Основна скорост на метаболизма
Общ
Знаете ли, че дори при сън използвате енергия? Сърцето ви продължава да бие, дробовете ви дишат, докато спите, храносмилането продължава усърдно в стомаха и червата, мозъкът ви изразходва много кислород, докато сънувате и т.н. Всички тези до голяма степен несъзнателни процеси изгарят хранителни вещества, които трябва да бъдат осигурени от тялото.
Основна скорост на метаболизма (GU, BMR) = количеството енергия, което човек в пълна почивка, леко облечен легнал, рано сутрин и 12-14 часа след последния прием на храна и при стайна температура от 23 до 25 º C задължително. Базалният метаболизъм обикновено се екстраполира до 24 часа.
Базалният метаболизъм обаче не е постоянна стойност. По време на сън, например, той спада с 10%, докато екстремният студ и екстремната топлина увеличават основния метаболизъм [8]. Дори при някои заболявания, свързани с треска, базалният метаболизъм се увеличава, понякога много рязко.
Причини и фактори
Черният дроб и мозъкът, които консумират около 25% от енергията, са главно отговорни за основния метаболизъм. Скелетните мускули изискват около 18%, сърцето около 6% и бъбреците около 8%, а останалото се отчита на другите вътрешни органи [1] .
- Черен дроб, черва: 25%
- Мозък: 25%
- Сърце: 6%
- Бъбрек: 10%
- Скелетни мускули: 18%
- Почивка: 16%
DÖRR [1] също прави разлика между базалния метаболизъм GU и скоростта на метаболизма в покой RU. Според това скоростта на метаболизма в покой не се измерва, докато е в легнало положение, а когато човекът е седнал. Освен това този човек е „правилно“ облечен и стайната температура е малко по-ниска, отколкото при измерване на основния метаболизъм. Някои източници говорят и за оборот от поддръжка, например лексиконът на храните:
"Въпреки това поддържащият метаболизъм се различава от основния метаболизъм по това, че само определя абсолютно жизненото количество енергия."
Ето таблица с типичен основен оборот:
| Възраст | Мъж (172 см, 70 кг) | Жена (165 см, 60 кг) |
| 15-18 | 7 900 | 6 200 |
| 19-35 | 7300 | 6 000 |
| 36-50 | 6800 | 5600 |
| 51-65 | 6 200 | 5200 |
| 66-77 | 5800 | 5000 |
Между другото, цифрите са взети от учебника „Хранене във времето“ на Улрике Аренс-Азеведо [2]. От тази таблица можете да определите два фактора, от които зависи скоростта на основния метаболизъм: колкото по-възрастен е човек, толкова по-ниска е основната скорост на метаболизма, а мъжете имат по-висока скорост на основния метаболизъм от жените, въпреки че тази разлика става все по-малка с увеличаване на възрастта.
Фактори, от които зависи базалният метаболизъм
Възраст
Тъй като важните метаболитни процеси намаляват с възрастта и съдържанието на мазнини в тъканта обикновено също се увеличава, основният метаболизъм също намалява с увеличаване на възрастта. Можете да приспаднете около 20 до 28 kJ годишно от основния метаболизъм. 80-годишен мъж има 560 kJ/d по-малко GU от 60-годишен мъж.
Ето графично представяне на базалния метаболизъм като функция от възрастта, получено от данните в таблицата по-горе. Ясно можете да видите, че „разликата“ между мъжете и жените става все по-малка с увеличаване на възрастта.
пол
Жените имат по-нисък GU от мъжете. Това се дължи на състава на телесната тъкан. По генетични причини жените имат по-висок процент мазнини в телесната си тъкан (25%), отколкото мъжете (само 13%). За разлика от тях, мъжете с 55% имат по-висок мускулен процент от жените само с 47% [9] .
Тъй като мускулната тъкан има по-голям енергиен разход от мастната тъкан, GU е логично по-висока при мъжете, отколкото при жените. Ако сравните мъж и жена на една и съща възраст, тегло и ръст, разликата в GU може лесно да бъде 1500 kJ/d.
тегло и височина
Хората са бозайници с еднаква температура, така че те произвеждат топлина в клетките си, което поддържа тялото на една и съща висока температура, независимо от околната температура. Колкото по-голям и по-тежък е човек, толкова повече клетки има и толкова повече хранителни вещества са изгорени в тези клетки. Следователно изглежда съвсем логично, че GU нараства с телесното тегло и височина.
Състав на тялото
Хората, които имат висок процент мускулна маса поради спортни дейности или поради физически взискателната си работа, имат висок GU. Това отново се дължи на факта, че мускулните клетки имат по-висока метаболитна активност от мастните клетки например. Хората с наднормено тегло или затлъстяване, от друга страна, имат по-нисък GU от нормалното поради по-високото съдържание на мазнини.
хранене
Според [12] високото съдържание на протеини в диетата може да увеличи GU с до 15%.
климат
При температури над средните, GU е по-висока от нормалната, тъй като тялото се изпотява повече и е изложено на по-голям стрес като цяло. При ниски температури GU също е по-висока от нормалната, тъй като сега мускулите започват да се разклащат, за да работят срещу загубата на телесна топлина. Ако прекарате целия ден навън през зимата, основният метаболизъм може да се увеличи с около 10%.
Сега обаче може да се мисли, че хората, които живеят в тропиците, имат по-висок GU от средноевропейците поради високите "тропически" температури. Това обаче не е съвсем правилно, тъй като през годините тялото се адаптира към тези екстремни климатични условия. Според DÖRR [1] GU в тропическите страни е дори с 10 до 20% по-нисък, отколкото в умерените географски ширини. Това изглежда логично, защото когато външната температура е топла, не е нужно да използвате толкова много енергия, за да поддържате телесната температура.
Болести
По принцип не може да се каже, че болестите увеличават или намаляват GU. Това зависи изцяло от вида на заболяването. Ако заболяването е свързано с висока температура, GU се увеличава с 13% с всяка степен на треска [12], с до 40% като цяло. Дългата почивка в леглото, от друга страна, кара GU да потъне.
стрес
Като цяло, стресът увеличава GU с до 25% [12]. В повечето случаи участват определени хормони като адреналин или тироксин. Ако щитовидната жлеза е свръхактивна например, секрецията на тироксин се увеличава и по този начин GU.
депресии
Депресията намалява GU, тъй като хората, които страдат от депресия, обикновено са по-малко активни (те "се мотаят", както казват).
Спорт
Физическата активност не само увеличава скоростта на метаболизма, както може да се мисли, но и основната скорост на метаболизма. Делът на мускулната тъкан се увеличава чрез упражнения и мускулната тъкан има по-голям енергиен оборот, отколкото например мастната тъкан.
бременност
По време на бременността жените могат да увеличат GU с до 25%.
Бърз
По-продължителното гладуване може да намали GU с 16 до 40%, тъй като енергийната консумация на тялото бавно се адаптира към енергийното снабдяване [3] .
Произход/наследство
В изданието от ноември 2017 г. на сп. Spektrum der Wissenschaft има много интересна статия по темата за базалния метаболизъм [11]. Според това, основният метаболизъм зависи от всички фактори, споменати по-горе, но също така и от произхода на отделния човек.
"Освен това интензивността на метаболизма се различава при отделните индивиди. През 1986 г. учени са изследвали метаболизма на 130 души от 54 семейства в проучване. Дори след като са взели предвид разликите във възрастта, пола и структурата на тялото, те все още са наблюдавали семейни разлики до 500 килокалории на ден. Произходът очевидно има силен ефект върху метаболитната интензивност и способността да се контролира теглото. "
Оценка на базалния метаболизъм
За да се изчисли основната скорост на метаболизма на човек, има основни правила и "правилна" формула.
Основно правило за основния метаболизъм
- На килограм телесно тегло човек има GU от 1 kcal на час.
- Човек има GU от 100 kJ на ден на кг телесно тегло.
Тези основни правила се прилагат за 25-годишен мъж с нормално тегло. При оценяването на СП обаче трябва да се вземат предвид гореспоменатите фактори. За жените можете да приспаднете определена сума от прогнозния GU.
25-годишен мъж с тегло 70 кг би имал GU от около 7000 kJ/d.
Изчисляване на основния метаболизъм
Най-старата формула за изчисляване на базалния метаболизъм идва от J. A. Harris и F. G. Benedict от 1918 г. [7]. Тук трябва да бъдете внимателни, защото GU се изчислява в kcal, а не в kJ.
Формулата на Харис - Бенедикт от 1918 г .:
- ГУМЕН = 66 + (13,7 × тегло в кг) + (5 × височина в см) - (6,8 × възраст) ккал
- GU жени = 655 + (9,6 × тегло в кг) + (1,8 × височина в см) - (4,7 × възраст) ккал
Следователно 16-годишно момиче, което е високо 170 см и тежи 70 кг, ще има GU
655 + 672 + 306 - 75 = 1,558 kcal/d = 6543,6 kJ/d
Основното правило "100 kJ/d на кг телесно тегло", от друга страна, би довело до стойност от 7 000 kJ/d, т.е. малко повече. Основното правило се отнася само за 25-годишен мъж, така че ще трябва да приспаднете определена сума от него за жена. От друга страна, момичето е по-младо от референтния мъж, така че ще трябва отново да купите малка сума. И двата фактора грубо се балансират помежду си, така че човек отново може да приеме стойността на правилото.
Формулата на Mifflin and St. Jeor, предложена през 1990 г. [4], е малко по-точна и актуална:
Мифлинът - Св. Формула на Jeor от 1990 г .:
- ГУМЕН = (10 х тегло в кг) + (6,25 х височина в см) - 5 х възраст + 5 ккал
- GU жени = (10 х тегло в кг) + (6,25 х височина в см) - 5 х възраст - 161 ккал
Тази формула се предполага, че е по-добре адаптирана към сегашния начин на живот на мъжете и жените, който вече не е толкова различен днес, колкото преди 100 години.
16-годишно момиче, което е високо 170 см и тежи 70 кг, би имало GU по тази формула
700 + 1063 - 80 - 161 = 1,522 kcal/d = 6392 kJ/d
Това е малко по-малко от формулата на Харис-Бенедикт от 1918 г.
Измерване на базалния метаболизъм
Всичко е добре, ако можете да изчислите или дори да изчислите основния метаболизъм, но за съжаление всеки човек е различен и ако искате реални и индивидуални стойности за GC, трябва да измерите GC.
Как можете да измерите GU?
За да направим това, трябва да се върнем малко назад и да се захванем с химия. Представете си, ако човек яде само глюкоза. Това би било абсолютно нездравословно, но много полезно за измерване на основния метаболизъм. Защото тогава бихте могли да използвате простото уравнение на реакцията
$ C_H_O_ + 6 O_ \ до 6 CO_ + 6 H_O $
базиран на. При това окисляване на глюкозата от кислород до вода и въглероден диоксид се отделя реакционна енергия от 2790 [3] до 2880 [10] kJ/mol [3], в зависимост от литературния източник. .
За експерти: Разликите, споменати тук, се дължат на факта, че дишането на клетките се измерва при различни условия и че някои автори посочват енталпията на реакцията ΔH, други свободната енталпия ΔG.
Тази освободена енергия не може да бъде измерена директно, но можете да определите колко литра кислород консумира човек за определено време или колко литра въглероден диоксид издишва за определено време. И тогава трябва да изчислите. Ако например за определен период от време са били изразходвани 10 литра кислород, това е 10/22,4 = 0,45 mol O2. Трябва да знаете, че 1 мол (идеален) газ заема обем от 22,4 литра при стайна температура.
Ако бяха консумирани точно 22,4 литра и по този начин 1 mol кислород, тогава човек би знаел, че точно 1/6 mol глюкоза би била окислена (виж уравнението на реакцията). В нашия пример обаче са изразходвани само 10 литра = 0,45 mol кислород. Тогава това съответства на 0,075 mol глюкоза.
Окисляването на 1 mol глюкоза освобождава около 2800 kJ енергия. Така че, когато 0,075 mol глюкоза се окисли, се отделят около 210 kJ енергия. Тогава това би било основната скорост на метаболизма през този период. Сега този GU трябва само да бъде екстраполиран до 24 часа и измерването е завършено.
Директна калориметрия
Методът с директна калориметрия рядко се използва за измерване на GU. За целта изпитваното лице се поставя в затворена, топлоизолирана камера, в която се изпомпва въздух, чието съдържание на кислород се измерва. Отработеният въздух се извлича и преминава през сярна киселина и натриев вар. Сярната киселина поглъща образуваната вода, содната вар - образуваният въглероден диоксид. След това и двете съединения се претеглят. Количеството топлина, произведено от изпитваното лице, се определя по подобен начин на охладителя на Liebig. Водопроводните тръби спирално преминават през камерата. В тръбите от едната страна се изпомпва студена вода с определена температура, а водата, която е леко затоплена от телесната топлина, се източва от другата страна. След това се изчислява температурната разлика за изчисляване на основния метаболизъм, заедно с консумирания кислород и произведената вода и въглероден диоксид. Човекът получава определено количество храна, което също се измерва, а твърдите и течни екскременти на човека също се събират и измерват.
Лесно възбудимите хора не са подходящи за този тип измерване, те биха могли да се чувстват стресирани от тясната камера и след това, разбира се, базалната скорост на метаболизма се увеличава [5] .
Директната калориметрия също е много сложна и скъпа (висока изкупна цена за камерата) и е подходяща само за изследвания в покой [6] .
Можете да намерите схематичен чертеж на такава дихателна камера под следната връзка. Картината обаче показва, че камерата не е подходяща само за тихи проучвания. Тестваният човек седи на велоергометър.
Непряка калориметрия
Обикновено енергийните разходи на човек се определят чрез непряка калориметрия. По принцип процедурата е, както е описана в раздела "Измерване на основния метаболизъм". Човекът, който се направи на разположение за измерване, не само яде глюкоза, което усложнява нещата. Независимо от това, могат да се направят заключения относно GU за консумацията на кислород. Тестваният вдишва и издишва околния въздух (азот + кислород) през специален мундщук. Издишаният въздух се събира и анализира. Важното тук е оставащото съдържание на O2 и произведеното съдържание на CO2.
Реципиращ коефициент
Така нареченият дихателен коефициент (RQ) е определящ. Дихателният коефициент е съотношението на издишания въглероден диоксид V (CO2) към вдишания кислород V (O2).
Нека да разгледаме отново уравнението за окисляване на глюкозата:
$ C_H_O_ + 6 O_ \ до 6 CO_ + 6 H_O $
Тук съотношението CO2: O2 е точно 6: 6 или 1: 1, така че RQ = 1.
Така че, ако с непряка калориметрия се установи, че изпитваното лице е произвело точно същото количество въглероден диоксид, както е вдишало кислород, тогава се знае, че наскоро човек яде предимно въглехидрати, които се окисляват съгласно горното уравнение.
Да предположим, че човекът е ял предимно мазнини. Мазнините се състоят от глицеринови молекули, които са свързани с три мастни киселини. Добре известна мастна киселина е палмитинова киселина с 16 въглеродни атома.
Мастната молекула, която се състои от молекула на глицерин и три молекули на палмитинова киселина, има молекулната формула C51H98O6. Реакционното уравнение за окисляването на тази мазнина изглежда така [3]:
$ C_H_O_ + 72,5 O_ \ до 51 CO_ + 49 H_O $
За изгарянето на 1 мол от тази мазнина се използват 72,5 мола кислород, но се получават само 51 мола въглероден диоксид. Коефициентът на дишане има стойността 51/72,5 = 0,70, което е по-ниско от RQ за въглехидратите. Тъй като мастните киселини почти не съдържат кислород (двата О атома в групата на СООН са абсурдно малко; по-голямата част от молекулата се състои от атоми С и Н), трябва да се добави много кислород за окисляване. Въглехидратите, от друга страна, вече съдържат много кислород, така че вече няма толкова много O2 за окисляване.
Дори протеините не съдържат толкова много кислород в молекулите, но органичните остатъци на аминокиселините не са толкова дълги, колкото алкилните остатъци на мастните киселини, поради което делът на кислорода в протеините е по-голям, отколкото в мазнините. RQ за протеините е 0,8 [3] .
За хранене, съставено съгласно препоръките на DGE (55% въглехидрати, 30% мазнини, 15% протеин), се приема RQ от 0,85 [3] [5] .
Ако знаете RQ на тествания човек, знаете приблизително процентния състав на диетата, състояща се от въглехидрати, мазнини и протеини. След това можете да изчислите колко енергия и въглероден диоксид се отделят, когато 1 g от тази смесена храна се изгори в тялото. Тогава общото количество освободена енергия може да бъде изчислено от обема на отделения CO2. Тъй като знаете и обема на консумирания O2, можете лесно да извършите контролно изчисление.
Учебен материал:
Външни връзки:
- Енергийни изчисления (Sportunterricht.ch)
- Изчислете скоростта на основния метаболизъм (Mileage.net)
- Калкулатор на калории (Apotheken-Umschau.de)
- Основна скорост на метаболизма (Biologie-Schule.de)
02.07.2017: Страницата е създадена
01.10.2017: преработена страница.
21 октомври 2017 г .: Страницата е актуализирана.
16.09.2019: Страницата е леко добавена.
31.08.2020: Страницата проверена.