Υπολογισμός των ενεργειακών απαιτήσεων Αντωνία Ματάλα Σεπτέμβριος 2017
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 παραγωγή ενέργειας στον οργανισμό επιτυγχάνεται μέσω του καταβολισμού των μακροθρεπτικών συστατικών της προσλαμβανόμενης τροφής
Ενεργειακό περιεχόμενο τροφίμων Μετράται με τη βοήθεια του θερμιδόμετρου κάυσης Οι τιμές που προκύπτουν διορθώνονται για τις απώλειες κατά την πέψη-απορρόφηση και μεταβολισμό μεταβολικά διαθέσιμη ενέργεια
Η μεταβολικά διαθέσιμη ενέργεια από τον καταβολισμό των διαφόρων ειδών υδατανθράκων, κατά μέσο όρο, είναι 4 kcal/g Όλοι οι απορροφήσιμοι υδατάνθρακες, εν τέλει, καταβολίζονται, ως γλυκόζη Παραγωγή Ε & CO2 2001 Wadsworth, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.
Η μεταβολικά διαθέσιμη ενέργεια από τον καταβολισμό του λίπους (τριγλυκεριδια) είναι 9 kcal/g Παραγωγή Ε & CΟ2 2001 Wadsworth, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.
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
2. Ενεργειακή δαπάνη (ΕΕ) Τελικά, όλη η ενέργεια η οποία παράγεται στα κύτταρα απελευθερώνεται με τη μορφή θερμότητας Μετράται πειραματικά με: άμεση θερμιδομετρία Εισπνεόμενο O2 Εκπνε όμενο O2 έμμεση θερμιδομετρία α. μέτρηση της κατανάλωσης οξυγόνου β. μέθοδος διπλά σεσημασμένου νερού (σταθερά ισότοπα) Όμως, στις κλινικές εφαρμογές εκτιμάται υπολογιστικά
Μεταβολικός ρυθμός Η ποσότητα ενέργειας την οποία απευλευθερώνει ο οργανισμός στη μονάδα του χρόνου Εκφράζεται ως ο ρυθμός παραγωγής θερμότητας στον οργανισμό
Καταμερισμός ενεργειακής δαπάνης (απαίτησης): Βασικός Μεταβολικός Ρυθμός + ασκησιογενής θερμογένεση + θερμογένεση λόγω τροφής
Βασικός μεταβολικός ρυθμός (BMR) Ορίζεται ως η ενέργεια που δαπανάται για διατήρηση της ζωής σε κατάσταση νηστείας, εγρήγορσης και σωματικής και νοητικής ηρεμίας
Ο βασικός μεταβολικός ρυθμός περιλαμβάνει το κόστος των απαραίτητων για τη ζωή διεργασιών 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) II Αντιπροσωπεύει την ελάχιστη ενέργεια για διατήρηση της ζωής Πρώτιστα, καθορίζεται 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).
Παράγοντες που καθορίζουν το ύψος του Βασικού Μεταβολισμού 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 Θερμογενετικές επίδρασεις (καπνός, καφεΐνη, καψικαϊνες κ.ά.)
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
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
Ασκησιογενής θερμογένεση (Θερμική επίδραση άσκησης) (ΤΕΕ) 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
Εκτίμηση ολικής ενεργειακής δαπάνης (ΕΕ) 1. Εκτίμηση του BMR 2. Εκτίμηση τoυ Τhermic Εffect of Εxercise (ΤΕΕ) Υπολογίζεται ως % του ΒΜR (20% - 190%, ανάλογα με το επίπεδο φυσικής δραστηριότητας) 3. Εκτίμηση του Τhermic Εffect of Food (ΤΕF) 6% - 10% του [BMR + TEE] 4. ΕΕ= BMR + TEE + ΤΕF
Mεταβολισμός Αναβολισμός Καταβολισμός Σύνθεση υποστρωμάτων Απαιτείται ενέργεια Αποδόμηση υποστρωμάτων Παραγωγή ενέργειας Μεταβολισμός υποστρωμάτων Μεταβολισμός Ε
Καταβολισμός - Αναβολισμός Για παράδειγμα, η γλυκόζη χρησιμοποιείται για: παραγωγή Ε (καταβολισμός), ή σύνθεση υποστρωμάτων (σωματικό λίπος ή/και γλυκογόνο)
Μετά το γεύμα έχουμε αναβολισμό
Στη νηστεία: καταβολισμός ενεργειακών αποθεμάτων
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)