Непрямая калориметрия

Источником энергии в организме служат окислительные процессы, при которых потребляется кислород и образуется углекислый газ. IIоэтому возможно определение энергетических затрат организма на основании исследования газообмена, т. е. по количеству поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа. Этот способ получил название непрямой калориметрии.

Для длительных исследований газообмена применяются специальные респирационные камеры. Удобные их модели построены и описаны В. В. Пашутиным (1886), а затем М. Н. Шатерниковым (рис. 96).

Рис. 96. Схема респирационного аппарата М. Н. Шатерникова. К — камера; Б — баллон с кислородом; Н — мотор, выкачивающий воздух из камеры; 3 — змеевик для охлаждения воздуха; Щ— сосуд, наполненный раствором щелочи для поглощения углекислого газа; В— баллон для поглощения водяных паров хлористым кальцием. Слева — устройство для автоматической подачи кислорода в камеру и поддержания постоянства давления в ней. Т—термометры.

Респирационная камера дает возможность производить исследования газообмена человека или животного в течение суток и более. Кратковременное определение газообмена в условиях производства, школы, больницы и т. п. производят с помощью более простых методов.

Наиболее распространен способ Дугласа,— Холдена, при котором на лицо исследуемого надевают газообменную маску, соединенную с мешком из воздухонепроницаемой ткани (мешок Дугласа), висящим за его спиной (рис. 97). Маска имеет клапаны, устроенные так, что исследуемый свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает его в мешок Дугласа. Рис. 97. Определение легочной вентиляции с помощью мешка Дугласа. В горизонтальной трубке, соединенной с загубником, находятся клапаны, позволяющие вдыхать атмосферный воздух и производить выдох в мешок. На носу— зажим, препятствующий носовому  дыханию Выдыхаемый воздух собирают в течение известного времени (10—15 минут), а затем определяют объем выдохнутого воздуха (измеряют объем воздуха в мешке с помощью газовых часов) и процентное содержание в нем кислорода и углекислого газа.

Анализ газового состава воздуха производят или посредством химического связывания кислорода и углекислого газа с помощью аппарата Холдена или в последние годы посредством физических методов с помощью электронной аппаратуры (на основании некоторых физических характеристик газов: парамагнитных свойств кислорода, теплопроводности углекислого газа и др.).

При химических методах газоанализа сначала определяют объем взятого для исследования воздуха, а затем пропускают его через раствор со щелочью для поглощения углекислого газа, в результате чего объем воздуха несколько уменьшается. По разнице между объемами воздуха до и после поглощения целого газа рассчитывают процентное содержание последнего. Далее таким же способом определяют  содержание кислорода, пропуская оставшийся воздух через раствор пирогаллола, который поглощает кислород

Так как опыты могут вестись при различной температуре и разном давлении, то для получения сравнимых результатов производится пересчет объема газов к тому их объёму, который они имеют при 0° и 760 мм давления. На основании анализа проб высчитывают количество количество кислорода и углекислого газа, содержащееся во всем выдохнутом воздухе.

Поглощаемый организмом кислород используется для окисления белков, жиров и углеводов. Окислительный  распад 1 г каждого из этих веществ требует неодинаковых количеств кислорода и сопровождается освобождением  различных количеств тепла. Как видно из таблицы, окисление 1 г углеводов приводит к освобождению в организме 4,1 ккал, на что требуется 0,830 л кислорода. Стедовательно, при потреблении 1 л кислорода в случае, если он используется на окисление углеводов, освобождается 5,05 ккал. При окислении 1 г белков также освобождается 4,1 ккал, но при этом  ипотребляется кислорода больше, чем при окислении углеводов,—0,970 л. Следовательно, при использовании 1 л кислорода на  окисление белков освобождается в организме   4,46 ккал. При потреблении же 1 л кислорода на окисление жиров освобождается 4,74 ккал.

Количество тепла, освобождающегося при потреблении организмом 1 л кислорода, носит название калорического эквивалента кислорода. Как видно из приведенных выше цифр, его величина различна в зависимости от того, на окисление каких веществ используется кислород.

Таким образом, зная общее количество кислорода, использованного организмом,  можно  вычислить энергетические  затраты только в том случае, если известно, какие вещества — белки, жиры  или углеводы окислились в теле. В опытах по исследованию газообмена показателем этого может служить дыхательный коэффициент.