Метод определения затрат энергии при покое и работе

Затраты энергии во время работы определяют с помощью исследования газообмена. При этом методе на исследуемого рабочего надевают маску с клапанами. Он вдыхает воздух через один из клапанов, а выдыхает через другой клапан, соединенный с резиновым мешком. Собранный за определенный отрезок времени  воздух измеряют с помощью газовых часов. Отдельные порции воздуха  берут из мешка для анализа на содержание в нем углекислого газа и кислорода. Так получают необходимые для расчетов исходные данные: продолжительность работы; количество воздуха, выдохнутого за время работы; состав воздуха, т. е. процентное содержание в нем кислорода и углекислоты. Зная химический состав атмосферного воздуха, вдыхаемого работающим, можно путем расчетов определить: сколько в каждом литре выдыхаемого воздуха углекислоты, образовавшейся в тканях организма; сколько из каждого литра выдохнутого воздуха поглощено организмом кислорода. Помножив полученные величины на количество литров легочной вентиляции, можно получить величины поглощенного человеком кислорода и выделенной углекислоты за определенный отрезок времени (минуту, час, сутки).

Зная количества поглощенного кислорода и выделенной углекислоты, можно рассчитать количество энергии, полученной от окисления богатых энергией веществ в организме. Эта энергия может быть выражена в тепловых единицах — калориях или в механических — килограмм-сила-метрах. Одна калория — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного кубического сантиметра воды на один градус. Механическая энергия при определенных условиях может перейти в тепло, и обратно. При превращении механической энергии в тепло 427 кгс·м работы * дают 1000 кал, или 1 большую калорию (1 ккал).

Отношение между количествами выделенной углекислоты и поглощенного кислорода называется дыхательным коэффициентом. Дыхательный коэффициент изменяется в зависимости от того, какие вещества окисляются в организме для получения энергии. При окислении углеводов дыхательный коэффициент равен 1, белков — 0,85, жиров — 0,72. Но при окислении различных веществ получается различное количество энергии на 1 л потребленного кислорода: при окислении углеводов освобождается 5 ккал, жиров — 4,7, белков — 4,85 ккал. Соответствующие различным значениям дыхательного коэффициента величины энергетической стоимости 1 л потребленного кислорода сведены в таблицу, по которой определяется, сколько при данной величине дыхательного коэффициента получено калорий тепловой энергии из каждого литра поглощенного кислорода. Помножив энергетическую стоимость 1 л кислорода на количество литров потребленного кислорода, получаем величину энергии в калориях, потребленной человеком во время покоя и работы.

Рассмотрим конкретный пример определения затрат энергии при покое. Пусть за 10 мин человек, находящийся в покое при полной неподвижности, поглотил 2370 см3 кислорода и выдохнул 1970 см3 углекислоты. Дыхательный коэффициент равен:

Согласно данным таблицы энергетическая стоимость 1 л потребленного кислорода при таком дыхательном коэффициенте равна 4,9 ккал. Следовательно, за 10 мин человек потребляет энергии 2,37X4,9= 11,6 ккал. Суточный расход энергии данного человека в покое составит 11,6 X 6 X 24 = 1670,4 ккал. Расход энергии за 1 мин в этом случае составляет 1,16 ккал.

В научно-практических исследованиях нередко пользуются округленным калорическим коэффициентом, равным 5 ккал. В таком случае потребление энергии у нашего исследуемого за 10 мин оказывается равным примерно 2,37 X 5,0 ≈ 11,85 ккал.

*1 Единица измерения работы в системе СИ — джоуль (Дж). 1 кгс·м≈9,81 Дж.