Непрямая калориметрия

Косвенная калориметрия рассчитывает тепло , выделяемое живыми организмами , путем измерения либо производства ими углекислого газа и азотных отходов (часто аммиака у водных организмов или мочевины у наземных), либо потребления ими кислорода . Непрямая калориметрия оценивает тип и скорость использования субстрата и энергетический обмен in vivo, исходя из измерений газообмена (потребление кислорода и выработка углекислого газа во время покоя и физических упражнений). Этот метод дает уникальную информацию, является неинвазивным и может успешно сочетаться с другими экспериментальными методами для исследования многочисленных аспектов ассимиляции питательных веществ, термогенеза , энергетики физических упражнений и патогенеза метаболических заболеваний . ^[1]

Научная основа

Косвенная калориметрия измеряет потребление O ₂ и азота и производство CO ₂ . Если предположить, что весь кислород используется для окисления разлагаемого топлива и весь выделяющийся при этом CO ₂ восстанавливается, можно оценить общее количество энергии, произведенной из химической энергии питательных веществ и преобразованной в химическую энергию АТФ : некоторая потеря энергии в процессе окисления. ^[1]Респираторная непрямая калориметрия (ИК) — неинвазивный и высокоточный метод определения скорости метаболизма , имеющий погрешность менее 1%. ^[2] Он имеет высокую воспроизводимость и считается методом «золотого стандарта». ^[3] Этот метод позволяет оценить БЭЭ и РЗЭ , а также идентифицировать энергетические субстраты, которые преимущественно метаболизируются организмом в конкретный момент. Он основан на косвенном измерении тепла, выделяемого при окислении макронутриентов , которое оценивается путем мониторинга потребления O ₂ и производства CO ₂ за определенный период времени. ^[4] Калориметр имеет газосборник , который адаптируется к субъекту и через однонаправленный клапан каждую минуту собирает и количественно определяет объем и концентрацию _{O 2} и CO ₂ вдыхаемого субъектом . После достижения объема расход энергии в состоянии покоя рассчитывается по формуле Вейра , и результаты отображаются в программном обеспечении, подключенном к системе. ^[4] Другая используемая формула: ^[5]

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 ), $e_{c}$ составляет 21,13 килоджоуля (5,05 ккал) — теплоты, выделяемой на литр кислорода при окислении углеводов, и $e_{f}$ составляет 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 такое же значение при RQ = 0,7 (сжигание только жира).

История

Антуан Лавуазье заметил в 1780 году, что производство тепла в некоторых случаях можно предсказать по потреблению кислорода. ^{[ нужна ссылка ]}, используя множественную регрессию. Косвенная калориметрия в том виде, в каком мы ее знаем, была разработана около 1900 года как приложение термодинамики к жизни животных. ^[6] Хотя развитие непрямой калориметрии насчитывает более 200 лет, наибольшее ее применение пришлось на последние два десятилетия с развитием систем тотального парентерального питания , междисциплинарных групп поддержки питания и производством портативных, надежных и относительно недорогих калориметров. ^[7]

Методы сбора

Для проведения этого испытания 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 Douglas Bags собранный газ необходимо проанализировать на объем и состав.
Canopy (разведение): метод разведения считается золотым стандартом измерения энергетических затрат в состоянии покоя в клиническом питании. ^[3] Тест длится всего несколько минут и заключается в том, что пациента укладывают расслабленно на кровать или на удобную кушетку, положив голову под прозрачный колпак, соединенный с насосом, который через него осуществляет регулируемую вентиляцию. Выдыхаемый газ разбавляется свежим воздухом, вентилируемым под вытяжкой, и образец этой смеси подается в анализаторы через капиллярную трубку и анализируется. Окружающая и разбавленная фракции O ₂ и CO ₂ измеряются для известной скорости вентиляции, а _{O 2} потребление _{и производство CO 2} определяются и конвертируются в затраты энергии в состоянии покоя. ^[9]
Маска для лица (дыхание за вдохом): тесты непрямой калориметрии также часто выполняются с маской для лица, которая используется для подачи выдыхаемого и вдыхаемого газа через турбинный расходомер, способный измерять дыхание пациента по минутной вентиляции дыхания, в то же время образец газа подается в анализатор, а VO ₂ и VCO ₂ измеряются и преобразуются в затраты энергии.
Интерфейс с аппаратом искусственной вентиляции легких ( настройки интенсивной терапии ): Если пациент находится на механической вентиляции легких, непрямой калориметр все равно может измерять вдыхаемый/выдыхаемый O ₂ и CO ₂ при дыхании , если он соединен с аппаратом ИВЛ через эндотрахеальную трубку .

Приложения

Косвенная калориметрия предоставляет как минимум две части информации: показатель расхода энергии или 24-часовой потребности в калориях, отраженный расходом энергии в состоянии покоя (REE), и показатель использования субстрата, отраженный в дыхательном коэффициенте (RQ). Знание множества факторов, влияющих на эти значения, привело к гораздо более широкому спектру применений. Исследования непрямой калориметрии за последние 20 лет привели к характеристике гиперметаболической стрессовой реакции на травму и разработке режимов питания, субстраты которых наиболее эффективно усваиваются при различных болезненных процессах и состояниях органной недостаточности . Непрямая калориметрия повлияла на повседневную практику медицинской и хирургической помощи, такую как обогрев ожогового отделения и хирургических палат, а также отключение пациентов от аппаратов искусственной вентиляции легких . ^[7]

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Ферраннини Э. «Теоретические основы непрямой калориметрии: обзор». Метаболизм. Март 1988 г.;37(3):287-301.
^ Марсон Ф. и др. «Корреляция между потреблением кислорода, рассчитанным с использованием метода Фика, и измеренным с помощью непрямой калориметрии у пациентов в критическом состоянии». Арк Брас Кардиол. Январь 2004 г.;82(1):77-81, 72-6. Электронная публикация 2004 г., 12 февраля.
^ Перейти обратно: ^а ^б Хауген Х.А. и др. «Непрямая калориметрия: практическое руководство для врачей». Нутр Клин Практика. 2007 августа;22(4):377-88.
^ Перейти обратно: ^а ^б Пиньейру Вольп AC и др. «Энергозатраты: составляющие и методы оценки». Нутр Хосп. 2011 май–июнь;26(3):430–40. doi: 10.1590/S0212-16112011000300002.
^ А.Р. Бэйн; и др. (июнь 2012 г.). «Запас тепла телом во время физической активности снижается при приеме горячей жидкости в условиях, обеспечивающих полное испарение, авторы». Акта Физиологика . 206 (2): 98–108. дои : 10.1111/j.1748-1716.2012.02452.x . ПМИД 22574769 . S2CID 23682662 . цитируя Ниши, Ю. (1981). «Измерение теплового баланса у человека». В К. Сина и Дж. Кларк (ред.). Биоинженерия, теплофизиология и комфорт . Эльзевир. стр. 29–39 .
^ Этуотер В.О. и др. «Описание неодыхательного калориметра и экспериментов по сохранению энергии в организме человека». Министерство сельского хозяйства США, Off Exp Sta Bull 63, 1899 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б МакКлэйв С.А. и др. «Использование непрямой калориметрии в лечебном питании». Нутр Клин Практика. Октябрь 1992 г.;7(5):207-21.
^ Дуглас, К. Гордон (18 марта 1911 г.). «Способ определения общего дыхательного обмена у человека» . Труды Физиологического общества . Проверено 28 августа 2016 г. ^{[ мертвая ссылка ]} ( Дуглас Бэг )
^ Академия питания и диетологии «Измерение RMR с помощью непрямой калориметрии (IC)». Нутр Клин Практика. 2007 августа;22(4):377-88.

Внешние ссылки

[Ferrannini-1] Перейти обратно: ^а ^б Ферраннини Э. «Теоретические основы непрямой калориметрии: обзор». Метаболизм. Март 1988 г.;37(3):287-301.

[Marson-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». Арк Брас Кардиол. Январь 2004 г.;82(1):77-81, 72-6. Электронная публикация 2004 г., 12 февраля.

[Haugen-3] Перейти обратно: ^а ^б Хауген Х.А. и др. «Непрямая калориметрия: практическое руководство для врачей». Нутр Клин Практика. 2007 августа;22(4):377-88.

[Pinheiro-4] Перейти обратно: ^а ^б Пиньейру Вольп AC и др. «Энергозатраты: составляющие и методы оценки». Нутр Хосп. 2011 май–июнь;26(3):430–40. doi: 10.1590/S0212-16112011000300002.

[5] А.Р. Бэйн; и др. (июнь 2012 г.). «Запас тепла телом во время физической активности снижается при приеме горячей жидкости в условиях, обеспечивающих полное испарение, авторы». Акта Физиологика . 206 (2): 98–108. дои : 10.1111/j.1748-1716.2012.02452.x . ПМИД 22574769 . S2CID 23682662 . цитируя Ниши, Ю. (1981). «Измерение теплового баланса у человека». В К. Сина и Дж. Кларк (ред.). Биоинженерия, теплофизиология и комфорт . Эльзевир. стр. 29–39 .

[Atwater-6] Этуотер В.О. и др. «Описание неодыхательного калориметра и экспериментов по сохранению энергии в организме человека». Министерство сельского хозяйства США, Off Exp Sta Bull 63, 1899 г.

[McClave-7] Перейти обратно: ^а ^б МакКлэйв С.А. и др. «Использование непрямой калориметрии в лечебном питании». Нутр Клин Практика. Октябрь 1992 г.;7(5):207-21.

[8] Дуглас, К. Гордон (18 марта 1911 г.). «Способ определения общего дыхательного обмена у человека» . Труды Физиологического общества . Проверено 28 августа 2016 г. ^{[ мертвая ссылка ]} ( Дуглас Бэг )

[ADA-9] Академия питания и диетологии «Измерение RMR с помощью непрямой калориметрии (IC)». Нутр Клин Практика. 2007 августа;22(4):377-88.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]