Система Этуотера , [1] названная в честь Уилбура Олина Этуотера , или производные от этой системы используются для расчета доступной энергии пищевых продуктов . Система была разработана в основном на основе экспериментальных исследований Этуотера и его коллег в конце 19-го века и в начале 20-го века в Уэслианском университете в Мидлтауне, штат Коннектикут . Его использование часто было причиной споров, но альтернатив было предложено мало. Как и при расчете белка по общему азоту, система Этуотера является условностью, и ее ограничения можно увидеть при ее выводе.
Доступная энергия (как ее использует Этуотер) эквивалентна современному использованию термина «метаболизируемая энергия» (МЭ).
В большинстве исследований на людях потери с секретами и газами игнорируются. Валовая энергия (ГЭ) пищи, измеренная методом бомбовой калориметрии , равна сумме теплот сгорания компонентов – белка (ГЭ p ), жира (ГЭ f ) и углеводов (ГЭ чо ) (по разнице). в ближайшей системе.
Этуотер таким же образом рассматривал энергетическую ценность фекалий.
Измеряя коэффициенты доступности или, в современной терминологии, кажущейся усвояемости, Этуотер разработал систему расчета потерь энергии с фекалиями.
где Dp , Df и Dcho — коэффициенты переваримости белков, жиров и углеводов соответственно, рассчитываемые как
для рассматриваемого субъекта.
Потери с мочой рассчитывали по соотношению энергии и азота в моче. Экспериментально это составляло 7,9 ккал/г (33 кДж/г) азота в моче, и, таким образом, его уравнение для метаболизируемой энергии стало
Этуотер собрал значения из литературы, а также измерил теплоту сгорания белков, жиров и углеводов. Они немного различаются в зависимости от источников и полученных Этуотером взвешенных значений общей теплоты сгорания белков, жиров и углеводов в типичной смешанной диете того времени. Утверждалось, что эти взвешенные значения недействительны для отдельных продуктов питания и для диет, состав которых с точки зрения пищевых продуктов отличается от тех, которые ели в США в начале 20 века.
Этуотер измерил большое количество коэффициентов усвояемости для простых смесей и в экспериментах по замещению получил значения для отдельных продуктов. Он взвешенно объединил их, чтобы получить значения для смешанного питания. Когда они были проверены экспериментально на смешанных диетах, они не дали хороших прогнозов, и Этуотер скорректировал коэффициенты для смешанных диет.
Соотношение энергия/азот в моче демонстрирует значительные различия, а соотношение энергия/органическое вещество менее изменчиво, но соотношение энергия/азот предоставило Этуотеру работоспособный подход, хотя это вызвало некоторую путаницу и применимо только к субъектам с азотистым балансом.
Основываясь на работе Этуотера, стало общепринятой практикой рассчитывать энергетическую ценность пищевых продуктов, используя 4 ккал/г для углеводов и белков и 9 ккал/г для липидов . [2] Позже система была усовершенствована Аннабель Меррилл и Бернис Уотт из Министерства сельского хозяйства США , которые разработали систему, в соответствии с которой были предложены конкретные коэффициенты пересчета калорий для различных продуктов питания. [3] При этом учитывается тот факт, что, во-первых, валовая энергетическая ценность белков, жиров и углеводов из разных источников пищи различна, а во-вторых, кажущаяся усвояемость компонентов разных продуктов питания различна.
Эта система основана на измерении теплоты сгорания широкого спектра изолированных белков, жиров и углеводов. Это также зависит от данных исследований усвояемости, в которых отдельные продукты заменялись основными диетами, чтобы измерить кажущиеся коэффициенты усвояемости этих продуктов. Этот подход основан на предположении, что в кишечнике не происходит взаимодействия продуктов в смеси, и с практической точки зрения такие исследования на человеке трудно контролировать с необходимой точностью.
Подход «Углеводы по разнице» создает несколько проблем. Во-первых, он не делает различия между сахарами, крахмалом и недоступными углеводами (грубыми продуктами или « пищевыми волокнами »).
В первую очередь это влияет на валовую энергию, приписываемую углеводам: сахароза имеет теплоту сгорания 3,95 ккал/г (16,53 кДж/г), а крахмал — 4,15 ккал/г (17,36 кДж/г).
Во-вторых, он не обеспечивает того факта, что сахара и крахмал практически полностью перевариваются и усваиваются и таким образом дают метаболизируемую энергию, эквивалентную теплоте их сгорания.
Недоступные углеводы (пищевые волокна) в различной степени разлагаются в толстой кишке. Продуктами этого микробного расщепления являются жирные кислоты, CO 2 (диоксид углерода), метан и водород. Жирные кислоты (ацетат, бутират и пропионат) всасываются в толстом кишечнике и обеспечивают некоторую метаболическую энергию. Степень разложения зависит от источника пищевых волокон (его состава и степени разделения), а также от человека, потребляющего пищевые волокна. Данных недостаточно, чтобы дать четкие рекомендации относительно энергии, получаемой из этого источника.
Наконец, пищевые волокна влияют на потери азота и жира с фекалиями. Неясно, связано ли увеличение потери жира с влиянием на всасывание в тонком кишечнике. Увеличение потерь азота с фекалиями при диетах с высоким содержанием клетчатки, вероятно, связано с повышенным содержанием бактериального азота в фекалиях. Однако оба эти эффекта приводят к снижению кажущейся усвояемости, и поэтому система Этуотера требует небольших изменений в соответствующих коэффициентах преобразования энергии для этих диет.
Экспериментальные данные о величине этого изменения очень ограничены, но, поскольку теплота сгорания отдельных аминокислот различна, разумно ожидать различий между разными белками. Сообщалось о наблюдаемом диапазоне от 5,48 для конглютина (из голубого люпина) до 5,92 для хордеина (ячменя), что можно сравнить с диапазоном Этуотерса от 5,27 для желатина до 5,95 для пшеничного глютена. Трудно рассчитать ожидаемые значения белка на основе данных об аминокислотах, поскольку некоторые теплоты сгорания неизвестны точно. Предварительные расчеты коровьего молока показывают, что значение составляет около 5,5 ккал/г (23,0 кДж/г).
Аналогично, экспериментальные данные ограничены, но поскольку жирные кислоты различаются по теплоте сгорания, следует ожидать, что жиры будут различаться по теплоте сгорания. Однако эти различия относительно невелики — например, расчетная теплота сгорания жира грудного молока составляет 9,37 ккал/г (39,2 кДж/г) по сравнению с жиром коровьего молока — 9,19 ккал/г (38,5 кДж/г). .
Моносахариды имеют теплоту сгорания около 3,75 ккал/г (15,7 кДж/г), дисахариды — 3,95 ккал/г (16,5 кДж/г), а полисахариды — от 4,15 до 4,20 ккал/г (от 17,4 до 17,6 кДж/г). Теплота гидролиза очень мала, и эти значения по существу эквивалентны при расчете на моносахаридную основу. Так, из 100 г сахарозы при гидролизе образуется 105,6 г моносахарида, а из 100 г крахмала при гидролизе образуется 110 г глюкозы.
Пищеварительный тракт человека является очень эффективным органом, и выделение с фекалиями азотистых веществ и жиров составляет небольшую часть (обычно менее 10%) поступления. Этуотер признал, что фекальные выделения представляют собой сложную смесь неабсорбированных кишечных выделений, бактериального материала и метаболитов, отслоившихся клеток слизистой оболочки, слизи и лишь в небольшой степени неабсорбированных пищевых компонентов. Возможно, это одна из причин, почему он решил использовать доступность , а не усвояемость . По его мнению, эти фекальные составляющие действительно были недоступны и что его явное игнорирование природы фекальных выделений было оправдано в практическом контексте.
В тех случаях, когда фекальные выделения невелики, это соотношение будет приближаться к единице, и, таким образом, эти коэффициенты имеют низкую дисперсию и имеют вид констант. Это ложное утверждение, поскольку выделение с фекалиями варьируется даже при постоянной диете, и нет никаких доказательств того, что выделение с фекалиями на самом деле связано с потреблением пищи так, как это подразумевают эти коэффициенты.
Расчет значений энергии следует рассматривать как альтернативу прямому измерению и, следовательно, он, вероятно, будет связан с некоторой неточностью по сравнению с прямой оценкой. Эти неточности возникают по ряду причин.
Теоретические и физиологические возражения против предположений, присущих системе Этуотера, вероятно, приведут к ошибкам, гораздо меньшим, чем эти практические вопросы. Коэффициенты пересчета были получены в результате экспериментальных исследований с участием детей раннего возраста, но они дали значения потребления метаболизируемой энергии, которые незначительно отличались от тех, которые были получены путем прямого применения модифицированных коэффициентов Этуотера.
