Непрямая калориметрия
Измерение тепла живых организмов косвенными методами
Непрямая калориметрия, метаболическая тележка, измеряющая поглощение кислорода (O 2 ) и выделение углекислого газа (CO 2 ) у спонтанно дышащего субъекта (метод разбавления с использованием навесного колпака).

Косвенная калориметрия вычисляет тепло , которое вырабатывают живые организмы , измеряя либо их продукцию углекислого газа и отходов азота (часто аммиака в водных организмах или мочевины в наземных), либо их потребление кислорода . Косвенная калориметрия оценивает тип и скорость использования субстрата и энергетического метаболизма in vivo, начиная с измерений газообмена (потребление кислорода и выработка углекислого газа во время покоя и стационарных упражнений). Этот метод предоставляет уникальную информацию, является неинвазивным и может быть выгодно объединен с другими экспериментальными методами для исследования многочисленных аспектов усвоения питательных веществ, термогенеза , энергетики физических упражнений и патогенеза метаболических заболеваний . [1]

Научная база

Косвенная калориметрия измеряет потребление O 2 и азота и выработку CO 2 . Предположив, что весь кислород используется для окисления разлагаемого топлива и весь выделяемый при этом CO 2 восстанавливается, можно оценить общее количество энергии, произведенной из химической энергии питательных веществ и преобразованной в химическую энергию АТФ , с некоторой потерей энергии в процессе окисления. [1] Дыхательная косвенная калориметрия (IC) является неинвазивным и высокоточным методом измерения скорости метаболизма , который имеет погрешность менее 1%. [2] Он имеет высокую воспроизводимость и считается золотым стандартом. [3] Этот метод позволяет оценить BEE и REE , а также идентифицировать энергетические субстраты, которые преимущественно метаболизируются организмом в определенный момент. Он основан на косвенном измерении тепла, вырабатываемого при окислении макронутриентов , которое оценивается путем мониторинга потребления O 2 и выработки CO 2 в течение определенного периода времени. [4] Калориметр имеет газосборник , который адаптируется к субъекту и через однонаправленный клапан ежеминутно собирает и количественно определяет объем и концентрацию вдыхаемого O 2 и выдыхаемого CO 2 субъектом. После достижения объема, расход энергии в покое рассчитывается по формуле Вейра , а результаты отображаются в программном обеспечении, подключенном к системе. [4] Другая используемая формула: [5]

М = В О 2 ( Р В − 0,7 0.3 е с + 1 − Р В 0.3 е ф ) {\displaystyle M=VO_{2}\left({\frac {RQ-0,7}{0,3}}e_{c}+{\frac {1-RQ}{0,3}}e_{f}\right)}

где RQ — дыхательный коэффициент (отношение объема произведенного CO 2 к объему потребленного O 2 ), 21,13 килоджоуля (5,05 ккал), тепло, выделяемое на литр кислорода при окислении углеводов, и 19,62 килоджоуля (4,69 ккал), значение для жира. Это дает тот же результат, что и формула Вейра при RQ = 1 (сжигание только углеводов), и почти то же значение при RQ = 0,7 (сжигание только жира). е с {\displaystyle e_{c}} е ф {\displaystyle e_{f}}

История

Антуан Лавуазье заметил в 1780 году, что выработка тепла, в некоторых случаях, может быть предсказана по потреблению кислорода [ требуется ссылка ] с использованием множественной регрессии. Косвенная калориметрия, как мы ее знаем, была разработана около 1900 года как приложение термодинамики к жизни животных. [6] Хотя развитие косвенной калориметрии насчитывает более 200 лет, ее наибольшее использование произошло в последние два десятилетия с развитием полного парентерального питания , междисциплинарных групп поддержки питания и производства портативных, надежных, относительно недорогих калориметров. [7]

Методы сбора

Для проведения этого теста можно использовать четыре различных метода сбора и измерения газа:

  • Мешок Дугласа : выдыхаемые дыхательные газы собираются в надувной герметичный мешок. [8] После завершения любого теста с использованием мешков Дугласа собранный газ должен быть проанализирован на предмет объема и состава.
  • Canopy (разбавление): Метод разбавления считается золотым стандартом для измерения расхода энергии в покое в клиническом питании. [3] Тест длится всего несколько минут и заключается в том, что пациенту предлагают расслабиться на кровати или на удобной кушетке, а его голова находится под прозрачным колпаком, подключенным к насосу, который обеспечивает регулируемую вентиляцию через него. Выдыхаемый газ разбавляется свежим воздухом, вентилируемым под колпаком, и образец этой смеси передается в анализаторы через капиллярную трубку и анализируется. Окружающие и разбавленные фракции O 2 и CO 2 измеряются для известной скорости вентиляции, а потребление O 2 и выработка CO 2 определяются и преобразуются в расход энергии в покое. [9]
  • Лицевая маска (дыхание за дыханием): тесты непрямой калориметрии также часто проводятся с лицевой маской, которая используется для передачи выдыхаемого и вдыхаемого газа через турбинный расходомер, способный измерять дыхание пациента по минутной вентиляции дыхания, в то же время образец газа передается в анализатор, и VO2 и VCO2 измеряются и преобразуются в расход энергии.
  • Интерфейс с аппаратом искусственной вентиляции легких ( режим интенсивной терапии ): если пациент находится на искусственной вентиляции легких, непрямой калориметр может по-прежнему измерять вдыхаемый/выдыхаемый O2 и CO2 при его дыхании , если он подключен к аппарату искусственной вентиляции легких через эндотрахеальную трубку .

Приложения

Непрямая калориметрия предоставляет по крайней мере две части информации: меру расхода энергии или 24-часовой потребности в калориях, отраженную в расходе энергии в покое (REE), и меру использования субстрата, отраженную в дыхательном коэффициенте (RQ). Знание многих факторов, которые влияют на эти значения, привело к гораздо более широкому спектру приложений. Исследования непрямой калориметрии за последние 20 лет привели к характеристике гиперметаболического стрессового ответа на травму и разработке режимов питания, субстраты которых наиболее эффективно усваиваются при различных патологических процессах и состояниях недостаточности органов . Непрямая калориметрия повлияла на повседневную практику медицинской и хирургической помощи, такую ​​как обогрев ожоговых отделений и хирургических палат, а также отлучение пациентов от аппаратов искусственной вентиляции легких . [7]

Ссылки

  1. ^ ab Ferrannini E. «Теоретические основы непрямой калориметрии: обзор». Метаболизм. 1988 март;37(3):287-301.
  2. ^ Марсон Ф. и др. «Корреляция между потреблением кислорода, рассчитанным с использованием метода Фика и измеренным с помощью непрямой калориметрии у пациентов в критическом состоянии». Arq Bras Cardiol. 2004 Январь;82(1):77-81, 72-6. Электронная публикация 2004 Февраль 12.
  3. ^ ab Haugen HA, et al. «Непрямая калориметрия: практическое руководство для врачей». Nutr Clin Pract. 2007 август;22(4):377-88.
  4. ^ ab Pinheiro Volp AC, et al. «Расход энергии: компоненты и методы оценки». Nutr Hosp. 2011 май-июнь;26(3):430-40. doi: 10.1590/S0212-16112011000300002.
  5. ^ AR Bain; et al. (июнь 2012 г.). «Сохранение тепла в организме во время физической активности ниже при приеме горячей жидкости в условиях, допускающих полное испарение. Авторы». Acta Physiologica . 206 (2): 98– 108. doi :10.1111/j.1748-1716.2012.02452.x. PMID  22574769. S2CID  23682662.цитируя Ниши, И. (1981). «Измерение теплового баланса у человека». В К. Сина и Дж. Кларк (ред.). Биоинженерия, тепловая физиология и комфорт . Elsevier. стр. 29–39.
  6. ^ Atwater WO и др. «Описание калориметра неореспирации и эксперименты по сохранению энергии в организме человека». Министерство сельского хозяйства США, Off Exp Sta Bull 63, 1899
  7. ^ ab McClave SA, et al. «Использование непрямой калориметрии в клиническом питании». Nutr Clin Pract. 1992 Oct;7(5):207-21.
  8. ^ Дуглас, К. Гордон (18 марта 1911 г.). «Метод определения общего дыхательного обмена у человека». Труды Физиологического общества . Получено 10 сентября 2024 г.( Сумка Дугласа )
  9. ^ Академия питания и диетологии «Измерение RMR с помощью непрямой калориметрии (IC)». Nutr Clin Pract. 2007 август;22(4):377-88.
  • «Измерение RMR с помощью непрямой калориметрии (IC)» Академия питания и диетологии - Библиотека анализа доказательств
  • Американский журнал клинического питания
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Косвенная_калориметрия&oldid=1244986170"