Как измерить обмен веществ?

Итак, нам с Вами хочется определить или измерить, сколько же энергии образуется и тратится нашим организмом!

После прочтения прошлых статей посвященных обмену энергии в нашем организме, наши пациенты стали спрашивать, как же это количество энергии измерить? Сегодня как раз таки и расскажу об этом. Но я помню, что за мной должок: статья, о затратах энергии на физические нагрузки.

Итак, нам с Вами хочется определить или измерить, сколько же энергии образуется и тратится нашим организмом! Все вещества, попадающие к нам в организм, проще говоря, пища, которую мы употребляем, переходят из более сложных, в более простые вещества, освобождая при этом энергию. Энергия в свою очередь переходит из одного вида в другой, в конечном виде превращаясь в тепло. Количество энергии как и все в окружающем мире подчиняется законам математики: независимо от промежуточных форм, сумма энергии остается неизменной. Соответственно вся образовавшаяся энергии в организме равна количеству выделенного нашим организмом тепла в окружающую среду. Тепло измеряется в калориях или джоулях, следовательно, и количество энергии освободившейся в организме можно выражать теми же единицами: 1 ккал равна 4,19 кДж.
Методы определения количества образовавшейся энергии называют калориметрией. Если для измерения затрат энергии используют специальные инструменты, то метод называется инструментальным, а он в свою очередь может быть прямым или непрямым (косвенным).

Прямая калориметрия.

Проводится в специальной полностью изолированной от внешней среды комнате или камере. Такую комнату называют обменной или метаболической. В комнате размещены трубки, по ним циркулирует вода. Организм человека помещенного в такую комнату выделяет тепло, это тепло нагревает воду. В зависимости от количества нагретой воды, и разницы в температуре до и после, считают, сколько тепла выделил организм исследуемого человека. В современных обменных комнатах выделенное тепло регистрируется при помощи специальных датчиков. В мире существует единичное количество метаболических комнат, оснащенных современной аппаратурой. Связано это с очень высокой стоимостью последней.

И самое последнее достижение, это специальный костюм, в котором человек может двигаться без проблем. Его стенки изготавливают из специального градиентного слоя. Этот слой включает в себя тонкую пленочку меди, никеля, и слой эпоксидной смолы между ними. Определение количества энергии основано на разнице сопротивления в электрических цепях постоянного тока. Такие костюмы пока используют только для космонавтов. Будем надеяться, что этот способ обследования в ближайшее время будет доступен и для нас.

Наш организм постоянно потребляет кислород (О2), расходует его на окислительные процессы, выделяя при этом углекислый газ (СО2). Помните, на уроках химии мы добавляли к какому- нибудь веществу другое, проходила реакция, а пробирка нагревалась? То же самое происходит и в нашем организме, происходят окислительные реакции, выделяется тепло. То есть если посчитать сколько употребилось О2 и выделилось СО2 можно определить количество образовавшегося тепла в организме.

Отношение количества выделяемого углекислого газа к количеству поглощенного кислорода называется дыхательным коэффицентом (ДК). Дыхательный коэффицент бывает разным. Зависит это от того какое вещество окисляется. При окислении углеводов ДК равен или очень близок к 1. При окислении жиров он равен 0.7. А при окислении белков составляет -0.82. При употреблении в пищу всех пищевых веществ, ДК равен 0,85.

Непрямая калориметрия.

1. Закрытый способ. При этом способе используют специальные стационарные респираторные камеры. Исследование проводится длительно.
2. Открытый способ. Исследование занимает короткий промежуток времени и может проводиться в условиях любого лечебного заведения.

Очень распространен способ Дугласа-Холдейна. На спине обследуемого закрепляют мешок из водонепроницаемой ткани (мешок Дугласа). В него собирают выдыхаемый воздух в течение 10-15 мин. Обследуемый дышит через загубник, или резиновую маску, надетую на лицо. Механизм устроен так, что обследуемый свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок Дугласа. Когда мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого воздуха, в котором определяют количество кислорода и углекислоты.
Для расчета образовавшейся энергии необходима еще одна величина. Эта величина называется метаболическим или энергетическим эквивалентом (МЕТ). Это количество энергии, выделяемое при потреблении организмом 1 литра кислорода. Округленно это 5 ккал, а если точно, то 4.825 ккал энергии. Зная общее количество кислорода можно вычислить энергетические затраты, конечно же, если известно, какие вещества – белки, жиры или углеводы окислились в организме. Энергетические затраты можно вычислить на любой вид работы и в состоянии покоя.

Существует еще один метод расчета энергозатрат - использование двойной метки воды. Это наиболее точный метод из всех известных на сегодняшний момент. Точность составляет 2-8 %. Этот метод считают своеобразным «золотым» стандартом. Обследуемому дают стандартную дозу воды. Молекулы кислорода и водорода метят нерадиоактивными изотопами. Вода, после участия во всех процессах организма, в том числе и обменных, выводится: меченый водород в составе воды, а меченый кислород – в составе воды и углекислого газа. В течение 10-14 дней берутся пробы мочи, слюны и плазмы крови. По результатам этих анализов рассчитываются энергозатраты.

Метод абсолютно безопасен и может использоваться как у взрослых, так и у детей. Недостатком метода является высокая стоимость стабильных изотопов и прибора для анализа изотопов в биологических жидкостях. К сожалению, этот метод используется только в исследовательских целях.

Автор Хестанова Тамара Зауровна