Методи за определяне на енергийния метаболизъм
Методи за определяне на енергийния метаболизъм. Директна калориметрия (принцип и оценка). Принципът на индиректната калориметрия
Методи за определяне на енергийния метаболизъм. Директна калориметрия (принцип и оценка). Принципът на индиректната калориметрия. Пълен (Douglas-Holdane, Shaternicov) и непълен (Crog) метод за анализ на газа. Коефициент на дишане и калоричен еквивалент на кислород.
Базалният метаболизъм - е минималният енергиен разход, необходим за поддържане на жизнеността на тялото. Скоростта на метаболизма е скоростта на използване на енергия в тялото. Единицата, която изразява количеството енергия, освободено от храната, е калорията. 1 калория е количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на водата с 1 o C, 1 килокалория = 1000 калории. Обикновено основният метаболизъм е:
- при мъжете - 1700-1900 ккал
Базалният метаболизъм зависи от:
? Възраст - при децата е по-висока, отколкото при възрастните
? Секс - при жените е с 10% по-нисък, отколкото при мъжете
? Външни условия на околната среда: време на деня - базалният метаболизъм е максимум в 16-17 и минимум в 3-4 сутринта; хората, живеещи на височина, имат по-висок базален метаболизъм.
Базалният метаболизъм може да бъде изчислен чрез стандартни таблици или измерен при определени стандартни условия:
F Липса на физически и умствени усилия
F Стайна температура 18-20 o C
F Атмосферно налягане - 760 mmHg
F След хранене (над 12-16 часа.
За да се определи основният метаболизъм е необходимо стриктно да се спазват тези условия. Скоростта на метаболизма се увеличава значително по време на тренировка. Основният метаболизъм плюс енергията, необходима за извършване на физически упражнения, се нарича общ метаболизъм. Скоростта на метаболизма зависи от извършваната дейност. Съответно всички лица в зависимост от извършваната дейност могат да бъдат разделени на 4 професионални групи:
- Интелектуалци - те изискват 3000-3500kcal дневно
- Работници от напълно автоматизирани предприятия - 3500 - 4000 ккал
- Работници от частично автоматизирани предприятия - 4000-4500 ккал
- Хора, които извършват тежка физическа работа - 4000-4500 ккал
Количеството ккал, необходимо за всяка професионална група, трябва да бъде известно, за да се изчисли количеството храна, приложена ежедневно в зависимост от съдържанието на ккал, за да отговори напълно на изискванията на организма.
Скоростта на основния метаболизъм също може да се увеличи под въздействието на хормони:
1) Тиреоидни хормони - могат да увеличат скоростта на основния метаболизъм от 60% на 100% над нормата. Липсата на тези хормони води до намаляване на скоростта на метаболизма до 50-60% в сравнение с нормата.
2) Катехоламините (адреналин, норадреналин) увеличават скоростта на основния метаболизъм в повечето тъкани.
калориметрия
Калориметрията е метод за изчисляване и определяне на основния метаболизъм. Има два калориметрични метода:
калориметрия директен тя се основава на директното изчисляване на топлината, отделяна от тялото за определен период от време. Този метод се извършва с помощта на специални камери, наречени калориметри. Има калориметрични камери за лабораторни животни или за изследваните лица. Водата тече през определени тръби през тези камери и топлината, отделяна от тялото, ще бъде уловена от водата, циркулираща през тръби, които ще се нагряват. Изчислявайки температурата на водата първоначално и след като индивидът е бил в калориметричната камера известно време, можем да определим основния метаболизъм, с помощта на специални формули:
Q - базален метаболизъм (в kcal)
m - маса вода в калориметъра
в - топлинен капацитет на водата
t1 t2 - начална и крайна температура на водата
М - маса на тялото на животното
Т - времето, когато животното е било в калориметричната камера
Непряка калориметрия Окислителните реакции служат като източник на енергия в организма, в който се образува CO2 и се консумира O2, енергийните разходи могат да бъдат изчислени въз основа на проучването на газовия метаболизъм. Този метод, основан на анализ на газове (O2 и CO2), се нарича индиректна калориметрия. Има два метода на газов анализ за определяне на основния метаболизъм:
- Пълен анализ на газа
- Непълен анализ на газа
Пълен анализ на газа (Метод на Дуглас-Холдън). Изследваният човек вдишва атмосферен въздух за 10-15 минути и издишва въздуха в торбата Duglas, фиксирана на гърба му. Обемът на газа в торбата се измерва и с помощта на газовия анализатор Holdane се определя процентът на O2 и CO2, който след това се трансформира в единици за обем.
Етапи на пълен анализ на газа:
1. Определяне на обема на O2 и CO2 във вдишания и издишания въздух. За да се определи количеството O2, консумирано от тялото и CO2, отстранен от тялото.
VO2consumed = VO2вдъхновено - VO2 изтече
VCO2 елиминиран = VCO2 е изтекъл - VCO2 вдъхновен
2. Определяне на дихателния коефициент (CR). CR - е съотношението между количеството отстранен CO2 и консумирания O2
CR зависи от продукта, подложен на окисляване, а именно: за въглехидрати CR = 1, за протеини CR = 0,8 за липиди CR = 0,7 За смесени храни CR = 0,85
3. Определяне на калоричния еквивалент на един литър кислород (EK). EK е количеството енергия, отстранено чрез окисляване на който и да е продукт в 1 литър O2. Изчислява се по специални таблици, където се взема предвид дихателният коефициент или
за въглехидрати EK = 5 kcal
за EK протеини = 4.8 kcal
за липиди EK = 4,7 kcal
за смесена храна EK = 4,85 ккал
EK не зависи от количеството вещество, което е било окислено, тъй като процесът на окисление ще се определя от VO2, т.е. окислението ще се извърши, докато приключи целия O2, съответно 2 g протеин или 4 g протеин в 1 литър O2 ще бъдат изгорени. премахва същото количество ккал.
4. Определяне на основния метаболизъм за 1 минута. Ако знаем обема на кислорода, консумиран от изследваното лице за 1 минута и ЕК, можем да определим колко ккал ще бъдат елиминирани за 1 минута при консумация на съответното количество кислород.
Q1 = консумиран VO2 x EK = Kcal/min
5. Определяне на основния метаболизъм за 24 часа
Данните за базалния метаболизъм, изчислени чрез пълен анализ на газа, се сравняват с данните, получени от стандартните таблици. Отклонение от стандарта е позволено в рамките на 10%.
Непълен анализ на газа. Изследваният вдишва O2 от резервоара и изтича в резервоара неконсумираните O2, CO2 и водни пари. В същото време се записва спирограмата на Crog. (Спирограма - запис на дихателни обеми). Използвайки спирограмата на Crog, се изчислява VO2, консумиран за 1 минута. Следващите стъпки съвпадат с пълния анализ на газа.