Metabolisme tenaga manusia

"Tubuh manusia adalah 'mesin' yang boleh membebaskan tenaga kimia yang terikat dalam 'bahan api' makanan; 'bahan api' ini adalah karbohidrat, lemak, protein dan alkohol" (WHO).

Penggunaan keutamaan mana-mana sumber yang disenaraikan mempunyai ciri yang berbeza dari segi magnitud pertukaran tenaga dan anjakan metabolik yang berkaitan.

Ciri-ciri pelbagai sumber metabolik bekalan tenaga makanan

Penunjuk	Glukosa	Palmitate	Protein
Pembebasan haba, kcal:
Setiap 1 mol teroksida	673	2398	475
Setiap 1 g teroksida	3.74	9.30	5.40
Penggunaan oksigen:
Rama-rama	66.0	23.0	5.1
L	134	515	114
Pengeluaran karbon dioksida:
Rama-rama	66.0	16.0	4.1
L	134	358	92
Pengeluaran ATP, tahi lalat:	36	129	23
Kos produk ATP:
Neraka	18.7	18.3	20.7
V/h	3.72	3.99	4.96
S/d	3.72	2.77	4.00
Kuasa pernafasan	1.00	0.70	0.81
Tenaga yang setara setiap 1 liter oksigen yang digunakan	5.02	4.66	4.17

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Peringkat pertukaran tenaga

Walaupun disimilasi dan sintesis struktur protein, lemak dan karbohidrat mempunyai ciri ciri dan bentuk tertentu, terdapat beberapa peringkat dan corak asas yang sama dalam transformasi bahan yang berbeza ini. Berhubung dengan tenaga yang dikeluarkan semasa metabolisme, metabolisme tenaga harus dibahagikan kepada tiga peringkat utama.

Dalam fasa I, molekul nutrien yang besar dipecahkan kepada yang lebih kecil dalam saluran gastrousus. Karbohidrat membentuk 3 heksosa (glukosa, galaktosa, fruktosa), protein - 20 asid amino, lemak (trigliserida) - gliserol dan asid lemak, serta gula yang lebih jarang (contohnya, pentosa, dll.). Telah dikira bahawa secara purata, 17.5 tan karbohidrat, 2.5 tan protein, dan 1.3 tan lemak melalui tubuh manusia sepanjang hayatnya. Jumlah tenaga yang dibebaskan dalam fasa I adalah tidak ketara, dan ia dibebaskan sebagai haba. Oleh itu, kira-kira 0.6% daripada jumlah tenaga dikeluarkan semasa pecahan polisakarida dan protein, dan 0.14% lemak, yang terbentuk semasa pecahan lengkapnya kepada produk metabolik akhir. Oleh itu, kepentingan tindak balas kimia dalam fasa I terdiri terutamanya dalam menyediakan nutrien untuk pembebasan tenaga sebenar.

Pada peringkat II, bahan-bahan ini mengalami pemecahan selanjutnya melalui pembakaran yang tidak lengkap. Hasil daripada proses ini - pembakaran tidak lengkap - nampaknya tidak dijangka. Daripada 25-30 bahan, sebagai tambahan kepada CO2 dan H2O, hanya tiga produk akhir yang terbentuk: asid α-ketoglutaric, asid oksaloasettik dan asid asetik dalam bentuk asetil koenzim A. Secara kuantitatif, asetil koenzim A mendominasi. Dalam fasa II, kira-kira 30% daripada tenaga yang terkandung dalam nutrien dibebaskan.

Pada peringkat III, yang dipanggil kitaran asid trikarboksilik Krebs, tiga produk akhir fasa II dibakar menjadi karbon dioksida dan air. Dalam proses ini, 60-70% tenaga nutrien dibebaskan. Kitaran Krebs ialah laluan akhir umum pemecahan karbohidrat, protein dan lemak. Ia adalah sejenis titik nod dalam pertukaran, di mana transformasi pelbagai struktur berkumpul dan peralihan bersama tindak balas sintetik adalah mungkin.

Tidak seperti peringkat I - peringkat hidrolisis dalam saluran gastrousus - dalam fasa II dan III pecahan bahan, bukan sahaja tenaga dilepaskan, tetapi juga jenis khas pengumpulannya.

Tindak balas pertukaran tenaga

Penjimatan tenaga dicapai dengan menukar tenaga pecahan makanan kepada bentuk khas sebatian kimia yang dipanggil sebatian makroergik. Pembawa tenaga kimia ini dalam badan adalah pelbagai sebatian fosforus, di mana ikatan sisa asid fosforik adalah ikatan makroergik.

Tempat utama dalam metabolisme tenaga tergolong dalam ikatan pirofosfat dengan struktur asid adenosin trifosfat. Dalam bentuk sebatian ini, 60 hingga 70% daripada semua tenaga yang dikeluarkan semasa pemecahan protein, lemak, dan karbohidrat digunakan dalam badan. Penggunaan tenaga (pengoksidaan dalam bentuk ATP) adalah sangat penting secara biologi, kerana mekanisme ini memungkinkan untuk memisahkan tempat dan masa pelepasan tenaga dan penggunaan sebenar semasa fungsi organ. Telah dikira bahawa dalam 24 jam jumlah ATP yang terbentuk dan dipecahkan dalam badan adalah lebih kurang sama dengan berat badan. Penukaran ATP kepada ADP mengeluarkan 41.84-50.2 kJ, atau 10-12 kcal.

Tenaga yang dihasilkan sebagai hasil metabolisme dibelanjakan untuk metabolisme asas, iaitu untuk mengekalkan kehidupan dalam keadaan rehat lengkap pada suhu ambien 20° C, pada pertumbuhan (metabolisme plastik), kerja otot dan pada penghadaman dan asimilasi makanan (tindakan dinamik khusus makanan). Terdapat perbezaan dalam perbelanjaan tenaga yang dihasilkan hasil metabolisme pada orang dewasa dan kanak-kanak.

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

BX

Pada kanak-kanak, seperti semua mamalia yang dilahirkan tidak matang, terdapat peningkatan awal dalam metabolisme basal sebanyak 1 1/2 tahun, yang kemudiannya terus meningkat secara mutlak dan sama seperti penurunan yang kerap setiap unit jisim badan.

Selalunya, kaedah pengiraan digunakan untuk mengira kadar metabolisme basal. Formula biasanya berorientasikan kepada penunjuk sama ada panjang atau berat badan.

Pengiraan kadar metabolisme basal menggunakan berat badan (kcal/hari). Cadangan FAO/WHO

Umur	Budak lelaki	Perempuan
0-2 tahun	60.9 R-54	61 R - 51
3-9 tahun	22.7 R + 495	22.5 R + 499
10-17 »	17.5 R +651	12.2 R +746
17-30»	15.3 R +679	14.7 R + 496

Jumlah tenaga yang diterima dengan makanan diagihkan untuk memastikan metabolisme asas, tindakan dinamik khusus makanan, kehilangan haba yang berkaitan dengan perkumuhan, aktiviti fizikal (motor) dan pertumbuhan. Dalam struktur pengagihan tenaga, iaitu metabolisme tenaga, perbezaan dibuat antara:

• Tenaga yang diterima (daripada makanan) = Tenaga disimpan + Tenaga yang digunakan.
• Tenaga diserap = Tenaga diterima - Tenaga dikumuhkan dengan najis.
• Tenaga termetabolisme = Tenaga diterima - Tenaga penyelenggaraan (hidup) dan aktiviti, atau "kos asas".
• Tenaga kos utama adalah sama dengan jumlah:
  • kadar metabolik asas;
  • termoregulasi;
  • kesan pemanasan makanan (WEF);
  • kos aktiviti;
  • kos mensintesis tisu baru.
• Tenaga pemendapan ialah tenaga yang dibelanjakan untuk pemendapan protein dan lemak. Glikogen tidak diambil kira, kerana pemendapannya (1%) adalah tidak penting.
• Tenaga disimpan = Tenaga dimetabolismekan - Tenaga perbelanjaan asas.
• Kos tenaga pertumbuhan = Tenaga sintesis tisu baru + Tenaga yang disimpan dalam tisu baru.

Perbezaan umur utama terletak pada hubungan antara kos pertumbuhan dan, pada tahap yang lebih rendah, aktiviti.

Ciri berkaitan umur pengagihan perbelanjaan tenaga harian (kcal/kg)

Umur	BX	SDDP	Kehilangan perkumuhan	Aktiviti	Ketinggian	Jumlah
Pramatang	60	7	20	15	50	152
8 minggu	55	7	11	17	20	110
10 bulan	55	7	11	17	20	110
4 tahun	40	6	8	25	8-10	87-89
14 tahun	35	6	6	20	14	81
Dewasa	25	6	6	10	0	47

Seperti yang anda lihat, kos pertumbuhan adalah sangat penting untuk bayi baru lahir dengan berat badan rendah dan semasa tahun pertama kehidupan. Sememangnya, mereka tidak hadir pada orang dewasa. Aktiviti fizikal menghasilkan perbelanjaan tenaga yang ketara walaupun pada bayi yang baru lahir dan bayi, di mana ekspresinya menghisap payudara, resah, menangis dan menjerit.

Apabila kanak-kanak resah, perbelanjaan tenaga meningkat sebanyak 20-60%, dan apabila menjerit - sebanyak 2-3 kali. Penyakit membuat tuntutan mereka sendiri terhadap perbelanjaan tenaga. Mereka terutamanya meningkat dengan peningkatan suhu badan (untuk kenaikan 1° C, peningkatan metabolisme ialah 10-16%).

Tidak seperti orang dewasa, kanak-kanak menghabiskan banyak tenaga untuk pertumbuhan (metabolisme plastik). Kini telah ditetapkan bahawa untuk mengumpul 1 g jisim badan, iaitu tisu baru, perlu membelanjakan kira-kira 29.3 kJ, atau 7 kcal. Anggaran berikut adalah lebih tepat:

• Tenaga "kos" pertumbuhan = Tenaga sintesis + Tenaga pemendapan dalam tisu baru.

Dalam bayi pramatang, berat badan rendah, tenaga sintesis adalah dari 1.3 hingga 5 kJ (dari 0.3 hingga 1.2 kcal) setiap 1 g ditambah kepada berat badan. Dalam bayi cukup bulan - 1.3 kJ (0.3 kcal) setiap 1 g berat badan baru.

Jumlah kos tenaga pertumbuhan:

• sehingga 1 tahun = 21 kJ (5 kcal) setiap 1 g tisu baru,
• selepas 1 tahun = 36.5-50.4 kJ (8.7-12 kcal) setiap 1 g tisu baru, atau kira-kira 1% daripada jumlah tenaga kandungan nutrien.

Oleh kerana keamatan pertumbuhan pada kanak-kanak berbeza-beza dalam tempoh yang berbeza, bahagian metabolisme plastik dalam jumlah perbelanjaan tenaga adalah berbeza. Pertumbuhan yang paling intensif adalah dalam tempoh perkembangan intrauterin, apabila jisim embrio manusia meningkat 1 bilion 20 juta kali (1.02 x 109). Kadar pertumbuhan terus kekal agak tinggi pada bulan-bulan pertama kehidupan. Ini terbukti dengan peningkatan berat badan yang ketara. Oleh itu, pada kanak-kanak 3 bulan pertama, bahagian metabolisme "plastik" dalam perbelanjaan tenaga ialah 46%, kemudian pada tahun pertama ia berkurangan, tetapi dari 4 tahun, dan terutamanya dalam tempoh prapubertal, peningkatan intensiti pertumbuhan diperhatikan, yang sekali lagi dicerminkan dalam peningkatan metabolisme plastik. Secara purata, 12% daripada keperluan tenaga dibelanjakan untuk pertumbuhan kanak-kanak berumur 6-12 tahun.

Kos tenaga untuk pertumbuhan

Umur	Berat badan, kg	Pertambahan berat badan, g/hari	Nilai tenaga , kcal/hari	Nilai tenaga, kcal/(kg-hari)	Sebagai peratusan kadar metabolisme basal
1 bulan	3.9	30	146	37	71
3 »	5.8	28	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	28
1 tahun	10.4	10	63	6	11
5 tahun	17.6	5	32	2	4
14 tahun, perempuan	47.5	18	113	2	8
16 tahun, budak-budak	54.0	18	113	2	7

[ 9 ], [ 10 ]

Penggunaan tenaga untuk kerugian yang sukar dikira

Kerugian yang sukar dikira termasuk kehilangan lemak, jus pencernaan dan rembesan yang dihasilkan di dinding saluran penghadaman dan kelenjar dengan najis, dengan sel-sel epitelium yang mengelupas, dengan jatuh menutupi sel-sel kulit, rambut, kuku, dengan peluh, dan apabila mencapai akil baligh pada kanak-kanak perempuan - dengan darah haid. Malangnya, isu ini pada kanak-kanak jarang dikaji. Adalah dipercayai bahawa pada kanak-kanak berusia lebih satu tahun ia adalah kira-kira 8% daripada perbelanjaan tenaga.

[ 11 ]

Perbelanjaan tenaga untuk aktiviti dan mengekalkan suhu badan

Bahagian perbelanjaan tenaga untuk aktiviti dan mengekalkan suhu badan berubah mengikut umur kanak-kanak (selepas 5 tahun, ini termasuk dalam konsep kerja otot). Dalam 30 minit pertama selepas kelahiran, suhu badan bayi baru lahir menurun hampir 2° C, yang menyebabkan perbelanjaan tenaga yang ketara. Pada kanak-kanak kecil, badan kanak-kanak terpaksa membelanjakan 200.8-418.4 kJ/(kg • hari), atau 48-100 kcal/(kg • hari) untuk mengekalkan suhu badan yang malar pada suhu persekitaran di bawah suhu kritikal (28...32° C) dan aktiviti. Oleh itu, dengan usia, perbelanjaan tenaga mutlak untuk mengekalkan suhu badan dan aktiviti yang berterusan meningkat.

Walau bagaimanapun, bahagian perbelanjaan tenaga untuk mengekalkan suhu badan yang tetap pada kanak-kanak tahun pertama kehidupan adalah lebih rendah, semakin kecil kanak-kanak itu. Kemudian, perbelanjaan tenaga berkurangan lagi, kerana permukaan badan setiap 1 kg berat badan berkurangan semula. Pada masa yang sama, perbelanjaan tenaga untuk aktiviti (kerja otot) meningkat pada kanak-kanak berumur lebih dari satu tahun, apabila kanak-kanak itu mula berjalan, berlari, melakukan pendidikan jasmani atau sukan secara bebas.

Kos tenaga aktiviti fizikal

Jenis pergerakan	Kal/min
Berbasikal pada kelajuan rendah	4.5
Berbasikal pada kelajuan sederhana	7.0
Menunggang basikal pada kelajuan tinggi	11.1
Menari	3.3-7.7
Bola sepak	8.9
Latihan gimnastik pada radas	3.5
Lari pecut	13.3-16.8
Lari jarak jauh	10.6
Luncur ais	11.5
Ski merentas desa pada kelajuan sederhana	10.8-15.9
Ski merentas desa pada kelajuan maksimum	18.6
Berenang	11.0-14.0

Pada kanak-kanak berumur 6-12 tahun, bahagian tenaga yang dibelanjakan untuk aktiviti fizikal adalah kira-kira 25% daripada keperluan tenaga, dan pada orang dewasa - 1/3.

[ 12 ], [ 13 ]

Tindakan dinamik khusus makanan

Kesan dinamik khusus makanan berubah bergantung pada sifat diet. Ia lebih ketara dengan makanan kaya protein, kurang dengan lemak dan karbohidrat. Pada kanak-kanak tahun kedua kehidupan, kesan dinamik khusus makanan adalah 7-8%, pada kanak-kanak yang lebih tua - lebih daripada 5%.

Kos pelaksanaan dan mengatasi tekanan

Ini adalah arah semula jadi aktiviti kehidupan normal dan perbelanjaan tenaga. Proses kehidupan dan penyesuaian sosial, pendidikan dan sukan, pembentukan hubungan interpersonal - semua ini boleh disertai dengan tekanan dan perbelanjaan tenaga tambahan. Secara purata, ini adalah tambahan 10% daripada "catuan" tenaga harian. Pada masa yang sama, dalam penyakit atau kecederaan akut dan teruk, tahap perbelanjaan tekanan boleh meningkat dengan agak ketara, dan ini memerlukan pertimbangan dalam pengiraan catuan makanan.

Data mengenai peningkatan keperluan tenaga semasa tekanan dibentangkan di bawah.

Negeri	Perubahan dalam keperluan tenaga
Melecur bergantung kepada peratusan permukaan badan yang terbakar	+ 30...70%
Kecederaan berbilang dengan pengudaraan mekanikal	+ 20...30%
Jangkitan teruk dan pelbagai trauma	+ 10...20%
Tempoh selepas operasi, jangkitan ringan, patah tulang	0... + 10%

Ketidakseimbangan tenaga yang berterusan (lebihan atau kekurangan) menyebabkan perubahan dalam berat dan panjang badan pada semua indeks umur perkembangan dan biologi. Malah kekurangan tenaga sederhana (4-5%) boleh menyebabkan kelewatan perkembangan kanak-kanak. Oleh itu, bekalan tenaga makanan menjadi salah satu syarat terpenting untuk pertumbuhan dan perkembangan yang mencukupi. Pengiraan bekalan ini mesti dilakukan secara berkala. Bagi kebanyakan kanak-kanak, cadangan untuk jumlah tenaga diet harian boleh berfungsi sebagai penanda aras untuk analisis; bagi sesetengah kanak-kanak dengan keadaan kesihatan atau keadaan hidup yang istimewa, pengiraan individu diperlukan berdasarkan jumlah semua komponen yang menggunakan tenaga. Kaedah berikut untuk mengira perbelanjaan tenaga boleh menjadi contoh penggunaan piawaian umur am bekalan dan kemungkinan beberapa pembetulan individu bagi piawaian ini.

Kaedah pengiraan untuk menentukan kadar metabolisme basal

Sehingga 3 tahun	3-10 tahun	10-18 tahun
Budak lelaki
X = 0.249 kg - 0.127	X = 0.095 kg + 2.110	X = 0.074 kg + 2.754
Perempuan
X = 0.244 kg - 0.130	X = 0.085 kg + 2.033	X = 0.056 kg + 2.898

[ 14 ], [ 15 ]

Perbelanjaan tambahan

Pampasan kerosakan - kadar metabolik basal didarabkan: untuk pembedahan kecil - sebanyak 1.2; untuk trauma rangka - sebanyak 1.35; untuk sepsis - sebanyak 1.6; untuk melecur - sebanyak 2.1.

Tindakan dinamik khusus makanan: + 10% daripada kadar metabolisme basal.

Aktiviti fizikal: terbaring di katil + 10% daripada kadar metabolisme asas; duduk di kerusi + 20% daripada kadar metabolisme basal; pesakit dikurung di wad hospital + 30% daripada kadar metabolisme basal.

Kos demam: untuk setiap 1°C purata kenaikan harian suhu badan +10-12% daripada kadar metabolisme basal.

Pertambahan berat badan: sehingga 1 kg/minggu + 1260 kJ (300 kcal) sehari.

Ia diterima untuk membentuk beberapa piawaian bekalan tenaga berkaitan usia untuk penduduk. Banyak negara mempunyai piawaian sedemikian. Semua catuan makanan kumpulan terancang dibangunkan berdasarkan mereka. Catuan makanan individu juga diperiksa terhadap mereka.

Cadangan untuk nilai tenaga pemakanan untuk kanak-kanak usia awal dan sehingga 11 tahun

	0-2 bulan	3-5 bulan	6-11 bulan	1-3 tahun	3-7 tahun	7-10 tahun
Tenaga, jumlah, kcal	-	-	-	1540	1970	2300
Tenaga, kcal/kg	115	115	110	-	-	-

Pengesyoran untuk penyeragaman tenaga (kcal/(kg • hari))

Umur, bulan	FAO/WHO (1985)	PBB (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

Pengiraan dan pembetulan metabolisme tenaga adalah bertujuan untuk menghapuskan kekurangan pembawa tenaga utama, iaitu terutamanya karbohidrat dan lemak. Pada masa yang sama, penggunaan pembawa ini untuk tujuan tertentu hanya boleh dilakukan dengan pertimbangan dan pembetulan penyediaan banyak mikronutrien yang diperlukan secara asas. Oleh itu, adalah sangat penting untuk menetapkan kalium, fosfat, vitamin B, terutamanya tiamin dan riboflavin, kadang-kadang karnitin, antioksidan, dll. Kegagalan untuk mematuhi syarat ini boleh menyebabkan keadaan tidak serasi dengan kehidupan, yang timbul tepat dengan pemakanan tenaga intensif, terutamanya parenteral.