Termeni asociați:

  • Feromon
  • Cheltuieli energetice de repaus
  • Carbohidrați
  • Rata metabolica
  • Aport caloric
  • Consum de energie
  • Calorimetrie indirectă
  • Dioxid de carbon

Descărcați în format PDF

Despre această pagină

Metodologia cerinței de energie

1. CALORIMETRIA DIRECTĂ

Calorimetria directă obține o măsurare directă a cantității de căldură generată de corp într-o structură suficient de mare pentru a permite cantități moderate de activitate. Aceste structuri se numesc calorimetre pentru întreaga cameră. Calorimetria directă oferă o măsură a energiei consumate sub formă de căldură. Tehnica calorimetriei directe are mai multe dezavantaje. Structura este costisitoare, necesită inginerie complexă, iar instalațiile adecvate sunt rare în întreaga lume. Subiecții trebuie să rămână într-un mediu închis fizic pentru perioade lungi de timp. În plus, calorimetria directă nu oferă nicio informație despre natura substraturilor care sunt oxidate pentru a genera energie în corp [19].

Modele și metode de animale pentru a studia relațiile dintre creier și țesuturi în reglarea metabolică

Luc Penicaud,. Fabienne Lienard, în Modele animale pentru studiul bolilor umane, 2013

Consum de energie

Calorimetria directă poate fi utilizată pentru evaluarea cheltuielilor de energie prin măsurarea producției de căldură a corpului într-un calorimetru, dar modalitatea obișnuită și mai fiabilă este de a utiliza calorimetria indirectă. În calorimetria indirectă, consumul de energie este determinat prin măsurarea cantității de oxigen consumat și a dioxidului de carbon produs. Coeficientul respirator (RQ), care oferă informații despre utilizarea substratului metabolic (lipide sau carbohidrați), se calculează împărțind volumul de CO 2 produs la volumul de O2 consumat (RQ = VCO2/VO2). Aparatele calorimetrice indirecte sunt sisteme ventilate, cu circuit deschis. Șobolanii sau șoarecii sunt adăpostiți într-o cușcă metabolică etanșă la gaze prin care este trecut un flux de aer proaspăt. Sistemul colectează și amestecă aerul expirat, măsoară debitul și analizează concentrația de gaz a aerului de intrare și de ieșire atât pentru O2, cât și pentru CO2. Alternativ, deși mai puțin precisă, poate fi utilizată metoda apei dublu etichetată, o metodă indirectă de calorimetrie bazată pe eliminarea izotopilor.

Tehnici de măsurare pentru cheltuielile cu energia

Calorimetrie directă

În calorimetria umană directă, un dispozitiv cu flux de căldură măsoară căldura biologică degajată. Deoarece kcal este o unitate termică, rezultatul poate fi ușor convertit în unități de energie fiziologică. Calorimetrele directe trebuie să fie suficient de mari pentru a conține o persoană și, dacă este implicat exercițiu, suficient de mari pentru a conține dispozitivul de exerciții și echipamentul de măsurare. De asemenea, trebuie să existe un sistem de ventilație care să permită fluxul de aer să intre și să iasă din cameră pe durata evaluării. Aceste dispozitive sunt costisitoare de construit și de operat. Prin urmare, majoritatea laboratoarelor care fac cercetări pe oameni folosesc calorimetria indirectă mai rentabilă. 3-5

În nutriție și științe alimentare, calorimetrul bombă este un dispozitiv utilizat pentru a evalua conținutul de energie al produselor alimentare prin calorimetrie directă. Produsul alimentar este ars și căldura cuantificată este eliberată. 2

VENTILARE ȘI RESPIRARE A ANIMALELOR Tehnici în fiziologia respiratorie a animalelor întregi

Metode de măsurare a metabolismului respirator

Pe lângă rata consumului de oxigen, rata de producție a dioxidului de carbon (CO2) poate fi măsurată prin calorimetrie indirectă. Cu toate acestea, solubilitatea ridicată a CO2 în apă face dificilă măsurarea corectă a modificărilor presiunii parțiale a CO2 (PCO2) cu electrozii disponibili, iar modificările CO2 totale ale apei în timp sunt adesea dificil de măsurat pe fondul CO2 legat ca carbonați și bicarbonate, în special în apă dură și apă sărată.

Bilanțul energetic și reglementarea consumului de alimente

Abstract

Acest capitol începe cu discutarea energeticii alimentelor și a factorilor Atwater descoperiți prin calorimetrie directă. Utilizarea calorimetriei indirecte pentru a determina utilizarea grăsimilor, proteinelor și carbohidraților pentru energie este apoi tratată cu introducerea conceptului de echivalență energetică a O 2. Se analizează apoi componentele ratei metabolice. Reglementarea consumului de alimente este apoi discutată, folosind noțiunile timpurii de „centru de sațietate” și „centru de hrănire”, întrucât este suplinită de o imagine mai complexă a mai multor centre și o reglementare mai difuză a aportului de alimente. Se introduce noțiunea de semnale de sațietate pe termen scurt și lung. Se încearcă o imagine integrată a reglării aportului de alimente, combinând semnale gastrointestinale și umorale pe termen scurt și semnale pe termen lung de adipozitate corporală. Este inclus rolul eferențelor nervoase în ajustarea cheltuielilor de energie.

Neurobiologia citokinelor

Nicholas J. Busbridge, Nancy J. Rothwell, în Methods in Neurosciences, 1993

Măsurarea termogenezei

Termogeneza poate fi determinată din măsurători ale ratei metabolice fie direct, prin determinarea producției de căldură (calorimetrie directă), fie indirect din consumul de oxigen și producția de dioxid de carbon (calorimetrie indirectă). Calorimetrele directe sunt notoriu complexe și costisitoare și suferă dezavantajele că, în timpul schimbărilor rapide ale temperaturii corpului (de exemplu, dezvoltarea febrei), măsurătorile pe termen scurt ale producției de căldură pot fi eronate. Prin urmare, calorimetria indirectă a fost folosită pe scară mai largă atât la animale experimentale, cât și la oameni. Producția de căldură poate fi calculată cu precizie din ratele de consum de oxigen (Vo 2) și producția de CO2 (Vco2). Cu toate acestea, cu condiția să nu apară modificări semnificative ale coeficientului respirator, estimări fiabile ale termogenezei pot fi obținute numai din determinarea Vo2 (12).

Există o serie de calorimetre indirecte disponibile în comerț pentru mamiferele mici, de obicei pe baza măsurătorilor exacte ale fluxului de aer printr-o cameră mică și a diferenței de conținut de oxigen (determinată de analiza paramagnetică) a aerului de intrare și de ieșire. Cu toate acestea, o tehnică simplă pentru măsurarea Vo2 implică îndepărtarea CO2 și a apei prin includerea Carbasorb și silicagelului în circuitul produs de animal și înlocuirea (și măsurarea simultană) a cantității de oxigen utilizate. Pe măsură ce oxigenul este utilizat și CO2 și apa sunt absorbite, o mică scădere a presiunii va apărea în interiorul calorimetrului, care este detectată de presostate microdiferențiale, determinând pomparea volumelor fixe de oxigen în calorimetru până la restabilirea presiunii inițiale (13). Pentru animalele mici (de exemplu, șobolani și șoareci) volumul acestor calorimetre ar trebui să fie mic (adică 12).

Contribuția NST la rata metabolică totală poate fi estimată din efectul inhibitor al blocării β-adrenoceptorilor (de exemplu, prin injectarea periferică de propranolol), care este minimă la animalele în repaus normale la temperaturi ambientale apropiate de termoneutralitate. Cu toate acestea, acest lucru poate produce subestimări ale NST, deoarece în timpul blocadei β, alte forme de producție de căldură (de exemplu, tremurând) pot fi substituite cu NST (7). Evaluări mai indirecte și, prin urmare, mai puțin fiabile, ale termogenezei includ estimări simultane ale temperaturii miezului (de exemplu, rectal) și a temperaturii pielii sau a activității BAT. Acesta din urmă poate fi determinat in vitro, prin îndepărtarea postmortemului țesutului și măsurarea legării specifice a nucleotidelor purinice radiomarcate (de exemplu, PIB) la mitocondriile izolate (14).

Metabolismul energetic

Metode de măsurare a necesităților de energie

directă

Figura 4. Calorimetrul bombei. Această diagramă arată calorimetrul bombei proiectat de chimistul francez Pierre Eugene Marcellin Berthelot (1827–1907). Se folosește pentru a măsura căldura reacțiilor chimice.

Lucrări din volumul al zecelea (a doua perioadă din 1892) a săptămânalului științific popular francez „La Science Illustree”. De la Biblioteca foto științifică.

Interpretarea corectă a rezultatelor IC implică înțelegerea ipotezelor și a considerațiilor tehnice ale acestei metodologii. Există mai multe surse de eroare și multe dificultăți tehnice în aplicarea acestei metodologii în ICU, inclusiv (1) model de calcul și ipoteze, (2) factori calorimetrici folosiți, (3) scurgeri în jurul tubului endotraheal, (4) concentrație de oxigen inspirată peste 0,60, (5) utilizarea nivelurilor ridicate de presiune expiratorie pozitivă, (6) analizoare de gaz instabile, (7) incapacitatea de a ajunge la starea de echilibru și (8) factori umani. Studiile efectuate la adulți și copii cu ventilație mecanică au concluzionat că utilizarea unui protocol IC prescurtat cu o durată de 3-5 minute este suficientă pentru a obține starea de echilibru și a obține o precizie rezonabilă, în timp ce alți autori au concluzionat că rezultatele cheltuielilor de energie ale unui test IC de 30 de minute sunt comparabil cu rezultatele testului de 24 de ore.

Potențialele aplicații clinice utile ale CI la pacienții cu afecțiuni critice pot fi rezumate după cum urmează: (a) evaluarea cheltuielilor de energie la pacienții care nu răspund în mod adecvat la necesitățile nutriționale estimate, (b) evaluarea cheltuielilor de energie la pacienții cu organ unic sau multiplu disfuncție care necesită îngrijire prelungită în terapie intensivă și suport nutrițional artificial, (c) evaluarea efectelor induse de nutriția artificială asupra sistemelor cardiocirculatorii și respiratorii la pacienții ventilați mecanic cu insuficiență respiratorie acută și cronică și (d) monitorizarea VO2 în timp ce înțărcarea mecanică ventilare. În prezent sunt recomandate măsurători țintite ale REE și sunt incluse în Ghidurile clinice ale Societății Americane pentru Nutriție Parenterală și Enterală (ASPEN): Nutrition Support of the Critically Booms Child. Pe scurt, IC a adus o înțelegere a modului în care energia este utilizată în timpul bolilor critice; acest lucru nu a fost încă tradus în îmbunătățirea rezultatelor pacienților. Sunt necesare studii care examinează rolul tehnicii IC simplificate, rolul acesteia în optimizarea aportului de nutrienți, capacitatea sa de a preveni supraalimentarea sau subalimentarea la subiecți selectați și analizele cost-beneficiu ale aplicării sale în UCI.

TEE care ia în considerare activitatea fizică poate fi măsurată folosind tehnica de apă dublu etichetată (DLW). Tehnica de diluare a izotopilor utilizează izotopi stabili (2 H2O, H2 18 O și NaH 13 CO3) pentru a măsura cheltuielile de energie. Metoda DLW se bazează pe diferențele în ratele de rotație de 2 H2O și H2 18 O în apa corpului. Tehnica DLW a fost validată împotriva IC și este acum considerată a fi un standard de aur pentru măsurători ale TEE în condiții de viață liberă. Sursele erorii de măsurare includ inexactități analitice în determinarea spectrometrică de masă a îmbogățirii izotopice, variații biologice în îmbogățirea izotopului, fracționarea izotopică în timpul formării dioxidului de carbon și în timpul vaporizării apei, calculul apei totale din corp și presupunerea sau calculul 24 h RQ. Utilizarea metodei DLW nu este posibilă la copilul bolnav critic din cauza schimbărilor de lichid și a dezechilibrelor.

Pe scurt, nevoile de energie trebuie evaluate cu atenție în timpul spitalizării, în special în timpul bolii critice, măsurând cheltuielile de energie. Dacă IC este disponibil și pacientul îndeplinește condițiile pentru un test de măsurare, IC oferă o modalitate exactă de măsurare a REE. CI ar putea fi utilizat în anumite populații de pacienți (IC vizat; masa 2 ) pentru a preveni supraalimentarea neintenționată și supraalimentarea. În absența REE măsurată, pot fi utilizate ecuații pentru estimarea necesităților de energie, dar ar trebui să se facă precauție pentru a evita estimarea incorectă.

Masa 2. Criterii pentru risc ridicat de alterări metabolice și candidați la calorimetrie indirectă vizată de Societatea Americană pentru Nutriție Parenterală și Enterală (ASPEN)

Subponderalitate (IMC percentila 85 pentru vârstă) sau supraponderal (IMC> percentila 95)

Copiii cu> 10% creștere sau pierdere în greutate în timpul șederii în terapie intensivă

Nerespectarea consecventă a obiectivelor calorice prescrise (timp de> 5 zile)

Nerespectarea sau necesitatea intensificării suportului respirator

Nevoia de relaxante musculare pentru> 7 zile

Traumatisme neurologice (traumatice, hipoxice și/sau ischemice) cu dovezi ale disautonomiei

Diagnostice oncologice (inclusiv copii cu transplant de celule stem sau de măduvă osoasă)

Copii cu leziuni termice

Copii care necesită suport ventilator mecanic timp de> 7 zile

Copii suspectați de a fi sever hipermetabolici (stare epileptică, hipertermie, sindrom de răspuns inflamator sistemic, furtuni disautonomice etc.) sau hipometabolici (hipotermie, hipotiroidism, pentobarbital, comă midazolam etc.)

Orice pacient cu durata de ședere ICU> 4 săptămâni poate beneficia de calorimetrie indirectă pentru a evalua adecvarea aportului de nutrienți

IMC, indicele de masă corporală; UTI, unitate de terapie intensivă.

Sursa: Mehta, N. M. și Compher, C. (2009). JPEN Journal of Parenteral and Enteral Nutrition (33 (3)), pp. 260-276, copyright @ 2009 de Elsevier. Retipărit prin permisiunea publicațiilor SAGE.

Leziuni de arsură și inhalare

Hugo F. Carvajal, James A. Griffith și Pediatric Critical Care (Ediția a treia), 2006

Cerințe nutriționale

Majoritatea pacienților care suferă leziuni arse sunt bine hrăniți înainte de insultă, dar dacă nu se instituie un program nutrițional agresiv de la început, catabolismul superior duce rapid la o stare de malnutriție proteică-calorie. 43

Măsurările nevoilor reale de calorii prin calorimetrie directă sau indirectă sunt pline de dificultăți considerabile și, în ciuda eforturilor monumentale, echipamentele și metodele disponibile în prezent nu permit măsurători precise ale cheltuielilor calorice la pacientul care respiră spontan. 44, 45 Extrapolarea din normele pentru adulți poate să nu fie adecvată, deoarece formulele disponibile se bazează pe greutatea corporală 46 și necesarul caloric este considerabil mai mare la copii. O formulă „cu două cifre” care ia în considerare BSA și dimensiunea arsurii a fost propusă pentru prima dată de Hildreth și Carvajal în 1980. 47 La copiii cu arsuri cuprinse între 15% și 90%, aderarea la formulă a dus la o greutate adecvată. câștig și fără dovezi de malnutriție.

Cerințele calorice pentru copiii arși sunt astfel estimate astfel:

O dietă lichidă cu o densitate calorică care să nu depășească 27 de calorii pe uncie plus un consum regulat de alimente a permis ca 18% până la 22% din calorii să fie derivate din proteine; 15% până la 20% din grăsimi; iar restul din carbohidrați. Vitaminele și mineralele sunt furnizate conform recomandărilor Comitetului pentru alocații dietetice. 48 Dacă nu este documentată o deficiență, suplimentele nu trebuie să depășească liniile directoare stabilite pentru persoanele sănătoase.

Gestionarea optimă după a doua zi după arsură include menținerea echilibrului fluidelor și electroliților; înlocuirea albuminei pentru a menține nivelurile de COP peste 15 mmHg; nutriție adecvată pentru a susține cerințele metabolice sporite; irigarea zilnică și debridarea rănilor; terapie antimicrobiană locală; atelarea părților afectate; și diverse alte proceduri chirurgicale. Anemia rezultată din depresia măduvei osoase, hemoliza și scurgerea de sânge din locurile plăgii trebuie detectată și corectată corespunzător. Cu excepția pacientului cu sângerare activă, celulele roșii din sânge ambalate în cantități de 10 ml/kg sunt de obicei suficiente. Cu o abordare „divizată” a globulelor roșii, copiii mici vor fi expuși la mai puțini donatori. Anemia ușoară până la niveluri de 8,5 g de Hb este de obicei bine tolerată și, cu excepția cazului în care pacientul anticipează o intervenție chirurgicală, este posibil să nu necesite o corecție imediată.

ENERGIE | Măsurarea cheltuielilor cu energia

Puncte tari și limite ale calorimetriei directe

ENERGETICA | Metabolismul energetic general

Măsurarea ratei metabolice

Utilizarea energiei organice este ineficientă termodinamic, adică aproximativ două treimi din energia potențială a reactanților se pierde ca o formă mai puțin utilă de energie cunoscută sub numele de căldură în timpul executării proceselor esențiale ale vieții. În plus, reacțiile catabolice ale organismului care transformă energia din alimente în adenozin trifosfat (ATP) necesar pentru alimentarea acestor procese sunt ele însele ineficiente și generează căldură. Astfel, deși cel mai util indicator al activității metabolice totale ar fi măsurarea ratei cifrei de afaceri ATP totale într-un organism, în absența unui mod convenabil de a măsura cifra de afaceri ATP, contabilizarea căldurii produse de aceste reacții agregate este cea mai bună modalitate pentru a evalua activitatea metabolică totală, un proces numit „calorimetrie directă”. Din păcate, capacitatea ridicată de căldură a apei și activitatea metabolică relativ scăzută a peștilor duc la un raport scăzut „semnal: zgomot” pentru calorimetrie directă în studiile acvatice. Prin urmare, găsim măsurători limitate ale ratei metabolice prin calorimetrie directă disponibile pentru pești; majoritatea studiilor se bazează pe un proces numit „calorimetrie indirectă”.

Calorimetria indirectă profită de faptul că substanțele sunt consumate sau produse în timpul conversiei catabolice a produselor alimentare în energie utilă ATP. Eqn (2) descrie respirația aerobă completă a unei exemple de molecule alimentare, glucoza: