Исследование энергетического обмена организма

Для исследования энергетических потребностей организма и процессов, связанных с энергетическим обменом (например, состояния гормональной регуляции), используют прямые и косвенные методы.

Прямое определение основано на использовании первого закона термодинамики. Для иссле-дования энергетического обмена организм помещают в калориметр и измеряют величину выделенного тепла и совершенной работы. Однако калориметр - громоздкий прибор, прямая калориметрия занимает продолжительное время. Эти недостатки способствовали широкому распространению в практической медицине косвенному методу исследования энергетического обмена.

При непрямом способе измеряют количество поглощенного кислорода, выделенного угле-кислого газа и с помощью этих величин рассчитывают величину освобожденной энергии в ходе окисления питательных веществ. Такой подход основан на следующих теоретических положениях.

Как было сказано выше, при окислении 1 моля глюкозы выделяется порядка 680 ккал энергии в ходе химической реакции :

_С6Н12О6 + 6О₂ ® 6Н₂О + 6СО₂ + 680 ккал/моль

Для окисления 1 моля глюкозы используется 6 молей кислорода. Поскольку один моль газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л, то для окисления 1 моля глюкозы потребляется объем кислорода: V₀ = 6 ´ 22,4 = 134,4 л, а при использовании одного литра кислорода на окисление глюкозы выделяется энергия:

q = 680 : 134,4 » 5 ккал/л

Последняя величина называется калорическим эквивалентом кислорода для глюкозы. Зная эту величину и объем поглощенного кислорода V_о2, количество энергии, выделяющейся при окислении глюкозы в организме, можно определить: Е_о = q ЧVo₂

Однако энергия в организме может освобождаться и при окислении других веществ - белков и жиров. В этом случае калорический эквивалент кислорода будет другим. Для учета зависимости калорического эквивалента кислорода от вида окисляемых питательных веществ используется специальный параметр - дыхательный коэффициент, представляющий собой отношение объема выделенного углекислого газа к объему потребленного кислорода k = Vco₂ / Vo₂ . Для глюкозы, как следует из уравнения химической реакции, эта величина равна 1: k = Vco₂ / Vo₂= (6 Ч 22,4)/(6 Ч 22,4) = 1. Поэтому для такого дыхательного коэффициента калорический эквивалент кислорода равен 5 ккал/л. Для других значений k величины калорического эквивалента приведены в таблице.

Таблица

Дыхательный коэффициент k Калорический эквивалент кислорода (ккал/л)

0,71 0,75 0,80 0,90 0,95 1,00 4,69 4,74 4,80 4,92 4,98 5,00

С учетом вышесказанного метод определения энергетических потребностей организма заключается в следующем. С помощью специального прибора - метаболиметра измеряют объем поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа, рассчитывают дыхательный коэффициент и по таблице находят величину калорического эквивалента кислорода. Количество освобожденной энергии в процессе окисления питательных веществ (энергетическую потребность организма) окончательно определяют по формуле:

Е_o = q´Vo₂