Существуют два вида калориметрии: прямая и непрямая (косвенная). Прямая калориметрия - метод определения энергетических затрат орга-
низма по количеству выделенного им тепла. Прямая калориметрия проводит-ся в специальных камерах - калориметрах, которые улавливают тепло, отда-ваемое организмом. Метод прямой калориметрии является очень точным, но ввиду сложности оборудования и трудоемкости самого процесса определения тепла в настоящее время применяется редко. Более широкое распространение получил метод непрямой калориметрии.
Непрямая калориметрия подразделяется на несколько видов.
1. Непрямая калориметрия, основанная на учете теплотворной способ-ности питательных веществ. Теплотворная способность или калорическая ценность питательных веществ определяется путем сжигания I г вещества в специальном калориметре («бомба» Бертло) путем пропускания электрическо-го тока. Сам калориметр погружен в воду и о количестве выделившегося тепла судят по изменению температуры воды. Калорическая ценность 1 г белка равна 4,1 ккал (17,17 кДж), 1 г жира - 9,3 ккал (38,96 кДж), 1 г углеводов - 4,1 ккал (17,17 кДж).
В живом организме эти вещества не горят, а медленно окисляются, но ко-нечный эффект остается таким же.
Жиры и углеводы горят в калориметре и окисляются в организме до од-них и тех же конечных продуктов - углекислого газа и воды, поэтому количе-ство тепла, выделяемого в калориметре и в живом организме одинаково. При
183
Глава 10. Обмен веществ и энергии. Основы рационального питания
окислении белков в организме образуются креатинин, мочевина, мочевая кис-лота, которые являются конечными продуктами и выводятся из организма. В калориметрической «бомбе» эти вещества сгорают до углекислого газа, воды и аммиака и выделяют еще некоторое количестве тепла. Поэтому для белков вве-дено понятие физической и физиологической калорической ценности. Физио-логическая калорическая ценность 1 г белка (4,1 ккал) меньше физической (5,6 ккал).
Таким образом, зная количество принятых питательных веществ и их ка-лорическую ценность, можно рассчитать количество энергии, выделившейся в организме.
2. Непрямая калориметрия, основанная на данных газового анализа. Окис-ление питательных веществ сопровождается поглощением определенного ко-личества кислорода и выделением соответствующего количества углекислого газа за один и тот же промежуток времени. При этом выделяется определенное количество тепла. Такая зависимость позволяет использовать для определения количества тепла, освобождающегося в организме, данные газового анализа: количество поглощенного кислорода и количество выделенного за этот же про-межуток времени углекислого газа. Это соотношение называют дыхательным коэффициентом (ДК). По дыхательному коэффициенту можно судить о том, какие вещества преимущественно окисляются в организме. ДК при окислении белков равен 0,8, при окислении жиров - 0,7, а при окислении углеводов - 1,0.
Экспериментальными исследованиями установлено, что каждому значе-нию ДК соответствует определенный калорический эквивалент кислорода, т. е. количество тепла, которое освобождается при полном окислении какого-либо вещества до углекислого газа и воды в 1 литре поглощенного при этом кис-лорода. Калорический эквивалент кислорода при питании смешанной пищей равен 4,8 ккал (20,1 кДж). Это означает, что при полном сгорании пищевых веществ в атмосфере одного литра кислорода выделяется 4,8 ккал (20,4 кДж). Определив реальное количество кислорода, потреблённого организмом, можно рассчитать энергетические затраты за минуту, час, сутки.
Непрямая калориметрия с использованием данных газового анализа под-разделяется на три метода.
1). Метод непрямой калориметрии с использованием данных неполного газового анализа. Он основан на определении только количества поглощенного кислорода. Количество образовавшегося тепла вычисляют по калорическому эквиваленту кислорода для усредненного ДК (0,85).
2) . Метод непрямой калориметрии с использованием данных полного газо-вого анализа, т. е. определения количества поглощенного кислорода и выделен-ного углекислого газа, с последующим расчетом ДК. По таблицам определяют тот калорический эквивалент кислорода, который соответствует найденному ДК и рассчитывают количество образовавшегося тепла.
184
3). Метод непрямой калориметрии с использованием данных полного газо-вого анализа и с учетом количества распавшегося бепка. Так как в состав моле-кулы белка входит азот, который выделяется с калом, мочой, потом, то можно определить количество выделившегося азота, а, следовательно, и количество распавшегося белка, зная, что 1 г азота содержится в 6,25 г белка. Используя эти данные, определяют количество тепла, образовавшегося при окислении белков, жиров и углеводов.
Интенсивность обменных процессов и превращения энергии зависит от многих факторов, включающих индивидуальные особенности организма, ха-рактер питания и производственной деятельности, климатические характе-ристики зоны обитания и др. Поэтому для сравнения энергетических затрат
у разных людей и у одного и того же человека в разное время была введена условная стандартная величина - основной обмен. Энергия основного обмена необходима для обеспечения жизнедеятельности организма и расходуется на работу сердца, лёгких, мозга и других внутренних органов. Основной обмен - это минимальные для бодрствующего организма затраты энергии, определен-ные в строгих стандартных условиях:
• в положении лежа, при полном мышечном и эмоциональном покое (мы-шечное и эмоциональное напряжение значительно повышают энерготраты);
• натощак, т.е. спустя 14-16 часов после последнего приема пищи (чтобы исключить специфическое динамическое действие пищи);
• при температуре комфорта — 18-20 градусов тепла (температура выше или ниже этих цифр может значительно изменить - увеличить или уменьшить
- энерготраты);
• при исключении в течение трех суток перед исследованием приема бел-ковой пищи.
На основании многочисленных экспериментальных исследований основ-ного обмена у здоровых людей разного пола, веса тела, роста и возраста стати-стическим путем были составлены таблицы для мужчин и женщин, но которым можно рассчитать величину основного обмена. В среднем, величина основного обмена составляет 1,0 ккал в 1 час на !,() кг массы тела. У мужчин в сутки основной обмен равен примерно 1700 ккал, у женщин - на 10% ниже.
Величина основного обмена зависит от многих факторов, но особенно сильно она изменяется при некоторых эндокринных заболеваниях. Например, резкое повышение величины основного обмена наблюдается при гиперфунк-ции щитовидной железы, а при гипофункции этой железы, наблюдается его снижение. К снижению величины основного обмена приводит недостаточ-ность функции гипофиза и половых желез.
Суточный расход энергии у здорового человека составляет рабочий обмен
и значительно превышает величину основного обмена. Он складывается из следующих компонентов:
185
Глава 10. Обмен веществ и энергии. Основы рационального питания
• основного обмена;
• рабочей прибавки, т. е. энергозатрат, связанных с движением и с выпол-нением той или иной работы;
• специфического динамического действия пищи - увеличения интенсив-ности обмена веществ и энергозатрат, связанных с приемом пищи, процессами пищеварения и всасывания.
Так, прием белковой пищи увеличивает обмен в среднем на 30%, а сме-шанной пищи - на 15%.
Нормальная жизнедеятельность организма может осуществляться только
в том случае, если происходит адекватное приспособление процессов обмена веществ и энергии к изменяющимся условиям. Такое приспособление организ-ма обеспечивается процессами саморегуляции.
Основы рационального питания.
Исходным материалом для обновления и создания живой ткани и источ-ником энергии является пища. Поэ тому питание человека должно быть рацио-нальным, то есть точно соответствовать потребностям организма в пластиче-ских веществах и энергии, минеральных солях, витаминах и воде, обеспечи-вать нормальную деятельность организма, хорошее самочувст вие, высокую ра-ботоспособность, сопротивляемость инфекциям, правильный рост и развитие детского организма.
Основа рационального питания - сбалансированность, т.е. оптимальное соотношение компонентов пищи. Рациональный подход к организации пита-ния предполагает соблюдение ряда принципов при составлении пищевого ра-циона, т. е. количества и состава продуктов питания, необходимых человеку в сутки.
1. Калорийность пищевого рациона должна покрывать энергетические затраты организма, которые определяются видом трудовой деятельности. Все взрослое население в зависимости от выполняемой работы делится на 5 групп, каждой из которых соответствует определенное количество расходуемой энер-гии в сутки.
• I группа - работники умственного труда - 2100-2450 ккал (9799-10265
кДж);
• II группа - работники механизированного труда и сферы обслуживания
- 2500-2800 ккал (10475-11732 кДж);
• III группа - работники занятые трудом средней тяжести - 2950-3300 ккал
(12360-13827 кДж);
• IV группа - работники тяжелого, немеханизироваиного труда - 3400-3850 ккал (14246-16131 кДж);
186
Основы рационального питания.
• V группа - работники очень тяжелого физического труда - 3850-4200 ккал (16131-17598 кДж).
2. Учитывается калорическая ценность питательных веществ.
3. Возможность использования закона изодинамии питательных веществ,
т. е. взаимозаменяемости белков, жиров и углеводов. Например, исходя из энергетической ценности, 1 г жира, высвобождающий при окислении 9,3 ккал, может заменить 2,3 г белка или углеводов. Однако следует помнить, что такая замена возможна только на короткое время, т. к. питательные вещества выпол-няют не только энергетическую, но и пластическую функцию, т. е. они необхо-димы для построения новых клеток.
4. В пищевом рационе должно содержаться оптимальное для данной группы работников количество белков, жиров и углеводов. Например, для ра-ботников 1 группы в суточном* рационе должно быть 80- 120 г белка, 80-100 г жира, 400-600 г углеводов. Особое значение имеет содержание белков. О до-статочности или недостаточности белкового рациона позволяет судить так на-зываемый азотистый баланс, соответствие количества азота вводимого с пи-щей, количеству азота, выводимого из организма. В норме должно иметь место азотистое равновесие — состояние, при котором количество азота, вводимого в организм, равно его количеству, выводимому из организма. Если белковый рацион недостаточен, то возникает состояние отрицательного азотистого ба-ланса-и организм азота вводится меньше, чем выводится с продуктами распа-да. Отрицательный азотистый баланс наблюдается при голодании, при тяжелых инфекционных заболеваниях, в старческом возрасте, при распаде опухолей и
т. д. Положительный азотистый баланс наблюдается, когда азота в организм вводится больше, чем выводится из организма, т. е. идет ретенция (задержка) азота в организме. Это состояние наблюдается в период роста организма, при беременности, после длительного голодания, после тяжелых инфекционных болезней, в период роста опухолей.
5. В пищевом рационе количество белков, жиров и углеводов должно со-держаться в соотношении 1:1:4.
6. Пищевой рацион должен полностью удовлетворять потребность орга-низма в витаминах, минеральных солях и воде.
7. Пища обязательно должна содержать полноценные и неполноценные
белки.
8. Рекомендуется включать в пищевой рацион одну треть суточной нормы белков и жиров животного происхождения.
9. Необходимо учитывать степень усвоения различных питательных ве-
ществ.
10. При составлении суточного рациона питания следует учитывать объ-ем. пищи, т. к. от объема пищи зависит чувство насыщения, а также моторная функция желудочно-кишечного тракта.
187
Глава 10. Обмен веществ и энергии. Основы рационального питания
11. Пищевой рацион должен обязательно включать достаточное потре-бление воды с учётом её суточной экскреции.
12. Лучшее усвоение питательных веществ обеспечивается правильным режимом питания.
13. Необходимо учитывать правильное распределение суточной кало-рийности рациона по отдельным приемам пищи. Продукты, богатые белком (мясо, рыба, бобовые), рекомендуется употреблять в дневные часы, вечером - молочно-растительные блюда.
13. При составлении пищевого рациона необходимо помнить, что вкус пищи, ее внешний вид, запах, обстановка приема пищи имеют большое зна-чение для условно-рефлекторной регуляции функций желудочно-кишечного тракта. В частности, на эти раздражители выделяется желудочный сок, кото-рый И. П. Павлов назвал «запальным» или «аппетитным» соком. Функция по-следнего заключается в подготовке органов пищеварения к приему пищи и ее немедленной переработке
ГЛАВА 11. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ