Tiêu hao năng lượng

Phương pháp đo năng lượng trực tiếp

Phương pháp đo năng lượng trực tiếp gồm quá trình đo lường năng lượng tiêu hao ở giai đoạn nhất định bằng cách đo lượng nhiệt mất đi từ cơ thể người. Về mặt nguyên lý, đây là phương pháp đo đơn giản, và số lượng phòng được thiết kế xây dựng cho quá trình đo cho con người phải được bảo vệ tránh sự mất nhiệt.

Dụng cụ đo của Atwater có phòng nhỏ để người có thể ở lâu trong vài ngày, có giường nằm và xe đạp tại chỗ để theo dõi các động tác lao động. Thức ăn và chất thải ra qua lỗ nhỏ. Thành ngoài cách nhiệt tốt, lượng nhiệt do cơ thể phát ra sẽ do nước chảy theo các ống chung quanh hấp thu. Dựa vào nhiệt độ của nước tăng lên sẽ tính được lượng nhiệt thải ra. Một hệ thống luân chuyển không khí khép kín đảm bảo độ thoáng khí của phòng. Không khí trong phòng đi qua các bình chứa nước chất hấp phụ CO₂, sau đó O₂ được tăng cường để duy trì nó ở mức độ bình thường. Nguyên lý của máy đo này đơn giản nhưng thiết kế và sử dụng rất khó khăn và tốn kém về thực hành. Nhược điểm của phương pháp đo trực tiếp là chỉ có thể thực hiện trong vòng vài giờ hoặc hơn, do kỹ thuật giả định rằng không có sự tăng hoặc giảm nhiệt độ của cơ thể người trong thời gian đo năng lượng.

Phương pháp đo năng lượng gián tiếp

Phương pháp này dựa vào sự oxy hoá thực phẩm trong cơ thể người, oxy được tiêu thụ và CO₂ được sinh ra. Điều này được thể hiện từ phương trình hoá học lượng pháp diễn tả sự oxy hoá 1 mol glucose:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + nhiệt

(180 g) (6 x 22,4 l) (6 x 22,4 l) (6 x 18 g) (2,78 MJ)

Năng lượng toả ra từ sự oxy hoá 1 g glucose là 15,4 kJ (2780/180) và do đó mỗi lít oxy tiêu thụ tương đương với lượng nhiệt sinh ra là 20,7 kJ (2780/6 x 22,4). Vì vậy nếu số lượng oxygen tiêu thụ có thể được đo lường thì có thể tính toán được lượng nhiệt sinh ra. Các phương trình tương tự có thể được viết cho quá trình oxy hoá protein, chất béo và alcohol, được biểu diễn ở Bảng 2.6, cho thấy năng lượng tiêu hao cho 1 lit oxy sử dụng là 19,8, 19,3 và 20,4, tương ứng.

Thương số hô hấp RQ cho mỗi chất dinh dưỡng được thể hiện đồng thời ở Bảng 2.6, xác định tỷ lệ thể tích của CO₂ sinh ra và thể tích O₂ sử dụng cho quá trình oxy hoá số lượng các chất dinh dưỡng đặc biệt.

Bảng 2.6 Giá trị oxy hoá của các chất dinh dưỡng chính (Brockway, 1987)

+ RQ: Thương số hô hấp

Năng lượng tiêu hao có thể xác định chính xác từ quá trình oxy hoá hỗn hợp các chất dinh dưỡng, Lượng CO₂ sinh ra cần được đo và sự đánh giá hoặc cần thiết đo lượng urê tạo thành (từ sự bài tiết nitơ theo đường tiết niệu). Công thức phổ biến sử dụng tính toán năng lượng tiêu hao của người được phát triển bởi Weir (1949) (Công thức 6.1):

EE (kJ) = 16,489 VCO₂ (l) + 4,628 VCO₂ (l) – 9,079 N (g) (6.1)

Trong đó VCO₂ và VCO₂ là thể tích của O₂ tiêu thụ và thể tích CO₂ sinh ra, tương ứng và N là lượng bài tiết theo đường tiết niệu. Nếu lượng nitơ bài tiết ra theo đường tiết niệu không đo được thì công thức tương tự (công thức 6.2) có thể được sử dụng:

EE (kJ) = 16.318 VO₂ (l) + 4.602 VCO₂ (l) (6.2)

Trong đó: EE (Energy Expenditure): năng lượng tiêu hao

VO₂ và VCO₂ là thể tích O₂ tiêu thụ và thể tích CO₂ sinh ra.

N là lượng nitơ bài tiết theo nước tiểu

Các công thức tính tương tự cũng được phát triển bởi nhiều tác giả khác, với sự khác biệt nhỏ từ quá trình tiêu thụ các chất dinh dưỡng khác nhau như carbohydrate hoặc protein hay lipid.. Sự khác biệt này dẫn đến sự khác biệt trong cách tính toán tiêu hao năng lượng trong khoảng nhỏ hơn 3% dưới các điều kiện chế độ ăn uống thông thường (Brockway 1987).

Để tính toán số lượng carbohydrate, protein và lipid bị oxyhoá, các giá trị thể hiện ở Bảng 2.6 và giả định 6,25g protein chứa 1 g nitơ có thể sử dụng để thiết lập công thức sau:

Oxy hoá carbohydrate (g) = 4,707 VCO₂ (l) – 3,340 VO₂ (l) – 2,714 N (g)

Oxy hoá chất béo (g) = 1,786 VCO₂ (l) – 1,778 VO₂ (l) – 2,021 N (g)

Oxy hoá protein (g) = 6,25 N (g)

Thiết bị đo năng lượng gián tiếp:

Túi Douglas để đo chuyển hoá năng lượng (http://www.nu.ac.za)Thiết bị sử dụng đo năng lượng tiêu hao bằng phương pháp gián tiếp có thể thay đổi từ thiết bị đơn giản được thiết kế hoạt động trong điều kiện điều khiển từ xa cho tới phòng thiết kế cho người phức tạp hơn.

Hệ thống đơn giản nhất là dùng kỹ thuật túi Douglas. Với kỹ thuật này, cho phép đo lượng oxy sử dụng trong thời gian từ 5 đến 15 phút. Lượng không khí thở ra được tách đưa vào một túi nhỏ và mẫu không khí này được đưa đi phân tích (Hình 2.4)