3.Методы определения расхода энергии. Прямая и непрямая калориметрия.

Для обеспечения нормальных условий жизнедеятельности человека важным моментом является соответствие того коли- чества энергии, которое он тратит, количеству энергии, кото- рое он восполняет. В качестве основной единицы энергии принят джоуль (Дж): I к кал равна 4,19 кДж.

Существует два вида калориметрии: прямая и непрямая (косвенная).

Прямая калориметрия — метод определения энергетиче- ских затрат организма по количеству выделенного им тепла. Прямая калориметрия проводится в специальных камерах— биокалориметрах, где поддерживается постоянный газовый состав среды, влажность и давление. В камере по трубам цир- кулирует вода, которая нагревается теплом, выделяемым на- ходящимся в камере человеком или животным. Общее коли- чество выделенного организмом тепла рассчитывают по объ- ему протекающей воды и изменению ее температуры. Метод прямой калориметрии является очень точным, но ввиду сложности оборудования и трудоемкости самого процесса в настоящее время применяется редко. Более широкое распро- странение получил метод непрямой калориметрии.

Непрямая калориметрия подразделяется на несколько ви- дов.

А) Непрямая калориметрия, основанная на учете теплотвор- ной способности питательных веществ. Теплотворную спо- собность, или калорическую ценность, питательных веществ определяли при сжигании 1 г вещества в специальном кало- риметре («бомба» Бертло) путем пропускания электрического тока. Сам калориметр погружен в воду, и о количестве выде- лившегося тепла судили по изменению температуры воды. Калорическая ценность 1 г белка равна 4,1 ккал (17,17 кДж), 1 г жира — 9,3 ккал (38,96 кДж), I г углеводов — 4,1 ккал (17,17 кДж). В живом организме эти вещества не горят, а медленно окисляются, но конечный эффект остается таким же. Жиры и углеводы горят в калориметре и окисляются в ор- ганизме до одних и тех же конечных продуктов — С02 и воды, поэтому количество тепла, выделяемого в калориметре и в живом организме, одинаково. При окислении белков в организме образуются креатинин, мочевина, мочевая кисло- та, которые являются конечными продуктами и выводятся из организма. В калориметрической «бомбе» белки сгорают до С02 , воды и аммиака с выделением некоторого количества тепла. В связи с этим для белков введено понятие физической и физиологической калорической ценности. Физиологическая калорическая ценность 1 г белка (4,1 ккал) меньше физиче- ской (5,6 ккал). Таким образом, зная количество принятых питательных веществ и их калорическую ценность, можно рассчитать ко- личество энергии, выделившейся в организме.

Б) Непрямая калориметрия, основанная на данных газового анализа. Окисление питательных веществ сопровождается по- треблением определенного количества 02 и выделением соот- ветствующего количества С02 за один и тот же промежуток 468 времени; при этом выделяется тепло. Соотношение между количеством С02 , выделившегося в процессе окисления, и количеством 0 2 , участвующего в окислении, называется ды- хательным коэффициентом (ДК). ДК при окислении белков равен 0,8, жиров — 0,7, углеводов — 1,0. Таким образом, по величине ДК можно судить о том, какие вещества преимуще- ственно окисляются в организме. При питании смешанной пищей дыхательный коэффициент равен 0,85—0,9. Экспериментальными исследованиями установлено, чго каждому значению ДК соответствует определенный калориче- ский эквивалент кислорода, т.е. количество тепла, освобождае- мое при полном окислении какого-либо вещества до С02 и воды в 1 л кислорода (табл. 11.1). Калорический эквивалент кислорода при питании сме- шанной пищей равен 4,8 ккал (20,1 кДж). Это означает, что при полном сгорании пищевых веществ в атмосфере 1 л 02 выделяется 4,8 ккал (20,4 кДж). Определив реальное количе- ство 02 , потребленного организмом, можно рассчитать энер- гетические затраты за минуту, час, сутки.

Непрямая калориметрия с использованием данных газово- го анализа подразделяется на три метода. • Метод непрямой калориметрии с использованием дан- ных неполного газового анализа основан на определении толь- ко количества поглощенного 02 . Количество образовавшего- ся тепла вычисляют по калорическому эквиваленту 02 для усредненного ДК (0,85). • Метод непрямой калориметрии с использованием дан- ных полного газового анализа, который основан на определе- нии количества поглощенного 02 и выделенного С02 с по- следующим расчетом ДК.

Интенсивность обменных процессов и превращения энер- гии зависит от индивидуальных особенностей организма (пол, возраст, масса тела и рост), условий и характера пита- ния, от физической нагрузки, состояния эндокринных желез, нервной системы и внутренних органов. Существенную роль играют и условия внешней среды (температура, давление, влажность воздуха). Минимальные для бодрствующего орга- низма затраты энергии, определенные в строгих стандартных условиях, составляют основной обмен. Энергия основного об- мена необходима для обеспечения жизнедеятельности орга- низма и расходуется для работы сердца, легких, мозга и дру- гих внутренних органов.

Исследование основного обмена про- водят в следующих условиях: • в положении лежа, при полном мышечном и эмоцио- нальном покое (мышечное и эмоциональное напряже- ние значительно повышают энерготраты); • натощак, т.е. спустя 14—16 ч после приема пищи для исключения ее специфического динамического действия — увеличения основного обмена после приема пищи. При- ем белковой пищи увеличивает основной обмен в сред- нем на 30 %, жирной и углеводной пищи — на 14—15 %. Эффект возникает примерно через 1 ч после приема пищи и сохраняется несколько часов; • при температуре комфорта 18—20 °С: температура выше или ниже этих цифр может значительно изменить (уве- личить или уменьшить) энерготраты; • при исключении в течение 3 сут перед исследованием белковой пищи.

На основании многочисленных экспериментальных иссле- дований основного обмена у здоровых людей разного пола, массы тела, роста и возраста статистическим путем были со- ставлены таблицы для мужчин и для женщин, по которым можно рассчитать величину основного обмена. В среднем величина основного обмена составляет 1,0 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела. У мужчин в сутки основной обмен равен примерно 1700 ккал, у женщин — на 10 % ниже. Суточный расход энергии у здорового человека составляет рабочий обмен и значительно превышает величину основного обмена. Он складывается из следующих компонентов: • основного обмена; • рабочей прибавки, т.е. энергозатрат, связанных с движе- нием и выполнением той или иной работы; • специфического динамического действия пищи.