Определение интенсивности метаболизма. Прямая и непрямая калориметрия

Определение интенсивности метаболизма. Прямая и непрямая калориметрия

Наиболее важную, центральную роль в энергетическом обмене занимает аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). АТФ, образуясь из других макроэргических соединений, сама участвует в их синтезе.

Энергия, которая извлекается из органических веществ, унифицируется и накапливается в форме АТФ, количество которой в тканях организма поддерживается на высоком уровне. АТФ содержится в каждой клетке организма. Наибольшее количество ее обнаруживают в скелетных мышцах — 0,2-0,5%. Любая деятельность клетки всегда точно совпадает по времени с распадом АТФ.

При беге на короткую дистанцию (100 м) мышцы работают почти только за счет содержащейся в АТФ энергии. Разрушившиеся молекулы АТФ должны восстановиться, для того чтобы мышцы вновь могли сокращаться. Это происходит за счет энергии, которая освобождается при распаде углеводов и других веществ.

АТФ — единый и универсальный источник энергии для функциональной деятельности клеток и организма в целом. Энергия организма расходуется на осуществление основного обмена веществ, работу мышц и при специфическом действии пищи.

Методы измерения затрат энергии (прямая и непрямая калориметрия). Понятие о дыхательном коэффициенте

Прямая калориметрия основана на непосредственном определении тепла, высвобождающегося в процессе жизнедеятельности организма. Человека помещают в специальную калориметрическую камеру, в которой учитывают все количество тепла, отдаваемое телом человека.

Тепло, выделяемое организмом, поглощается водой, протекающей по системе труб, проложенных между стенками камеры. Метод очень громоздок, применение его возможно в специальных научных учреждениях. Вследствие этого в практической медицине широко используют метод непрямой калориметрии.

Сущность этого метода заключается в том, что сначала определяют объем легочной вентиляции, а затем — количество поглощенного кислорода и выделенной углекислоты. Отношение объема выделенной углекислоты к объему поглощенного кислорода носит название дыхательного коэффициента.

По величине дыхательного коэффициента можно судить о характере окисляемых веществ в организме.

При окислении углеводов дыхательный коэффициент равен 1, так как для полного окисления 1 молекулы глюкозы до углекислого газа и воды потребуется 6 молекул кислорода, при этом выделяется 6 молекул углекислого газа:

Определение интенсивности метаболизма. Прямая и непрямая калориметрия

Дыхательный коэффициент при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров — 0,7. В жирах и белках содержится мало внутримолекулярного кислорода, поэтому для их окисления необходимо больше кислорода: для окисления 1 г белков 0,97 л, 1 г жиров 2,03 л.

Определение расхода энергии по газообмену. Количество тепла, высвобождающееся в организме при потреблении 1 л кислорода, — калорический эквивалент кислорода — зависит от того, на окислении каких веществ используется кислород.

Калорический эквивалент кислорода при окислении углеводов равен 21,13 кДж (5,05 ккал), белков — 20,1 кДж (4,8 ккал), жиров — 19,62 кДж (4,686 ккал).

Существует зависимость между дыхательным коэффициентом и количеством энергии, которая образуется при поглощении 1 л кислорода (табл. 6).

Определение интенсивности метаболизма. Прямая и непрямая калориметрияТаблица 6. Участие жиров и углеводов в обмене веществ и калорический эквивалент при различной величине дыхательного коэффициента

Основной обмен и значение его измерения для клиники

Основной обмен — это минимальное количество энергии, необходимое для поддержания нормальной жизнедеятельности организма в состоянии полного покоя при исключении всех внутренних и внешних влиянии, которые могли бы повысить уровень обменных процессов.

Основной обмен веществ определяют утром натощак (через 12-14 ч после последнего приема пищи) в положении лежа на спине, при полном расслаблении мышц, в комфортных температурных условиях окружающей среды (18-20°С).

Выражают основной обмен количеством энергии, выделенной организмом (кДж или ккал).

В состоянии полного физического и психического покоя организм расходует энергию на: 1) постоянно совершающиеся химические процессы; 2) механическую работу, выполняемую отдельными органами (сердце, дыхательные мышцы, кровеносные сосуды, кишечник и др.); 3) не прекращающуюся деятельность железисто-секреторного аппарата.

Основной обмен веществ зависит от возраста, роста, массы тела, пола. Самый интенсивный основной обмен веществ в расчете на 1 кг массы тела отмечается у детей.

У новорожденных он составляет 209-222 кДж/кг (50-53 ккал/кг) в сутки, у детей 1-го года жизни — 176 кДж/кг (42 ккал/кг). С увеличением массы тела усиливается основной обмен веществ.

Средняя величина основного обмена веществ у здорового человека равна приблизительно 4,2 кДж (1 ккал) в 1 ч на 1 кг массы тела.

По расходу энергии в состоянии покоя ткани организма неоднородны. Более активно расходуют энергию внутренние органы, менее активно — мышечная ткань. По мере увеличения мышечной ткани по отношению к массе внутренних органов расход энергии снижается.

Интенсивность основного обмена веществ в жировой ткани в 3 раза ниже, чем в остальной клеточной массе организма. Худые люди производят больше тепла на 1 кг массы тела, чем полные.

Если рассчитать энерговыделения на 1 м2 поверхности тела, то эта разница почти исчезает, так как, согласно правилу Рубнера, основной обмен веществ приблизительно пропорционален поверхности тела для разных видов животных и человека.

У женщин основной обмен веществ ниже, чем у мужчин. Это связано с тем, что у женщин меньше масса и поверхность тела.

Отмечены сезонные колебания величины основного обмена веществ — повышение его весной и снижение зимой. На величину основного обмена веществ влияет предшествующая мышечная работа.

Мышечная деятельность вызывает повышение обмена веществ пропорционально тяжести выполняемой работы.

К значительным изменениям основного обмена приводят нарушения функций органов и систем организма. При повышенной функции щитовидной железы, малярии, брюшном тифе, туберкулезе, сопровождающихся лихорадкой, основной обмен веществ усиливается.

Расход энергии при работе

Расход энергии человеком зависит от состояния организма и мышечной деятельности. При мышечной работе значительно увеличиваются энергетические затраты организма. Это увеличение энергетических затрат составляет рабочую прибавку, которая тем больше, чем интенсивнее работа (табл. 7).

Определение интенсивности метаболизма. Прямая и непрямая калориметрияТаблица 7. Расход энергии в покое и при физической нагрузке

По сравнению со сном при медленной ходьбе расход энергии увеличивается в 3 раза, а при беге на короткие дистанции во время соревнований — более чем в 40 раз.

При кратковременных нагрузках энергия расходуется за счет окисления углеводов. При длительных мышечных нагрузках в организме сгорают преимущественно жиры. У тренированных спортсменов энергия мышечных сокращений обеспечивается исключительно за счет сгорания жиров.

Во время продолжительной тяжелой работы окисление жиров дает около 80% всей необходимой энергии. У человека, занимающегося физическим трудом, энергетические затраты возрастают пропорционально интенсивности труда. По энергетическим затратам все профессии могут быть разделены на несколько групп.

Каждая группа характеризуется определенным суточным расходом энергии (табл. 8).

Определение интенсивности метаболизма. Прямая и непрямая калориметрияТаблица 8. Суточный расход энергии взрослого человека в зависимости от пола, возраста и рода его деятельности

Вопрос 67. Методы определения расхода энергии. Прямая и непрямая калориметрия

Метод прямой калориметрии

Исследование проводится в специальных камерах с двойными стенками, между которыми по системе трубок циркулирует вода.

Энергия, выделяемая в виде тепла, определяется путем установления объема протекающей воды и степени ее нагрева в процессе опыта.

Наиболее распространенным образцом является камера Этуотера — Бенедикта в различных ее модификациях. В нашей стране используются камеры Пашутина, Шатерникова и др.

Все это делает невозможным использование метода прямой энергометрии для определения расхода энергии в обычных условиях жизни и трудовой деятельности человека.

Алгоритм обоснования энергетической ценности и нутриентного состава рациона питания на основе определения физиологической потребности организма в энергии и пищевых веществах.

Определение интенсивности метаболизма. Прямая и непрямая калориметрия

Метод непрямой (респираторной) калориметрии

Получил широкое распространение. Принцип метода респираторной энергометрии основан на определении химического состава вдыхаемого и выдыхаемого человеком воздуха с последующим установлением дыхательного коэффициента.

Зная энергетический эквивалент одного литра поглощенного кислорода при определенном дыхательном коэффициенте и величину легочной вентиляции, легко вычислить расход энергии при любом виде деятельности человека.

Для полной характеристики энергетических затрат необходимо иметь данные суточного хронометража бюджета времени по видам деятельности.

Для определения расхода энергии методом респираторной энергометрии предложено много различных аппаратов (системы Дугласа, Цунца — Гепперта, Этуотера, Шатерникова — Молчановой и др.).

Составными частями этих систем-аппаратов обычно являются: резервуары для собирания выдыхаемого воздуха (чаще мешки Дугласа), соединенные шлангами со специальной маской или загубником, приборы для измерения объема выдыхаемого воздуха (газовые часы) и газовый анализатор (чаще прибор Холдейна).

Данные, полученные методом респираторной энергометрии, близки к данным, полученным методом прямой энергометрии. Разница не превышает долей процента.

Метод определения потребности в энергии газометрическим способом также имеет определенные недостатки: большая трудоемкость исследований, недостаточно надежен при определении расхода энергии у людей с большим разнообразием трудовых операций и процессов различной интенсивности и др.

Заказать ✍️ написание учебной работы

Мониторинг метаболизма у больных в критических состояниях uMEDp

Особенностью метаболического ответа у больного в критическом состоянии является наличие синдрома гиперметаболизма – гиперкатаболизма.

Читайте также:  Острая боль в грудной клетке. Тактика при боли в грудной клетке.

Для компенсации белковых и энергетических потерь необходимо планировать нутритивно-метаболическую терапию в соответствии с показателями непрямой калориметрии и среднесуточной экскреции азота.

У больных в критическом состоянии целесообразно использовать гипернитрогенные смеси, позволяющие избежать гипералиментации и улучшающие результаты лечения больного в критическом состоянии.

Определение интенсивности метаболизма. Прямая и непрямая калориметрия

Таблица. Ключевые слова, символы и нормативы непрямой калориметрии

Введение

Критическое состояние в современной медицинской практике определяется как крайняя степень любой, в том числе ятрогенной, патологии, при которой требуется искусственное замещение или поддержка жизненно важных функций.

Особенностью метаболического ответа у больного в критическом состоянии является наличие синдрома гиперметаболизма – гиперкатаболизма, то есть повышенный расход углеводов, жиров, аминокислот как энергетических субстратов.

Физиологически этот синдром характеризуется значительным возрастанием потребления кислорода и продукции углекислого газа, повышением потерь азота с мочой и первичным снижением антиинфекционной резистентности, в том числе к собственной микрофлоре.

По данным иностранных и отечественных авторов, именно суточные потери азота с мочой являются основным показателем оценки выраженности катаболической реакции. Этот показатель используется для определения необходимого количества белка при планировании нутритивно-метаболической терапии [1, 2].

В свою очередь измерение потребления кислорода и расчет энергетических затрат у больных в критическом состоянии до сих пор производятся для того, чтобы рационально провести респираторную поддержку и своевременного отлучить больного от респиратора [3–5].

Вопрос информативности показателей метаболизма (потребление кислорода, выделение углекислого газа, расход энергии покоя) для количественного и качественного определения состава питательной смеси у больных в критическом состоянии остается открытым.

В настоящее время успешное лечение больного в критическом состоянии не утопично. Широко применяются современные методы инфузионной, антиагрегантной, тромболизисной, нейропротективной и реабилитационной терапии.

Однако только рациональная нутритивно-метаболическая терапия может предупредить и устранить прогрессирование нутритивной недостаточности – неотъемлемой составляющей критического состояния [6, 7].

Например, в критических условиях посттравматического гиперметаболизма скорость потери массы тела выше, чем в условиях обычного голодания, когда потеря составляет до 10% массы тела.

Посттравматический гиперметаболизм и его осложнение сопровождаются потерей 20–40% массы тела, что значительно увеличивает частоту летальных исходов и длительность пребывания больного в стационаре [6, 8]. Кроме того, резко возрастает вероятность развития инфекционных осложнений [9–12]. Суточные потери азота с мочой при деструктивном панкреатите могут значительно превышать нормальный уровень, составляя 10–11 г/сут при отечном панкреатите и достигая 20–25 г/сут на фоне распространенных гнойных осложнений [13–15].

Таким образом, факт необходимости коррекции нутритивной недостаточности у больного в критическом состоянии в настоящее время не вызывает сомнений.

В европейских и американских методических рекомендациях изложен единый подход к проблеме с соблюдением национальных и международных руководящих принципов, представлен обзор и анализ соответствующей текущей литературы, приведены экспертные заключения и клинические примеры.

Однако есть и некоторые противоречия, в частности, измерять суточную энергопотребность в условиях стрессовых состояний методом непрямой калориметрии или с помощью специальных формул [16, 17]. Для определения расхода энергии покоя в клинической практике чаще всего используют стандартные уравнения Харриса – Бенедикта, Оуена и др.

Более точно измерить энергопотребности можно с помощью метода непрямой калориметрии, применение которого во многих странах в отделениях интенсивной терапии давно является рутинной процедурой.

Расход энергии рассчитывается как количество кислорода, потребленное организмом за определенное время, и количество углекислого газа, выделенное за это же время.

Поскольку выделение энергии происходит в результате окисления веществ до конечных продуктов (углекислого газа, воды и аммиака), то между количеством потребленного кислорода, выделенной энергией и углекислым газом существует взаимосвязь.

Зная показания газообмена и калорический коэффициент кислорода, можно рассчитать расход энергии покоя и расход энергии в реальном времени (табл.). Расход энергии покоя, как правило, включает 60–75% от полного ежедневного калоража. При измерении энергопотребности методом непрямой калориметрии в течение 30–60 минут можно определить суточный расход энергии с минимальной погрешностью в 1–5% [18].

В условиях отделения реанимации и интенсивной терапии больной не может быть метаболически стабильным, так как воздействие разнонаправленных факторов на фоне нестабильной гемодинамики и искусственная вентиляция легких требуют различных, трудно прогнозируемых затрат как энергии, так и белкового субстрата.

Именно поэтому в повседневной практике представляется целесообразным суточное измерение энергопотребности у таких больных методом непрямой калориметрии [6, 19].

Однако реальная обстановка в российских лечебно-профилактических учреждениях такова, что планирование нутритивной терапии больным в критическом состоянии производится чаще всего или без учета реальных потребностей, или по расчетным потребностям в энергии на килограмм массы тела, реже по уравнению Харриса – Бенедикта (СкМТ):

655,1 + 9,6 × масса тела (кг) + 1,85 ×  рост (см) — 4,68 × возраст (лет).

Метод непрямой калориметрии для рационального выбора фармаконутриентов применяется лишь в единичных клиниках и федеральных центрах.

В условиях достаточного обеспечения многих отделений реанимации как энтеральными, так и парентеральными питательными смесями наблюдается характерная для последнего времени тенденция: синдром гипералиментации, проявляющийся уремией, метаболическим ацидозом, гипергликемией и инсулинорезистентностью, стеатозом печени, гиперкапнией и диареей. Возникают вопросы: так ли необходим больному высокий калораж? Как быть с большими потерями белка? Какого соотношения белковых и небелковых калорий необходимо придерживаться?

  • Работы по изучению белкового и энергетического питания у больных в критическом состоянии, находящихся на искусственной вентиляции легких, показали, что целевое обеспечение больных энергией и белком (около 1,2 г/кг) во время искусственной вентиляции легких позволило снизить 28-дневную летальность на 50%, в то время как целевое обеспечение только энергией к такому результату не привело [6, 14, 19–22].
  • Целесообразность применения непрямой калориметрии для планирования нутритивной поддержки явилось целью нашего собственного исследования.
  • Материал и методы исследования

В исследовательскую группу вошли 30 больных (средний возраст 67 ± 6 лет), находившихся в отделении общей реанимации городской клинической больницы № 64 г. Москвы.

Пациенты были госпитализированы с внебольничной пневмонией, острой дыхательной недостаточностью, гипергликемической комой, коморбидными состояниями, желудочно-кишечными кровотечениями, панкреонекрозом.

Во всех случаях осуществлялся мониторинг метаболизма в течение суток: определяли потребление кислорода, выделение углекислого газа, респираторный коэффициент, расход энергии, контролировали потери белка в суточной моче. Кроме того, рассчитывали величину основного обмена, используя уравнение Харриса – Бенедикта.

Контрольную группу составили 30 больных, наблюдавшихся в том же отделении общей реанимации. Для мониторинга метаболизма в этой группе метод непрямой калориметрии не применялся.

По полу, возрасту, диагнозам, тяжести состояния пациенты в группах существенно не различались. У всех больных имела место органная дисфункция, которая определялась по шкале оценки органной недостаточности (Sequential Organ Failure Assessment – SOFA): в среднем 5,2 ± 1,4 балла в исследовательской и 5,4 ± 0,8 балла в контрольной группе.

Всем пациентам, включенным в исследование, проводилась комплексная интенсивная терапия в соответствии с принятыми клиническими рекомендациями лечения основной патологии. Нутритивная терапия осуществлялась преимущественно энтеральным путем.

Питательная смесь вводилась энтерально-зондовым способом.

Эффективность терапии оценивалась по показателям трофологического статуса, срокам проведения искусственной вентиляции легких и длительности пребывания пациентов в отделении реанимации и интенсивной терапии.

Результаты исследования и их обсуждение

В контрольной группе при планировании нутритивно-метаболической терапии учитывались показатели уравнения Харриса – Бенедикта и данные мониторинга азотистых суточных потерь.

Энергопотребности у больных контрольной группы составили в среднем 2340 ± 250 ккал/сут, потери белка с мочой – 86 ± 4,3 г/сут.

Компенсация энергетических потерь осуществлялась энтеральными нормокалорическими или гиперкалорическими смесями (Нутризон и Нутризон Энергия с пищевыми волокнами) в объеме до двух литров для достижения целевых значений белка и энергии.

В исследовательской группе нутритивно-метаболическая терапия назначалась больным с учетом среднесуточных показателей непрямой калориметрии.

Энергопотребности в этой группе по данным непрямой калориметрии были достоверно ниже (1630 ± 200 ккал/сут), потери белка с мочой в среднем составили 90 ± 5,6 г/сут. Компенсация потерь осуществлялась гипернитрогенными смесями.

Стартовая потребность в белке – 2,0 г/кг/сут, далее по результатам мониторинга потерь азота в суточной моче. Получение необходимого повышенного количества белка обеспечивалось смесью Нутризон Эдванст Протизон.

В ходе лечения пациенты в исследовательской и контрольной группах получали в среднем одинаковое количество белка (1,8 ± 0,2 г/кг/сут) при существенной разнице соотношения азота к небелковым калориям (в исследовательской группе 1 : 83,7; в контрольной группе – 1 : 152,3).

На пятые сутки пребывания в отделении общей реанимации у большинства больных исследовательской группы удалось достичь удовлетворительных показателей уровня трансферрина и альбумина, в то время как в контрольной группе данные показатели приближались к норме у большинства больных на восьмые-девятые сутки. Похожие изменения отмечены и в показателях азотистого баланса: в исследовательской группе они приобрели положительные значения на пятые сутки, а в контрольной группе оставались отрицательными.

В контрольной группе у 24 (70%) больных отмечалась стойкая гипергликемия, потребовавшая постоянной инфузии инсулина, в исследовательской группе гипергликемия отмечалась только у больных с исходным сахарным диабетом и была легко управляема.

Подобные различия определили достоверную разницу в показателях сроков проведения искусственной вентиляции легких (5,8 против 11,5 дней) и сроков пребывания пациентов в отделении реанимации и интенсивной терапии (24,38 и 45,75 дней).

Летальность в группах составила соответственно 2,8 и 4,6%. Разница достоверна.

Выводы

Больные в критическом состоянии метаболически нестабильны. Установить точные энергопотребности пациента позволяет ежедневное использование метода непрямой калориметрии.

Однако при определении расхода энергии покоя не проводится анализ белкового метаболизма, в том числе подсчет потерь азота в суточной моче.

В этой связи только сопоставление среднесуточной экскреции азота и данных суточного расхода энергии приводит к клинически правильной интерпретации результатов мониторинга метаболизма у больных в критическом состоянии.

Назначение нутритивно-метаболической терапии согласно данным метаболического мониторинга дает возможность корректно удовлетворить потребности больного, избегая как недокармливания, так и гипералиментации.

Читайте также:  К какому типу отцов вы относитесь?

Использование гипернитрогенной питательной смеси с меньшим соотношением «азот/небелковые калории» (1 : 84), назначаемой для обеспечения суточных потребностей в белке на уровне 1,8 г/кг/сут, более предпочтительно по сравнению с применением гиперкалорической смеси с большим соотношением «азот/небелковые калории» (1 : 152). Это подтверждается уменьшением летальности, сокращением периода гиперкатаболизма, продолжительности искусственной вентиляции легких, сроков пребывания в отделении реанимации и длительности госпитализации.

  • КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: непрямая калориметрия, гипернитрогенные питательные смеси, синдром гиперметаболизма, расход энергии покоя, критическое состояние, нутритивно-метаболическая терапия

Методы измерения уровня метаболизма

 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 определенныйкалоричес­кий 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 энергиив 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.

5. Превращения энергии в процессе обмена веществ. Методы исследования обмена энергии (прямая и непрямая калориметрия). Понятие о дыхательном коэффициенте. Исследование валового обмена

В процессе обмена веществ
постоянно происходит превращение
энер­гии: потенциальная энергия
сложных органических соединений,
посту­пивших с пищей, превращается в
тепловую, механическую и электриче­скую.
Энергия расходуется не только на
поддержание температуры тела и выполнение
работы, но и на воссоздание структурных
элементов кле­ток, обеспечение их
жизнедеятельности, роста и развития
организма.

Теплообразование в организме
имеет двухфазный характер. При окис­лении
белков, жиров и углеводов одна часть
энергии используется для синтеза АТФ,
другая превращается в теплоту. Теплота,
выделяющаяся не­посредственно при
окислении питательных веществ, получила
название первичной
теплоты.

Аккумулированная в АТФ
энергия используется в дальнейшем для
механической работы, химических,
транс­портных, электрических процессов
и в конечном счете тоже превращается в
теплоту, обозначаемую вторичной
теплотой.

Для определения энергообразования
в организме используют прямую калориметрию,
непрямую калориметрию и исследование
валового обмена. Прямая калориметрия
основана на непосредственном учете в
биока­лориметрах количества тепла,
выделенного организмом.

Биокалориметр
представляет собой герметизированную
и хорошо теплоизолированную от внешней
среды камеру. В камере по трубкам
циркулирует вода. Тепло, выделяемое
находящимся в камере человеком или
животным, нагре­вает циркулирующую
воду.

По количеству протекающей воды и
измене­нию ее температуры рассчитывают
количество выделенного организмом
тепла. Калориметры градиентного типа
выполняются в форме костюма.

Методы
прямой калориметрии очень громоздки и
сложны. Можно использовать косвенное,
непрямое, определение теплообразования
в организме по его газообмену — учету
количества потребленного О2
и выделенного СО2
с последующим расчетом теплопродукции
организма.

Наиболее распространен
способ Дугласа—Холдейна,
при котором в тече­ние
10—15 мин собирают выдыхаемый воздух в
мешок из воздухонепрони­цаемой ткани
(мешок Дугласа), укрепляемый на спине
обследуемого. Он дышит через загубник,
взятый в рот, или резиновую маску, надетую
на лицо.

В загубнике и маске имеются
клапаны, устроенные так, что обследу­емый
свободно вдыхает атмосферный воздух,
а выдыхает воздух в мешок Дугласа. Когда
мешок наполнен, измеряют объем выдохнутого
воздуха, в котором определяют количество
О2
и СО2.

Количество тепла,
освобождающегося после потребления
организмом 1 л О2, носит
название калорического
эквивалента кислорода. Дыхательным
коэффициентом
(ДК)
называется отношение объема выде­ленного
СО2 к объему поглощенного О2.
ДК различен при окислении бел­ков,
жиров и углеводов.

Читайте также:  Токсикология древнего рима. громкие отравления древнего рима

Длительное (на протяжении суток)
опред-е газообмена дает возмоджность
не только рассчитать теплопродукцию,
но решить вопрос о том, за счет окис-я
каких пит в-в шло теплообр-е.

Роль непрямой респираторной калориметрии в оценке основного обмена у детей с ожирением | Окороков | Проблемы Эндокринологии

Распространенность ожирения и избыточной массы тела у детей и подростков увеличивается во всем мире. Основной причиной ожирения является дисбаланс между поступлением калорий с пищей и их расходованием.

Известно, что основной обмен (RMR — «resting metabolic rate») составляет до 75% суточных энергозатрат и характеризует расход энергии, необходимый для поддержания минимального функционирования жизненно важных функций организма: дыхания, выделения, кровообращения и др. [1].

Тощая масса тела вносит наибольший вклад (до 70%) в формирование основного обмена. Тощая масса включает органы и ткани с высокой (мозг, печень, почки) и низкой (скелетная мускулатура и костная ткань) скоростью обмена веществ.

На долю головного мозга, сердца, печени и почек у взрослого человека приходится приблизительно 12% тощей массы, но эти органы обеспечивают до 60% метаболизма покоя.

Масса мышечной ткани составляет около 50% тощей массы, однако определяет не более 25% суточного энергообмена в покое [2—5].

Оценка основного обмена является важной составляющей обследования детей и подростков с ожирением, так как позволяет персонализировать диетотерапию и повысить эффективность мероприятий, направленных на снижение массы тела.

Расчетные показатели основного обмена

«Золотым стандартом» для оценки основного обмена в покое является непрямая респираторная калориметрия (НРК), однако учитывая существенные временные и финансовые затраты на ее проведение, в клинической практике широко распространены специальные формулы для расчета RMR, в том числе у детей и подростков (табл. 1).

Таблица 1. Формулы, используемые для расчета основного обмена в покое у взрослых и детей

Источник Возраст, год Формула для определения расчетного RMR (ккал/сутки)
J. Harris, F. Benedict, 1918[6] Любой М = 66,47 + 13,75 × МТ + 5 × Р – 6,8 × В
Ж = 655 + 9,6 × МТ + 1,8 × Р – 4,7 × В
W. Schofield, 1985 [7] 3—10 М = 19,6 × МТ + 1,033 × Р + 414,9
Ж = 16,8 × МТ + 1,618 × Р + 371,3
10—18 М = 16,25 × МТ + 1,373 × Р + 515,5
Ж = 8,37 × МТ + 4,65 × Р + 200
ВОЗ (WHO), 1985 [8] 3—10 М = 22,7 × МТ + 495
Ж = 22,5 × МТ + 499
10—18 лет М = 17,5 × МТ + 651
Ж = 12,2 × МТ + 74
IOM, 2005 [9] Любой М = 420 – 35,5 × В + 418,9 × (Р в метра×) + 16,7 × МТ
Ж = 516 – 26,8 × В + 347 × (Р в метра×) + 12,4 × МТ
M. Mifflin, 1990 [10] Любой М = 10 × МТ + 6,3 × Р – 5 × В – 5
Ж=10 × МТ + 6,3 × Р – 5 × В – 161
Molnar, 1995*[11] Любой М = 50,9 × МТ + 25,3 × Р – 50,3 × В + 26,9
Ж = 51,2 × МТ + 24,5 × Р – 207,5 × В + 1629,8
S. Lazzer, 2006* [12] Любой RMR = 54,96 × МТ + 1816,23 × Р + 892,68 × П –115,93 × В + 1484,5

Примечание: × — знак умножения, МТ — масса тела в кг; Р — рост в см; В — возраст, годы; М (мужчины); Ж (женщины); IOM — Institute of Medicine for Obese Youth (Институт медицины для молодых взрослых с ожирением); П — пол (мужской — 1, женский — 0). *RMR в кДж/сут.

Для перевода в ккал/сутки: множитель 0,2388.

Формулы IOM и Lazzer специально разработаны для детей с ожирением; формула Molnar — для детей и подростков с нормальной массой тела и ожирением, а формулы Schofield, ВОЗ и Harris & Benedict подходят для оценки RMR у детей с нормальной массой тела.

Все расчетные методики с различной точностью позволяют оценить основной обмен у детей. Так, E. VanMill и соавт. [13] показали, что расчет RMR по формуле ВОЗ переоценивает исследуемый параметр у юношей-подростков с ожирением. S. Henes и соавт. [14] показали, что формулы ВОЗ, Molnar, Schofield и Harris & Benedict переоценивают уровень основного обмена у мальчиков, но не у девочек.

I. Martincevic и соавт. [15] нашли, что у подростков с неалкогольной жировой болезнью печени наиболее информативной является оценка RMR по формулам Schofield и Molnar.

В другом исследовании у 121 подростка с ожирением (SDS ИМТ=2,93±0,45) наиболее информативной также оказалась формула Molnar [16].

При обследовании 226 подростков с морбидным ожирением (возраст 15,9±1,9 года, ИМТ 44,9±8,1 кг/м2) самой объективной в оказалась формула Mifflin [17]. В то же время S. Lazzerс и соавт. [12] разработали специальную формулу для подростков с морбидным ожирением.

В исследовании G. Rodríguez и соавт. [18], включавшем 116 детей и подростков с ожирением и нормальной массой тела, показано, что наиболее приемлемым для оценки RMR в общей популяции (нормальная, избыточная масса тела и ожирение) является индекс Schofield.

На стадии активного снижения массы тела у подростков с ожирением все указанные формулы для расчета RMR переоценивают показатель [19].

По данным D. Chan и соавт. [20], у китайских детей и подростков с ожирением ни одна из распространенных формул не характеризовала состояние основного обмена, в связи с чем авторы пришли к выводу о необходимости разработки собственных популяционных нормативов и расчетных формул.

Таким образом, до настоящего времени не существует единого подхода к расчету RMR у детей и подростков как с ожирением, так и с нормальной массой тела. В связи с этим использование непрямой респираторной калориметрии для индивидуальной оценки состояния основного обмена у детей и подростков приобретает особое значение.

Современные методы оценки фактического энергетического обмена

Среди основных методик оценки энергетического обмена у человека выделяют прямую калориметрию и непрямую респираторную калориметрию.

Прямая калориметрия основана на непосредственной регистрации количества выделенного организмом тепла, рассчитываемого по изменению теплоемкости воды, протекающей через специальную измерительную камеру (биокалориметр) за единицу времени. При этом учитывают не только теплоемкость жидкости, но также ее общий объем и разность температур поступающей в камеру и оттекающей от нее воды. Полученные результаты выражаются в ккал за 1 ч (ккал/ч).

Из-за сложности и высокой стоимости данной методики широкое распространение в клинической практике получили методы непрямой респираторной калориметрии (НРК). НРК проводят в открытом и закрытом контуре. Главными компонентами метаболографов закрытого контура являются спирометр, смесительная камера, анализатор и поглотитель CO2.

Колокол спирометра заполняют известным объемом чистого кислорода и подключают к дыхательному контуру исследуемого. Уменьшение объема газа в колоколе эквивалентно объему потребленного кислорода. Выдыхаемый воздух поступает в смесительную камеру, откуда отбирают пробу газа для определения в ней концентрации СО2.

Из смесительной камеры газ поступает в поглотитель, удаляющий углекислый газ, а далее — в спирометр, где происходит измерение дыхательного объема. В дальнейшем потребление кислорода вычисляется по разности конечных экспираторных объемов. Когда объем газа в спирометре уменьшается до критического уровня, исследование прерывают и снова заполняют спирометр кислородом.

В связи с трудоемкостью метода и потенциальными рисками для пациента наибольшее распространение в настоящее время приобрела НРК в открытом контуре.

НРК в открытом контуре основана на измерении объема поглощенного кислорода (VО2) и выделенного организмом углекислого газа (VСО2).

Главными компонентами метаболографов открытого контура являются газоанализаторы О2 и СО2 и устройство для измерения объемов газа.

Выдыхаемый воздух пропускают через волюметр, где происходит измерение объема газов, а также определение концентрации кислорода и двуокиси углерода. Определение объемов СО2 и О2 позволяет рассчитать значение основного обмена по уравнению:

RMR (ккал/сут)= (3,941·VO2)+(1,106·VCO2)–(2,17·OAM),

где VO2 — объем потребленного кислорода, л/сут; VCO2 — объем выделенного углекислого газа, л/сут; ОAM — общий азот суточной мочи, г/сут.

Кроме того, НРК дает возможность определить дыхательный коэффициент (ДК), представляющий собой соотношение количества выделенного углекислого газа к количеству потребленного кислорода. Данный параметр характеризует структуру энергозатрат в покое. При значении ДК >1 в процессах метаболизма преобладает липогенез; при ДК = 1 в основном происходит утилизация углеводов, а при ДК

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector