Кіріспе

Тынығудағы метаболизм жылдамдығы (ТМЖ) – физиологиялық гомеостаз және биологиялық тепе-теңдік туралы болжамдардың жиынтығымен анықталатын қатаң және тұрақты тынығу жағдайларындағы сүтқоректілердің (және басқа омыртқалы жануарлардың) бүкіл дене метаболизмі. ТМЖ базалық метаболизмнен (BMR) өзгеше, себебі BMR өлшемдері толық физиологиялық тепе-теңдікті қанағаттандыруы керек, ал ТМЖ өлшеу жағдайларын өзгертуге және контекстік шектеулермен анықтауға болады. Сондықтан BMR «мүмкін ең тұрақты» жағдайда өлшенеді, ал ТМЖ өлшемі қолжетімдірек, демек, күнделікті энергия жұмсалымының көптеген, тіпті барлық өлшемдерін немесе бағалауларын көрсетеді. Жанама калориметрия – респиратометрия мен биоэнергетика арасындағы қатынасты зерттеу немесе клиникалық қолдану, онда оттегі тұтыну мөлшері, кейде көмірқышқыл газы шығару және сирек мочевина шығару мөлшері i) энергия мен ii) өлшеу уақыт аралығы арасындағы қатынас түрінде көрсетілген энергия жұмсалымының мөлшеріне айналады. Мысалы, адам денесіндегі оттегі тұтынуын талдағаннан кейін, демалып отырған адамнан 5 минут ішінде 5,5 килокалория энергия жұмсалатыны бағаланса, онда тынығудағы метаболизм жылдамдығы = 1,1 ккал/мин болады. Кейбір байланысты өлшемдерден (мысалы, MET) айырмашылығы, ТМЖ дене массасына сілтеме жасамайды және метаболизмнің энергия тығыздығына әсер етпейді. BMR өлшемдеріндегі шатастыратын факторларды толыққанды қарастыру 1922 жылы Массачусетс штатында инженерлік профессор Фрэнк Б. Санборн көрсеткен, онда тамақ, дене күйі, ұйқы, бұлшықет қызметі және эмоциялардың әсері BMR-ді ТМЖ-ден ажырату критерийлерін ұсынады.

Компьютерлік технологияға дейінгі технологиялар

1780 жылдары Француз ғылым академиясы үшін Лавуазье, Лаплас және Сегуен сүтқоректілердегі тікелей калориметрия мен тыныс алу газ алмасуы арасындағы байланысты зерттеді және жариялады. 100 жыл өткен соң, 19 ғасырда Коннектикут штатындағы Уэслиан университеті үшін профессорлар Атвотер мен Роза адамдардағы аминқышқылдарының, глюкозаның және май қышқылдарының метаболизмі кезінде азот, көмірқышқыл және оттегі тасымалдануының мол дәлелдерін ұсынды. Бұл, еркін тіршілік ететін адамдардың биоэнергетикасын анықтаудағы жанама калориметрияның маңыздылығын одан әрі бекітті. Атвотер мен Розаның жұмысы тағамдардың калориялық құндылығын есептеуге мүмкіндік берді, бұл ақырында USDA-ның тағамдық калориялар кітапханасын құру үшін қабылданған өлшемшарттарға айналды. 20 ғасырдың басында Оксфорд университетінде физиология зерттеушісі Клод Гордон Дуглас (ішінара Колорадо штатының Пайк шыңында жүргізілетін эксперименттерге дайындық ретінде) ауа дем алудың арзан және жылдам әдісін жасады. Бұл әдісте пациент белгілі бір уақыт аралығында дерлік өткізбейтін және үлкен көлемді жинау қабына дем алады. Жинақталған барлық көлем өлшенеді, оттегі мен көмірқышқыл газының құрамы талданады, ал дем алынған "сыртқы" ауадан айырмашылықтар оттегінің сіңірілу және көмірқышқылдың шығарылу жылдамдығын анықтау үшін есептеледі. Дем алынған газдардан энергия шығынын бағалау үшін бірнеше алгоритмдер әзірленді. Ең көп қолданылатындарының бірі 1949 жылы Глазго университетіндегі зерттеу физиологы Дж. Б. де В. Вейр жасады. Оның метаболизмді бағалауға арналған қысқартылған теңдеуі газ алмасу жылдамдықтарын көлем/уақыт ретінде жазды, несептегі азотты есепке алмады және "ккал/минуттан" "ккал/күнге" экстраполяциялау үшін 1.44 уақыт түрлендіру коэффициентін қосуға мүмкіндік берді. Вейр өзінің эксперименттерінде Дуглас қабын қолданды және қалыпты физиологиялық жағдайларда ақуыз метаболизмінің әсерін елемеуді, сондай-ақ шамамен 12,5% ақуыз калориясын құрайтын тамақтану үлгісін қолдап, былай деп жазды: "Шындығында, егер тұтынылатын ақуыз калориясының пайызы 10 мен 14 арасында болса, [теңдеуді] пайдаланудағы максималды қате 500-ден 1 аз болады".

Компьютерлік RMR өлшеулері

1970 жылдардың басында компьютерлік технологиялар деректерді оқиға орнында өңдеуге, нақты уақыт талдауына және тіпті О2, СО2 және ауа ағыны сияқты метаболикалық айнымалылардың графикалық түрде көрсетілуіне мүмкіндік берді, соның арқасында академиялық мекемелер жаңа тәсілдермен дәлдік пен нақтылықты тексеруге ұмтылды. Одан бірнеше жыл өткен соң, аккумуляторлық жүйелер пайда болды. Мысалы, 1977 жылы Физиологиялық қоғамның мәжілісінде жинақталған және соңғы минуттағы оттегі тұтынуын цифрлық түрде көрсетуге қабілетті мобильді жүйе демонстрацияланды. Келесі онжылдықтарда өндіріс және есептеу құралдарының құны төмендеген сайын, 1990 жылдары әртүрлі модельдерді дайындау және салыстыру үшін қолданылатын әртүрлі әмбебап калибрлеу әдістері әртүрлі конструкциялардың кемшіліктері мен артықшылықтарына назар аударды. Төмен құннан басқа, метаболикалық айнымалы CO2 көбінесе назардан тыс қалды, нәтижесінде салмақты басқару және жаттығулар бойынша оттегі тұтыну модельдеріне басымдық берілді. Жаңа мыңжылдықта кішкентай "жұмыс үстелі өлшемді" жанама калориметрлер арнайы жеке компьютерлер мен принтерлермен, сондай-ақ қазіргі таңдағы Windows негізіндегі бағдарламалық қамтамасымен таратыла бастады.

Қолдану

Күнделікті энергия шығынын (ТЭК) бағалау кезінде RMR өлшеулері ұсынылады. BMR өлшемі ояну кезіндегі тар уақыт аралығымен (және қатаң талаптармен) шектелгендіктен, RMR өлшемі көбінесе бос жағдайларда жүргізіледі. USDA ұйымдастырған шолуда көптеген жарияланымдарда тынығу өлшемінің нақты жағдайлары, соның ішінде соңғы тамақтанғаннан немесе физикалық белсенділіктен өткен уақыт көрсетілген; осы толыққанды шолуда RMR тамақтанудың термиялық әсерінен және күні бойындағы қызметтерден қалған энергия шығынынан 10–20% жоғары деп бағаланды.

Тынығудағы зат алмасу жылдамдығы мен энергия шығынының арасындағы байланыс

Термохимияны ескермегенде, метаболизмнің жылдамдығы мен энергия жұмсалысының көлемі, мысалы, RMR және REE туралы айтқанда, жаңылысып шатастырылуы мүмкін.

АЗТ-ны салмақты басқаруда пайдалану

Ұзақ мерзімді салмақты басқару тамақтан алынған калорияларға тікелей пропорционалды; алайда, энергия мөлшерін бағалауда көптеген калорияға жатпайтын факторлар да маңызды биологиялық рөл атқарады (бұл мәселелерге тоқталмаймыз). Энергия шығынын есептегенде, тыныш күйдегі өлшемді (RMR) пайдалану – күндізгі жалпы энергия шығынының (TEE) басым бөлігін анықтаудың ең дәл тәсілі, соның арқасында калориялық рационды жоспарлау және сақтауда ең жақын нәтижелерге қол жеткізіледі. Осы себепті, ұзақ мерзімді салмақты басқаруға қол жеткізу үшін жанама калориметрия арқылы REE-ні анықтау қатаң ұсынылады, бұл қорытынды USDA, AND (бұрынғы ADA), ACSM және халықаралық деңгейде ДДҰ сияқты беделді ұйымдардың жүргізіп отырған бақылау зерттеулерінің нәтижесінде алынып, қолдау табады.

Метаболизм жылдамдығы мен 24 сағаттық энергия шығынының жалпы корреляциялары

Энергия шығыны бірқатар факторлармен байланысты, олар әліппелік тәртіппен тізімделген. Жасы: қартаюмен байланысты эпидемиологиялық үрдістерге, физикалық белсенділіктің төмендеуіне және сүйек бұлшықтарының жоғалуына қоса, жасушалық белсенділіктің төмендеуі (оның қарттығуы) да негізгі метаболизм жылдамдығының (РМЖ) төмендеуіне себеп болуы мүмкін.

Адам емес түрлердегі жұмыстар

Экологияда RMR жиі қолданылады, бұл жеке тұлғалардың қоршаған орта жағдайларының өзгеруіне жауабын зерттеуге мүмкіндік береді. Паразиттер анықтама бойынша өздерінің иелеріне зиян келтіреді, сондықтан олардың иелердің RMR-іне әсер етуі мүмкін деп күтілуде. Паразиттік инфекцияның иелердің RMR-іне әсері әртүрлі болуы анықталды. Көптеген зерттеулер паразиттік инфекция кезінде RMR-дің жоғарылауын көрсетеді, бірақ басқалары әсерін көрсетпейді, тіпті RMR-дің төмендеуін де көрсетеді. Паразиттік инфекция кезінде RMR өзгеру бағытындағы мұндай айырмашылықтың себебі әлі анықталған жоқ.