4.Физиологические принципы и основы калориметрии. Принцип прямой калориметрии. Преимущества и недостатки метода
Калориметрия (биокалориметрия) - измерение количества тепла, выделяемого (или поглощаемого) в ходе биологических процессов.
Калориметрия позволяет количественно оценить энергетические и тепловые эффекты:
-отдельных биохимических реакций;
-клеточных органелл и клеток;
Пищевые продукты |
Калорийность, кДж/100 г |
Белки, % |
Жиры. % |
Углеводы % |
Вода% |
Фрукты |
190 |
0,7 |
0,3 |
10.5 |
86 |
Овощи |
85 |
1,6 |
0,2 |
3.0 |
93 |
Картофель |
330 |
2,1 |
0,1 |
16,8 |
79 |
Орехи |
2680 |
16,9 |
57 |
8,2 |
7 |
Мясо |
860 |
19 |
13 |
0 |
68 |
Хлеб |
1020 |
7,3 |
1.4 |
47 |
40 |
Масло |
3220 |
0,6 |
82.6 |
0.6 |
16 |
Сыр |
1340 |
23,7 |
22,3 |
2,8 |
51 |
Колбаса |
1500 |
12,9 |
30,4 |
1,1 |
55 |
Молоко |
256 |
3.3 |
3.1 |
4,7 |
89 |
Фруктовые соки |
186 |
0,3 |
0,1 |
10.9 |
89 |
Пиво |
200 |
0,5 |
0 |
4,8 |
95 .1 |
-тканей и органов;
-организма в целом;
Рис.2. Калорическая ценность и состав некоторых пищевых продуктов. И ряде и случаев в зависимости от состава продуктов (например, от содержании скрытого жира) и способа их приготовления возможны значительные, отклонения от приведенных значения (1 кДж ~ 0,24 ккал).
Физиологические принципы калориметрии основаны на законах термодинамики. Согласно им, потенциальная энергия химических соединении выражается их теплосодержанием или энтальпией.
При их распаде энергия:
-рассеивается в виде тепла (первичная теплота),
-переходит в различные виды работы (сокращение мышц, транспорт ионов и т.д.);
-при работе часть энергии превращается в тепло (вторичная теплота);
-используется на процессы ресинтеза биохимических соединений.
В организме тепло не может переходить в другие виды энергии. Поэтому тепло, выделяемое живым объектом, является конечным продуктом энергетических превращений, а количество его - точной мерой энергетического обмена.
На этом свойстве и основано применение в физиологии метода калориметрии.
Различают два вида калориметрии: прямая и непрямая. Прямая калориметрия основана на непосредственном учете в биокалориметрах тепла, выделенного организмом. Биокалориметор представляет герметичную и хорошо теплоизолированную камеру (рис.З).
Тепло, выделяемое находящимся в камере человеком или животным, нагревает циркулирующую воду. По количеству протекающей воды рассчитывают количество выделенного организмом тепла.
Достоинством этого метода является высокая точность измерения; недостатком - большая громоздкость и сложность методики.
Рис.З. Схема калориметра Этуотера-Бенедикта. Продуцируемое организмом человека тепло измеряется с помощью термометров (1,2) по нагреванию воды, протекающей по трубкам в камере. Количество протекающей воды измеряю т в баке (3). Через окно (4) подают пищу и удаляют экскременты. Посредством насоса (5) воздух извлекают из камеры и прогоняют через баки с серпом кислотой (6 и 8) для поглощения воды и с негашеной известью (7) - для поглощения углекислого газа. Кислород подают в камеру из баллона (10) через газовые часы (11). Давление воздуха в камере поддерживается на постоянном уровне с помощью сосуда с резиновой мембранной (9).
