Определение энергозатрат организма
Согласно закону Гесса, как уже упоминалось, вся энергия, выделяемая при распаде питательных веществ до конечных продуктов, или тепловой эффект химических реакций, зависит только от состояния исходного вещества и конечных продуктов и не зависит от того, через какие промежуточные стадии или пути обмена идет их распад.
Когда физическая работа не совершается, вся химическая энергия переходит в тепло. Это дает возможность использовать теплопродукцию в качестве показателя интенсивности энергетического обмена.
Количество тепла, выделяемого или поглощаемого в ходе различных физических и химических процессов, рассчитывают методами прямой и непрямой калориметрии. В физиологии и медицине калориметрия используется для изучения тепловых эффектов, сопровождающих процессы обмена веществ и энергии в покое, при различных видах деятельности и при заболеваниях.
Прямая калориметрия
Прямая калориметрия основана на непосредственном и полном учете количества выделенного организмом тепла. Измерения проводят в специальных камерах — биокалориметрах, хорошо герметизированных и тепло-изолированных от окружающей среды. В современных биокалориметрах тепло, выделяемое человеком, нагревает воду в трубах, фиксированных к потолку камеры. Для расчета количества выделенного тепла учитывают теплоемкость жидкости, обший ее объем, протекающий через камеру за единицу времени, разность температур поступаюшей в камеру и оттекающей от нее воды.
Количество выделенного тепла равно количеству тепла, поглощенного протекающей водой. и количеству тепла, затраченного на нспарение выдыхаемой с возбухом влаги и влаги, выделяемои на поверхности тела, т.е. скрыпюй теп.'юты парообразования.
Для того чтобы знать массу водяных паров, воздух из камеры пропускают через концентрированную серную кислоту, поглощающую воду. При 20° С скрытая теплота парообразования составляет 0,585 ккал на 1 г испарившейся воды. Полученные результаты рассчитывают в ккал за 1 ч (ккал/ч).
Современные биокалориметры градиентного типа представляют собой костюмы, тесно облегающие тело человека, но позволяющие ему свободно передвигаться. Это скафандры и термокостюмы, применяемые при исследованиях в космосе, под водой, при работах в аварийных условиях, где необходимо точное измерение тепловыделения организмом. Костюмы снабжены термочувствительными датчиками, один из которых плотно прилегает к телу, а другой контактирует с внешней средой.
Непрямая калориметрия
Для расчета энергообразования у человека применяют метод непрямой калориметрии. Метод основан на определении газометрических показателей обмена — количества потребленного кислорода и выделенной двуокиси углерода за определенный отрезок времени (полный газовый анализ) или в условиях относительного покоя — только количества поглощенного кислорода (неполный газовый анализ) с последующим расчетом теплопродукции.
Полный газовый анализ.
При окислении питательных веществ поглощается кислород, выделяется двуокись углсрода и определенное количество тепла. Количество кислорода, необходимое для окисления 1 г белков, жиров и углеводов, неодинаково, так же как и количество выделяемой двуокиси углерода и тепла.
Первоначально газообмен у человека и животных определяли методом Крога в специальных камерах закрытого типа (респираторная камера М.Н. Шатерникова). В ней непрерывно циркулировал воздух, постоянный состав которого поддерживался благодаря удалению двуокиси углерода и подаче кислорода. Необходимые газометрические показатели (объем поглощенного кислорода и выделенной двуокиси утлерода) определялись с высокой степенью точности, но недостатки метода (искусственно создаваемая дыхательная смесь, ограничение движения) доминировали над его преимуществами.
В настоящее время полный газовый анализ проводят открытым респи-раторным методом Дугласа—Холдейна. Метод основан на сборе выдыхаемого воздуха в специальный приемник (воздухонепроницаемый мешок) с последующим определением общего его количества и содержания в нем кислорода и двуокиси углерода при помощи газоанализаторов. Зная содержание газов в атмосферном воздухе, можно вычислить, насколько уменьшилось содержание кислорода и насколько увеличилось содержание двуокиси углерода в выдыхаемом воздухе, а затем на основании этих данных определить ДК.
Дыхательный коэффициент. Отношение объема выделенной двуокиси углерода к объему поглощенного кислорода называется дыхательным коэффициентом.
ДК = С02 (л)/02 (л)
Дыхательный коэффициент характеризует тип питательных веществ, преимущественно окисляемых в организме на момент его определения. Его рассчитывают, исходя из формул химических окислительных реакций.