ujęciu nózg jest ponad 1000 razy sprawniejszy.

Badanie aktywności mózgowej metodą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI), która to metoda pozwala na określenie przypływu utlenowanej krwi w kapilarach mózgowych wykazały, że ośrodki mózgowe zajęte jakąś szczególną aktywnością, np liczeniem, zaopatrywane są intensywniej w krew, więc w tlen i w glukozę, podstawowy materiał napędowy mózgu. A więc można by oczekiwać, że mózg osób znanych ze szczególnej aktywności umysłowej, czy choćby studenci na egzaminach wykażą większe zużycie energii na pracę mózgu niż to ma miejsce w stanie 'spoczynku umysłowego'. Niestety, jak dotąd wydatek energetyczny na intensywne myślenie jest najwyżej o kilka procent wyższy niż normalna aktywność w czasie leniwego dnia, a na dodatek wcale nie jest to łatwo wykazać różnicę. Rzecz pewnie w tym, że działalność podstawowa komórek mózgowych jest bardzo wysoka, więc stać je na wykonanie wzmożonej aktywności w momencie wzmożonego zapotrzebowania. 
Z tego by wynikało, że największe dzieła mózgu ludzkiego, prace Newtona, Kopernika czy Einsteina to zaledwie maleńki dodatek do działalności mózgowej ciecia w parlamencie brytyjskim, kościelnego we Fromborku, czy uniwersyteckiego woźnego w Princeton. 

Zróbmy jeszcze taki eksperyment myślowy. Skoro mózg trzeba karmić bez przerwy, to tak jakby dopuszczać paliwo do komory spalania w samochodzie. Przyjmując, że minimalne zapotrzebowanie dobowe człowieka wynosi 1300 kcal i że tzw gęstość energetyczna węglowodanów wynosi 4 kcal/g  wychodzi, że co minutę trzeba wrzucać na ruszt mózgu 26 mg glukozy*). Tylko zaledwie 26 mg, czyli parę kryształków cukru czy pastylkę glukozy ledwie widoczną gołym okiem. Ale trzeba to robić z maniacką dokładnością, co minutę akurat tyle i ani mniej ani więcej przez te 80 lat aż się odmeldujemy albo nas odmeldują z tego świata! Każde potknięcie się w tym dostarczaniu czy mała czkawka oznacza nieszczęście. *(podobna jest gęstość energetyczna białek, tłuszczów prawie dwukrotnie wyższa, a alkoholu nieco niższa od tłuszczów).

Trzeba też zaznaczyć, że gęstość energetyczna pokarmów (cal/g) inna jest dla fizyka i inna dla dietetyka. Fizyk spala materiał w kalorymetrze i oznacza ilość uzyskanych kalorii w wyniku kompletnego spalania. Dietetyk określa przyswajalną część energii zakumulowanej w spożywanym materiale. Może to być wartość różniąca się nieznacznie od oznaczeń fizycznych, jak w przypadku łatwo przyswajalnych węglowodanów (o 2 procent), ale też bardzo znaczna, jak w przypadku błonnika. Zależy to także od sposobu przygotowania pokarmu, czego dietetyk nie wylicza. Odnosi się to także do zwierząt domowych. Obserwuje się znaczne różnice między np kotem a psem w tym względzie, a róznice będą szokujące jeśli uwzględnić innych naszych domowników np muchy czy pchły. Ale tymczasem mało kto przejmuje się kalorycznymi zapotrzebowaniami kota, a już zupełnie zapomina się o muchach czy pchłach. 
Z biologicznego punktu widzenia mózg, mimo jego kosztowności, widocznie jednak się opłaca. Obciąża on bilans energetyczny, w mniejszym czy większym stopniu, wszystkie kręgowce, a także większość bezkręgowców wielokomórkowych. Przez setki milionów lat w procesie ewolucyjnym był powiększany, musi więc przynosić jakiś pożytek i stosunkowo rzadko mamy okazję wątpić w tę regułę. 

Dopóki człek pyszczy, to coś mu pod deklem błyszczy, jak to teraz w prasie określa się mózg. Ale mniej niż na poniższej ilustracji. 

O mózgu jest także tu.

w tle komórki nerwowe mózgu
[QZE09::163];[QEQ21::029];[QEQ26::118]9
w sieci 25.11.2012; nr 3136

 

 

witrynę prowadzi
© R. Antoszewski
Titirangi, Auckland, 
Nowa Zelandia

(wybrane do publ. R. Antoszewskiego)

  Site Meter