Методи визначення енергетичного обміну
Методи визначення енергетичного обміну. Пряма калориметрія (принцип та оцінка). Принцип непрямої калориметрії
Методи визначення енергетичного обміну. Пряма калориметрія (принцип та оцінка). Принцип непрямої калориметрії. Повний (Дуглас-Холдейн, Шатерніков) і неповний (Крог) метод газового аналізу. Коефіцієнт дихання та калорійний еквівалент кисню.
Базальний обмін речовин - це мінімальні витрати енергії, необхідні для підтримки життєвої сили організму. Швидкість метаболізму - це швидкість використання енергії в організмі. Одиницею вимірювання кількості енергії, що виділяється з їжею, є калорії. 1 калорія - це кількість тепла, необхідна для підвищення температури води на 1 o C, 1 кілокалорія = 1000 калорій. Зазвичай базальний обмін речовин:
- у чоловіків - 1700-1900 ккал
Базальний обмін речовин залежить від:
? Вік - у дітей він вищий, ніж у людей похилого віку
? Стать - у жінок вона на 10% нижча, ніж у чоловіків
? Зовнішні умови навколишнього середовища: час доби - базальний обмін максимум в 16-17 і мінімум в 3-4 ранку; люди, що живуть на висоті, мають вищий базальний обмін речовин.
Базальний метаболізм можна розрахувати за стандартними таблицями або виміряти за певних стандартних умов:
F Відсутність фізичних та розумових зусиль
F Температура в приміщенні 18-20 o C
F Атмосферний тиск - 760 мм рт. Ст
F Після прийому їжі (протягом 12-16 годин.
Для визначення базального обміну необхідно суворо дотримуватися цих умов. Швидкість метаболізму значно збільшується під час фізичних вправ. Основний метаболізм плюс енергія, необхідна для виконання фізичних вправ, називається загальним метаболізмом. Швидкість метаболізму залежить від виконуваної діяльності. Відповідно, усіх осіб залежно від діяльності, що здійснюється, можна розділити на 4 професійні групи:
- Інтелектуали - їм потрібно щодня 3000-3500 ккал
- Працівники повністю автоматизованих підприємств - 3500 - 4000 ккал
- Працівники частково автоматизованих підприємств - 4000-4500 ккал
- Люди, які виконують важку фізичну роботу - 4000-4500 ккал
Кількість ккал, необхідна для кожної професійної групи, повинна бути відомою для розрахунку кількості їжі, що вводиться щодня, залежно від вмісту ккал, щоб повністю відповідати вимогам організму.
Швидкість базального обміну може також зростати під впливом гормонів:
1) Гормони щитовидної залози - можуть збільшити швидкість базального обміну з 60% до 100% вище норми. Відсутність цих гормонів призводить до зниження швидкості метаболізму до 50-60% порівняно з нормою.
2) Катехоламіни (адреналін, норадреналін) збільшують швидкість базального обміну в більшості тканин.
калориметрія
Калориметрія - метод розрахунку та визначення базального обміну. Існує два калориметричні методи:
калориметрія прямий він заснований на безпосередньому розрахунку тепла, яке віддає тіло за певний проміжок часу. Цей метод виконується за допомогою спеціальних камер, які називаються калориметрами. Є калориметричні камери для лабораторних тварин або для обстежуваних. Вода тече через певні труби через ці камери, і тепло, що виділяється тілом, буде вловлюватися водою, яка циркулює по трубах, які будуть нагріватися. Розрахувавши температуру води спочатку і після того, як людина деякий час перебувала в калориметричній камері, ми можемо визначити базальний обмін за допомогою спеціальних формул:
Q - базальний обмін (в ккал)
m - маса води в калориметрі
в - теплова потужність води
t1 t2 - початкова і кінцева температура води
М - маса тіла тварини
Т - час перебування тварини в калориметричній камері
Непряма калориметрія Окислювальні реакції служать джерелом енергії в організмі, в якому утворюється CO2 і споживається O2, енергетичні витрати можуть бути розраховані на основі вивчення газового обміну. Цей метод, заснований на аналізі газів (O2 і CO2), називається непрямою калориметрією. Існує два методи газового аналізу для визначення базального обміну:
- Повний аналіз газу
- Неповний аналіз газу
Повний аналіз газу (Метод Дугласа-Холдейна). Обстежений вдихає атмосферне повітря протягом 10-15 хвилин і видихає повітря в сумці Дугласа, закріпленій на спині. Вимірюється об’єм газу в мішку і за допомогою газоаналізатора Holdane визначається відсоток O2 і CO2, який потім трансформується в одиниці об’єму.
Етапи повного газового аналізу:
1. Визначення об’єму O2 та CO2 у вдихуваному та видихуваному повітрі. Для визначення кількості споживаного організмом O2 та виведеного з організму CO2.
VO2consumed = VO2надихнув - термін дії VO2 закінчився
VCO2 виключено = VCO2 минув - VCO2 натхненний
2. Визначення дихального коефіцієнта (КР). CR - це співвідношення між кількістю видаленого СО2 та споживаним О2
CR залежить від продукту, що піддається окисленню, а саме: для вуглеводів CR = 1, для білків CR = 0,8 для ліпідів CR = 0,7 Для змішаних продуктів харчування CR = 0,85
3. Визначення калорійного еквівалента одного літра кисню (ЕК). EK - це кількість енергії, що видаляється окисленням будь-якого продукту в 1 літрі O2. Він розраховується за спеціальними таблицями, де враховується дихальний коефіцієнт або
для вуглеводів ЕК = 5 ккал
для білків ЕК = 4,8 ккал
для ліпідів ЕК = 4,7 ккал
для змішаної їжі ЕК = 4,85 ккал
ЕК не залежить від кількості речовини, яка була окислена, оскільки процес окислення буде визначатися VO2, тобто окислення відбуватиметься, поки не закінчиться весь O2, відповідно спалюють 2 г білка або 4 г білка в 1 літрі O2. виводить таку ж кількість ккал.
4. Визначення базального обміну протягом 1 хвилини. Якщо ми знаємо об’єм споживаного обстежуваним кисню за 1 хвилину та ЕК, ми можемо визначити, скільки ккал буде виведено за 1 хвилину при споживанні відповідної кількості кисню.
Q1 = витрачений VO2 x EK = Ккал/хв
5. Визначення базального обміну протягом 24 годин
Дані базального метаболізму, розраховані за допомогою повного газового аналізу, порівнюються з даними, отриманими із стандартних таблиць. Відхилення від стандарту допускається в межах 10%.
Неповний аналіз газу. Обстежена людина вдихає O2 з водойми і виходить у резервуар O2, CO2 і водяну пару. Одночасно реєструється спірограма Крога. (Спірограма - запис дихальних об’ємів). За допомогою спірограми Крога розраховується споживання VO2 протягом 1 хвилини. Наступні кроки збігаються з повним аналізом газу.