Учёт расхода энергии в организме. Прямая и непрямая калориметрия.

Минимальные энергозатраты бодрствующего организма, необходимые для обеспечения его жизненных функций в условиях исключения действия на него факторов, изменяющих термодинамические процессы, называются основным обменом. Основной обмен – это энергетические затраты организма в стандартных условиях, присущие данному человеку:

1) при бодрствовании в состоянии мышечного покоя (лёжа с расслабленными мышцами), без воздействий, вызывающих эмоциональное напряжение; 

2) утром через 12-16 часов после приёма пищи (т.е. натощак); 3) в условиях температурного комфорта (18-22⁰С).

Энергия основного обмена – это энергия, обусловленная тоническим напряжением скелетных мышц и работой постоянно функционирующих органов – дыхательных мышц, сердца, печени, почек. Полученные в таких условиях величины основного обмена характеризуют исходный «базальный» уровень энергозатрат организма. Количество энергии, выделяемой организмом, выражают в ккал (1ккал = 4,2кДж). Величина основного обмена равна 1-1,2 ккал/кг·час, что соответствует для человека массой 70 кг 17001800 ккал/сутки (7200-7800 кДж/сутки) или 37 ккал/м²·час (150 кДж/м²·час).

Количество выделяемой организмом энергии зависит от различных факторов: массы тела, роста, поверхности тела, возраста, пола, состояния нервной и эндокринной систем, вида работы, профессии, питания, условий внешней среды (температура, влажность, давление) и др. Например, у женщин основной обмен на 7-10% меньше, чем у мужчин. У людей с развитой мышечной системой он больше, чем у тучных (при одной и той же массе тела). Основной обмен у новорождённых и детей больше, чем у взрослых, а у взрослых больше, чем у пожилых. 

 

Правило поверхности Рубнера гласит о том, что энергозатраты организма прямо пропорциональны поверхности тела. Поверхность тела можно рассчитать по формуле:

 

 

R = K · m ^{2 / 3},

 

где R – поверхность тела; К – коэффициент = 0,11; m – масса тела.

 

Правило поверхности не абсолютно. Так, если следовать этому правилу, то у слона энергозатраты должны быть больше, чем у мыши. Однако это не так – у мыши энергозатраты выше, чем у слона. Для точного расчёта зависимости энергозатрат от поверхности тела необходимо учитывать массу органов, продуцирующих тепло в организме:

 

Энергозатраты = = поверхность тела / масса органов, продуцирующих тепло

 

Таким образом, энергозатраты зависят не от абсолютной поверхности тела, а от относительной. Относительность правила поверхности подтверждает также факт, что у людей с одинаковой поверхностью тела бывают разные энергозатраты, что связано не только с теплоотдачей поверхностью тела, но и с теплопродукцией, которая зависит от особенностей обмена веществ у данного человека. У мужчины на 1 м² поверхности тела в сутки выделяется примерно 948 ккал.

Величину основного обмена можно определить по таблице, методами прямой и непрямой калориметрии, а также рассчитать по формуле Дрейера: 

 

H = W / (K·A^0,13)

 

где Н – величина основного обмена;

W – масса тела, г;

К – константа: для мужчин 0,10; для женщин 0,11; А – возраст, количество полных лет.

 

Отклонения основного обмена в пределах ±5-10% от должного считаются нормальными. Отклонения более чем на ±10% указывают на патологию. Основной обмен повышен при гипертиреозе и понижен при гипотиреозе и гипофункции гипофиза и половых желез.

Энергозатраты организма при воздействии на него различных факторов, в том числе и специфически динамического действия пищи (СДДП), изменяющих термодинамические процессы, называют общим (валовым) обменом. Его определяют по газообмену в течение суток. Он позволяет не только определить теплопродукцию организма, но и узнать за счёт окисления каких нутриентов шло теплообразование. Валовый обмен определяется по формуле:

 

Валовый обмен = Основной обмен + СДДП + рабочая прибавка.

При мышечной или умственной нагрузке расход энергии организмом увеличивается на величину рабочей прибавки. Например, если величина валового обмена составляет 3000 ккал/сутки, основного обмена – 1800 ккал/сутки, а специфически динамического действия пищи – 450 ккал/сутки, то величина рабочей прибавки будет равна 750 ккал/сутки.

Энергообмен повышают, наряду с мышечной активностью, эмоциональное напряжение, беременность, снижение температуры среды и другие факторы.

Различают следующие уровни обмена веществ и энергии в организме:

1) минимальный уровень обмена веществ, наблюдающийся во время сна (энергообмен во время сна меньше на 10% основного обмена, что связано со снижением тонуса скелетных мышц); 2) уровень основного обмена;

3) уровень валового обмена.