Co musisz wiedzieć o przemianie materii?

Metabolizm (przemiana materii)

to zespół przemian biochemicznych zachodzących w organizmie (reakcje rozpadu i syntezy związków chemicznych), dzięki którym możliwe jest przeżycie każdej jego komórki. Wszystkim procesom metabilicznym zachodzącym w komórkach towarzyszą przemiany energii:

• procesy kataboliczne – złożonych związków organicznych zachodzące w organizmie
• procesy anabiliczne – procesy syntezy złożonych struktur i związków chemicznych (białekustrojowych, enzymów, hormonów, ciał odpornościowych) z elementów prostych

Jednostką ilości energii uzyskiwanej z różnych substratów energetycznych lub wydatkowanej podczas procesów zachodzących w komórce jest kilokaloria (kcal).

Od 1968 r. Międzynarodowy Układ Jednostek SI wymaga posługiwania się jednostkami energii w postaci dżuli (J). 

• 1 kcal = 4,184 kJ (kilodżuli) w zaokrągleniu 4,2
• 1000 kcal = 4,184 MJ (megadżuli), w zaokrągleniu 4,2
• 1kJ= 0,24 kcal
• 1MJ = 239 kcal

Wartość energetyczna składników odżywczych

Wartość energetyczna składników odżywczych to energia cieplna wytwarzana w wyniku ich spalania (utleniania). Poszczególne składniki odżywcze wydzielają różne ilości energii. Ilość energii powstająca w wyniku spalania 1 g danej substancji określana jest mianem równoważnika energetycznego.

Równoważniki energetyczne fizyczne 

• dla 1 g białka -> 5,65 kcal
• dla 1 g tłuszczu -> 9,45 kcal
• dla 1 g węglowodanów -> 4,15 kcal

Równoważniki energetyczne fizjologiczne (wg. W. Atwatera):

• 1 g białka – 17 kJ – 4 kcal
• 1 g węglowodanów – 17 kJ – 4 kcal
• 1 g tłuszczu – 38 kJ – 9 kcal 
• 1 g alkoholu (etanolu) – 30 kJ – 7 kcal
• 1 g błonnika pokarmowego – 8 kJ – 2 kcal

Dzienne zapotrzebowanie energetyczne

to ilość energii, którą należy dostarczyć każdego dnia organizmowi z pożywieniem, tak, aby pokryć jego wydatki energetyczne związane z przemiana metaboliczną oraz aktywnością fizyczną.

Metabolizm podstawowy lub spoczynkowy

To minimalne tempo przemiany materii organizmu w energię warunkującą wykonywanie podstawowych czynności życiowych.

Podstawowa przemiana materii 

to najniższy poziom przemian energetycznych zachodzących w ustroju człowieka pozostającego w warunkach zupełnego spokoju fizycznego, psychicznego, na czczo oraz w optymalnym mikroklimacie (odpowiednia temperatura, wilgotność powietrza).

Uwolniona energia z podstawowej przemiany materii jest zużywana przez organizm na podstawowe procesy życiowe, jak:

• oddychanie,
• pracę serca, 
• krążenie krwi, 
• odbudowę, wzrost komórek i tkanek, 
• napięcie mięśni, 
• czynność wydalniczą, 
• pracę układu nerwowego, 
• utrzymanie stałej ciepłoty ciała

W założeniu nie uwzględnia ona żadnych czynności ruchowych

PPM = spoczynkowy wydatek energetyczny

Przemiana podstawowa

• jest najbardziej intensywna w dwóch pierwszych latach życia
• w ciągu sześciu miesięcy od urodzenia człowiek podwaja swoją masę, a w przeciągu dwunastu miesięcy potraja
• następnie intensywność podstawowej przemiany materii się obniża i ulega zwiększeniu w okresie dojrzewania
• jeśli chodzi o płeć to zapotrzebowanie na podstawową przemianę materii u kobiet jest mniejsza niż u mężczyzn o około 7% w tym samym wieku
• poza wymienionymi czynnikami na podstawową przemianę materii wpływa stan zdrowia oraz odżywienie organizmu

Wielkość ppm zależy od powierzchni ciała mierzonej w m2 zależnej od masy ciała, wysokości ciała, wieku i płci.

Wielkość PPM zależy od:

• powierzchni ciała mierzonej w m2, zależnej od: umasy ciała
• wysokości ciała
• wieku
• płci
• stanu fizjologicznego
• stanu odżywienia
• stanów chorobowych
• funkcjonowanie gruczołów dokrewnych

Oznaczanie PPM: 

Wielkość podstawowej przemiany materii można oznaczyć, wykonując pomiary metodą bezpośrednią lub pośrednią, albo obliczyć za pomocą wzorów teoretycznych:

Metoda bezpośrednia

Metoda bezpośrednia oznaczania PPM polega na zmierzeniu w kalorymetrze ilości wydzielanego przez organizm ludzi ciepła, równocześnie określeniu ilości zużywanego tlenu oraz ilości wytworzonego CO₂ i H₂O.

Metoda pośrednia

Metoda pośrednia polega na obliczeniu ilości zużytego przez organizm tlenu (1 litr tlenu wytwarza 4,825 kcal) i wytworzonego CO₂; ze znanej ilości zużytego tlenu metodą przeliczeń wyznacza się ilość ciepła wydatkowaną w ciągu doby przez badany organizm.

Obliczanie podstawowej przemiany materii (PPM)

Wzór Harrisa-Benedicta (1919r)

• mężczyzn

PPM = 66,47 + 13,7 x masa ciała [kg] + 5 x wysokość ciała [cm] – 6,8 x wiek

• kobiet

PPM – 665 + 9,6 x masa ciała [kg] + 1,8 x wysokość ciała – 4,7 x wiek

Wzór Miffin-St Jeor

• mężczyzn

PPM = 10 x masa ciała [kg] + 6,25 x wysokość ciała [cm] – 5 x wiek +5

• kobiet

PPM = 10 x masa ciała [kg] + 6,25 x wysokość ciała [cm] – 5 x wiek – 161

Ponadpodstawowa przemiana materii

Ponadpodstawowa przemiana materii związana jest z wykonywaniem niezbędnych, codziennych czynności, jak:

• praca fizyczna, 
• praca umysłowa, 
• a także indywidualnymi energetycznymi kosztami trawienia oraz wchłaniania pokarmów. 

Ilość potrzebnej energii zależy od wykonywanych czynności. Znacznie mniejszy wydatek przemiany materii wymaga siedzenie przed telewizorem niż ćwiczenie na siłowni; podobnie praca umysłowa pochłania mniej energii niż praca fizyczna. 

Ponadpodstawowa przemiana materii stanowi około 50 % całkowitej przemiany materii.

Spożywanie posiłków zwiększa także zapotrzebowanie energetyczne ponad poziom podstawowej przemiany materii – jest to swoiste dynamiczne działanie pożywienia. 

Czynniki wpływające na wielkość ponadpodstawowej przemiany materii:

• aktywność fizyczna
• rodzaj spożywanego pożywienia
• termiczne warunki otoczenia

Określanie PPPM

PPPM = SDDP (10%PPM) + E aktywności fizyczneju

gdzie:

PPPM – ponadpodstawowa przemiana materii

SDDP – swoiste dynamiczne działanie pożywienia 

PPM – podstawowa przemiana materii

E aktywności fizycznej – energia wydatkowana na aktywność fizyczną

Całkowita przemiana materii

to całość energii, jaką człowiek potrzebuje na wykonywanie w ciągu dnia wszystkich podstawowych czynności życiowych, zawodowych oraz pozostałych. 

Jest to inaczej suma wydatków energetycznych w ustroju. 

Składa się na nią: 

• podstawowa przemiana materii, 
• ponadpodstawowa przemiana materii,
• ciepłotwórcze działanie pokarmu. 

Głównym czynnikiem wpływającym na całkowitą przemianę energii w organizmie jest aktywność fizyczna w ciągu dnia determinująca całkowity wydatek energetyczny. Warunkuje ją rodzaj wykonywanej pracy oraz warunki środowiskowe.

Czynnikiem warunkującym oscylację tej wartości jest:

• wiek
• masa ciała
• zawartość tkanki mięśniowej
• zawartość tkanki tłuszczowej.

Koszt energetyczny danej czynności

Koszt energetyczny czynności [kcal]

=

Jednostkowy wydatek energetyczny [kcal/kg/h]

x

Masa ciała [kg]

x

Czas trwania czynności [h]

Całkowita Przemiana Materii

czyli suma wszystkich wydatków energetycznych człowieka, które ponosi podczas aktywności fizycznej. 

Aby obliczyć CPM należy skorzystać ze wzoru:

CPM = PPM x PAL

gdzie:

CPM – całkowita przemiana materii

PPM – podstawowa przemiana materii

PAL – współczynnik aktywności fizycznej (ang. physical activity level)

Współczynnik PAL

to współczynnik odnoszący się do jednego dnia. Jeśli codziennie wykonujemy te same prace to nie ma problemu, gorzej gdy obliczymy współczynnik z leniwej niedzieli a w kolejnym tygodniu pracujemy w „kamieniołomach” i chodzimy na siłownię 3x w tygodniu. Dlatego warto obliczyć swoje wydatki energetyczne z 7 dni, dodać je do siebie, wyciągnąć średnią i dopiero wtedy obliczyć swój PAL.

PAL = CPM/PPM

Współczynnik PAL

• 1,2 – 1,3 –> dla pacjenta chorego leżącego w łóżku
• 1,4 –> dla niskiej aktywności fizycznej
• 1,6  –> dla umiarkowanej aktywności fizycznej
• 1,75 –> aktywny tryb życia
• 2 –> bardzo aktywny tryb życia
• 2,2-2,4 –> wyczynowe uprawianie sportu

Bilans energetyczny

Bilans energetyczny dodatni

Bilans energetyczny dodatni występuje, gdy energia dostarczana z pożywieniem jest większa niż ilość energii wydatkowanej, co przyczynia się do wzrostu masy ciała.

Bilans energetyczny ujemny

Bilans energetyczny ujemny występuje, gdy energia dostarczana z pożywieniem jest mniejsza niż ilość energii wydatkowanej, co prowadzi do redukcji masy ciała.

Bibliografia

1. Gertig H, Gawęcki J. Żywienie człowieka. Słownik terminologiczny. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2018.
2. Jarosz M, Rychlik E, Stoś K, Charzewska J. (red.) Normy żywienia dla populacji polski i ich zastosowanie Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego – Państwowy Zakład Higieny, Warszawa 2020.
3. Krauss H (red). Fizjologia żywienia. Wydawnictowo Lekarskie PZWL, Warszawa 2019.