 |
методом прямой биокалориметрии
|
|
|
|
методом прямой биокалориметрии
Продуцируемое организмом человека тепло измеряют с помощью термометров
(1, 2) по нагреванию воды, протекающей по трубкам в камере. Количество
протекающей воды измеряют в баке (3). Через окно (4) подают пищу и удаляют
экскременты. Посредством насоса (5) воздух извлекают из камеры и прогоняют
через баки с Н2SO4 (6, 8) – для поглощения воды и с натронной известью (7) –
для поглощения СО2. Кислород подают в камеру из баллона (9) через газовые
часы (10). Давление воздуха в камере поддерживается на постоянном уровне с
помощью сосуда с резиновой мембраной (11)
Рис. 11. Схема биокалориметра Этуотера–Бенедикта
2) Метод непрямой (косвенной) биокалориметрии основан на сопоставлении содержания кислорода и двуокиси углерода во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе с помощью различных приборов и устройств при соблюдении тех условий, которые указаны в определении этих понятий. При повышении энерготрат увеличивается потребление кислорода и образование двуокиси углерода. Каждой единице объема поглощенного кислорода соответствует эквивалентное количество затраченной энергии, которое учитывается в расчётах ВОО и ЭТП с помощью соответствующих формул. При этом учитываются величины дыхательного коэффициента (ДК) и калорического эквивалента кислорода (КЭК) при окислении питательных веществ, представленные в таблице 5. На рисунках 12, 13, 14 приводятся схемы респираторных систем для реализации данного метода.
Таблица 5
Величины дыхательного коэффициента (ДК) и калорического
эквивалента кислорода (КЭК) при окислении питательных веществ
|
Нутриенты |
ДК |
КЭК | |
| кДж/л О2 | ккал/л О2 | ||
| Углеводы | 1, 00 | 21, 1 | 5, 05 |
| Жиры | 0, 70 | 19, 6 | 4, 69 |
| Белки | 0, 81 | 18, 8 | 4, 48 |
|
|
|
Испытуемый вдыхает свежий воздух через мундштук с двухпропускным клапаном;
нос зажат специальным зажимом. Интенсивность потока выдыхаемого воздуха
измеряется с помощью газометра (или пневмотахометра), который управляет
также всасывающим насосом таким образом, что отводятся и собираются
небольшие пробные порции выдыхаемого газа, количество которых
оказывается пропорциональным интенсивности всего потока. С помощью
специального устройства обеспечивается репрезентативность отбираемой
газовой пробы, в которой содержатся все компоненты выдыхаемого воздуха
в правильных пропорциях
Рис. 12. Открытая респираторная система
Испытуемый вдыхает кислород из колоколообразного газометра через трубку с мундштуком и
клапаном. СО2 поглощается натронной известью и удаляется из выдыхаемого воздуха до
возвращения в газометр. В ходе эксперимента нос испытуемого должен быть зажат специальным
зажимом. Перемещения колокола, отражающие ритм дыхания испытуемого, регистрируются на
равномерно движущейся бумажной ленте с помощью специальной записывающей системы
(блоки, груз и рычаг). Эта запись представляет собой спирограмму. Проведя линию, касательную к
колебательной кривой в ее нижних точках, и определив ее наклон (литры в единицу времени), можно
получить непосредственное значение интенсивности поглощения кислорода
(в данном примере 0, 5 л/мин)
Рис. 13. Закрытая респираторная система
Аппарат предназначен для длительных исследований газообмена.
1 – устройство для автоматической подачи О2 в камеру и поддержания
давления в ней; 2 – баллон с кислородом; 3 – термометры; 4 – баллон
для поглощения водяных паров СаCl2; 5 – сосуд с щелочью для
поглощения СО2 ; 6 – мотор, выкачивающий воздух из камеры;
|
|
|
7 – змеевик для охлаждения воздуха
Рис. 14. Схема респираторного аппарата М. Н. Шатерникова для
непрямой калориметрии (закрытого способа)
Первые два метода громоздки, дорогостоящие и в настоящее время не находят практического применения; используются лишь в специальных научных исследованиях. Ранее эти методы были широко использованы при определении энергетических эквивалентов различных видов деятельности.
4) Определение по удельным энерготратам. Метод основан на общей зависимости ВОО от массы тела. При нормальном телосложения ВОО у мужчин равна 1 ккал/час/кг массы тела, у женщин – 0, 9 ккал/час/кг массы тела. Созданы специальные формулы и таблицы для определения показателей с помощью данного простого метода. У тучных и худых лиц данный способ расчёта даёт несколько искаженные результаты: у первых полученная ВОО завышена, у вторых – занижена. С помощью этого метода могут быть получены только приблизительные результаты.
Пример 2.
Необходимо определить ВОО у женщины с нормальным телосложением при МТ 62 кг.
Для определения ВОО МТ умножаем на удельные энерготраты, а также на 24 (количество часов в сутках), и получаем искомый уровень ВОО:
ВОО = 62 × 0, 9 × 24 = 1339, 1 ккал.
Определение по массе тела (МТ). ДВОО определяется с помощью специальных формул например:
ДВОО = 70 ´ масса (кг)3/4 (2)
Используются также специальные таблицы, в основе которых – МТ наблюдаемых.
Для решения уравнения по формуле 2 необходимо возведение числа в дробную степень. В связи с этим, ниже приводится простейший из имеющихся, но весьма точный алгоритм этого математического действия:
1) Перевести калькулятор компьютера или мобильного телефона (в случае наличия данной версии калькулятора в нём) в инженерный вид.
2) Если дробь, в которую нужно возвести число, обыкновенная, – перевести её для удобства расчётов в десятичную путём деления числителя дроби на знаменатель.
3) Набрать на калькуляторе число, которое необходимо возвести в дробную степень.
4) На панели функций калькулятора найти функцию xy и нажать на соответствующую клавишу.
5) Нажать на клавишу «=» и получить необходимый результат.
Пример 3.
Масса тела наблюдаемого 75 кг. Находим ДВОО по формуле 2, подставляя в неё значение указанной МТ, и получаем искомый результат:
|
|
|
ДВОО = 70 ´ 750, 75 = 70 ´ 25, 49 = 1784, 3 ккал
Определение по тощей массе тела (ТМТ). Специальными методами (взвешивание под водой или с помощью специальных формул) определяется ТМТ (безжировая, метаболически активная масса тела). По ТМТ с помощью формул рассчитывается ДВОО. Формулы для расчёта ТМТ представлены в разделе 3. 7.
Определение ВОО по поверхности тела. Использование соответствующих расчётов, основанных на так называемом правиле поверхности тела, согласно которому затраты энергии пропорциональны величине поверхности тела. Поверхность тела находится по формулам, основанным на ее зависимости от массы и длины тела. При расчётах ВОО с помощью формул исходят из того, что 1 м2 поверхности тела у человека в среднем соответствуют энерготраты 948 ккал для мужчин и соответственно на 5-10% меньше у женщин. Формула для расчёта поверхности тела дублируется в разделе 3. 7.
Поверхность тела находят по классической формуле Д. Дюбуа и Е. Дюбуа:
, где (3)
S – поверхность тела, cм2;
Р – масса тела, кг;
Н – длина тела, см.
Пример 4.
По формуле 3 находим поверхность тела мужчины с массой тела 78 кг и длиной тела 174 с:
см2 » 1, 22 м2
Полученную поверхность тела умножаем на 948 ккал и получаем искомую ВОО:
ВОО = 1, 22 × 948 = 1156, 56 ккал
Определение ДВОО по таблицам Харриса-Бенедикта. ДВОО определяется в зависимости от пола, массы, роста и возраста. Таблицы состоят из двух подтаблиц. В первой из них находят фактор А, зависящий от массы тела и пола, во второй подтаблице находят фактор Б, зависящий от пола, длины тела и возраста. Для определения ДВОО складывают найденные значения факторов А и Б и получают его величину в ккал/сутки. Данный метод весьма прост и может широко использоваться в практических и исследовательских целях. Таблицы Харриса-Бенедикта представлены в приложении 5.
Пример 5.
Мужчина в возрасте 37 лет с антропометрическими данными: длина тела 175 см, масса тела – 83 кг.
|
|
|
Работаем с таблицей 1 указанного приложения. По этой таблице находим, что массе тела 83 соответствуют 1208 ккал.
Далее работаем с таблицей 2, по которой находим, что длине тела, возрасту мужчины 37 лет соответствуют 626 ккал.
Суммируем полученные по обеим таблицам величины и получаем ДВОО:
ДВОО = 1208 + 626 = 1834 ккал/сутки.
Определение ЭТП по уравнениям Харриса-Бенедикта. Расчёты по уравнениям основаны на зависимости ЭТП от массы, дины тела и возраста наблюдаемых и дифференцированы в зависимости от пола.
Для мужчин:
ЭТП=66+13, 75× Масса (кг)+5, 0× Длина тела (см)–6, 78× Возраст (годы) (4)
Для женщин:
ЭТП=65, 5+9, 56× Масса (кг)+1, 85× Длина тела (см)–4, 68× Возраст (годы) (5)
Уравнения могут использоваться для расчёта ЭТП у лиц мужского пола с 10-летнего возраста и женщин любого возраста.
Пример 6.
Женщина 35 лет с антропометрическими показателями: масса тела – 58 кг, длина тела – 162 см. Подставляем значения указанных показателей в формулу 5 и получаем значение ЭТП:
ЭТП=65, 6+9, 56× 58+1, 85× 162–4, 68× 35=755, 98 ккал/сутки
Определение ЭТП по уравнениям Mifflin-St. Jeor. Расчёты по уравнениям также основаны на зависимости ЭТП от массы, дины тела и возраста наблюдаемых.
Для мужчин:
ЭТП =10× Масса (кг)+6, 25× Рост (см)–5, 0× Возраст (годы)+5 (6)
Для женщин:
ЭТП =10× Масса (кг)+6, 25× Рост (см)–5, 0× Возраст (годы)–161 (7)
Уравнения могут использоваться для расчёта ЭТП у взрослых лиц 19-78 лет.
Пример 7.
Мужчина 40 лет с антропометрическими показателями: масса тела – 85 кг, длина тела – 178 см. Подставляем значения указанных показателей в формулу 6 и получаем значение ЭТП:
ЭТП=10× 85+6, 25× 178–5, 0× 40+5=1767, 5 ккал/сутки.
Определение степени соответствия ВОО ДВОО. Определение степени соответствия ВОО ДВОО, как правило, производится по формулам, а чаще по номограммам, например, номограмме Рида (рисунок 15) на основе показателей гемодинамики, в частности, ЧСС, пульсового артериального давления (ПД), которые определяют ВОО и ДВОО. Использование номограммы Рида привлекает исследователей простотой определения соответствия ВОО ДВОО: достаточно соединить прямой значение пульса на левой вертикали со значением ПД на третьей вертикали и на второй вертикали в точке пересечения проведенной прямой найти требуемый показатель в процентах. Из-за невысокой точности данный метод используется, как правило, при массовых наблюдениях.
Рис. 15. Номограмма Рида для определения отклонения ВОО от ДВОО
Пример 8.
При обследовании взрослого мужчины были измерены пульс и пульсовое давление, которые были равными соответственно 80 уд/мин и 60 мм рт. ст.
|
|
|
На левой вертикали находим точку, соответствующую пульсу 80 уд/мин. Далее соединяем найденную точку с третьей вертикалью в точке соответствующей пульсовому давлению 60 мм рт. ст. На средней вертикали, в месте пересечения её проведённой соединяющей первую и третью вертикали прямой, находим, что отклонение ВОО от ДВОО составляет +21%. То есть, именно на 21% ВВО превышает ДВОО.
Для измерения суточных энерготрат (СЭ), кроме изложенных выше, могут быть использованы методы, сущность которых представлена ниже.
Определение с помощью норм питания. Человека или определенную когорту относят к той или иной группе населения с учетом возраста, пола, физиологического состояния, тяжести труда. Затем по физиологическим нормам питания (приложение 4) находят СЭ.
При изучении питания групп населения и индивидуального питания ставится задача оценки не только его адекватности энергетическим затратам, но и выявления степени соответствия фактического содержания в рационах питания отдельных нутриентов нормам, в частности, обеспечивающим вклад основных питательных веществ в общую энергоемкость рационов. В этом случае, определив энерготраты, представляется возможность с помощью справочных и нормативных материалов определить потребность в нутриентах по общим энерготратам.
Пример 9.
Определены суточные энерготраты мужчины в возрасте 45 лет, или средние энерготраты для данной профессиональной и возрастной группы, которые составили 3000 ккал (второй вариант – когда известна принадлежность наблюдаемого или наблюдаемых к какой-либо группе по тяжести труда). Необходимо определить потребность мужчины или среднюю потребность в данной возрастной и половой группе в основных нутриентах.
Пользуясь нормами физиологической потребности человека в пищевых веществах и энергии (приложение 4), находим, что мужчина относится к 3 профессиональной группе по тяжести труда (округляем 2950 ккал) с коэффициентом физической активности 1, 9. Соответственно потребности в энергии, в соответствующих графах таблиц норм находим потребность в нутриентах (таблица 6).
Таблица 6
|
|
|
