diễn ra nhiều phản ứng phức tạp, cho đến nay vẫn cũn nhiều phản ứng trung gian chưa cú thể đo trực tiếp được hiệu ứng nhiệt. Dựa vào định luật Heccer cú thể giải quyết được khú khăn này.
5. ĐỊNH LUẬT I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ÁP DỤNG VÀO HỆ SINHVẬT VẬT
Người đầu tiờn tiến hành thớ nghiệm để chứng minh tớnh đỳng đắn của định luật I nhiệt động học khi ỏp dụng vào hệ thống sống là hai nhà khoa học Phỏp Lavoisier và Laplace vào năm 1780. Đối tượng thớ nghiệm là chuột khoang. Thớ nghiệm cỏch ly cơ thể khỏi mụi trường bờn ngoài bằng cỏch nuụi chuột trong nhiệt lượng kế ở nhiệt độ 0oC. Dựng một lượng thức ăn đó xỏc định trước để nuụi chuột thớ nghiệm.
Trong cơ thể chuột sẽ diễn ra cỏc phản ứng phõn huỷ thức ăn tới sản phẩm cuối cựng là khớ CO2 và H2O, đồng thời giải phúng ra nhiệt lượng Q1. Nếu coi ở điều kiện 0oC, chuột đứng yờn, khụng thực hiện cụng mà chỉ sử dụng nhiệt lượng giải phúng ra do oxy hoỏ thức ăn để cung cấp nhiệt lượng cho cơ thể và tỏa nhiệt ra mụi trường, qua nhiệt kế đo được sự tăng nhiệt độ, theo cụng thức sẽ tớnh được nhiệt lượng Q1. Đồng thời lấy một lượng thức ăn tương đương với lượng thức ăn đó cho chuột ăn trước khi thớ nghiệm đem đốt chỏy trong bom nhiệt lượng kế cũng tới khớ CO2 và H2O, giải phúng ra nhiệt lượng Q2. So sỏnh hai kết quả thớ nghiệm thấy giỏ trị Q1 tương đương với Q2. Điều này chứng tỏ nhiệt lượng giải phúng ra từ cỏc phản ứng hoỏ sinh diễn ra trong cơ thể sống hoàn toàn tương đương với nhiệt lượng giải phúng ra từ cỏc phản ứng ụxy hoỏ diễn ra ở ngoài cơ thể sống. Núi cỏch khỏc, hiệu ứng nhiệt của quỏ trỡnh ụxy hoỏ chất diễn ra ở trong cơ thể sống và hiệu ứng nhiệt của quỏ trỡnh ụxy hoỏ chất diễn ra ở ngoài cơ thể sống là hoàn toàn tương đương.
Để tăng độ chớnh xỏc của thớ nghiệm, sau này cú nhiều mụ hỡnh thớ nghiệm của nhiều nhà nghiờn cứu được tiến hành nhưng đỏng chỳ ý nhất là của Atwater và Rosa vào năm 1904.
Đối tượng thớ nghiệm là người và thời gian thớ nghiệm là một ngày đờm (24 giờ). Trong thời gian thớ nghiệm, cho người tiờu thụ một lượng thức ăn nhất định,
thụng qua đo lượng khớ ụxy hớt vào (hay khớ CO2 thở ra), nhiệt thải ra từ phõn và nước tiểu... sẽ tớnh được hiệu ứng nhiệt của cỏc phản ứng phõn huỷ thức ăn diễn ra ở cơ thể người trong 24 giờ. Đồng thời đốt lượng thức ăn tương đương với lượng thức ăn mà người đó tiờu thụ ở trong bom nhiệt lượng kế sẽ đo được nhiệt lượng toả ra. Kết quả thớ nghiệm:
Hiệu ứng nhiệt của cỏc phản ứng diễn ra ở cơ thể người trong 24 giờ: Nhiệt lượng toả ra xung quanh 1374 kCal Nhiệt lượng toả ra do thở ra 181 kCal Nhiệt lượng toả ra do bốc hơi qua da 227 kCal Nhiệt do khớ thải ra 43 kCal Nhiệt tỏa ra từ phõn và nước tiểu 23 kCal Hiệu đớnh (do sai số) 31 kCal
Tổng cộng nhiệt lượng thải ra 1879 kCal
Nhiệt lượng do thức ăn cung cấp:
56,8 gam Protein 237 kCal
79,9 gam Gluxit 335 kCal
140 gam Lipit 1307 kCal
Tổng cộng 1897
kCal
Lưu ý: Khi ụxy hoỏ 1 gam Protein ở trong bom nhiệt lượng kế tới khớ CO2 và H2O, giải phúng ra 5,4 kCal cũn trong cơ thể sống phõn giải 1 gam Protein tới urờ chỉ giải phúng khoảng 4,2 kCal. Khi oxy hoỏ hoàn toàn 1 gam Gluxit, giải phúng khoảng 4,2 kCal cũn ụxy hoỏ hoàn toàn 1 gam Lipit giải phúng từ 9,3 đến 9,5 KCal.
Kết quả thớ nghiệm của Atwater và Rosa khẳng định năng lượng chứa trong thức ăn sau khi cơ thể tiờu thụ đó chuyển thành năng lượng giải phúng thụng qua quỏ trỡnh phõn giải bởi cỏc phản ứng hoỏ sinh diễn ra trong cơ thể sống. Năng lượng chứa trong thức ăn và năng lượng giải phúng ra sau khi cơ thể phõn giải thức ăn là hoàn toàn tương đương. Nhiệt lượng trong cơ thể người được chia làm hai loại là nhiệt lượng cơ bản (hay nhiệt lượng sơ cấp) và nhiệt lượng tớch cực (hay nhiệt lượng thứ cấp). Nhiệt lượng cơ bản xuất hiện ngay sau khi cơ thể hấp thụ thức ăn và tiờu thụ ụxy để thực hiện phản ứng ụxy húa đồng thời giải phúng ra nhiệt lượng. Vớ dụ khi cơ thể hấp thụ 1 phõn tử gam (tức 1M) glucose, lập tức xảy ra phản ứng ụxy hoỏ đường và giải phúng ra 678 KCal (nhiệt lượng cơ bản). Cơ thể sẽ sử dụng nhiệt lượng cơ bản vào cỏc hoạt động sống, nếu cũn dư sẽ được tớch luỹ vào ATP. Phần nhiệt lượng tớch luỹ vào cỏc hợp chất cao năng gọi là nhiệt lượng tớch cực. Trong cơ thể sống, nhiệt lượng cơ bản và nhiệt lượng tớch cực cú liờn quan với nhau. Nếu nhiệt lượng cơ bản nhiều mà cơ thể sử dụng ớt thỡ nhiệt lượng tớch cực sẽ tăng lờn. Nếu nhiệt lượng cơ bản khụng cú thỡ khụng những nhiệt lượng tớch cực bằng khụng mà cơ thể phải phõn giải ATP, giải phúng ra năng lượng để cung cấp cho cỏc hoạt động sống. Ở trạng thỏi sinh lý bỡnh thường, cơ thể sống sẽ duy trỡ mối tương quan nhất định giữa nhiệt lượng cơ bản và nhiệt lượng tớch cực. Ở mức độ tế bào, cú khoảng 50% năng lượng của chất dinh dưỡng được tớch luỹ vào ATP.