Методы исследования обмена энергии организма

калориметрия энергозатраты спортивный Определение энергообмена можно проводить методами прямой и непрямой калориметрии, а также исследованием валового энергообмена.

Прямая калориметрия — основана на измерении тепла, выделяемого организмом, проводится с помощью специальных камер (калориметров). Это наиболее точный метод, но он требует длительного наблюдения, специального оборудования и неприемлем в спортивной деятельности.

Сущность, способы и виды непрямой калориметрии.

Тепло образуется, потому что идут окислительные процессы, потребляется кислород и образуется двуокись углерода. Следовательно, можно определить, сколько тепла образовалось в организме по газообмену, то есть определяют, сколько потреблено кислорода и выделилось двуокиси углерода, на этом основана непрямая калориметрия.

Способы непрямой калориметрии.

Закрытые способы — если долго исследуют газообмен, то используют специальные респираторные камеры. Открытые способы — если газообмен исследуют недолго, то можно пользоваться более простыми, некамерными методами, с этой целью используют различные газоанализаторы.

Для исследования газообмена чаще всего пользуются способом Дугласа-Холдейна. На спине испытуемого укрепляют мешок, который не пропускает воздух. В течение 10−15 минут он дышит, а выдыхаемый воздух собирают в этот мешок. Испытуемый дышит через загубник или резиновую маску, которую одевают на лицо. Там есть клапаны, которые сделаны так, что он дышит атмосферным воздухом, а выдыхает в мешок Дугласа. Когда мешок наполняется, то сначала измеряют объем выдохнутого воздуха, а потом определяют в нем количество кислорода и двуокиси углерода.

Непрямая калориметрия подразделяется на несколько видов.

1. Непрямая калориметрия, основанная на учете теплотворной способности питательных веществ. Теплотворная способность или калорическая ценность питательных веществ определяется путем сжигания 1 г вещества в специальном калориметре («бомба» Бертло) путем пропускания электрического тока. Сам калориметр погружен в воду и о количестве выделившегося тепла судят по изменению температуры воды. Калорическая ценность 1 г белка равна 4,1 ккал (17,17 кДж), 1 г жира — 9,3 ккал (38,96 кДж), 1 г углеводов — 4,1 ккал (17,17 кДж).

Так как тепловой эффект химического процесса не зависит от промежуточных стадий, а определяется лишь начальным и конечным состоянием химической системы, то закономерности, полученные в «бомбе» Бертло, можно перенести на живой организм, где эти вещества не горят, а медленно окисляются.

Жиры и углеводы горят в калориметре и окисляются в организме до одних и тех же конечных продуктов — углекислого газа и воды, поэтому количество тепла, выделяемого в калориметре и в живом организме будет одинаковым. При окислении белков в организме образуются креатинин, мочевина, мочевая кислота, которые дальше не окисляются и выводятся из организма. В калориметрической «бомбе» эти вещества сгорают до углекислого газа, воды и аммиака и выделяют еще некоторое количестве тепла. Поэтому для белков введено понятие физической и физиологической калорической ценности. Физиологическая калорическая ценность 1 г белка (4,1 ккал) меньше физической (5,6 ккал).

Таким образом, зная количество принятых питательных веществ и их калорическую ценность можно рассчитать количество энергии, выделившейся в организме.

2. Непрямая калориметрия, основанная на данных газового анализа. При изучении калорической ценности питательных веществ было установлено, что поглощению определенного количества кислорода и выделению определенного количества углекислого газа за один и тот же промежуток времени соответствует определенное количество выделенного тепла. Такая зависимость позволяет использовать для определения количества тепла, освобождающегося в организме, данные газового анализа: количество поглощенного кислорода и количество выделенного за этот же промежуток времени углекислого газа.

Отношение выделенного углекислого газа к потребленному кислороду показывает, какие вещества преимущественно окисляются.

Дыхательный коэффициент (ДК) — это отношение количества углекислого газа, выделившегося при окислении к количеству кислорода, пошедшего на окисление. Величина ДК зависит от состава окисляемых веществ. При окислении белков он равен 0,8, при окислении жиров — 0,7, а при окислении углеводов — 1,0. Если пища смешанная, то ДК равен 0,85−0,9.

Калорический эквивалент кислорода.

Кислород нужен для окисления белков, жиров и углеводов. Для окисления 1 г этих веществ нужно разное количество кислорода и выделяется разное количество тепла.

Калорический эквивалент кислорода показывает, сколько тепла выделилось, если организм потребил 1 л кислорода. Если мы знаем, сколько кислорода использовал организм и знаем, какие вещества (белки, жиры и углеводы) окислились, то мы можем посчитать энергетические затраты.

Экспериментальными исследованиями установлено, что каждому значению ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода, т. е. сколько тепла, освобождается при полном окислении какого-либо вещества до двуокиси углерода и воды на каждый литр поглощенного кислорода. Калорический эквивалент кислорода при окислении белков равен 4,8 ккал (20,1 кДж), жиров — 4,7 ккал (19,619 кДж), углеводов — 5,05 ккал (21,2 кДж).

Методы непрямой калориметрии с использованием газовых анализаторов.

Непрямая калориметрия с использованием данных газового анализа подразделяется на три метода.

• 1. Метод непрямой калориметрии с использованием данных неполного газового анализа. Определяют только количество поглощенного кислорода (для этого используют спирографы). Усредненный ДК равен 0,85. При усредненном дыхательном коэффициенте калорический эквивалент 1 л кислорода равен 20,356 кДж (или 4,85 ккал). Умножают количество поглощенного кислорода на средний калорический эквивалент кислорода (4,85 ккал), и определяют количество образовавшегося тепла.
• 2. Метод непрямой калориметрии с использованием данных полного газового анализа, т. е. определение количества поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа, с последующим расчетом ДК. По таблицам определяют тот калорический эквивалент кислорода, который соответствует найденному ДК.
• 3. Метод непрямой калориметрии с использованием данных полного газового анализа и с учетом количества распавшегося белка. Так как в состав молекулы белка входит азот, который выделяется с калом, мочой, потом, то можно определить количество выделившегося азота, а, следовательно, и количество распавшегося белка, зная, что 1 г азота содержится в 6,25 г. белка.