Στοιχεία ενεργειακού μεταβολισμού Αντωνία Ματάλα Σεπτέμβριος 2016
Ισοζυγίο ενέργειας (ΙΕ) = Ενεργειακή πρόσληψη - Ενεργειακή δαπάνη Προκειμένου για τον ενεργειακό μεταβολισμό των ζωντανών οργανισμών, ισχύουν οι δύο νόμοι της θερμοδυναμικής: Η ενέργεια διατηρείται Η μετατροπή Ε από τη μια μορφή στην άλλη (π.χ. από χημική σε μηχανική) συνοδεύεται από απώλεια Ε.
1. Ενεργειακή πρόσληψη (EI) Η ενέργεια εισέρχεται ως τροφή
Η τροφή... Αποτελείται από τρόφιμα Τα τρόφιμα περιέχουν θρεπτικά συστατικά και προέρχονται κυρίως, από το ζωικό και το φυτικο βασίλειο Τα θρεπτικά συστατικά αξιοπούνται από τον οργανισμό για παραγωγή ενέργειας και σύνθεση βιομορίων απαραίτητων στη συντήρηση, ανάπτυξη και αναπαραγωγή
Μονάδες ενέργειας στη διατροφή Μετράται σε χιλιοθερμίδες (kcal) & kilojoules Συχνά αναφέρονται και ως «θερμίδες» (cal) 1 kcal = η ποσότητα της ενέργειας που απαιτείται για να ανέλθει η θερμοκρασία 1 kg νερού κατά 1 0 C (από 14,5 0 C σε 15,5 0 C) Σε kilojoules (kj), στις περισσότερες Ευρωπαϊκές χώρες 1 kcal = 4,18 1 kj
Ενεργειακό (θερμιδικό) περιεχόμενο τροφίμων Το ενεργειακό περιεχόμενο της τροφής μετράται με τη βοήθεια του θερμιδόμετρου κάυσης. Οι τιμές που προκύπτουν διορθώνονται για τις απώλειες κατά την πέψη-απορρόφηση και μεταβολισμό, ώστε να προσδιοριστεί η μεταβολικά διαθέσιμη ενέργεια
Κατηγοριοποίηση θ.σ. ανάλογα με το αν παρέχουν στον οργανισμό ενέργεια ή όχι Μεταβολικά διαθέσιμη ενέργεια μακροθρεπτικών συστ. Υδατάνθρακες Πρωτεΐνες Λιπίδια 4 kcal/g 4 kcal/g 9 kcal/g Αλκοόλ 7 kcal/g
Η παραγωγή ενέργειας στον οργανισμό επιτυγχάνεται μέσω του καταβολισμού των μακροθρεπτικών συστατικών της τροφής
Όπως, κατά τον καταβολισμό της γλυκόζης: Παραγωγή Ε & CO2 2001 Wadsworth, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.
Με αντίστοιχο τρόπο, κατά τον καταβολισμό των τριγλυκεριδίων (λίπη): Παραγωγή Ε & CΟ2 2001 Wadsworth, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.
Μεταβολικός ρυθμός Η ποσότητα ενέργειας την οποία απευλευθερώνει ο οργανισμός στη μονάδα του χρόνου Εκφράζεται ως ρυθμός παραγωγής θερμότητας
2. Ενεργειακή δαπάνη (ΕΕ) Τελικά, όλη η ενέργεια που παράγεται στα κύτταρα απελευθερώνεται με τη μορφή θερμότητας Έτσι, μετράται πειραματικά με: Εισπνεόμενο O2 άμεση θερμιδομετρία έμμεση θερμιδομετρία α. μέτρηση της κατανάλωσης οξυγόνου β. μέθοδος διπλά σεσημασμένου νερού (σταθερά ισότοπα) Εκπνε όμενο O2 Όμως, στις περισσότερες εφαρμογές εκτιμάται υπολογιστικά
Καταμερισμός ενεργειακής δαπάνης/απαίτησης: Βασικός Μεταβολικός Ρυθμός + Θερμογένεση λόγω άσκησης + Θερμογένεση λόγω τροφής
Ο βασικός μεταβολικός ρυθμός περιλαμβάνει το κόστος των απαραίτητων για τη διατήρηση στη ζωή λειτουργιών χημικό έργο για βιοσύνθεση, ηλεκτρικό έργο για διατήρηση δυναμικού κατά μήκος των βιολογικών μεμβρανών, θερμικό έργο για διατήρηση της θερμοκρασίας σώματος, αναγκαίο μηχανικό έργο (αναπνοή, καρδιακός παλμός κ.α.)
Βασικός μεταβολικός ρυθμός (BMR) Ορισμός H ενέργεια που δαπανάται για διατήρηση της ζωής σε κατάσταση νηστείας, εγρήγορσης και σωματικής και νοητικής ηρεμίας
Βασικός μεταβολικός ρυθμός (BMR) II Αντιπροσωπεύει την ενέργεια που δαπανάται για διατήρηση της ζωής σε κατάσταση νηστείας, εγρήγορσης και σωματικής και νοητικής ηρεμίας Καθορίζεται πρώτιστα, από την ποσότητα άλιπης μάζας σώματος (FFM - Fat Free Mass), η οποία εξηγεί το 60% έως και 80% της διακύμανσης ανάμεσα στα άτομα ο μεταβολικό κόστος κάθε kg FFM, ποικίλει στις διάφορες ηλικίες και ακολουθεί τις αλλαγές σύστασης της FFΜ (λόγος οργανικής μάζας: μυική μάζα). (Υψηλότερος στα βρέφη) Ο εγκέφαλος είναι το όργανο με τις υψηλότερες ανά μάζα, ενεργειακές απαιτήσεις: Συνολικά, 20-24% του ΒΜR. (Απαιτήσεις ήπατος: 27% του ΒΜR).
Μεταβολικός Ρυθμός Ηρεμίας (RMR) Χρησιμοποιείται εναλλακτικά του BMR (για πρακτικούς λόγους) Ο RMR είναι ελαφρά αυξημένος (κατά ca. 3%), λόγω της υψηλότερης αφύπνισης και της κατάστασης μη-νηστείας κατά τη διαδικασία του πειραματικού προσδιορισμού του
Οι παράγοντες που επηρεάζουν το ύψος του Μεταβολισμού Ηρεμίας (RMR) Σύσταση σώματος (% άλιπης μάζας, λόγος οργανικής μάζας / μυϊκή μάζα ) Λόγος επιφάνειας σώματος/όγκο (Ύψος) Συνήθης σωματική άσκηση (μακροχρόνια επίδραση) Διατροφική κατάσταση (λιμοκτονία/υποσιτισμός) Στρες Περιβαλλοντική θερμοκρασία Eπίπεδα θυρορμονών Aνάπτυξη, κύηση, θηλασμός Φύλο, ηλικία Καπνός, καφεΐνη, καψικαϊνες κ.ά. (θερμογενετικές επίδρασεις)
Ένας απλός, μνημονικός τρόπος αδρού υπολογισμού του ΒΜR BΜR = 0.95 kcal/kg βάρους/ώρα γυναίκες BΜR = 1.0 kcal/kg βάρους/ώρα άνδρες
Έξισώσεις υπολογισμού του ΒΜR Harris- Benedict (1914) BΜR= 655+ (9,6 x B) + (1,8 x Y) - (4,7 x H) kcal/24hr γυναίκες BΜR= άνδρες 66+ (13,7 x B) + (5 x Y) - (6,8 x H) kcal/24hr Β= Σωμ. Βάρoς (kg) Υ= Ύψος (cm) H = Ηλικία (έτη)
Οι εξισώσεις Schofield για τις γυναίκες (WHO, 1985) Συνάρτηση του Βάρους (Kg) και της ηλικίας (έτη) Ηλικία kcal/24hr SEE < 3 58.317 B - 31.1 59 3 10 20.315 B + 485.9 70 10 18 13.384 B + 692.6 111 18 30 14.818 B + 486.6 119 30 60 8.126 B + 845.6 111 > 60 9.082 B + 658.5 108
Εξισώσεις Schofield για τους άνδρες (WHO, 1985) Συνάρτηση του Βάρους (Kg) και της ηλικίας (έτη) Age kcal/24hr SEE < 3 59.512 Β - 30.4 70 3 10 22.706 Β + 504.3 67 10 18 17.686 Β + 658.2 105 18 30 15.057 Β + 692.2 153 30 60 11.472 Β + 873.1 167 > 60 11.711 Β + 587.7 164
Θερμογένεση λόγω τροφής (Θερμική επίδραση γεύματος ) (TEF) Περιλαμβάνει το ενεργειακός κόστος της πέψης, απορρόφησης, μεταβολισμού και αποθήκευσης των θρεπτικών συστατικών, καθώς και απέκκρισης των μεταβολιτών Αντιπροσωπεύει το 10% περίπου, της ολικής δαπάνης Ε Επηρεάζεται από τη ποσότητα και τo είδος των προσλαμβανόμενων μακροστοιχείων Είναι μεγαλύτερη για τους υδατάνθρακες και τις πρωτεΐνες, απ ό,τι για τα λιπίδια Δεν φαίνεται να επηρεάζεται από την ύπαρξη παχυσαρκίας
Θερμογένεση άσκησης (Θερμική επίδραση άσκησης) (ΤΕΕ) Περιλαμβάνει το ενεργειακό κόστος του ηθελημένου μηχανικού έργου Εκφράζεται ως πολλαπλάσιο του RMR (Resting Metabolic Rate) Καθορίζεται από τη ποσότητα (διάρκεια) και τον τύπο της άσκησης Στις περιπτώσεις που έχουμε μεταφορά της σωματικής μάζας στο χώρο, είναι συνάρτηση της σωματικής μάζας
Εκτιμώντας την συνολική ενεργειακή δαπάνη (ΕΕ) 1. Υπολογισμός του BMR 2. Εκτίμηση της θερμογένεης λόγω άσκησης (ΤΕΕ) Υπολογίζεται ως % του ΒΜR (20% - 190%, ανάλογα με το επίπεδο φυσικής δραστηριότητας) 3. Εκτίμηση της θερμογένεσης λόγω τροφής (ΤΕF) 6% to 10% του [BMR + TEE] 4. ΕΕ= BMR + TEE + ΤΕF
Mεταβολισμός Αναβολισμός Καταβολισμός Σύνθεση υλικών Απαιτείται ενέργεια Αποδόμηση υλικών («υποστρωμάτων») Παραγωγή ενέργειας Μεταβολισμός υλικών Μεταβολισμός ενέργειας
Καταβολισμός - Αναβολισμός Για παράδειγμα, η γλυκόζη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή ενέργειας, ή για σύνθεση σωματικού λίπους, ή για σύνθεση γλυκογόνου
Μετά το γεύμα έχουμε αναβολισμό
Στη νηστεία έχουμε καταβολισμό (των αποθεμάτων του οργανισμού)
Περαιτέρω καταβολισμό έχουμε όταν η νηστεία παραταθεί
Θετικό ισοζύγιο ενέργειας: αύξηση της μάζας σώματος EI - ΕΕ >0 λ.χ. ως αποτέλεσμα μακροχρόνιας διαταραχής του ισοζυγίου ενέργειας παρατηρείται αύξηση του σωματικού λίπους Αρνητικό ισοζύγιο ενέργειας: μείωση της μάζας σώματος EI - ΕΕ <0
Δείκτης Μάζας Σώματος (ΔΜΣ) ΔΜΣ= Σωματικό βάρος (Kg)/υψος 2 (m)