Правило поверхности
Зависимость интенсивности основного обмена от площади поверхности тела была показана немецким физиологом Рубнером для различных животных. У млекопитающих величина основного обмена, рассчитанная на 1 кг массы тела, сильно различаются: чем меньше животное, тем выше обмен. Согласно этому правилу, интенсивность основного обмена тесно связано с размерами поверхности тела, с 1 м2 поверхности рассеивается одинаковое количество тепла.
Закон поверхности тела гласит: энергетические затраты теплокровного организма пропорциональны площади поверхности тела. Это объясняется необходимостью поддерживать постоянную температуру соотношением теплопродукции и теплоотдачи, так как при относительно большой поверхности теряется больше тепла. У человека отношение основного обмена к поверхности тела оказалось величиной сравнительно постоянной. Ежедневная продукция тепла 1 м2 поверхности тела человека равно 3559 – 5234 к Дж (850-1250ккал).
Для определения поверхности тела применяется формула, выведенная на основании анализа результатов прямых измерений поверхности тела:
R=K x m,
где константа К равна 12,3 (у человека); m –масса тела, кг.
Более точно поверхность тела можно определить по формуле предложенной Дюбуа:
R= W0,425 x H0,725x 71,84,
W – масса тела, Н – рост, см.
Правило поверхности верно не абсолютно. Об относительности правила поверхности свидетельствует тот факт, что у двух индивидуумов с одинаковой поверхностью тела интенсивность обмена веществ может значительно различаться. Это связано с особенностями метаболизма, состоянием нервной, эндокринной и других систем.
Методы исследования энергообмена
Для определения количества затрачиваемой организмом энергии применяют прямую и непрямую калориметрию.
Прямая калориметрия - метод определения энергетических затрат организма по количеству выделенного им тепла. Прямая калориметрия проводится в специальных камерах - калориметрах, которые улавливают тепло, отдаваемое организмом. Для этого животное и человек помещается специальную герметическую камеру. В камере по трубам циркулирует вода. Тепло, выделяемое находящимся в камере человеком или животным, нагревает циркулирующую воду. По количеству протекающей воды и изменению температуры рассчитывают количество выделенного организмом тепла.
Непрямая калориметрия основана на том, что источником энергии в организме являются окислительные процессы, при которых потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому энергетический обмен можно оценивать исследуя газообмен.
Непрямая калориметрия подразделяется на два метода: метод полного и неполного анализа. При наличии сведений об объемах поглощенного кислорода и выдохнутого углекислого газа метод непрямой калориметрии называется «полный газовый анализ». При неполном газовом анализе определяется лишь объем поглощенного кислорода.
В настоящее время полный газовый анализ проводят открытым респираторным методом Дугласа – Холдейна, при котором в течении 10-15 мин собирают выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа), укрепляемый на спине обследуемого. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в котором определяют количество кислорода и углекислого газа в единицу времени. Затем вычисляют Дыхательный коэффициент – отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода за единицу времени. По дыхательному коэффициенту (ДК) можно установить какие вещества окисляются в организме, которые используются организмом для получения энергии. ДК различен при окислении белков, жиров, углеводов. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров – 0,7, а углеводов – 1,0. Каждому значению ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода – это, то количество тепла, которое выделяется при окислении какого- либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Величина калорического эквивалента кислорода зависит от того, на окислении каких веществ используется кислород. От этого же зависит и величина ДК. Калорический коэффициент кислорода при окислении углеводов равен 21 кДж на 1 л кислорода (5ккал/л), белков - 18,7кДж (4,5ккал/л), жиров - 19,8к Дж (4,74ккал).
Определив калорический эквивалент кислорода, его умножают на величину потребления кислорода в единицу времени и находят энергетические затраты организма за взятый временной интервал. Показатель основного обмена выражают в расчете на сутки.
Неполный газовый анализ основан на определении расхода энергии по количеству кислорода, потребленного в единицу времени. Количество потребленного организмом кислорода определяют при помощи различных спирографов. Расчет ДК невозможен. Условно принимают, что в организме окисляются углеводы, белки, жиры и поэтому ДК=0,85, для которого калорический эквивалент кислорода равен 4,862ккал/л.