Определение уровня метаболизма, основной обмен

Не менее половины энергии, вырабатывающейся в процессе обмена веществ, расходуется на образование аденозинтрифосфорной кислоты в виде тепла. Ещё менее эффективным является процесс мышечного сокращения: в виде тепла теряется до 80% энергии и лишь 20% расходуется непосредственно на полезное действие.

Во время умственного и физического бездействия почти вся энергия, производимая благодаря реакциям катаболизма, передаётся от организма к окружающей среде в виде тепла. Это значит, что объём теплопродукции точно соответствует уровню метаболизма в человеческом организме.

Методы расчёта уровня метаболизма

Для того чтобы вычислить объём энергии, затрачиваемой организмом на физиологические процессы и теплоотдачу, используют методы прямой и непрямой калориметрии. Впервые такие измерения были проведены в 1788 г. французскими естествоиспытателями Лавуазье и Лапласом.

Метод прямой калориметрии представляет собой прямое измерение всего объёма тепла, теряемого организмом. С этой целью используется специальная закрытая камера, в которую помещается человек или животное. Через пространство камеры пропущены трубы, по которым протекает вода. Чтобы узнать количество тепла, израсходованного организмом за определённое время, производится измерение разницы температуры жидкости, поступающей в камеру по трубам и вытекающей из неё.

Метод непрямой калориметрии заключается в исследовании газообмена. Известно, что основным источником энергии, генерируемой в организме человека, являются процессы окисления, в ходе которых используется кислород и выделяется углекислота. Самым распространённым вариантом непрямой калориметрии является способ Дугласа-Холдейна. Он заключается в том, что на протяжении 15 мин. производится сбор воздуха, выдыхаемого обследуемым в специальный мешок Дугласа, сделанный из воздухонепроницаемой ткани. После этого измеряется объём выдохнутого воздуха и определяется процентное содержание в нём кислорода и углекислого газа.

Пропорция между количеством выделенной углекислоты и объёмом потреблённого за это время кислорода называется дыхательным коэффициентом. По дыхательному коэффициенту можно выяснить, какие вещества в организме подвергаются процессу окисления.

Например, дыхательный коэффициент углеводов равен 1,0, белков — 0,8, жиров — 0,7.

Основной обмен

Общий уровень энергетического обмена может значительно изменяться в зависимости от множества внешних и внутренних факторов. Для определения индивидуального объёма энергетических затрат используется условная величина — основной обмен. Он равен наименьшим для организма, находящегося в состоянии бодрствования, энергетическим затратам, определённые в стандартных условиях –— в положении лёжа, в состоянии психоэмоционального равновесия, натощак и при комфортной температуре.

Этот показатель зависит от возраста, пола и массы тела. В среднем он составляет 1 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела.

Суточный расход энергии

Объём энергии, расходуемой человеческим организмом за одни сутки, в норме существенно выше уровня основного обмена. Он складывается из нескольких компонентов: основного обмена; затрат энергии, используемой на выполнение умственной и физической работы; специфического воздействия пищи. Общее количество компонентов, составляющих суточный расход энергии, называют рабочим обменом.

Особенно сильно на него влияет физическая нагрузка, при которой задействовано большое количество мышечной ткани. Чем эта нагрузка интенсивнее, тем больше энергетические затраты. Уровень этих затрат определяется отношением суточных энергозатрат на все виды деятельности к уровню основного обмена и выражается коэффициентом физической активности.

Во время умственной активности организм тратит существенно меньше энергии, чем во время физических нагрузок. Так, умственный труд высокой интенсивности не сопровождаемый физическими движениями, вызывает рост энергозатрат всего на 3% в сравнении с состоянием полного покоя. Между тем, умственный труд, сопровождаемый психоэмоциональным возбуждением, может повысить суточный расход энергии на 15–18%.