Глава 15. Методы измерения теплопродукции и баланса энергии
Калориметрия означает определение (измерение) тепла. Разделение энергии корма, изображенное на рисунок 14.1 показывает, если количество потребленной обменной энергии животным нам известно, то измерение его общей теплопродукции позволит рассчитать отложение энергии в виде продукции по разнице: Эпр= ОЭ-Эпт (подобным образом измерение усвоенной энергии в продукции позволит рассчитать энергию теплопродукции:Эпт= ОЭ-Эпр).
Методы измерения продукции тепла и отложения энергии у животных достаточно сложны как в принципе, так и в исполнении. В прошлом сложность метода и затраты на аппарат для калориметрии ограничивали проведение исследований. По мере совершенствования методов исследования эти трудности уменьшались, однако, даже и при этом, калориметрия животных остается узко специализированным направлением, и немного исследователей включены в него. Несмотря на это, изучение калориметрии животных на бумаге желательно всем студентам, обучающимся по питанию, так как без овладения основами калориметрии трудно понять и усвоить принципы обмена энергии.
Продукция тепла животных может быть измерена физическими методами с помощью прямой калориметрии. Альтернативно, продукцию тепла можно измерить непрямым методом по дыхательному обмену животного, для этого респирационная камера обычно используется. Респирационные камеры могут быть так же использованы для определения отложения энергии, методом, известным как углеродный и азотный баланс (рис. 15.1).
15.1. Прямая калориметрия
Животные не запасают тепло, кроме сравнительно короткого периода времени, поэтому измерение теплопродукции в течение 24 часов, или более, вполне достаточно, чтобы гарантировать, что количество потерянного тепла из животного равно произведенному количеству тепла. Чтобы определить энергию приращения тепла, животному дают корм в двух уровнях обменной энергии, и производство тепла измеряют при этих двух уровнях. Приращение тепла рассчитывают, как показано на рисунке 15.2. Два уровня требуется потому, что часть продукции тепла животных происходит в результате его основного обмена (поддержания). Увеличение в потреблении корма вызывает увеличение общей теплопродукции, но при этом основной обмен (расход на поддержание) остается тем же самым, как при первом уровне кормления, поэтому по-
вышение продукции тепла является, таким образом, приращением тепла от сверх заданного корма.
В примере на рисунке 15.2 корм, давали при уровнях 40 и 100 МДж ОЭ. Повышение на 60 МДж (BD) привело в результате к увеличению продукции тепла на отрезке CD, в 24 МДж. Приращение тепла от дополнительной ОЭ составило CD/BD, или 24/60=0,4, или 40%.
Приращение тела можно определить как разницу в продукции тепла между основным (голодным) обменом, когда потребление энергии на нулевом уровне и продукцией тепла, полученной на кормящемся животном. Например, на рисунке 15.2 этот метод дает приращение тепла на отрезке ВЕ 16МДж, коофициент равен 16/40=0,4
Если изучается один корм, то его дают как единственный источник в двух уровнях. Более низкий уровень теплопродукции может быть получен при даче основного корма и более высокий уровень с тем же основным кормом плюс некоторое количество изучаемого корма. На-
пример, прирост тепла от съеденного овцами ячменя можно измерить путем кормления сначала сеном и затем на равном количестве того же сена плюс некоторое количество ячменя.
Прямая калориметрия животных остается дорогим методом. Сейчас, чаще всего, проводят калориметрию непрямым методом.
Потребление обменной энергии, МДж/д
Продукция тепла, МДж/д
Рисунок 15.2 – Метод разного кормления для определения энергии приращения тепла корма. А – является уровнем основного обмена, В и С – представляют продукцию тепла при потребленной энергии в 40 и 100 ДМж. Зависимость между продукцией тепла и потреблением энергии здесь показана в линиях, т. е. АВС – прямая линия, однако как объясняется ниже, это не является абсолютным правилом (Mc Donald et al.,2002)
Тепло теряется из тела путем радиации, проведения, конвекции с поверхности тела и путем испарения воды с кожи и из легких. Калориметр для животного, по сути, является герметичной изолированной камерой. Потери тепла с паром измеряют путем учета объема воздуха, протекающего через камеру, и количеств воды на входе и выходе. Тепло с радиацией, проведением и конвекцией оценивает по циркулирующей через змеевик воды внутри камеры; количество тепла, удаленного из камеры, может быть рассчитано по скорости потока воды и разнице между температурой воды на входе и выходе из камеры. В новых калориметрах, количество тепла измеряют электрически, поскольку оно проходит через стенку камеры. Этот тип калориметра дает возможность потери тепла записывать автоматически. Большинство новых калориметров включают аппаратуру для измерения респираторного обмена и поэтому могут быть использованы так же для непрямой калориметрии.
