ВИЗНАЧЕННЯ ВИТРАТИ ЕНЕРГІЇ У ЛЮДИНИ МЕТОДОМ ПОВНОГО ГАЗОВОГО АНАЛІЗУ

Мета. Ознайомитись з методикою розрахунків витрат енергії за допомогою даних, отриманих при застосуванні метода непрямої калориметрії.

 

Прилади та матеріали. Калькулятор.

Об’єкт дослідження. Людина.

 

Питання для теоретичної підготовки. Непряма калориметрія. Дихальний коефіцієнт, його величина при окислені у організмі вуглеводів, білків, жирів. Калоричний еквівалент оксигену.

 

Завдання 1. Визначення обміну білків, жирів та вуглеводів за дихальним коефіцієнтом.

Для визначення енергетичного балансу найбільш поширеним є метод непрямої калориметрії. Він ґрунтується на визначенні газообміну, тобто на кількості спожитого О та виділеного СО . На кожний літр спожитого О при окисленні білків звільняється близько 4, 5 ккал, жирів – 4, 7 ккал, вуглеводів – 5 ккал.

Щоб мати більш точні відомості про витрати енергії, визначають вміст азоту у сечі під час експерименту. Знаючи, що білки містять 16% азоту, можна визначити, яка кількість їх розклалася.

Приклад № 1. Досліджуваний протягом 5 хв видихає повітря у мішок Дугласа. Потім мішок закривають і визначають вміст О та СО за допомогою газового лічильника.

ü По різниці між вмістом О у атмосферному (21%) і видихнутому (наприклад, 17%) повітрі обчислюють поглинання О з повітря при диханні: 21%-17%=4%, або 40 мл на 1 л повітря.

ü Знаючи вміст СО у видихуваному повітрі (за даними визначення – 3, 5%), обчислюють дихальний коефіцієнт: ДК=СО /О =35: 40=0, 87.

ü Обчислюють ХОД та кількість поглинутого О за одиницю часу (л/хв) на основі даних про поглинання О і об’єм видихнутого повітря. Тобто, за 5хв досліджуваний видихнув 30л повітря, а за 1хв – 6л. споживання 02 дорівнює: 40мл·6=240мл або 0, 24 л/хв.

ü Обчислюють витрату енергії за 1 хв, 1 год, 1 добу. Калоричний еквівалент О при ДК = 0, 87, рівний 20, 66 кДж; витрата енергії за 1 хвилину дорівнює 20, 66·0, 24 = 4, 96 кДж (1, 18 ккал); витрата енергії за 1 годину дорівнює 4, 96 кДж·60=297, 6 кДж (71 ккал); витрата енергії за 1 добу дорівнює 297, 6 кДж·24=7142 кДж (1706 ккал).

ü При розрахунках обчислений об’єм поглинутого О та виділеного СО зводять до нормальних умов за формулою: vo=v·Р·273/Ро·(273+t), де v – одержаний у експерименті хвилинний об’єм поглинутого О або виділеного СО ; Р – атмосферний тиск під час дослідженнь; Ро - нормальний атмосферний тиск; t – температура газової суміші.

Взагалі, при розрахунках умови вважають нормальними.

Приклад № 2. Було знайдено, що людина за добу спожила 500 л О , а виділила 420 л СО . З сечею виділилося 12, 8 г азоту. Визначити витрати харчових речовин, які окислилися у піддослідного.

Для розрахунку потрібні дані, які характеризують окислення 1г речовини. За цими даними можна підрахувати витрату білків, жирів та вуглеводів.

ü Знаходимо скільки розклалося білка, якщо з сечою виділилося 12, 8 г азота:

12, 8·6, 25=80г (6, 25г білка містять 1г азоту).

Далі, виходячи з даних, що розміщені у таблиці, можна

вести подальші розрахунки.

ü Розраховуємо кількість СО_2, що виділилася при окисленні 80г білку: 80·0, 77=61, 6 л.

ü Визначаємо, скільки необхідно було О₂ на окислення 80г білку?

80·0, 97=77, 6 л.

 

Таблиця 14. Кількість поглинутого 0₂ та виділеного СО₂ при окисленні поживних речовин.

При окисленні 1 г	Споживається 02, л	Виділяеться СО2, л	Дихальний коефіцієнт
Білки	0, 97	0, 77	0, 8
Жири	2, 0	1, 40	0, 7
Вуглеводи	0, 83	0, 83	1, 0

 

ü Визначаємо, скільки 0₂ пішло на окислення жирів та вуглеводів разом? 50-77, 6=422, 4 л.

ü Знаходимо, скільки СО₂ виділилося при окисленні жирів та вуглеводів: 420-61, 6=358, 4 л. Отже, на окислення безазотистих речовин пішло 422, 4 л 0₂ і при цьому виділилося 358, 4 л СО₂.

ü Позначимо об’єм, що пішов на окислення жирів, через Х; тоді об’єм О₂, який пішов на окислення вуглеводів буде дорівнювати (422, 4- Х)л.

ü Об’єм виділеного СО₂, при окисленні вуглеводів дорівнює об’єму поглиненого при цьому О₂, тобто 422, 4- Х (ДК вуглеводів дорівнює 1).

ü Визначаємо, скільки СО₂ виділилося при окислення жирів. Якщо ми прийняли, що об’єм О₂, який пішов на окислення жиру, дорівнює Х, то об’єм виділеної СО₂ дорівнюватиме 0, 7·Х (ДК жирів дорівнює 0, 7).

ü Загальний об’єм СО₂, що виділився при окисленні безазотистих продуктів, дорівнює 358, 4 л. Він складається із об’єму СО₂, що виділився при окисленні жиру (0, 7·Х), і об’єму СО₂, що виділився при окисленні вуглеводів (422, 4- Х). За цими даними можна скласти рівняння, яке визначить величину Х, тобто об’єм О₂, який пішов на окислення жиру: 358, 4=(422, 4-Х)+0, 7·Х, Х=213л.

ü Визначаємо об’єм О₂, який пішов на окислення вуглеводів: 422, 4-213=209, 4 л.

ü Знаходимо, скільки окислилося вуглеводів, якщо на окислення 1г їх іде 0, 83 л О₂: 209, 4: 0, 83=252, 3г.

ü Знаходимо, скільки окислилося жирів, якщо на окислення 1г їх іде 2 л О₂: 213: 2=106, 5г.

Таким чином, розрахунок показує, що у організмі піддослідного окислилось: білка – 80г; жиру – 106, 5 г; вуглеводів – 252, 3 г.

 

Приклад № 3. Досліджуваний у стані спокою протягом 3 хв видихнув 18 л повітря, у якому знаходилося 15, 96% О₂ та 4, 53% СО₂. Визначте основний (енергетичний) обмін у досліджуваного.

ü Знаходимо хвилинний об’єм дихання: ХОД=18: 3=6 л повітря.

ü Знаходимо % вміст поглинутого О₂:

20, 96_{% у повітрі}-15, 96_{% видихнуто}=5%.

ü Аналогічно знаходимо % вміст видихнутого СО₂:

4, 53_{% у повітрі}-0, 03_{% видихнуто}=4, 5%.

ü Розраховуємо кількість мл О₂, що поглинуто організмом:

100мл повітря – 5мл О₂

6000 - Х; Х=300мл.

ü Розраховуємо кількість мл СО₂, що виділено організмом:

100мл повітря – 4, 5мл СО₂

6000 - Х; Х=270мл.

ü Визначаємо дихальний коефіцієнт: ДК=СО₂/О₂=270/300=0, 9.

ü Знаходимо калоричний еквівалент О₂ (тобто, скільки буде виділено тепла у ккал при згорянні 1л О₂, якщо ДК дорівнює 0, 9). По таблиці: 1л О₂ – 4, 924 ккал

0, 3л О₂ – Х;

Х=1, 641 ккал/хв.

ü Визначаємо основний енергетичний обмін:

ОО=1, 641·1440=2363ккал.

 

Завдання 2. Розв’язування фізіологічних задач.

1. Людина спожила 576 л О₂, а виділила 472 л СО₂. З сечею виділилося 16, 9 г азоту. Визначте витрати харчових речовин, які окислилися.

2. Розрахуйте кількість енергії, що виділилася, якщо під час досліду окислилися тільки вуглеводи, та при цьому видилилося 6 літрів СО .

3. Розрахуйте кількість енергії, що виділилася, якщо під час досліду окислилися тільки жири, та при цьому видилилося 12 літрів СО .

4. Розрахуйте кількість енергії, що виділилася, якщо під час досліду окислилися тільки білки, та при цьому видилилося 8 літрів СО .

5. Досліджуваний у стані спокою протягом 3 хв видихнув 24 л повітря. Газоаналізатор показав, що у видихнутому повітрі знаходиться 16% О₂ та 4, 73% СО₂. Визначте основний обмін (енергетичний) у досліджуваного.

 

Питання для самопідготовки та контролю

1. Як зміниться величина ДК після тривалої гіпервентиляції?

2. Чим більшу роботу здійснює м’яз, тим інтенсивніше він використовує оксиген. Чи можна стверджувати, що чим більш складну роботу здійснює мозок, тим більше оксигену він використовує?

3. Як зміниться величина ДК при швидкому ожирінні, наприклад, при відкормлюванні гусей?

4. Як змінюються ДК, ХОД, поглинання О , виділення СО та витрати енергії при фізичному навантаженні?

 

 

Лабораторна робота № 19.