Методы определения теплопродукции

Количество тепла, образовавшегося в организме человека (теплопродукцию), устанавливают методом прямой и непрямой калориметрии.

Прямая калориметрия предусматривает определение теплопродукции по величине тепловыделений, используя калориметрические камеры, в которые помещают человека. Величину теплопотерь человека определяют по улавливанию теплового потока через стенки камеры и изменению влагосодержания воздуха. Городинский С. М. и Глушко А. П. разработали переносной биокалориметр НБК для измерения теплопотерь человека.

Так как эти методы трудоёмки, дорогостоящи, громоздки, в физиологических исследованиях величины теплопродукции принято определять методом непрямой калориметрии.

В этом случае устанавливают Q_э.т человека по количеству поглощённого кислорода и выделенного углекислого газа, измеряемых путём газового анализа выдыхаемого воздуха и с учётом термического коэффициента полезного действия ŋ и рассчитывают теплопродукцию Q_т.п.

Известно, что 1литр кислорода (при давлении 101,325 кПа и температуре 0°С), окисляя, главным образом, жиры и углеводы, создаёт в организме человека от 19,3 до 21 кДж (от 4,6 до 5 ккал) тепла в зависимости от интенсивности работы, состава питания и величины дыхательного коэффициента.

Зависящий от природы окисляемой в организме пищи дыхательный коэффициент Д определяют как отношение объёма выделенного организмом углекислого газа к объёму поглощённого за то же время кислорода:

СО_{2 .}

Д = О₂

Для анализа выдыхаемого воздуха используют приборы, в основу конструкции которых положено две методики: газоанализная и объёмная.

По газоанализной методике контролируют только выдыхаемый воздух: измеряют его объём с помощью газовых счётчиков и производят его анализ на содержание О₂ и СО₂ химическими газоанализаторами.

Широко известен работающий по этому принципу прибор Дугласа–Холдена. Испытуемый дышит в течение 10÷20 минут атмосферным воздухом, а выдыхает воздух через гофрированный шланг в резиновые мешки Дугласа. После этого в газовые пипетки отбирают пробы воздуха для анализа. Общее количество выдыхаемого воздуха определяют с помощью газовых часов.

Выдыхаемый воздух анализируют с помощью газоанализатора Холдена, в котором определение содержания кислорода и углекислого газа основано на принципе измерения объёма воздуха до и после обработки его химическими веществами, поглощающими из него СО₂ и О₂. По газовому составу и объёму выдыхаемого воздуха устанавливают количество поглощённого кислорода и выделенного углекислого газа.

Газоанализный метод Дугласа–Холдена удобен тем, что не требует сложной аппаратуры. Однако процесс проведения исследований трудоёмок. Кроме того, работа с ртутью и щёлочью требует специального помещения.

Более удобны автоматические газоанализаторы (приборы открытого типа). Выдыхаемый воздух в таких приборах выдыхается через газовый счётчик. Часть воздуха направляется в газоанализаторы, которые непрерывно регистрируют состав выдыхаемого воздуха, на определение содержания СО₂ и О₂. Автоматическими газоанализаторами открытого типа являются СОТ – 1, ЛТИ – 1 и прибор Белау. Прибор Белау обеспечивает автоматическую непрерывную (каждые 20 с) регистрацию поглощения кислорода и выделения углекислого газа как в состоянии покоя человека, так и при выполнении им какой-либо работы. Определение содержания углекислого газа в выдыхаемом воздухе основано на принципе зависимости теплопроводности газа от его концентрации в воздухе, определение содержания кислорода – на его парамагнитных свойствах.

Автоматические газоанализаторы открытого типа имеют целый ряд недостатков: невысокая точность приборов, громоздкость, большое время разогрева и т. д.

Объёмная методика определения потребления человеком кислорода заключается в регистрации уменьшения объёма газа в замкнутой системе, к которой подсоединён человек. Выдыхаемый углекислый газ улавливается поглотителем (твёрдым или жидким).

Достоинством объёмной методики является то, что искомые величины определяются сразу, без промежуточных или косвенных измерений.

Наиболее распространённые и самые простые приборы, работающие по объемному методу (приборы закрытого типа), – это зарубежные приборы Крога, Книппинга и отечественные спирографы СГ – 1, СГ – 6 и др. На спирограммах (линиях на бумаге), полученных на приборах такого типа, регистрируются все данные, характеризующие внешнее дыхание человека: глубину, частоту, ритм дыхания, продолжительность вдоха и выдоха, поглощение кислорода и выделение углекислого газа.

При дыхании человека уравновешенный спирометр все время реагирует на изменение объема воздуха и регистрирует посредством самописца дыхательный процесс на движущейся ленте. Соответствующая обработка спирограммы и несложные расчеты позволяют определить потребление кислорода, выделение углекислого газа и другие характеристики дыхания человека.