Människans energimetabolism

”Människokroppen är en ’maskin’ som kan frigöra kemisk energi bunden i matens ’bränsle’; detta ’bränsle’ är kolhydrater, fetter, proteiner och alkohol” (WHO).

Den förmånliga användningen av någon av de listade källorna har olika egenskaper när det gäller omfattningen av energiutbytet och tillhörande metaboliska förändringar.

Egenskaper hos olika metaboliska källor för energiförsörjning av livsmedel

Indikatorer	Glukos	Palmitat	Protein
Värmeavgivning, kcal:
Per 1 mol oxiderad	673	2398	475
Per 1 g oxiderad	3,74	9.30	5,40
Syreförbrukning:
Fjäril	66,0	23,0	5.1
L	134	515	114
Koldioxidproduktion:
Fjäril	66,0	16,0	4.1
L	134	358	92
ATP-produktion, mol:	36	129	23
Kostnad för ATP-produkter:
Helvete	18,7	18.3	20,7
V/d	3,72	3,99	4,96
S/d	3,72	2,77	4,00
Andningskvotient	1,00	0,70	0,81
Energiekvivalent per 1 liter syre som används	5.02	4,66	4.17

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Steg av energiutbyte

Även om upplösningen och syntesen av protein-, fett- och kolhydratstrukturer har karakteristiska egenskaper och specifika former, finns det ett antal fundamentalt gemensamma steg och mönster i omvandlingen av dessa olika ämnen. I förhållande till den energi som frigörs under metabolismen bör energimetabolismen delas in i tre huvudsteg.

I fas I bryts stora näringsmolekyler ner till mindre i mag-tarmkanalen. Kolhydrater bildar 3 hexoser (glukos, galaktos, fruktos), proteiner - 20 aminosyror, fett (triglycerider) - glycerol och fettsyror, samt mer sällsynta sockerarter (till exempel pentoser etc.). Det har beräknats att i genomsnitt passerar 17,5 ton kolhydrater, 2,5 ton proteiner och 1,3 ton fetter genom människokroppen under dess livstid. Mängden energi som frigörs i fas I är obetydlig och den frigörs som värme. Således frigörs cirka 0,6 % av den totala energin under nedbrytningen av polysackarider och proteiner, och 0,14 % av fetter, vilket bildas under deras fullständiga nedbrytning till de slutliga metaboliska produkterna. Därför består betydelsen av kemiska reaktioner i fas I huvudsakligen i att förbereda näringsämnen för själva energifrisättningen.

I steg II genomgår dessa ämnen ytterligare nedbrytning genom ofullständig förbränning. Resultatet av dessa processer - ofullständig förbränning - verkar oväntat. Av de 25-30 ämnena bildas, utöver CO2 och H2O, endast tre slutprodukter: α-ketoglutarsyra, oxalättiksyra och ättiksyra i form av acetylkoenzym A. Kvantitativt dominerar acetylkoenzym A. I fas II frigörs cirka 30 % av den energi som finns i näringsämnena.

I steg III, den så kallade Krebs trikarboxylsyracykeln, förbränns de tre slutprodukterna från fas II till koldioxid och vatten. I denna process frigörs 60–70 % av näringsämnesenergin. Krebscykeln är den allmänna slutliga vägen för nedbrytningen av kolhydrater, proteiner och fetter. Det är en slags nodpunkt i utbytet, där omvandlingarna av olika strukturer konvergerar och den ömsesidiga övergången av syntetiska reaktioner är möjlig.

Till skillnad från steg I - hydrolysstadierna i mag-tarmkanalen - frigörs i fas II och III av ämnens nedbrytning inte bara energi, utan också en speciell typ av dess ackumulering.

Energiutbytesreaktioner

Energibesparing uppnås genom att omvandla energin från matens nedbrytning till en speciell form av kemiska föreningar som kallas makroerga föreningar. Bärarna av denna kemiska energi i kroppen är olika fosforföreningar, där bindningen mellan fosforsyraresterna är den makroerga bindningen.

Huvudrollen i energimetabolismen tillhör pyrofosfatbindningen med strukturen adenosintrifosfatsyra. I formen av denna förening används 60 till 70 % av all energi som frigörs vid nedbrytningen av proteiner, fetter och kolhydrater i kroppen. Energianvändningen (oxidation i form av ATP) är av stor biologisk betydelse, eftersom denna mekanism gör det möjligt att separera plats och tidpunkt för energifrisättning och dess faktiska förbrukning under organens funktion. Det har beräknats att mängden ATP som bildas och bryts ner i kroppen under 24 timmar är ungefär lika med kroppsvikten. Omvandlingen av ATP till ADP frigör 41,84–50,2 kJ, eller 10–12 kcal.

Den energi som genereras till följd av ämnesomsättningen används till den grundläggande ämnesomsättningen, dvs. till att upprätthålla livet i ett tillstånd av fullständig vila vid en omgivningstemperatur på 20° C, till tillväxt (plastisk ämnesomsättning), muskelarbete samt till matsmältning och assimilering av föda (födans specifika dynamiska verkan). Det finns skillnader i förbrukningen av energi som genereras till följd av ämnesomsättningen hos vuxna och barn.

[ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]

BX

Hos ett barn, liksom hos alla däggdjur som föds omoget, sker en initial ökning av basalmetabolismen vid 1 1/2 år, vilken sedan stadigt fortsätter att öka i absoluta termer och lika regelbundet minskar per kroppsmassaenhet.

Ofta används beräkningsmetoder för att beräkna basalmetabolismen. Formler är vanligtvis inriktade på indikatorer för antingen längd eller kroppsvikt.

Beräkning av basalmetabolism med hjälp av kroppsvikt (kcal/dag). FAO/WHO-rekommendationer

Åldras	Pojkar	Flickor
0-2 år	60,9 R-54	61 R - 51
3–9 år	22,7 R + 495	22,5 kr + 499
10-17 »	17,5 R +651	12,2 R +746
17-30»	15,3 R +679	14,7 R + 496

Den totala energin som tas emot med maten fördelas för att säkerställa grundläggande metabolism, matens specifika dynamiska verkan, värmeförlust i samband med utsöndring, fysisk (motorisk) aktivitet och tillväxt. I energifördelningens struktur, dvs. energimetabolism, skiljer man mellan:

• Energi mottagen (från mat) = Deponerad energi + Använd energi.
• Absorberad energi = Mottagen energi - Energi utsöndrad med avföring.
• Metaboliserad energi = Mottagen energi - Energi för underhåll (livslängd) och aktivitet, eller "baskostnader".
• Energin för huvudkostnaderna är lika med summan:
  • basalmetabolism;
  • termoreglering;
  • uppvärmande effekt av mat (WEF);
  • aktivitetskostnader;
  • kostnader för att syntetisera nya vävnader.
• Depositionsenergi är den energi som går åt till deposition av protein och fett. Glykogen tas inte med i beräkningen, eftersom dess deposition (1 %) är obetydlig.
• Deponerad energi = Metaboliserad energi - Energi för basförbrukning.
• Energikostnad för tillväxt = Energi för syntes av nya vävnader + Energi deponerad i ny vävnad.

De huvudsakliga åldersskillnaderna ligger i sambandet mellan kostnaderna för tillväxt och, i mindre utsträckning, aktivitet.

Åldersrelaterade egenskaper hos fördelningen av daglig energiförbrukning (kcal/kg)

Åldras	BX	SDDP	Utsöndringsförluster	Aktivitet	Höjd	Total
För tidig	60	7	20	15	50	152
8 veckor	55	7	11	17	20	110
10 månader	55	7	11	17	20	110
4 år	40	6	8	25	8-10	87-89
14 år gammal	35	6	6	20	14	81
Vuxen	25	6	6	10	0	47

Som ni kan se är tillväxtkostnaderna mycket betydande för en nyfödd med låg vikt och under det första levnadsåret. Naturligtvis saknas de helt enkelt hos en vuxen. Fysisk aktivitet skapar betydande energiförbrukning även hos en nyfödd och ett spädbarn, där den uttrycks i bröstsug, rastlöshet, gråt och skrik.

När ett barn är oroligt ökar energiförbrukningen med 20–60 %, och vid skrik – med 2–3 gånger. Sjukdomar ställer sina egna krav på energiförbrukningen. De ökar särskilt med en ökning av kroppstemperaturen (vid 1° C ökning är ökningen av ämnesomsättningen 10–16 %).

Till skillnad från vuxna lägger barn mycket energi på tillväxt (plastisk metabolism). Det har nu fastställts att för att ackumulera 1 g kroppsmassa, dvs. ny vävnad, krävs det cirka 29,3 kJ, eller 7 kcal. Följande uppskattning är mer exakt:

• Energi"kostnad" för tillväxt = syntesenergi + avsättningsenergi i ny vävnad.

Hos ett för tidigt fött barn med låg vikt är syntesenergin från 1,3 till 5 kJ (från 0,3 till 1,2 kcal) per 1 g tillagd kroppsvikt. Hos ett fullgånget barn - 1,3 kJ (0,3 kcal) per 1 g ny kroppsvikt.

Total energikostnad för tillväxt:

• upp till 1 år = 21 kJ (5 kcal) per 1 g ny vävnad,
• efter 1 år = 36,5–50,4 kJ (8,7–12 kcal) per 1 g ny vävnad, eller cirka 1 % av näringsinnehållets totala energiintag.

Eftersom tillväxtintensiteten hos barn varierar under olika perioder, är andelen plastmetabolism i den totala energiförbrukningen olika. Den mest intensiva tillväxten sker under den intrauterina utvecklingsperioden, då massan av det mänskliga embryot ökar 1 miljard 20 miljoner gånger (1,02 x 109). Tillväxttakten fortsätter att vara ganska hög under de första månaderna i livet. Detta bevisas av en betydande ökning av kroppsvikten. Därför är andelen "plastmetabolism" i energiförbrukningen hos barn under de första 3 månaderna 46 %, sedan minskar den under det första året, men från 4 år, och särskilt under prepubertetsperioden, observeras en ökning av tillväxtintensiteten, vilket återspeglas i ökningen av plastmetabolism. I genomsnitt går 12 % av energibehovet åt till tillväxt hos barn i åldrarna 6-12 år.

Energikostnader för tillväxt

Åldras	Kroppsvikt, kg	Viktökning, g/dag	Energivärde , kcal/dag	Energivärde , kcal/(kg-dag)	Som en procentandel av den basala ämnesomsättningen
1 månad	3,9	30	146	37	71
3 »	5,8	28	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	28
1 år	10.4	10	63	6	11
5 år	17,6	5	32	2	4
14 år gamla, flickor	47,5	18	113	2	8
16 år gamla, pojkar	54,0	18	113	2	7

[ 9 ], [ 10 ]

Energiförbrukning för svårberäknade förluster

Förluster som är svåra att redogöra för inkluderar förluster av fett, matsmältningssafter och sekret som produceras i matsmältningskanalens väggar och körtlar med avföring, med exfolierande epitelceller, med avfall av täckande celler i hud, hår, naglar, med svett, och vid puberteten hos flickor - med menstruationsblod. Tyvärr har denna fråga hos barn knappt studerats. Man tror att det hos barn över ett år är cirka 8 % av energiförbrukningen.

[ 11 ]

Energiförbrukning vid aktivitet och upprätthållande av kroppstemperatur

Andelen energiförbrukning för aktivitet och att upprätthålla kroppstemperatur förändras med barnets ålder (efter 5 år ingår detta i begreppet muskelarbete). Under de första 30 minuterna efter födseln minskar kroppstemperaturen hos en nyfödd med nästan 2° C, vilket orsakar betydande energiförbrukning. Hos små barn tvingas barnets kropp att förbruka 200,8–418,4 kJ/(kg • dag), eller 48–100 kcal/(kg • dag) för att upprätthålla en konstant kroppstemperatur vid en omgivningstemperatur under den kritiska (28...32° C) och aktivitet. Därför ökar den absoluta energiförbrukningen för att upprätthålla en konstant kroppstemperatur och aktivitet med åldern.

Andelen energiförbrukning som krävs för att upprätthålla en konstant kroppstemperatur hos barn under det första levnadsåret är dock lägre ju mindre barnet är. Sedan minskar energiförbrukningen igen, eftersom kroppsytan per kg kroppsvikt minskar igen. Samtidigt ökar energiförbrukningen för aktivitet (muskelarbete) hos barn över ett år, när barnet börjar gå, springa, utöva idrott eller sport självständigt.

Energikostnaden för fysisk aktivitet

Typ av rörelse	Kalorier/min
Cykling i låg hastighet	4,5
Cykling i medelfart	7.0
Cykla i hög hastighet	11.1
Dans	3,3–7,7
Fotboll	8,9
Gymnastiska övningar på apparater	3,5
Sprintlöpning	13,3–16,8
Långdistanslöpning	10.6
Skridskoåkning	11,5
Längdskidåkning i måttlig hastighet	10,8–15,9
Längdskidåkning i maximal hastighet	18,6
Simning	11,0–14,0

Hos barn i åldern 6-12 år är andelen energi som används på fysisk aktivitet cirka 25 % av energibehovet, och hos vuxna - 1/3.

[ 12 ], [ 13 ]

Specifik dynamisk verkan av föda

Den specifika dynamiska effekten av mat varierar beroende på kostens natur. Den är mer uttalad med proteinrik mat, mindre med fetter och kolhydrater. Hos barn i andra levnadsåret är den specifika dynamiska effekten av mat 7–8 %, hos äldre barn – mer än 5 %.

Kostnader för implementering och stresshantering

Detta är en naturlig riktning för normal livsaktivitet och energiförbrukning. Livs- och social anpassning, utbildning och idrott, bildandet av mellanmänskliga relationer - allt detta kan åtföljas av stress och ytterligare energiförbrukning. I genomsnitt är detta ytterligare 10 % av den dagliga energi"ransonen". Samtidigt, vid akuta och allvarliga sjukdomar eller skador, kan stressnivån öka ganska avsevärt, och detta kräver hänsyn vid beräkning av matransonen.

Data om ökningen av energibehovet under stress presenteras nedan.

Stater	Förändring i energibehov
Brännskador beroende på andelen brännskadade kroppsytor	+ 30...70 %
Flera skador med mekanisk ventilation	+ 20...30 %
Svåra infektioner och multipla trauman	+ 10...20 %
Postoperativ period, lindriga infektioner, benfrakturer	0... + 10%

En ihållande energiobalans (överskott eller brist) orsakar förändringar i kroppsvikt och längd vid alla utvecklingsmässiga och biologiska åldersindex. Även måttlig energibrist (4–5 %) kan orsaka ett barns utvecklingsförsening. Därför blir energiförsörjningen från maten en av de viktigaste förutsättningarna för tillräcklig tillväxt och utveckling. Beräkning av denna tillförsel måste utföras regelbundet. För de flesta barn kan rekommendationer för den totala energin i den dagliga kosten fungera som riktmärken för analys; för vissa barn med speciella hälsotillstånd eller levnadsförhållanden krävs en individuell beräkning baserad på summan av alla energiförbrukande komponenter. Följande metoder för att beräkna energiförbrukning kan tjäna som ett exempel på användning av allmänna åldersstandarder för tillförsel och möjligheten till viss individuell korrigering av dessa standarder.

Beräkningsmetod för att bestämma basalmetabolismen

Upp till 3 år	3–10 år	10–18 år
Pojkar
X = 0,249 kg - 0,127	X = 0,095 kg + 2,110	X = 0,074 kg + 2,754
Flickor
X = 0,244 kg - 0,130	X = 0,085 kg + 2,033	X = 0,056 kg + 2,898

[ 14 ], [ 15 ]

Ytterligare utgifter

Skadeersättning - basalmetabolismen multipliceras: för mindre operationer - med 1,2; för skeletttrauma - med 1,35; för sepsis - med 1,6; för brännskador - med 2,1.

Specifik dynamisk verkan av föda: + 10 % av basalmetabolismen.

Fysisk aktivitet: sängliggande + 10 % av basalmetabolism; sittande i en stol + 20 % av basalmetabolism; patienten är inlagd på en sjukhusavdelning + 30 % av basalmetabolism.

Kostnader för feber: för varje 1°C genomsnittlig daglig ökning av kroppstemperaturen +10–12 % av basalmetabolismen.

Viktökning: upp till 1 kg/vecka + 1260 kJ (300 kcal) per dag.

Det är accepterat att man utformar vissa standarder för åldersrelaterad energiförsörjning för befolkningen. Många länder har sådana standarder. Alla matransoner för organiserade grupper utvecklas på grundval av dessa. Individuella matransoner kontrolleras också mot dem.

Rekommendationer för energivärdet i näring för barn i tidig ålder och upp till 11 år

	0–2 månader	3–5 månader	6–11 månader	1–3 år	3–7 år	7–10 år
Energi, totalt, kcal	-	-	-	1540	1970	2300
Energi, kcal/kg	115	115	110	-	-	-

Rekommendationer för energistandardisering (kcal/(kg • dag))

Ålder, månader	FAO/WHO (1985)	FN (1996)
0-1	124	107
1-2	116	109
2-3	109	111
3^	103	101
4-10	95-99	100
10-12	100-104	109
12-24	105	90

Beräkning och korrigering av energimetabolismen syftar till att eliminera brister hos de viktigaste energibärarna, dvs. främst kolhydrater och fetter. Samtidigt är användningen av dessa bärare för de angivna ändamålen endast möjlig med hänsyn till och korrigering av tillhandahållandet av många fundamentalt nödvändiga medföljande mikronäringsämnen. Därför är det särskilt viktigt att förskriva kalium, fosfater, B-vitaminer, särskilt tiamin och riboflavin, ibland karnitin, antioxidanter etc. Underlåtenhet att följa detta villkor kan orsaka tillstånd som är oförenliga med livet, vilka uppstår just vid intensiv energinäring, särskilt parenteral.