Методы определения энерготрат организма

С точки зрения термодинамики, организм человека является открытой термодинамической системой, то есть он обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией.

Как любая термодинамическая система, организм человека подчиняется законам термодинамики:

1-й закон: общая энергия системы и окружающей среды постоянна, и в ходе химических реакций и физических процессов энергия может переходить из одной формы в другую. То есть, 1-й закон термодинамики представляет собой закон сохранения энергии.

2-й закон: все самовольные процессы пытаются проходить в направлении роста энтропии системы и окружающей среды. Энтропия - мера неупорядоченности системы, степень деструкции и рассеянности энергии. То есть, 2-й закон ограничивает возможны самопроизвольные превращения энергии в системе.

В соответствии со вторым законом термодинамики все самопроизвольные процессы в организме проходят в направлении повышения энтропии, т.е. уменьшение степени упорядоченности структур, которые составляют организм. Но организм человека, как и любой другой организм характеризуется высокой степенью упорядоченности структур. Поддержание такой упорядоченности структур возможно только благодаря постоянному обмену энергией с внешней средой.

Поступление энергии в организм человека проходит в виде энергии химических связей пищевых продуктов (жиров, белков и углеводов).

Преобразование энергии в организме человека заключается в ее:

• высвобождении;

• аккумуляции;

• использовании.

Выделение энергии из организма человека проходит в виде тепла (по условию, что человека не выполняет внешней механической работы, поскольку при ее выполнении часть энергии выделяется из организма в виде тепла, а часть уходит на выполнение работы).

Энергозатраты человека могут быть регулируемыми и нерегулируемыми. Нерегулируемые энергозатраты – это затраты энергии на основной обмен и специфически динамическое действие еды. Под основным обменом понимают минимальный уровень энергозатрат, который необходим для поддержания здоровья и жизненно важных функций организма. Основной обмен определяют при условиях полного мышечного и нервного покоя, утром натощак, при комфортной температуре (20 С). его величина связана с индивидуальными особенностями человека (масса тела, рост, возраст, пол, состояние эндокринной системы). Например, у женщин основной обмен на 5 – 10% ниже, чем у мужчин, а у детей – на 10 – 15% выше, чем у взрослых (относительно массы). С возрастом основной обмен снижается на 10 – 15%. Специфично динамическое действие еды проявляется в повышении основного обмена, что связано с процессами пищеварения. При усвоении белков основной обмен повышается на 30 – 40%, жиров – на 4 – 14%, углеводов – на 4 – 5%. При смешанном питании с оптимальным количеством усвоенных продуктов основной обмен повышается в среднем на 10 – 15%. Регулируемые энергозатраты – это затраты энергии во время различных видов деятельности человека. Наибольшие энергозатраты имеют место при физической работе, что связано со значительным усилением окислительных процессов в работающих мышцах. Например, во время ходьбы основной обмен увеличивается на 80 – 100%, во время бега – на 400%. С повышением интенсивности мышечных движений увеличивается уровень энергозатрат. Существует несколько методов оценки энергозатрат человека. Наиболее точный метод – прямая калориметрия. Этот метод базируется на измерении количества тепловой энергии, которая освобождается во время выполнения той или иной работы в специальных камерах с высокой степенью теплоизоляции. Однако этот метод требует длительных наблюдений и не позволяет делать измерения при многих видах деятельности. Достаточное усовершенствование этого метода позволило провести сопоставление количества энергии, которая освобождается в виде тепла с количеством кислорода, который поглощается и количеством углекислого газа, который выдыхается. В результате появилась возможность обосновать принцип – непрямой калориметрии и на его основе предложить менее сложный метод оценки энергозатрат. Ещё более простым и доступным, хотя и менее точным, является – метод непрямой алиментарной калориметрии, при котором просчитывают количество потребляемой пищи и ведут наблюдения за массой тела. Подсчёт суточных энергозатрат можно также вести и с помощью – хронометражно–табличного метода (регистрация всех видов деятельности на протяжении суток и определение их энергостоимости с помощью таблиц).

Суточные энерготраты организма складываются из:

- основного обмена, который зависит от возраста, пола, роста, массы тела, физиологической конституции (астеник, нормо-, гиперстеник);

- расхода энергии на пищеварение (специфически-динамическое действие пищи), которая составляет приблизительно 10% от величины основного обмена;

- расхода энергии на физические и эмоциональные нагрузки на протяжении суток, то есть на трудовую деятельность и отдых, согласно распорядку дня индивида или коллектива;

- энерготраты зависят также от климато-погодных условий местности, микроклимата рабочего места, характера и качества одежды, профессиональных навыков и умений.

Наиболее точными, однако громоздкими, методами определения энерготрат являются:

- метод прямой калориметрии (по выделению тепла из организма в специальной калориметрической камере);

- метод непрямой калориметрии – по газообмену (количеству употребленного за единицу времени кислорода и выделенного углекислого газа), который определяют в покое и при выполнении той или иной работы. Выдыхаемый воздух для анализа содержания О₂ и СО₂ накапливают в специальных заплечных мешках Дугласа;

- метод пульсометрии, при котором с помощью специального прибора – пульсотахометра измеряют частоту и наполнение пульса при выполнении разных видов работ и других нагрузок, результаты которых в приборе автоматически переводятся в килоджоули;

- метод алиментарной энергометрии – лабораторное определение калорийности суточного рациона с учетом неусвоенной части пищи;

- расчетные методы: отдельно определяют основной обмен с помощью специальных таблиц Гарриса и Бенедикта на основании пола и массы тела (первое число), а также пола, возраста и роста (второе число). Сумма этих чисел и составляет величину основного обмена. К основному обмену добавляют энерготраты на специфически-динамическое действие пищи, которые составляют 10% величины основного обмена, и энерготраты на все виды нагрузки, которую выполняет человек в течение активной части суток (физический и умственный труд, отдых, прием пищи и тому подобное). Эти энерготраты рассчитывают на основании суточного хронометража (количества часов или минут, потраченных человеком в течение суток на каждый вид нагрузки) с помощью специальных таблиц, в которых указана энергия (в калориях), затрачиваемая на разнообразные виды нагрузки за 1 час.

В последнее время (в 1986 г.) специалистами Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) разработана новая методика определения энерготрат, в соответствии с которой основной обмен (ОО) и специфически-динамическое действие пищи рассчитывают по специальным уравнениям с учетом возраста, пола, роста и массы тела (приложение 2), а энерготраты – умножением ОО на коэффициент физической активности (КФА), значения которого разработаны для разных видов деятельности (приложение 3).

Разработаны также усредненные значения ОО с учетом пола, возраста, массы тела и специфически-динамического действия пищи (приложение 4) и КФА в соответствии с профессиональной принадлежностью индивида (приложение 5).

Например, для мужчины, слесаря по специальности, возрастом 35 лет, ростом 175 см, массой тела 70 кг основной обмен составит:

ОО = 11,3 х 70 кг + 16 х 1,75 м + 901 = 1720 ккал.

Для расчета суточных энерготрат сначала рассчитывают относительный основной обмен (ОО) за 1 час: ООО = ОО : 24 часа, который в нашем примере составит: ООО = 1720 : 24 = 71,7 ккал. Далее определяют хронометраж (затраты времени) на каждый вид деятельности за сутки, в таблице приложения 3 находят соответствующие КФА и рассчитывают энерготраты путем умножения ООО на длительность вида деятельности и КФА. Для расчета энерготрат полученные результаты заносят в таблицу:

Вид деятельности

КФА

Энерготраты на каждый вид деятельности: ООО  длительность вида деятельности  КФА

Сумма основного обмена со специфически-динамическим действием пищи и энерготрат на все виды деятельности составит суточные энерготраты.

Для вычисления ориентировочных суточных энерготрат нужен усредненный основной обмен (с учетом пола, возраста, массы тела, см. приложение 4) умножить на КФА соответствующей профессии (приложение 5).

В нашем случае это составит: 1650 х 1,9 = 3135 ккал.