Спр. материал / ОБМЕН В-В / 10. ОПРЕД ПРИХ И РАСХ ЭНЕРГИИ

15.3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИХОДА И РАСХОДА ЭНЕРГИИ

А. Приход энергии определяют: 1) сжиганием навески пищевых веществ (физическая кало­риметрия); 2) определением содержания в пищевых продуктах белков, жиров, углево­дов.

1. Физическая калориметрия проводится при сжигании веществ в калориметре («кало­риметрической бомбе») Бертло. По нагрева­нию воды, находящейся между стенками ка­лориметра, определяют количество тепла, выделенного при сжигании вещества. Со­гласно закону Гесса, суммарный тепловой эффект химической реакции зависит от ис­ходных и конечных ее продуктов и не зави­сит от промежуточных этапов реакции. Поэ­тому количество тепла, выделяемого при сжигании вещества вне организма и при его биологическом окислении, должно быть оди­наковым.

2. Определение прихода энергии по калорий­ности принимаемых пищевых веществ. Теп­лота окисления 1 г вещества в организме, или калорический коэффициент питательных веществ, для углеводов и жиров равна их фи­зической калорийности. Для углеводов этот показатель равен 4,1 ккал, или 17,17 кДж, для жиров — 9,3 ккал, или 38,94 кДж. Часть химической энергии белков теряется вместе с конечными продуктами обмена (мочевиной, мочевой кислотой, креатинином), обладаю­щими теплотворной способностью. Поэтому физическая калорийность 1 г белков (5,60— 5,92 ккал) больше физиологической, которая равна 4,1 ккал, или 17,17 кДж.

После определения с помощью таблиц со­держания в принятой пище (в граммах) бел­ков (Б), жиров (Ж) и углеводов (У) рассчи­тывают (в килокалориях) содержащуюся в них химическую энергию (Q): Q = 4,1 х Б + + 9,3 х Ж + 4,1 х У. Полученный результат следует оценивать с поправкой на усвоение, в среднем составляющей 90 %.

Б. Определение расхода энергии (интен­сивность метаболизма). Существуют прямой и непрямой способы определения расхода энергии, которые рассматриваются как раз­новидности физиологической калориметрии.

1. Прямая калориметрия была впервые разработана А.Лавуазье и в 1780 г. применена для непрерывного измерения биокалоримет­ром тепла, выделяемого животным организ­мом. Прибор представлял собой герметизи­рованную и теплоизолированную камеру, в которую подавался кислород; углекислый газ и водяные пары постоянно поглощались.

Тепло, выделяемое находящимся в камере животным, нагревало воду, циркулировав­шую по трубкам. В зависимости от степени нагревания воды и ее массы проводилась оценка количества тепла, выделяемого орга­низмом в единицу времени.

Аналогичные устройства были разработа­ны для человека В.В.Пашутиным, У.Этуоте-ром и Ф.Бенедиктом. Это весьма сложные, дорогие, громоздкие приборы, которые в на­стоящее время используются главным обра­зом в научно-исследовательских целях.

2. Непрямая калориметрия. Наиболее про­стой вариант основан на определении коли­чества потребляемого организмом кислорода (неполный газовый анализ). В ряде случаев для оценки интенсивности метаболизма оп­ределяют объем выделяющегося углекислого газа и объем потребленного организмом кис­лорода (полный газовый анализ).

Принцип непрямой калориметрии может быть понят при энергетическом анализе окис­ления глюкозы — C₆Hi₂O₆ + 6О₂ = 6Н₂О + + 6СО₂ + 2826 кДж.

В этой реакции 2826 кДж (675 ккал) представ­ляют собой энергию, выделяющуюся из 1 моля глюкозы. Масса одного моля глюкозы равна 180 г, а объем 6 мол кислорода — 22,4 лхб = 134,4 л. Следовательно, при окислении 1 г глюкозы выде­ляется 2826 : 180 = 15,7 кДж (3,75 ккал). Посколь­ку 1 л кислорода окисляет строго определенное количество белков, жиров и углеводов, выделяет­ся определенное количество энергии.

Калорический эквивалент кислорода (КЭК) — количество энергии, вырабатываемой орга­низмом при потреблении 1 л кислорода. В слу­чае приведенной выше реакции эта вели­чина равна 2826 кДж/134,4 л, т.е. 21,0 кДж (5,02 ккал) на 1 л кислорода. Смесь углеводов пищи имеет несколько больший коэффици­ент (табл. 15.2).

Зная количество потребленного кислорода и выделившегося углекислого газа, легко рас­считать расход энергии, поскольку показате-

лем характера окисляемых в организме ве­ществ является дыхательный коэффициент (ДК).

Дыхательный коэффициент — отношение объема выделенного СО₂ к объему потреб­ленного кислорода (ДК = V_co/V_0j). Величина ДК зависит от вида окисляемых веществ. При окислении глюкозы он равен 1,0, жиров — 0,7, белков — 0,81. Эти различия объясняют­ся тем, что в молекулах белков и жиров кис­лорода содержится меньше и для их сгорания требуется больше кислорода. По этой же причине при повышении в пищевом рационе доли углеводов и их переходе в жиры ДК ста­новится больше 1,0 и потребление кислорода снижается, поскольку часть кислорода глю­козы не используется для синтеза жиров. При обычном (смешанном) питании ДК при­ближается к 0,82. При голодании и сахарном диабете в связи со снижением метаболизма глюкозы увеличивается окисление жиров и белков и дыхательный коэффициент может снижаться до 0,7.

Количественное соотношение принимае­мых с пищей белков, жиров и углеводов оп­ределяет, естественно, не только величину дыхательного коэффициента, но и калори­ческий эквивалент кислорода.

Для оценки интенсивности газообмена ис­пользуют закрытые и открытые системы. В приборах закрытых систем предусмотрено вдыхание испытуемым из замкнутого про­странства воздуха или кислорода, выдыхае­мый воздух направляется в это же простран­ство.

Для измерения потребления кислорода закрытым способом первая уста­новка была разработана М.Н.Шатернико-вым. В настоящее время исследования газо­обмена у человека проводят с помощью спи­рографа (метаболографа) — рис. 15.2. Испы­туемый вдыхает воздух или кислород из при­бора, в него же направляется выдыхаемый воздух. Двуокись углерода из выдыхаемого воздуха, поступающего обратно в прибор, по­стоянно поглощается. В связи с постепенным расходом объема кислорода в газоприемнике прибора кривая регистрации (спирограмма) от исходного уровня непрерывно смещается под определенным углом. Зная угол смеще­ния спирограммы, время измерения, можно рассчитать объем потребляемого испытуе­мым кислорода в единицу времени.

При использовании открытого спо­соба исследования газообмена для сбора выдыхаемого воздуха обычно применяют мешок Дугласа, изготовленный из газонепро­ницаемого материала. Испытуемый в услови-

ях свободного поведения, например при вы­полнении физических упражнений, вдыхает воздух из атмосферы, а выдыхает его в мешок. В дальнейшем проводят химический анализ атмосферного и выдыхаемого воздуха для расчета ДК. По ДК с помощью таблиц определяют КЭК. Величину КЭК умножают на количество литров кислорода, израсходо­ванного в единицу времени.

В лабораторных условиях специальным га­зоанализатором, например типа «Спиролит», у человека можно проводить непрерывную регистрацию потребления кислорода за опре­деленный период времени без учета выделив­шегося углекислого газа. Если исследование проводится в условиях основного обмена, то его величину можно определить достаточно точно, приняв КЭК равным 4,8 ккал, — эта величина КЭК для условий основного обме­на достаточно постоянна.

Расход энергии (Q) в этом случае равен:

Q = КЭК* у_о! = 4,8* V_0i [ккал].

Если в пище преобладают углеводы, КЭК бывает заниженным незначительно — лишь на 4 %, если же сравнительно высокую долю составляют жиры, величина КЭК оказывает­ся завышенной также лишь на 4 %, что легко учесть.