Az emberi energiaanyagcsere

„Az emberi test egy »gép«, amely képes felszabadítani az élelmiszer »üzemanyagában« megkötött kémiai energiát; ez az »üzemanyag« szénhidrátok, zsírok, fehérjék és alkohol” (WHO).

A felsorolt források bármelyikének preferenciális felhasználása eltérő jellemzőkkel bír az energiacsere nagysága és a kapcsolódó metabolikus eltolódások tekintetében.

Az élelmiszer-energiaellátás különböző anyagcsere-forrásainak jellemzői

Indikátorok	Szőlőcukor	Palmitát	Fehérje
Hőfelszabadulás, kcal:
1 mól oxidált	673	2398	475
1 g oxidált anyag	3.74	9.30	5.40
Oxigénfogyasztás:
Moly	66,0	23.0	5.1
L	134	515	114
Szén-dioxid termelés:
Moly	66,0	16.0	4.1
L	134	358	92
ATP termelés, molok:	36	129	23
Az ATP termékek ára:
Pokol	18.7	18.3	20.7
V/d	3.72	3,99	4.96
S/d	3.72	2.77	4.00
Légzési kvóciens	1.00	0,70	0,81
Energiaegyenérték literenként felhasznált oxigénre vonatkoztatva	5.02	4.66	4.17

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Az energiacsere szakaszai

Bár a fehérje-, zsír- és szénhidrátszerkezetek disszimilációja és szintézise jellegzetes vonásokkal és specifikus formákkal rendelkezik, ezen különböző anyagok átalakulásában számos alapvetően közös szakasz és mintázat létezik. Az anyagcsere során felszabaduló energiával kapcsolatban az energia-anyagcserét három fő szakaszra kell osztani.

Az I. fázisban a tápanyagok nagy molekulái kisebbekre bomlanak le a gyomor-bél traktusban. A szénhidrátok 3 hexózt (glükóz, galaktóz, fruktóz), a fehérjék 20 aminosavat, a zsírok (trigliceridek) glicerint és zsírsavakat, valamint ritkább cukrokat (például pentózokat stb.) alkotnak. Kiszámították, hogy átlagosan 17,5 tonna szénhidrát, 2,5 tonna fehérje és 1,3 tonna zsír halad át az emberi szervezeten élete során. Az I. fázisban felszabaduló energia mennyisége elhanyagolható, és hőként szabadul fel. Így a teljes energia mintegy 0,6%-a szabadul fel a poliszacharidok és fehérjék lebomlása során, és a zsírok 0,14%-a, amely a végső anyagcsere-termékekké történő teljes lebomlása során keletkezik. Ezért az I. fázisban a kémiai reakciók jelentősége főként a tápanyagok előkészítésében rejlik az energia tényleges felszabadítására.

A II. szakaszban ezek az anyagok további lebomláson mennek keresztül tökéletlen égés révén. Ezen folyamatok eredménye - a tökéletlen égés - váratlannak tűnik. A 25-30 anyag közül a CO2 és a H2O mellett csak három végtermék keletkezik: α-ketoglutársav, oxálecetsav és ecetsav acetil-koenzim A formájában. Mennyiségileg az acetil-koenzim A dominál. A II. fázisban a tápanyagokban található energia körülbelül 30%-a szabadul fel.

A III. szakaszban, az úgynevezett Krebs-trikarbonsav-ciklusban a II. fázis három végterméke szén-dioxiddá és vízzé ég. Ebben a folyamatban a tápanyagok energiájának 60-70%-a szabadul fel. A Krebs-ciklus a szénhidrátok, fehérjék és zsírok lebontásának általános végső útja. Egyfajta csomópont a cserében, ahol a különböző struktúrák átalakulásai konvergálnak, és a szintetikus reakciók kölcsönös átmenete lehetséges.

Az I. stádiummal - a gyomor-bél traktusban történő hidrolízis szakaszaival - ellentétben az anyagok lebomlásának II. és III. fázisában nemcsak az energia szabadul fel, hanem annak egy speciális típusú felhalmozódása is.

Energiacsere-reakciók

Az energiamegmaradás úgy érhető el, hogy az élelmiszerek lebontásának energiáját egy speciális kémiai vegyületté, úgynevezett makroergikus vegyületté alakítják. Ezt a kémiai energiát a szervezetben különféle foszforvegyületek hordozzák, amelyekben a foszforsavmaradék kötése a makroergikus kötés.

Az energia-anyagcserében a fő helyet a pirofoszfát kötés foglalja el, amely az adenozin-trifoszfátsav szerkezetével rendelkezik. E vegyület formájában a fehérjék, zsírok és szénhidrátok lebontása során felszabaduló összes energia 60-70%-át a szervezet felhasználja. Az energiafelhasználás (oxidáció ATP formájában) nagy biológiai jelentőséggel bír, mivel ez a mechanizmus lehetővé teszi az energiafelszabadulás helyének és idejének, valamint a szervek működése során történő tényleges felhasználásának elkülönítését. Kiszámították, hogy 24 óra alatt a szervezetben képződő és lebomló ATP mennyisége megközelítőleg megegyezik a testtömeggel. Az ATP ADP-vé alakulása 41,84-50,2 kJ, azaz 10-12 kcal szabadul fel.

Az anyagcsere eredményeként keletkező energiát az alapvető anyagcserére fordítjuk, azaz a teljes nyugalmi állapot fenntartására 20°C környezeti hőmérsékleten, növekedésre (plasztikus anyagcsere), izommunkára, valamint az élelmiszer emésztésére és felszívódására (az élelmiszer specifikus dinamikus hatása). Az anyagcsere eredményeként keletkező energia felhasználásában különbségek vannak felnőttek és gyermekek esetében.

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

BX

Egy gyermeknél, mint minden éretlenül született emlősnél, az alapanyagcsere kezdetben másfél évvel megnő, majd abszolút értékben folyamatosan növekszik, és ugyanilyen rendszeresen csökken testtömegegységre vetítve.

Az alap anyagcsere kiszámításához gyakran számítási módszereket alkalmaznak. A képletek általában a hosszúság vagy a testsúly mutatóira irányulnak.

Az alap anyagcsere kiszámítása testsúly (kcal/nap) alapján. FAO/WHO ajánlások

Kor	Fiúk	Lányok
0-2 év	60,9 R-54	61 R - 51
3-9 év	22,7 R + 495	22,5 Ft + 499
10-17 »	17,5 R +651	12,2 R +746
17-30»	15,3 R +679	14,7 R + 496

A táplálékkal felvett teljes energia az alapvető anyagcsere, a táplálék specifikus dinamikus hatása, a kiválasztással járó hőveszteség, a fizikai (motoros) aktivitás és a növekedés biztosítására oszlik el. Az energiaeloszlás, azaz az energia-anyagcsere szerkezetében megkülönböztetjük:

• Felvett energia (élelmiszerből) = Lerakódott energia + Felhasznált energia.
• Elnyelt energia = Felvett energia - A széklettel kiürült energia.
• Metabolizált energia = Felvett energia - A fenntartás (élet) és a tevékenység energiája, vagy "alapköltségek".
• A fő költségek energiája egyenlő az összeggel:
  • bazális anyagcsere-sebesség;
  • hőszabályozás;
  • az élelmiszerek melegítő hatása (WEF);
  • tevékenységi költségek;
  • az új szövetek szintézisének költségei.
• A lerakódási energia a fehérje és zsír lerakódásához felhasznált energia. A glikogént nem vesszük figyelembe, mivel lerakódása (1%) elhanyagolható.
• Lerakódott energia = Metabolizált energia - Az alapvető felhasználás energiája.
• A növekedés energiaköltsége = Az új szövetek szintézisének energiája + Az új szövetben lerakódott energia.

A fő életkori különbségek a növekedés költségeinek, és kisebb mértékben az aktivitásnak a kapcsolatában rejlenek.

A napi energiafelhasználás eloszlásának életkorral összefüggő jellemzői (kcal/kg)

Kor	BX	SDDP	Kiválasztási veszteségek	Tevékenység	Magasság	Teljes
Idő előtti	60	7	20	15	50	152
8 hét	55	7	11	17	20	110
10 hónap	55	7	11	17	20	110
4 év	40	6	8	25	8-10	87-89
14 éves	35	6	6	20	14	81
Felnőtt	25	6	6	10	0	47

Amint látható, a növekedési költségek nagyon jelentősek egy kis súlyú újszülöttnél és az élet első évében. Természetesen egy felnőttnél ezek egyszerűen hiányoznak. A fizikai aktivitás jelentős energiafelhasználással jár még az újszülött és a csecsemő esetében is, ahol ez a szopásban, a nyugtalanságban, a sírásban és a sikításban nyilvánul meg.

Amikor egy gyermek nyugtalan, az energiafelhasználása 20-60%-kal, sikításkor pedig 2-3-szorosára nő. A betegségeknek megvannak a saját energiafelhasználási igényük. Különösen a testhőmérséklet emelkedésével nő (1°C-os emelkedés esetén az anyagcsere 10-16%-kal fokozódik).

A felnőttekkel ellentétben a gyerekek sok energiát fordítanak a növekedésre (műanyagcsere). Ma már megállapították, hogy 1 g testtömeg, azaz új szövet felhalmozódásához körülbelül 29,3 kJ, azaz 7 kcal energiára van szükség. A következő becslés pontosabb:

• A növekedés energia"költsége" = szintézis energiája + az új szövetben történő lerakódás energiája.

Egy koraszülött, kis súlyú újszülöttnél a szintézis energiája 1,3-5 kJ (0,3-1,2 kcal) a testtömeg 1 grammjára vonatkoztatva. Egy időre született csecsemőnél - 1,3 kJ (0,3 kcal) 1 gramm új testtömegre vonatkoztatva.

A növekedés teljes energiaköltsége:

• 1 éves korig = 21 kJ (5 kcal) / 1 g új szövet,
• 1 év után = 36,5-50,4 kJ (8,7-12 kcal) 1 g új szövetre vonatkoztatva, vagyis a tápanyagtartalom teljes energiatartalmának körülbelül 1%-a.

Mivel a gyermekek növekedésének intenzitása a különböző időszakokban változik, a plasztikus anyagcsere részesedése a teljes energiafelhasználáson belül eltérő. A legintenzívebb növekedés a fejlődés méhen belüli időszakában van, amikor az emberi embrió tömege 1 milliárd 20 milliószorosára nő (1,02 x 109). A növekedési ütem az élet első hónapjaiban továbbra is meglehetősen magas marad. Ezt bizonyítja a testtömeg jelentős növekedése. Ezért az első 3 hónapos gyermekeknél a "plasztikus" anyagcsere részesedése az energiafelhasználásban 46%, majd az első évben csökken, de 4 éves kortól, és különösen a prepubertás időszakban, a növekedés intenzitásának növekedése figyelhető meg, ami ismét a plasztikus anyagcsere növekedésében tükröződik. A 6-12 éves gyermekek átlagosan az energiaszükséglet 12%-át fordítják a növekedésre.

Energiaköltségek a növekedéshez

Kor	Testtömeg, kg	Súlygyarapodás, g/nap	Energiaérték , kcal/nap	Energiaérték , kcal/(kg-nap)	Az alap anyagcsere százalékában
1 hónap	3.9	30	146	37	71
3 »	5.8	28	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	28
1 év	10.4	10	63	6	11
5 év	17.6	5	32	2	4
14 évesek, lányok	47,5	18 éves	113	2	8
16 évesek, fiúk	54,0	18 éves	113	2	7

[ 9 ], [ 10 ]

Energiafogyasztás nehezen elszámolható veszteségek esetén

A nehezen megmagyarázható veszteségek közé tartozik a zsír, az emésztőnedvek és az emésztőrendszer falában és a mirigyekben termelődő váladékok vesztesége a széklettel, a hámló hámsejtekkel, a bőr, a haj, a körmök fedősejtjeinek leválásával, az izzadsággal, és lányoknál a pubertáskor elérésével a menstruációs vérrel. Sajnos ezt a problémát gyermekeknél alig vizsgálták. Úgy vélik, hogy az egy évnél idősebb gyermekeknél az energiafelhasználás körülbelül 8%-át teszi ki.

[ 11 ]

Energiafelhasználás aktivitásra és testhőmérséklet fenntartására

Az aktivitásra és a testhőmérséklet fenntartására fordított energia aránya a gyermek életkorával változik (5 év után ez az izommunka fogalmába tartozik). A születést követő első 30 percben az újszülött testhőmérséklete közel 2° C-kal csökken, ami jelentős energiafelhasználással jár. Kisgyermekeknél a gyermek szervezete 200,8-418,4 kJ/(kg • nap), azaz 48-100 kcal/(kg • nap) energiát kénytelen fordítani az állandó testhőmérséklet fenntartására a kritikus környezeti hőmérséklet (28...32° C) alatt és az aktivitásnál. Ezért az életkorral az állandó testhőmérséklet és az aktivitás fenntartásához szükséges abszolút energiafelhasználás növekszik.

Azonban az első életévben lévő gyermekeknél az állandó testhőmérséklet fenntartására fordított energia aránya annál alacsonyabb, minél kisebb a gyermek. Ezután az energiafelhasználás ismét csökken, mivel az 1 kg testtömegre jutó testfelület ismét csökken. Ugyanakkor az aktivitásra (izommunkára) fordított energiafelhasználás egy év feletti gyermekeknél növekszik, amikor a gyermek elkezd önállóan járni, futni, testnevelést végezni vagy sportolni.

A fizikai aktivitás energiaköltsége

Mozgás típusa	Kalória/perc
Alacsony sebességű kerékpározás	4.5
Közepes sebességű kerékpározás	7.0
Nagy sebességű kerékpározás	11.1
Tánc	3,3–7,7
Futball	8.9
Gimnasztikai gyakorlatok szeren	3.5
Sprintfutás	13,3–16,8
Hosszútávfutás	10.6
Korcsolyázás	11.5
Sífutás közepes sebességgel	10,8–15,9
Sífutás maximális sebességgel	18.6
Úszás	11,0–14,0

6-12 éves gyermekeknél a fizikai aktivitásra fordított energia aránya az energiaszükséglet körülbelül 25%-a, felnőtteknél pedig 1/3-a.

[ 12 ], [ 13 ]

Az élelmiszer specifikus dinamikus hatása

Az ételek specifikus dinamikus hatása az étrend jellegétől függően változik. Fehérjében gazdag ételeknél kifejezettebb, zsíroknál és szénhidrátoknál kevésbé. A második életévben lévő gyermekeknél az ételek specifikus dinamikus hatása 7-8%, idősebb gyermekeknél - több mint 5%.

A megvalósítás költségei és a stressz leküzdése

Ez a normális élettevékenység és energiafelhasználás természetes iránya. Az élet és a társadalmi alkalmazkodás folyamata, az oktatás és a sport, az interperszonális kapcsolatok kialakulása - mindez stresszel és további energiafelhasználással járhat. Átlagosan ez a napi energia"adag" további 10%-át teszi ki. Ugyanakkor akut és súlyos betegségek vagy sérülések esetén a stresszfelhasználás szintje meglehetősen jelentősen megnőhet, és ezt figyelembe kell venni az élelmiszeradag kiszámításakor.

Az alábbiakban a stressz alatti energiaigény növekedésére vonatkozó adatokat mutatjuk be.

Államok	Az energiaigény változása
Égési sérülések a testfelület megégett részének százalékától függően	+ 30...70%
Többszörös sérülések gépi lélegeztetéssel	+ 20...30%
Súlyos fertőzések és többszörös trauma	+ 10...20%
Posztoperatív időszak, enyhe fertőzések, csonttörések	0... + 10%

A tartós energiaegyensúlyhiány (túlzott vagy hiányos) minden fejlődési és biológiai életkori mutatónál változásokat okoz a testsúlyban és a testhosszban. Már a mérsékelt energiahiány (4-5%) is okozhat fejlődési késedelmet a gyermeknél. Ezért az élelmiszer-energiaellátás a megfelelő növekedés és fejlődés egyik legfontosabb feltételévé válik. Ennek az ellátásnak a kiszámítását rendszeresen el kell végezni. A legtöbb gyermek esetében a napi étrend teljes energiatartalmára vonatkozó ajánlások referenciaként szolgálhatnak az elemzéshez; egyes speciális egészségügyi állapotú vagy életkörülményekkel rendelkező gyermekek esetében egyéni számításra van szükség az összes energiafogyasztó komponens összege alapján. Az energiafelhasználás kiszámításának következő módszerei példaként szolgálhatnak az ellátás általános életkori szabványainak alkalmazására és ezen szabványok egyéni korrekciójának lehetőségére.

Számítási módszer az alap anyagcsere-ráta meghatározására

Akár 3 évig	3-10 év	10-18 év
Fiúk
X = 0,249 kg - 0,127	X = 0,095 kg + 2,110	X = 0,074 kg + 2,754
Lányok
X = 0,244 kg - 0,130	X = 0,085 kg + 2,033	X = 0,056 kg + 2,898

[ 14 ], [ 15 ]

További költségek

Kárkompenzáció - az alap anyagcsere-rátát megszorozzuk: kisebb műtétek esetén - 1,2-szeresével; csontvelősérülések esetén - 1,35-szeresével; szepszis esetén - 1,6-szeresével; égési sérülések esetén - 2,1-szeresével.

Az étel specifikus dinamikus hatása: az alap anyagcsere +10%-a.

Fizikai aktivitás: ágyhoz kötött + az alap anyagcsere 10%-a; székben ülés + az alap anyagcsere 20%-a; kórházi osztályra utaló jel + az alap anyagcsere 30%-a.

A láz költségei: a testhőmérséklet minden átlagos napi 1°C-os emelkedése az alap anyagcsere +10-12%-át teszi ki.

Súlygyarapodás: akár 1 kg/hét + 1260 kJ (300 kcal) naponta.

Elfogadott dolog, hogy a lakosság életkor szerinti energiaellátására vonatkozóan szabványokat dolgoznak ki. Sok országban léteznek ilyen szabványok. A szervezett csoportok összes élelmiszeradagját ezek alapján dolgozzák ki. Az egyéni élelmiszeradagokat is ezekhez viszonyítják.

Ajánlások a kisgyermekek és 11 éves korig terjedő gyermekek táplálkozásának energiaértékére vonatkozóan

	0-2 hónap	3-5 hónap	6-11 hónap	1-3 év	3-7 év	7-10 év
Energia, összesen, kcal	-	-	-	1540	1970	2300
Energia, kcal/kg	115	115	110	-	-	-

Energia standardizálására vonatkozó ajánlások (kcal/(kg • nap))

Kor, hónap	FAO/WHO (1985)	ENSZ (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

Az energia-anyagcsere kiszámítása és korrekciója a fő energiahordozók, azaz elsősorban a szénhidrátok és zsírok hiányosságainak kiküszöbölésére irányul. Ugyanakkor ezen hordozók meghatározott célokra történő felhasználása csak számos alapvetően szükséges kísérő mikrotápanyag biztosításának figyelembevételével és korrigálásával lehetséges. Így különösen fontos a kálium, foszfátok, B-vitaminok, különösen a tiamin és a riboflavin, néha a karnitin, antioxidánsok stb. felírása. Ennek a feltételnek a be nem tartása az élettel összeegyeztethetetlen állapotokat okozhat, amelyek éppen az intenzív energia-táplálkozás, különösen a parenterális táplálkozás során alakulnak ki.