Bazálny metabolizmus
Všeobecné
Vedeli ste, že aj spánok spotrebováva energiu? Vaše srdce neustále bije, vaše pľúca dýchajú, zatiaľ čo vy spíte, trávenie usilovne pokračuje v žalúdku a črevách, váš mozog spotrebuje veľa kyslíka, zatiaľ čo vy snívate atď. Všetky tieto procesy, ktoré sú zväčša v bezvedomí, spaľujú živiny, ktoré musí telu dodávať.
Bazálny metabolizmus (BMR) = množstvo energie, ktoré človek je v úplnom odpočinku, ľahko oblečený, ležiaci skoro ráno a 12-14 hodín po poslednom príjme potravy a pri izbovej teplote 23 až 25 ° C požadované. Bazálny metabolizmus sa zvyčajne extrapoluje na 24 hodín.
Bazálny metabolizmus však nie je konštantná hodnota. Napríklad počas spánku klesá o 10%, zatiaľ čo intenzívne chladné a intenzívne teplo zvyšujú bazálny metabolizmus [8]. Aj pri určitých ochoreniach spojených s horúčkou sa zvyšuje bazálny metabolizmus, niekedy veľmi prudko.
Príčiny a faktory
Pečeň a mozog, ktoré každý spotrebuje asi 25% energie, sú primárne zodpovedné za bazálny metabolizmus. Kostrové svalstvo vyžaduje asi 18%, srdce okolo 6% a obličky okolo 8% a zvyšok tvorí ďalších vnútorných orgánov [1] .
- Pečeň, črevá: 25%
- Mozog: 25%
- Srdce: 6%
- Obličky: 10%
- Kostrový sval: 18%
- Zvyšok: 16%
DÖRR [1] tiež rozlišuje medzi bazálnym metabolizmom GU a pokojovým metabolizmom RU. Podľa toho sa pokojový metabolizmus nemeria v ľahu, ale v sede. Táto osoba je navyše „správne“ oblečená a teplota v miestnosti je o niečo nižšia ako pri meraní bazálneho metabolizmu. Niektoré zdroje hovoria aj o obrate údržby, napríklad lexikón potravín:
„Udržiavací metabolizmus sa však líši od bazálneho metabolizmu tým, že určuje iba absolútne nevyhnutné množstvo energie.“
Tu je tabuľka s typickým základným obratom:
| Vek | Muž (172 cm, 70 kg) | Žena (165 cm, 60 kg) |
| 15-18 | 7 900 | 6 200 |
| 19-35 | 7 300 | 6 000 |
| 36-50 | 6 800 | 5 600 |
| 51-65 | 6 200 | 5 200 |
| 66-77 | 5 800 | 5 000 |
Údaje boli mimochodom prevzaté z učebnice „Výživa v čase“ od Ulrike Arens-Azevedo [2]. Z tejto tabuľky môžete zistiť dva faktory, na ktorých závisí bazálny metabolizmus: čím je človek starší, tým je bazálny metabolizmus nižší a muži majú vyššiu bazálny metabolizmus ako ženy, ale tento rozdiel sa s pribúdajúcim vekom zmenšuje.
Faktory, od ktorých závisí bazálny metabolizmus
Vek
Pretože dôležité metabolické procesy s vekom klesajú a obsah tuku v tkanive sa zvyčajne zvyšuje, so zvyšujúcim sa vekom klesá aj bazálny metabolizmus. Od bazálneho metabolizmu si môžete odpočítať asi 20 až 28 kJ ročne. 80-ročný muž má o 560 kJ/d menej GU ako 60-ročný muž.
Tu je grafické znázornenie bazálneho metabolizmu ako funkcie veku, získané z údajov v tabuľke vyššie. Jasne vidíte, že „priepasť“ medzi mužmi a ženami sa s pribúdajúcim vekom zmenšuje.
rod
Ženy majú nižšiu GU ako muži. Je to spôsobené zložením telesného tkaniva. Z genetických dôvodov majú ženy vyšší podiel tuku v tkanive tela (25%) ako muži (iba 13%). Naproti tomu muži s 55% majú vyššie svalové percento ako ženy iba s 47% [9] .
Pretože svalové tkanivo má vyšší výdaj energie ako tukové tkanivo, hodnota GU je logicky vyššia u mužov ako u žien. Ak porovnáte muža a ženu rovnakého veku, hmotnosti a výšky, rozdiel GU môže byť ľahko 1 500 kJ/d.
hmotnosť a výška
Ľudia sú cicavce s rovnakou teplotou, preto produkujú teplo vo svojich bunkách, čo udržuje telo na rovnako vysokej teplote bez ohľadu na teplotu okolia. Čím je človek väčší a ťažší, tým viac buniek má a tým viac živín sa v týchto bunkách spaľuje. Zdá sa preto celkom logické, že GU sa zvyšuje s telesnou hmotnosťou a výškou.
Zloženie tela
Ľudia, ktorí majú vysoké percento svalovej hmoty v dôsledku športových aktivít alebo kvôli svojej fyzicky náročnej práci, majú vysokú GU. Je to opäť kvôli skutočnosti, že svalové bunky majú vyššiu metabolickú aktivitu ako napríklad tukové bunky. Ľudia s nadváhou alebo obezitou majú naopak nižšiu GU ako zvyčajne kvôli vyššiemu obsahu tuku.
výživa
Podľa [12] vysoký obsah bielkovín v strave môže zvýšiť GU až o 15%.
podnebie
Pri nadpriemerných teplotách je GU vyššia ako obvykle, pretože telo sa viac potí a je celkovo vystavené väčšiemu stresu. Pri nízkych teplotách je GU tiež vyššia ako normálne, pretože teraz sa svaly začnú triasť, aby pracovali proti strate telesného tepla. Ak trávite v zime celý deň vonku, môže sa bazálny metabolizmus zvýšiť o približne 10%.
Jeden by si teraz mohol myslieť, že ľudia, ktorí žijú v trópoch, majú vyššiu GU ako stredoeurópania kvôli vysokým „tropickým“ teplotám. Nie je to však úplne správne, pretože sa telo v priebehu rokov prispôsobuje týmto extrémnym klimatickým podmienkam. Podľa DÖRR [1] je GU v tropických krajinách dokonca o 10 až 20% nižšia ako v miernych šírkach. Zdá sa to logické, pretože keď je vonkajšia teplota teplá, nemusíte udržiavať toľko tela, aby ste udržali teplotu tela.
Choroby
V zásade nemožno tvrdiť, že choroby zvyšujú alebo znižujú GU. To úplne závisí od typu choroby. Ak je ochorenie spojené s horúčkou, GU sa zvyšuje s každým stupňom horúčky o 13% [12], celkovo až o 40%. Dlhý odpočinok na druhej strane spôsobí, že sa GU potopí.
stres
Všeobecne stres zvyšuje GU až o 25% [12]. Väčšinou sú do toho zapojené určité hormóny, ako je adrenalín alebo tyroxín. Ak je napríklad štítna žľaza nadmerne aktívna, zvyšuje sa vylučovanie tyroxínu a tým aj GU.
depresie
Depresia znižuje GU, pretože ľudia trpiaci depresiou sú všeobecne menej aktívni („visia“, ako sa hovorí).
Šport
Fyzická aktivita zvyšuje nielen rýchlosť metabolizmu, ako by si niekto mohol myslieť, ale aj bazálny metabolizmus. Podiel svalového tkaniva sa zvyšuje cvičením a svalové tkanivo má vyššiu premenu energie ako napríklad tukové tkanivo.
tehotenstvo
Počas tehotenstva môžu ženy zvýšiť svoju GU až o 25%.
Rýchlo
Dlhší pôst môže znížiť GU o 16 až 40%, pretože spotreba energie v tele sa pomaly prispôsobuje prísunu energie [3] .
Pôvod/dedičstvo
V čísle časopisu Spektrum der Wissenschaft z novembra 2017 sa nachádza veľmi zaujímavý článok na tému bazálneho metabolizmu [11]. Podľa toho závisí bazálny metabolizmus od všetkých vyššie spomenutých faktorov, ale aj od pôvodu jednotlivca.
"Intenzita metabolizmu sa ďalej líši medzi jednotlivcami. V roku 1986 vedci v štúdii skúmali metabolizmus 130 ľudí z 54 rodín. Aj po zohľadnení rozdielov vo veku, pohlaví a fyzike stále pozorovali rodinné rozdiely až do výšky 500 kilokalórií za deň. Pôvod má zjavne silný vplyv na metabolickú intenzitu a schopnosť regulovať hmotnosť. ““
Odhad bazálneho metabolizmu
Na výpočet bazálneho metabolizmu človeka existujú pravidlá a „správny“ vzorec.
Pravidlo pre bazálny metabolizmus
- Na kg telesnej hmotnosti má GU 1 kcal za hodinu.
- Jeden má GU 100 kJ denne na kg telesnej hmotnosti.
Tieto základné pravidlá platia pre 25-ročného muža s normálnou hmotnosťou. Pri hodnotení spoločného podniku však treba brať do úvahy vyššie uvedené faktory. U žien si môžete z odhadovanej GU odpočítať určitú sumu.
25-ročný muž s hmotnosťou 70 kg by mal GU okolo 7 000 kJ/d.
Výpočet bazálneho metabolizmu
Najstarší vzorec na výpočet bazálneho metabolizmu pochádza od J. A. Harrisa a F. G. Benedikta z roku 1918 [7]. Tu musíte byť opatrní, pretože GU sa počíta v kcal a nie v kJ.
Vzorec Harris - Benedikt z roku 1918:
- GUMEN = 66 + (13,7 × hmotnosť v kg) + (5 × výška v cm) - (6,8 × vek) kcal
- GU ženy = 655 + (9,6 × hmotnosť v kg) + (1,8 × výška v cm) - (4,7 × vek) kcal
Šestnásťročné dievča, ktoré je vysoké 170 cm a váži 70 kg, by preto malo GU
655 + 672 + 306 - 75 = 1 558 kcal/d = 6 543,6 kJ/d
Pravidlo „100 kJ/d na kg telesnej hmotnosti“ by naopak malo za následok hodnotu 7 000 kJ/d, čo je o niečo viac. Pravidlo platí iba pre 25-ročného muža, takže by ste z neho museli odpočítať určitú sumu pre ženu. Na druhej strane je dievča mladšie ako referenčný muž, takže by ste si museli znova kúpiť malú sumu. Oba faktory sa zhruba navzájom vyvážia, aby bolo možné opäť prevziať hodnotu pravidla.
Formula od Mifflina a St. Jeora, ktorá bola navrhnutá v roku 1990 [4], je o niečo presnejšia a aktuálnejšia:
The Mifflin -St. Jeorova formulka z roku 1990:
- GUMEN = (10 x váha v kg) + (6,25 x výška v cm) - 5 x vek + 5 kcal
- GU ženy = (10 x váha v kg) + (6,25 x výška v cm) - 5 x vek - 161 kcal
Tento vzorec je údajne lepšie prispôsobený súčasnému životnému štýlu mužov a žien, ktorý sa dnes už nelíši tak, ako pred 100 rokmi.
Podľa tohto vzorca by 16-ročné dievča, ktoré je vysoké 170 cm a váži 70 kg, malo GU
700 + 1063 - 80 - 161 = 1 522 kcal/d = 6392 kJ/d
To je o niečo menej ako Harrisov-Benediktov vzorec z roku 1918.
Meranie bazálneho metabolizmu
Je dobré a dobré, ak viete odhadnúť alebo dokonca vypočítať bazálny metabolizmus, ale bohužiaľ každý človek je iný a ak chcete skutočné a individuálne hodnoty GC, musíte GC zmerať.
Ako môžete zmerať GU?
Aby sme to dosiahli, musíme sa trochu vrátiť späť a dostať sa k chémii. Predstavte si, že by človek jedol iba glukózu. To by bolo absolútne nezdravé, ale veľmi užitočné pre meranie bazálneho metabolizmu. Pretože potom by ste mohli použiť jednoduchú reakčnú rovnicu
$ C_H_O_ + 6 O_ \ až 6 CO_ + 6 H_O $
založené na. Pri tejto oxidácii glukózy kyslíkom na vodu a oxid uhličitý sa uvoľňuje reakčná energia 2790 [3] až 2880 [10] kJ/mol [3], v závislosti od zdroja z literatúry. .
Pre odborníkov: Tu uvedené rozdiely spočívajú v skutočnosti, že bunkové dýchanie sa meria za rôznych podmienok a že niektorí autori uvádzajú entalpiu reakcie ΔH, iní voľnú entalpiu ΔG.
Túto uvoľnenú energiu nie je možné merať priamo, ale môžete určiť, koľko litrov kyslíka človek za určitý čas spotrebuje alebo koľko litrov oxidu uhličitého za určitý čas vydýchne. A potom musíte vypočítať. Ak sa napríklad za určitý čas spotrebovalo 10 litrov kyslíka, potom to je 10/22,4 = 0,45 mol O2. Musíte vedieť, že 1 mol (ideálneho) plynu zaberá pri izbovej teplote objem 22,4 litra.
Keby sa spotrebovalo presne 22,4 litra, a teda 1 mol kyslíka, potom by človek vedel, že by sa oxidovalo presne 1/6 molu glukózy (pozri reakčnú rovnicu). V našom príklade sa však spotrebovalo iba 10 litrov = 0,45 mol kyslíka. To potom zodpovedá 0,075 mol glukózy.
Oxidácia 1 molu glukózy uvoľní asi 2 800 kJ energie. Takže keď sa oxiduje 0,075 mol glukózy, uvoľní sa približne 210 kJ energie. Toto by potom bola bazálna metabolická rýchlosť počas tohto obdobia. Teraz musí byť táto GU extrapolovaná iba na 24 hodín a meranie je dokončené.
Priama kalorimetria
Na meranie GU sa zriedka používa metóda priamej kalorimetrie. Za týmto účelom sa testovaná osoba umiestni do uzavretej, tepelne izolovanej komory, do ktorej sa čerpá vzduch, v ktorom sa meria obsah kyslíka. Odpadový vzduch sa extrahuje a vedie cez kyselinu sírovú a uhličitan sodný. Kyselina sírová absorbuje vytvorenú vodu, sodné vápno vytvorený oxid uhličitý. Obidve zlúčeniny sa potom odvážia. Množstvo tepla produkovaného testovanou osobou sa určuje podobným spôsobom ako chladič Liebig. Vodné potrubie špirálovite prechádza cez komoru. Studená voda s určitou teplotou sa čerpá do potrubí na jednej strane a voda, ktorá je mierne ohriata telesným teplom, sa odvádza na druhú stranu. Teplotný rozdiel sa potom vyhodnotí na výpočet bazálneho metabolizmu spolu so spotrebovaným kyslíkom a produkovanou vodou a oxidom uhličitým. Osoba dostane určité množstvo jedla, ktoré sa tiež meria, a tiež sa zhromažďujú a merajú tuhé a tekuté exkrementy osoby.
Ľahko vzrušiteľní ľudia nie sú pre tento typ merania vhodní, mohli by sa cítiť stresovaní úzkou komorou a potom sa samozrejme zvýšila rýchlosť bazálneho metabolizmu [5]. .
Priama kalorimetria je tiež veľmi zložitá a nákladná (vysoká nákupná cena komory) a je vhodná iba na oddychové štúdie [6] .
Schematický nákres takejto dýchacej komory nájdete pod nasledujúcim odkazom. Obrázok však ukazuje, že komora je vhodná nielen na pokojné štúdium. Skúšaná osoba sedí na rotopede.
Nepriama kalorimetria
Normálne sa energetický výdaj človeka určuje nepriamou kalorimetriou. V zásade sa postupuje tak, ako je opísané v časti „Meranie bazálneho metabolizmu“. Osoba, ktorá sa dala k dispozícii na meranie, však nejedla iba glukózu, čo všetko komplikuje. Napriek tomu je možné urobiť závery o GU o spotrebe kyslíka. Skúšaná osoba vdychuje a vydychuje okolitý vzduch (dusík + kyslík) cez špeciálny náustok. Vydychovaný vzduch sa zhromažďuje a analyzuje. Dôležitý je tu zostávajúci podiel O2 a vyrobený podiel CO2.
Repiračný kvocient
Rozhodujúci je takzvaný respiračný kvocient (RQ). Dýchací kvocient je pomer vydychovaného oxidu uhličitého V (CO2) k inhalovanému kyslíku V (O2).
Pozrime sa znova na rovnicu pre oxidáciu glukózy:
$ C_H_O_ + 6 O_ \ až 6 CO_ + 6 H_O $
Tu je pomer CO2: O2 presne 6: 6 alebo 1: 1, takže RQ = 1.
Takže ak zistíte pomocou nepriamej kalorimetrie, že testovaná osoba vyprodukovala presne rovnaké množstvo oxidu uhličitého ako inhalovala kyslík, potom viete, že daná osoba nedávno jedla hlavne sacharidy, ktoré sú oxidované podľa vyššie uvedenej rovnice.
Predpokladajme, že ten človek jedol väčšinou tuky. Tuky pozostávajú z molekúl glycerínu, ktoré sú spojené s tromi mastnými kyselinami. Známou mastnou kyselinou je kyselina palmitová so 16 atómami uhlíka.
Molekula tuku, ktorá sa skladá z molekuly glycerínu a troch molekúl kyseliny palmitovej, má molekulový vzorec C51H98O6. Reakčná rovnica pre oxidáciu tohto tuku vyzerá takto [3]:
$ C_H_O_ + 72,5 O_ \ až 51 CO_ + 49 H_O $
Na spálenie 1 molu tohto tuku sa použije 72,5 molu kyslíka, ale vyprodukuje sa iba 51 mólov oxidu uhličitého. Dýchací kvocient má hodnotu 51/72,5 = 0,70, čo je menej ako RQ pre uhľohydráty. Pretože mastné kyseliny neobsahujú takmer žiadny kyslík (dvoch atómov kyslíka v skupine COOH je smiešne málo; väčšinu molekuly tvoria atómy C a H), je potrebné na oxidáciu pridať veľa kyslíka. Sacharidy na druhej strane už obsahujú veľa kyslíka, takže už nie je k dispozícii toľko kyslíka na oxidáciu.
Ani bielkoviny neobsahujú toľko kyslíka v molekulách, ale organické zvyšky aminokyselín nie sú také dlhé ako alkylové zvyšky mastných kyselín, a preto je podiel kyslíka v bielkovinách vyšší ako v tukoch. RQ pre bielkoviny je 0,8 [3] .
Pre jedlo, ktoré je zložené podľa odporúčaní DGE (55% sacharidov, 30% tukov, 15% bielkovín), sa predpokladá RQ 0,85 [3] [5] .
Ak poznáte RQ testovanej osoby, viete zhruba percentuálne zloženie stravy pozostávajúcej zo sacharidov, tukov a bielkovín. Z toho potom môžete vypočítať, koľko energie a oxidu uhličitého sa uvoľní, keď sa v tele spáli 1 g tejto zmiešanej potraviny. Celkové množstvo uvoľnenej energie potom možno vypočítať z objemu uvoľneného CO2. Pretože viete aj objem spotrebovaného O2, môžete ľahko vykonať kontrolný výpočet.
Učebný materiál:
Vonkajšie odkazy:
- Energetické výpočty (Sportunterricht.ch)
- Vypočítajte bazálny metabolizmus (Mileage.net)
- Kalkulačka kalórií (Apotheken-Umschau.de)
- Bazálny metabolizmus (Biologie-Schule.de)
07/02/2017: Stránka bola vytvorená
01.10.2017: stránka prepracovaná.
21. októbra 2017: Stránka bola aktualizovaná.
16. 9. 2019: Stránka bola mierne pridaná.
31.08.2020: Stránka skontrolovaná.