СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНОГО ОБМЕНА ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА Российский патент 1996 года по МПК A61B5/00 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано при диагностике некоторых заболеваний, проведении профилактических осмотров населения, при гигиенических исследованиях.

Известен способ определения энергетического обмена человека на основе прямой калориметрии, использующий тепломеры, основанный на учете конвекционной и радиационной теплоотдачи при помощи II тепломеров, располагаемых на различных участках тела.

Недостатки способа следующие. 1. Определение теплоотдачи осуществляется с небольших участков тела на основе неточного предположения о равномерном распределении теплоотдачи на сегментах тела (например на всей поверхности туловища). Неточность может достигать 20-30% 2. Измерение с помощью тепломеров вызывает изменение теплового потока в зоне измерения ввиду теплового сопротивления самого тепломера, что снижает точность измерения. 3. Измерение требует фиксации ряда датчиков, что увеличивает время замера. 4. Применение тепломеров для измерения энергетического обмена ограничено ввиду невозможности точной градуировки самого датчика применительно к замерам с кожи человека.

Перечисленные недостатки снижают точность результатов и увеличивают время обследования, не позволяя проводить экспресс диагностики.

Предлагаемый способ экспресс диагностики предусматривает одномоментную тепловизионную фиксацию температуры всей поверхности тела сегментарно и соответствующих этим сегментам участков окружающей среды без использования датчиков-тепломеров с последующим вычислением конвекционной и радиационной теплоотдачи и дополнительное определение кондукционной теплоотдачи на основании комплекса этих показателей вычисляется энергетический обмен.

Таким образом, предлагаемый способ существенно отличается от уже известных, так как в нем впервые определение энергетического обмена осуществляется на основании температурных данных, полученных со всей поверхности тела человека, а не отдельных его участков, кроме того, расчет обмена идет на основании всех трех видов теплоотдачи, а не только двух (конвекционной и радиационной), как в прототипе. Все это значительно повышает точность определения энергообмена, а отсутствие датчиков, требующих определенного времени для фиксации и постоянной градуировки не только дополнительно повышает точность, но и ускоряет проведенные исследования, что создает предпосылки для массовых профилактических осмотров населения.

Способ осуществляется следующим образом.

Способ направлен на изучение энергетического обмена человека в положении стоя в условиях теплового равновесия с окружающей средой при температуре воздуха и стен 27±1,0, относительной влажности 30-50% и скоростью движения воздуха не более 0,01 м/с.

Перед измерением (во время подготовительного этапа) обследуемые должны находиться в течение получаса в помещении предкамеры без одежды, но с надетыми на ноги термоизоляционными сандалями устройствами для определения кондукционной теплоотдачи. По пригласительному сигналу обследуемый входит в измерительную камеру и становится на фиксированном месте, лицом к объективу тепловизора. Производится моментальная съемка и по сигналу обследуемый поворачивается на 180^о спиной к объективу. На месте съемки находятся столб с металлическими сегментами меняемыми по уровню размещения в соответствии с ростом обследуемого контингента. Столб фиксируется в снимаемом кадре и позволяет определить температуру воздуха на уровне рассматриваемого сегмента тела.

Весь замер продолжается около 5 с, что позволяет определить энергообмен у 60-80 человек в течение 1 ч.

Энергетический обмен определяется по формуле
М_э Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄, где Q₁ теплоотдача конвекцией, вычисляемая по формуле
Q₁=α_конв•S CT-T где α_конв коэффициент теплоотдачи конвекцией, умноженной на 0,3;
С₁-С_i коэффициенты взвешивания при определении СВТ кожи;
Т_к1-Т_кi- средняя температура соответствующих сегментов кожи, определяемая по большому количеству точек измерения при тепловизионной съемке (сотни точек);
Т_в1-Т_вi- средняя температура металлических сегментов столба соответствующих температуре воздуха в зоне измеряемого сегмента кожи;
τ время, ч;
S_т площадь тела;
Q₂ теплоотдача радиацией определяется в соответствии с данным Бюттнера по формуле
Q₂=α_рад•SST-T
α_рад коэффициент теплоотдачи радиацией, умноженной на 0,6;
S_ci площадь сегмента, м²;
Q₃ теплоотдача кондукцией определяется по формуле
Q₃=α_конд•S
α_конд коэффициент теплоотдачи кондукцией;
S_стопы площадь стопы;
Т_стопы средняя температура кожи стопы;
Т_пола температура пола;
Х толщина подошвы термоизолирующих сандалий, м;
Q₄ теплоотдача за счет испарения с кожи и легких, и за счет выдыхаемого воздуха, который по данным ClazkR.P. 1982 в условиях температуры воздуха 26-27^оС у обнаженного человека, равна 10% всей остальной теплоотдачи;
Q₄ 10% (Q₁ + Q₂ + Q₃).

Энергетический обмен (М_э), вычисленный по указанной формуле в положении стоя, на 10% выше основного обмена (М_о).

П р и м е р. Для измерения энергетического обмена по указанному способу может использоваться 6 металлических сегментов (М₁.М₆). По термограмме определялась средняя температура 17-ти сегментов кожи (Т_к1.Т_к17) и средняя температура металлических сегментов (Т_в1.Т_в6), которая соответствовала температуре воздуха на уровне данного сегмента.

При расчете разницы температуры кожи и температуры среды определялась: 1) Т_к1-Т_в1, где Т_к1 температура кожи (Т^о кожи) лба;
Т_в1 температура воздуха и металлического сегмента на уровне лба. 2) Т_к2-Т_в2, где Т_к2 температура кожи груди;
Т_в2 Т^о воздуха и металлического сегмента на уровне груди, верхней части спины и плеч. 3) Т_к3-Т_в2, где Т_к3 Т^о кожи верхней части спины. 4) Т_к4-Т_в2, где Т_к4- Т^о кожи правого плеча. 5) Т_к5-Т_в2, где Т_к5 Т^о кожи левого плеча. 6) Т_к6-Т_в3, где Т_к6 Т^о кожи живота;
Т_в3 Т^о воздуха и металлического сегмента на уровне живота, нижней части спины, предплечий. 7) Т_к7-Т_в3, где Т_к7 Т^о кожи нижней части спины. 8) Т_к8-Т_в3, где Т_к8 Т^о кожи правого предплечья. 9) Т_к9-Т_в3, где Т_к9 Т^о кожи левого предплечья. 10) Т_к10-Т_в4, где Т_к10- Т^о кожи правого бедра;
Т_в4 Т^о воздуха и металлического сегмента на уровне бедра и кистей. 11) Т_к11-Т_в4, где Т_к11 Т^о кожи левого бедра. 12) Т_к12-Т_в4, где Т_к12 Т^о кожи правой кисти. 13) Т_к13-Т_в4, где Т_к13 Т^о кожи левой кисти. 14) Т_к14-Т_в5, где Т_к14 Т^о кожи правой голени;
Т_в5 Т^о воздуха и металлического сегмента на уровне голеней. 15) Т_к15-Т_в5, где Т_к15 Т^о кожи левой голени. 16) Т_к16-Т_в6, где Т_к16 Т^о кожи правой стопы;
Т_в6 Т^о воздуха и металлического сегмента на уровне стоп. 17) Т_к17-Т_в6, где Т_к17 Т^о кожи левой стопы.

При определении теплоотдачи у Кати П, 5 лет с площади тела S_т 0,75 м² были получены данные представленные в таблице. При этом теплоотдача конвекцией (Q₁)
Q₁=α_конв•SCT-T=2•0,75•8,91=13,4
Теплоотдача радиацией (Q₂)
Q₂=α_рад•SSCT-T=4,3•0,75•8,91=28,7
Теплоотдача кондукцией (Q₃)
Q₃=α_конд.•S=3•0,0003=1,27
Теплоотдача за счет испарения с кожи в легких, за счет выдыхаемого воздуха (Q₄)
Q₄=0,1(Q₁+Q₂+Q₃)=0,1(13,4+28,7+1,27)=4,3
Отсюда M_э=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄=47,6 M_o=47,6•0,9=42,8
При пересчете основного обмена на квадратный метр с учетом того, что у Кати П S_т 0,75 м²
M_o 57 ккал/м² ч
Ввиду того, что по данным А.Гиттера (1960) основной обмен в 5-ти летнем возрасте равен 54 ккал/м², основной обмен у Кати П выше на 5% по сравнению с возрастной нормой.

Если учесть, что патологические изменения основного обмена оцениваются при превышении обмена на 15% в данном случае мы не констатируем патологических сдвигов обмена.

Использование: медицина, для определения основного обмена организма человека. Изобретение позволяет повысить точность и сократить время определения энергетического обмена у человека. Сущность изобретения: способ позволяет предусмотреть одномоментную тепловизионную фиксацию температуры всей поверхности тела сегментарно и соответствующих этим сегментам участков окружающей среды без использования датчиков-тепломеров с последующим вычислением конвекционной и радиационной теплоотдачи - на основании комплекса этих показателей вычисляется энергетический обмен, указанный в описании. 1 табл.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНОГО ОБМЕНА ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА методом прямой калориметрии, отличающийся тем, что в помещении с температурой (27 ± 1)^oС, относительной влажностью 30 50% и скоростью движения воздуха не более 0,01 м/с у обследуемого, помещенного рядом со столбом, снабженным металлическими сегментами и соответствующим росту обследуемого, регистрируются радиационная температура всей поверхности кожи тела сегментарно и температура соответствующих этим сегментам участков окружающей среды в положении обследуемого лицом и спиной к регистрирующему прибору при фиксировании в снимаемом кадре одновременно с обследуемым столбом с металлическими сегментами вычисляются конвекционная, радиационная и кондукционная теплоотдачи по формулам



и на основании всех видов теплоотдач рассчитывается энергетический обмен
M_э= Q₁+Q₂+Q₃+Q₄,
где Q₁ теплоотдача конвекцией;
Q₂ теплоотдача радиацией;
Q₃ теплоотдача кондукцией;
Q₄ теплоотдача за счет испарения с кожи, легких и за счет выдыхаемого воздуха;
α_конв коэффициент теплоотдачи конвекцией, умноженной на 0,3;
C₁ C_i коэффициенты взвешивания при определении CBT кожи;
T_k 1 T_k i средняя температура соответствующих сегментов кожи, определяемая по большому количеству точек измерения при тепловизионной схеме (сотни точек);
T_в 1 T_в i средняя температура металлических сегментов столба, соответствующих температуре воздуха в зоне измеряемого сегмента кожи;
τ время, ч;
S_Т площадь тела;
a_рад коэффициент теплоотдачи радиацией, умноженной на 0,6;
S_c i площадь сегмента, м²;
α_конд коэффициент теплоотдачи кондукцией;
S_{с т о п ы} площадь стопы;
T_{с т о п ы} средняя температура кожи стопы, ^oС;
T_{п о л а} температура пола, ^oС;
X толщина подошвы термоизолирующих сандалей, м.