10.1.1. Методы измерения уровня метаболизма

Методы, с помощью которых измеряют интенсивность метабо­лизма, заключаются в непосредственном измерении потерь тепла (прямая калориметрия) или в их измерении косвенным путем (непрямая калориметрия). Устройства, используемые для измерения, представляют собой открытые или закрытые системы, они могут быть переносные или стационарные, они обеспечивают непрерывную или периодическую регистрацию интенсивности обмена веществ.

Прямое измерение интенсивности обмена веществ, впервые разра­ботал Лавуазье в 1780 г. Прямая калориметрия заключается в непосредственном измерении тепла, которое выделяет организм. Для этого животное или человека помещается в специальную герметическую камеру. Через камеру проходят трубки, по которым протекает вода. Для вычисления теплопродукции используются данные теплоемкости жидкости, ее объема, протекающей через камеру за единицу времени, и разности температур поступающей в камеру и вытекающей жидкости.

Непрямое измерение интенсивности обмена веществ основано на измерении количества кислорода, поглощенного организмом. В связи с тем, что кислород используется в любой реакции биологического окисления, а возможности хранения кислорода невелики. Поэтому количество кислорода, потребляемого тканями (показатель интенсивности метаболизма), можно определить по количеству кислорода, поступившего в организм через легкие. При этом определяется и количество выделившегося углекислого газа. Следовательно, энергетический обмен можно оценить, исследуя газообмен.

Наибольшее распространение получил способ Дугласа-Холдейна. Суть данного метода заключается в следующем. В течение 10 - 15 минут собирают у человека выдыхаемый воздух в мешок из воздухонепроницаемой ткани.

Затем определяют объем выдыхаемого воздуха и процентное содержание в нем кислорода и углекислого газа. По соотношению между количеством выделенного углекислого газа и количеством потребленного за данный период времени кислорода определяют дыхательный коэффициент (ДК). С помощью ДК  можно установить, какие вещества окисляются в организме.

ДК= ,

где VС0₂ равен объему выделившегося углекислого газа, V0₂ равен объему потребленного кислорода.

Дыхательный коэффициент (или коэффициент легочного газо­обмена) указывает на тип пищевых продуктов, используемых в об­мене веществ. В случае окисления глюкозы потребление кислорода равно выделению двуокиси углерода, поэтому ДК = 1. Это означает, что ДК при окислении углеводов равен 1. Поскольку в жирных кис­лотах на один атом углерода приходится меньше атомов кислорода, чем в углеводах, их окисление характеризуется значительно более низким дыхательным коэффициентом (ДК = 0.7). В случае окисления чисто белковой пищи ДК оказывается равным 0.81.

Каждому значению ДК соответствует определенный калоричес­кий эквивалент, т.е. то количество тепла, которое выделяется при окислении какого-либо вещества на каждый литр поглощенного при этом кислорода. Калорический эквивалент кислорода, при окислении углеводов равен 21,1 кДж на 1 л кислорода или 5 ккал/л, белков – 18,8 кДж/л или 4,8 ккал/л, жиров – 19,6 кДж/л или 4,69 ккал/л (табл. 2).

Энергетический эквивалент пищи. Количество энергии, выделяемой при окислении какого-либо соединения, не зависит от числа промежуточных этапов его распада, т.е. от того сгорело ли оно или окислилось в ходе катаболических процессов. При окислении углеводов и белков выделяется 17,17 кДж/г или 4,1 ккал/г, окисление 1 г жира дает 38,96 кДж или 9,3 ккал. Запасание энергии в виде жира является наиболее экономичным способом длительного хранения энергии в организме.

Основной обмен - это  минимальные затраты энергии бодрствующего организма  при  определенных условиях.

Интенсивность процессов обмена подвергается суточным колебаниям: возрастает днем и снижается ночью, поэтому величина основного обмена определяется утром.

Интенсивность процессов обмена возрастает в условиях физической и умственной нагрузки, поэтому основной обмен определяется в состоянии физического и эмоционального покоя.

Интенсивность процессов обмена повышается во время приема пищи, ее последующего переваривания, особенно, если пища была белковой. Этот эффект называется специфическим динамическим действием пищи. Возрастание интенсивности метаболизма после еды может продолжаться в течение 12 - 18 часов. В связи с этим основной обмен определяется натощак.

Интенсивность обмена веществ возрастает, если температура окружающей среды не соответствует комфортной. Сдвиги в сторону охлаждения приводят к большему усилению обмена веществ, чем сдвиги в сторону повышения температуры. Основной обмен опреде­ляется при температуре комфорта (18 - 20 градусов тепла).

Интенсивность основного обмена наполовину обусловлена ме­таболизмом печени и покоящейся скелетной мускулатуры.

Значения интенсивности основного обмена у здоровых людей зависят от возраста, пола, роста и массы тела, от рода занятий и от того, как выполнялась работа.

Динамика основного обмена с возрастом тесно связана с энерге­тическими затратами на рост. Энергетические затраты на рост тем больше, чем моложе ребенок. Расход энергии, связанный с ростом, в возрасте 3 месяца составляет 36%, в возрасте 6 месяцев - 26%, 10 месяцев - 21 % общей энергетической ценности пищи.

В дошкольном и младшем школьном возрасте отмечается соот­ветствие интенсивности снижения основного обмена и динамики ростовых процессов: чем больше скорость относительного роста, тем значительнее изменения обмена покоя.

Величина основного обмена у девочек ниже, чем у мальчиков. Это различие начинает проявляться уже во второй половине первого года жизни.

         По изменению темпов ростовых процессов и интенсивности об­мена девочки опережают мальчиков примерно на год.

Правило поверхности. М. Рубнер в 1868 г. установил, что затраты энергии (интенсивность обмена) пропорциональны величине поверхности тела. Это объясняется необходимостью поддерживать постоянную температуру соотношением теплопродукции и теплоотдачи, так как при относительно большой поверхности тела теряется больше тепла. У человека отношение основного обмена к поверхности тела величина, сравнительно, постоянная. Ежедневная продукция тепла на 1 кв. м поверхности тела равна 850 - 1250 ккал (3559-5234 кДж).

Для определения поверхности тела используют формулу: R = К  m, где R - площадь поверхности тела, К - константа у человека равна 12,3, m - масса тела.