Определение энергозатрат организма

Согласно закону Гесса, как уже упоминалось, вся энергия, выделяемая при распаде питательных веществ до конечных продуктов, или тепловой эффект химических реакций, зависит только от состояния исходного вещества и конечных продуктов и не зависит от того, через какие промежуточные стадии или пути обмена идет их распад.

Когда физическая работа не совершается, вся химическая энергия переходит в тепло. Это дает возмож­ность использовать теплопродукцию в качестве показателя интенсивности энергетического обмена.

Количество тепла, выделяемого или поглощаемого в ходе различных физических и химических процессов, рассчитывают методами прямой и непрямой калориметрии. В физиологии и медицине калориметрия используется для изучения тепловых эффектов, сопровождающих процессы обмена веществ и энергии в покое, при различных видах деятельности и при за­болеваниях.

Прямая калориметрия

Прямая калориметрия основана на непосредственном и полном учете количества выделенного организмом тепла. Измерения проводят в специ­альных камерах — биокалориметрах, хорошо герметизированных и тепло­изолированных от окружающей среды. В современных биокалориметрах тепло, выделяемое человеком, нагревает воду в трубах, фиксированных к потолку камеры. Для расчета количества выделенного тепла учитывают теплоемкость жидкости, общий ее объем, протекающий через камеру за единицу времени, разность температур поступающей в камеру и оттекающей от нее воды.

Количество выделенного тепла равно количеству тепла, поглощенного протекающей водой, и количеству тепла, затраченного на испарение выдыхаемой с воздухом влаги и влаги, выделяемой на поверхности тела, т.е. скрытой теплоты парообразования.

Для того чтобы знать массу водяных паров, воздух из камеры пропускают через концентрированную серную кислоту, поглощающую воду. При 20° С скрытая теплота парообразования составляет 0,585 ккал на 1 г испарившейся воды. Полученные результаты рассчитывают в ккал за 1 ч (ккал/ч).

Современные биокалориметры градиентного типа представляют собой костюмы, тесно облегающие тело человека, но позволяющие ему свободно передвигаться. Это скафандры и термокостюмы, применяемые при иссле­дованиях в космосе, под водой, при работах в аварийных условиях, где необходимо точное измерение тепловыделения организмом. Костюмы снабжены термочувствительными датчиками, один из которых плотно прилега­ет к телу, а другой контактирует с внешней средой.

Непрямая калориметрия

Для расчета энергообразования у человека применяют метод непрямой калориметрии. Метод основан на определении газометрических показателей обмена — количества потребленного кислорода и выделенной двуоки­си углерода за определенный отрезок времени (полный газовый анализ) или в условиях относительного покоя — только количества поглощенного кислорода (неполный газовый анализ) с последующим расчетом тепло­продукции.

Полный газовый анализ.

При окислении питательных веществ погло­щается кислород, выделяется двуокись углерода и определенное количество тепла. Количество кислорода, необходимое для окисления 1 г белков, жиров и углеводов, неодинаково, так же как и количество выделяемой дву­окиси углерода и тепла.

Первоначально газообмен у человека и животных определяли методом Крога в специальных камерах закрытого типа (респираторная камера М.Н. Шатерникова). В ней непрерывно циркулировал воздух, постоянный состав которого поддерживался благодаря удалению двуокиси углерода и подаче кислорода. Необходимые газометрические показатели (объем поглощенного кислорода и выделенной двуокиси углерода) определялись с высокой степенью точности, но недостатки метода (искусственно создаваемая дыхательная смесь, ограничение движения) доминировали над его преимуществами.

В настоящее время полный газовый анализ проводят открытым респи­раторным методом Дугласа—Xолдейна. Метод основан на сборе выдыхаемого воздуха в специальный приемник (воздухонепроницаемый мешок) с последующим определением общего его количества и содержания в нем кислорода и двуокиси углерода при помощи газоанализаторов. Зная содержание газов в атмосферном воздухе, можно вычислить, насколько уменьшилось содержание кислорода и насколько увеличилось содержание двуокиси углерода в выдыхаемом воздухе, а затем на основании этих дан­ных определить ДК.

Дыхательный коэффициент. Отношение объема выделенной двуокиси углерода к объему поглощенного кислорода называется дыха­тельным коэффициентом.

ДК = С0₂ (л)/0₂ (л)

Дыхательный коэффициент характеризует тип питательных веществ, преимущественно окисляемых в организме на момент его определения. Его рассчитывают, исходя из формул химических окислительных реакций.