Визначення енерговитрат організму у стані спокою методом непрямої калоріметрії.

У фізіологічних та клінічних дослідах для визначення витрати енергії використовують порівняно простий метод непрямої калоріметрії, за допомогою якого витрату енергії визначають побічно за об’емом виділеної за цей час вуглекислоти.

Визначення витрати енергії за газообміном можливо у силу того, що основним процесом звільнення енергії являється процес окислення поглиненого людиною 0_2, якій окислює органічні речовини – білки, жири, вуглеводі, в результаті чого звільнюється певна кількість тепла, а самі речовини розпадаються до своїх кінцевих продуктів: СО_2, Н₂, Н₂О.

Для визначення енерговитрат методом непрямої калоріметрії необхідно мати: мішок Дугласа для збирання видихуваного повітря за певний час, газоаналізатор Орса-Фішера для визначення газового складу видихуваного повітря та газовий лічильник для визначення ХОД

Для роботи потрібно: дані газового складу видихуваного повітря досліджуваного, таблиці для розрахунків калорічного коефіцієнту кисню. Об’єкт дослідження – людина.

Проведення роботи:

А. Визначення хвилинного об’єму дихання (ХОД) за допомогою мішка Дугласа.

ХОД необхідно привести до нормальних умов (0 ⁰С та тиск 760 мм.рт.ст.) для того, щоб мати можливість порівняти дані, отримані у різний час у того ж самого досліджуваного, або у різних людей. Приведення до норми проводиться по спеціальним формулам або за допомогою таблиць. Для даного практичного заняття умовно приймають, що ХОД приведений до нормальних умов.

Б. Визначення газового складу видихуваного повітря визначають за допомогою газоаналізатора Орса-Фішера або Холдена (% вмісту СО₂ за допомогою 20-30% розчину КОН, а О₂ - за допомогою мідно-аміачного розчину) шляхом поглинення цих газів вищевказанимі розчинами.

Примітка: Прилад Орса-Фішера складаєтьтся з вимірювальної бюретки (трубки) на 100мл, яка через систему Т-образних кранів може сполучатися з атмосферою та поглинальними посудинами. Досліджуваний газ за допомогою напірної посудини послідовно приводиться (15-20 качань на одне визначення) у зіткненні з поглинувачами СО₂ та О₂ у результаті чого об’єм досліджуваного газу зменшується. Різниця об’ємів у першому відліку дає % СО₂, а у другому -% вмісту О₂.

В. Визначення дихального коефіцієнту (ДК) та розрахунок енерговитрат за даними ДК.

Умови задачі: ХОД=7л/хв (приведено до нормальних умов). У газоаналізаторі Орса-Фішера знаходиться 100мл видихуваного повітря, узятого з мішка Дугласа. Після поглинання СО₂ у бюретці залишилося 96,5 мл газу, після поглинання О₂ у бюретці залишилося 79,5 мл газу.

Розрахунок:

1. Визначити вміст СО₂ у видихуваному повітрі: 100 мл - 96,5 = 3,5 мл, тобто (3,5%).

2. Визначити кількість мл СО₂ виділеного організмом у кожних 100 мл видихуванго повітря: 3,5 мл - 0,03 мл (склад вдихуваного повітря) =3,47 мл СО2.

3. Розрахувати, скільки мл СО₂ виділено організмом за 1 хв. досліду, тобто у ХОД: 3,47мл* 10*7=242,9 мл СО₂.

4. Визначити кількість поглиненого О₂ у 100 мл видихуваного повітря: 96,5 - 79:5 = 17 мл, тобто (17%).

5. Визначити кількість поглиненого О₂ з кожних 100мл повітря: 21мл - 17 мл = 4 мл О₂.

6. Визначити, скільки мл О₂ поглинено за 1хв досліду: 4 мл х 10 х 7 = 280мл О₂.

7. Визначити дихальний коефіцієнт (ДК): 242,9 мл СО₂: 280 мл О₂.

8. Відповідному ДК знаходимо по таблиці калорічний коефіцієнт О₂ (1мл). Він дорівнює 4,9 ккал. У нас витрачено не 1л О₂, а тільки 280 мл. Це означає: 1000 мл - 4,9 ккал, 280 мл - х ккал, де х = 1,38 ккал.

Таким чином, енерговитрати за годину складають: 1,38 ккал х 60хв = 82,8 ккал. За добу 82,8 ккал х 24 год = 1987,2 ккал.

Оформлення результатів та їх оцінка: отримані результати занотувати в протокол, порівняти з належними та зробити висновок.

Визначення енерговитрат людини за умов фізичного навантаження

Для роботи потрібно: дані газового складу видихуваного повітря досліджуваного, таблиці для розрахунків калорічного коефіцієнту кисню. Об’єкт дослідження – людина.

Проведення роботи: Визначення енерговитрат за умов фізичного навантаження проводиться аналогічно, як і у спокої. Винятком є те, що визначення проводиться після фізичного навантаження (підняття вантажу або присідання з вантажем).

Умови задачі: У видихуваному повітрі вміст О₂ складає 16,5%, а СО₂ - 4%. ХОД = 12л. При цьому виконана робота (підняття вантажу вагою 6 кг, відстань – 1,5 м. Кількість рухів за 1хв.- 30 разів). Примітка: при виділенні 1ккал виконується робота у 427 кг/м.

Оформлення результатів та їх оцінка: отримані результати занотувати в протокол, порівняти з належними та зробити висновок.

 

Визначення основного обміну за допомогою мета-тестів (метод неповного газового обміну):

Мета-тест дозволяє визначити рівень основного обміну за показником поглиненого за одиницю часу кисню. Мета-тест становить замкнуту циркулярну систему, що складається з спірометра, поглинача СО₂ (посудина з натронним вапном) та клапанної коробки з краном підключення досліджуваного. Спірометр точно реагує на зміну об’єму у системі приладу при переході дихального повітря із системи у легені та навпаки. Переміщення колокола спірометра, відповідно до обсягу дихання, фіксується чорнилами на папері.

Видихуване дослідженим повітря через видихувальний клапан направляється у поглинач вуглецевої кислоти (натронне вапно), де звільнюється від СО₂ та водяних парів, надходить під колокол спірометра та змішується там з повітрям (або киснем), якщо система до того була заповнена О₂. Обсяг циркуляційної системи приладу у процесі досліду зменшується на обсяг поглиненого досліджуваним О₂. Ця зміна обсягу фіксується писчиком у вигляді спадної кривої дихальних рухів (спірограмі).

Слід пам’ятати, що досліджуваний повинен лежати на кушетці у зручній для нього позі з загубником у роті, якій з’єднаний за допомогою двох резинових шлангів з апаратом. Ніс затиснутий спеціальним затискачем. По мірі того, як поглинається О2, об’єм мішка зменшується, що реєструється на стрічці у вигляді кривої дихальних рухів, яка сходить донизу. Запис ведеться на окремих аркушах паперу з швидкістю кімографа 25 мм /хв. Паралельно проходить поглинання СО₂. Дослід продовжується 3-5 хв. Отримана спірограма служить для підрахування обсягу поглинутого кисню та визначення основного обміну. Після визначення кількості поглинутого за 1 хв. кисню, підраховують його потребу за добу:

Розрахунок об’єму вжитого О₂ проводиться наступним чином. Проводиться пряма, яка з’єднує більшість нижніх точок кривої. З вершини лінії ординат, де початок спірограми, спускається перпендикуляр на лінію абсцис. Утворився трикутник, де є два катети та гіпотенуза. Нас цікавить той катет, який утворився в результаті зменшення О₂ у резервуарі за рахунок поглинання його організмом. Цей катет трикутника і буде відображати в лінійному вимірянні величину поглинення О₂ за потрібний відрізок часу.

Приблизний розрахунок: припустимо, що за допомогою трикутника ми визначили, що за 5 хвилин досліду, або в клініці у хворого поглинений 1 л О_2. Так як ціна приладу дорівнює зміщенню кривої на 20 мл за лінією ординат, за цей час поглинуто 1л О_2. Звідси, за годину 1л 12л О_2, за добу –12 л х 24 = 288 л кисню.

Для визначення величини основного обміну, обсяг поглинутого за добу кисню помножують на калориметричний коефіцієнт кисню, який в умовах основного обміну дорівнює 4,8 ккал (при ДК змішаної їжі = 0,85 - див. у додатку). Отримана цифра вкаже величину фактичного основного обміну (ФОО) у ккал. В клініці ФОО визначається по спірограмі й розрахунок ведеться за формулою: ФОО = К трикутника х 40 х 0,9 х7, де К – катет трикутника в мм, 40 – кількість О₂ в мл при зміщенні писчика на 1 мл (якщо ціна приладу 25 мм за умов поглинення 1 л О₂ ) х 1000 мл / 25 = 40 мл. 0,9 – стандарт (стандартні умови – сухий стан газу, 0^оС, тиск 760 мм.рт.ст. 7- число постійних одиниць).

Наприклад: за 1 хв. писчик змістився на 6 мм, так як К трикутника = 6 мм, звідси 6 х 40 = 240 мл/хв. Знайдений об’єм поглиненого О₂ приводимо до нормальних умов, тобто даємо поправку на температуру в апараті та барометричний тиск, а саме – 240 мл/хв. х 0,9 = 216 мл/хв поглиненого О₂. Отримавши приведений О_2, помножуємо його на 7 = 216мл/хв. х 7 = 1512 ккал (тобто отримуємо ФОО). Беручи до уваги, що під час окислення 1 л О₂ виділяється 4,865 ккал за умов ДК = 0,85 (за Окуневим), то в нашому випадку за 1 хв. не поглинено не 1л О_2, а 0,216 л О₂, тому 4,865 ккал – 1л О₂, х ккал – 0,216 О_2, де Х = 1,05 ккал * 1440 (хв. за добу) = 1512 ккал.Визначивши ФОО за допомогою приладу “Метатест-1”, або “Метатест – 2”, тепер необхідно встановити, чи відповідає він нормі. Для цього необхідно визначити у цієї людини НОО (належний основний обмін) за таблицями Гарріса та Бенедикта (див. у додатку).

Дослідження основного обміну проводять за умов відносного спокою (лежачи, натщесерце, як правило після прийому їжі потрібно пройти не менше 16 годин, після нічного сну, при температурі комфорту (18-20⁰С). Такі умови важко створити в учбовій лабораторії. Тому, отримані в наших умовах цифри, можуть трохи відрізнятися від величин, які відповідають дійсному рівню основного обміну.

Визначення відсотка відхилення основного обміну (за допомогою метатесту-1)

Дані попередньої роботи використовуються для визначення відсотка відхилення обміну за допомогою розрахункової лінійки, що додається до метатесту-1.

Розрахункова лінійка має три передні шкали. За допомогою верхньої приводять результати досліду до нормальних умов (ХВЛ- хвилинна вентиляція легень, ЖЕЛ- життєва ємність легень, м- маса тіла в кг), теж саме і на середній частині, тільки для жінок. На нижній враховуються споживання О₂ за хв., ХОД- хвилинний обсяг дихання, основний обмін- ккал/сут. Також є дані статі, віку, ваги та зросту. Таким чином, за допомогою лінійки можна визначити основний обмін, а на зворотному боці, за тими ж показниками, відсоток відхилення основного обміну від норми.

Визначення належної величини основного обміну за допомогою таблиць Гарріса та Бенедикта (див. додаток).

За таблицею А (по вазі) необхідно знайти свою вагу в кг та відповідний до цієї ваги нормальний покажчик основного обміну в ккал. До цього табличного показника додають відповідне число у таблиці Б (за зростом та вагою), яке знаходять таким чином: відшукують свій зріст у см та вік. У місці перетинання ліній, які йдуть від цих показників і знаходиться необхідне число, яке додають до числа, знайденого за таблицею А. Сума цих чисел і буде шуканою величиною належного основного обміну за добу. Належний основний обмін (НОО) береться за 100 %. ФОО - Х, де Х = ФОО х 100/НОО. Нормою вважається ФОО: середній вік ± 10%, діти та люди похилого віку ± 15%.