Оценка энергетической ценности пищи
Для определения количества энергии, скрытого в продуктах, используют физическую и химическую калориметрию.
- Физическая калориметрия (бомба Бертло). Суть заключается в сжигании одного грамма вещества с помощью электрического тока внутри замкнутого устройства, погруженного в воду. Теплота сгорания рассчитывается по изменению температуры воды.
- Химическая калориметрия. Базируется на реакции окисления нутриентов мощными реагентами с заданным объемом кислорода. Остаток неиспользованного кислорода затем измеряют йодометрическим титрованием.
Важно понимать, что жиры и углеводы сгорают в бомбе Бертло так же, как и в человеческом теле (до воды и углекислого газа), и дают одинаковое количество энергии. Белки же окисляются в организме не до конца: образуются азотистые соединения (мочевина, креатинин, мочевая кислота), которые ещё содержат немного энергии. Поэтому физиологическая калорийность белков (4,1 ккал/г) ниже, чем их физическая теплота сгорания.
Физиологическая калориметрия: прямая и непрямая
Эти методы созданы для измерения того, сколько энергии тратит сам организм.
Прямая калориметрия измеряет тепло, которое отдает тело человека. Пациента помещают в специальную изолированную камеру — биокалориметр. Тепло оценивают по нагреву жидкости, циркулирующей в стенках камеры, либо с помощью современных костюмов с датчиками температуры.
Непрямая калориметрия опирается на изучение газообмена, поскольку в покое вся энергия химических реакций переходит в тепло. Метод делится на два вида:
- Полный газовый анализ. Измеряют и поглощенный кислород, и выдыхаемый углекислый газ. Это позволяет рассчитать дыхательный коэффициент и точно узнать, что именно «сжигает» организм.
- Неполный газовый анализ (спирометаболография). Измеряют только потребление кислорода, а выдыхаемый углекислый газ просто поглощается прибором. Этот вариант часто применяют для оценки основного обмена.
Дыхательный коэффициент и калорический эквивалент
Дыхательный коэффициент (ДК) — это пропорция между объемом выделенного углекислого газа и объемом потребленного кислорода. Он показывает, какие нутриенты окисляются в данный момент:
- При метаболизме углеводов ДК = 1.
- При окислении жиров ДК меньше 0,7.
Если ДК составляет 0,85, это может говорить либо об окислении белков, либо о смешанном расщеплении жиров и углеводов. Для уточнения приходится высчитывать «чистый» (небелковый) ДК, исключая белковый фактор по количеству азота в моче.
Калорический эквивалент кислорода (КЭК) — это объем энергии, который высвобождается при усвоении организмом одного литра кислорода. При окислении разных веществ он меняется:
- Углеводы: 5 ккал.
- Белки: 4,85 ккал.
- Жиры: 4,6 ккал.
При расчете энергообмена методом неполного газового анализа для смешанной пищи берут среднее значение КЭК — 4,8 ккал/л.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Как именно высчитывается «чистый» небелковый дыхательный коэффициент?
Расчет «чистого» небелкового дыхательного коэффициента (ДК) производится в три этапа путем полного исключения белкового компонента из процессов окисления.
- Определение окисленного белка — количество выделенного за сутки с мочой азота умножают на 6,25 (так как белок содержит 16% азота).
- Расчет белковых объемов газов — полученную массу белка умножают на 0,95 л (потребление $O_2$ на 1 г) и 0,76 л (выделение $CO_2$ на 1 г).
- Вычисление коэффициента — из общего суточного объема потребленного кислорода и выделенного углекислого газа вычитают рассчитанные белковые объемы, после чего оставшийся (небелковый) объем $CO_2$ делят на оставшийся объем $O_2$.
Как устроен и работает биокалориметр при прямой калориметрии?
Биокалориметр представляет собой герметизированную и хорошо теплоизолированную от внешней среды камеру.
- По трубкам в камере циркулирует вода.
- Тепло, выделяемое находящимся в камере человеком или животным, нагревает циркулирующую воду.
- Количество выделенного организмом тепла рассчитывают по количеству протекающей воды и изменению ее температуры.
- В источниках также указано, что при прямой калориметрии расчет количества тепла производится по изменению температуры жидкости, протекающей через камеру за единицу времени.
По каким формулам рассчитывают основной обмен после проведения спирометаболографии?
При спирометаболографии, то есть методе неполного газового анализа, расход энергии определяют по потреблению кислорода за единицу времени.
- Спирометаболографы поглощают выдыхаемый CO₂ и измеряют только количество поглощенного O₂.
- Зная объем поглощенного за 1 минуту кислорода (VO₂) и используя усредненный калорический эквивалент кислорода, рассчитывают энергозатраты.
- Для смешанной пищи калорический эквивалент кислорода принимают за 4,8 ккал/л.
- Формула расчета: Σ = VO₂ × КЭК = VO₂ × 4,8, где КЭК — калорический эквивалент 1 л O₂.
- Этот метод обычно применяется для определения энергозатрат при основном обмене.
Вопросы с занятий и экзамена
Почему теплота сгорания белков в организме и в бомбе Бертло отличается?
В приборе белки сгорают полностью до азота, воды и углекислого газа. В теле человека они окисляются не полностью: остаются азотистые шлаки (например, мочевина), которые уносят с собой часть нерастраченной энергии.
Как рассчитать калорийность рациона, если известна масса БЖУ?
Нужно умножить массу каждого компонента на его физиологическую энергетическую ценность: белки и углеводы — на 4,1 ккал/г, жиры — на 9,3 ккал/г. Затем полученные значения суммируются.
Что показывает дыхательный коэффициент?
Он отражает отношение выделенного углекислого газа к потребленному кислороду. По этому числу можно судить, какие именно питательные вещества окисляются в организме (например, при углеводах он равен единице).
Что ещё разобрать по теме
- Формула расчета энергообмена при неполном газовом анализе
- Алгоритм расчета «чистого» (небелкового) дыхательного коэффициента
- Связь азота мочи с окисленными белками
- Ограничения метода физической калориметрии
Разберите тему целиком в курсе «Физиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Калориметрия» и ещё 4 085 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 112 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Обмен веществ и энергии»
Бесплатные видеоуроки: физиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.