Menneskets energiomsetning

«Menneskekroppen er en «maskin» som kan frigjøre kjemisk energi bundet i matens «drivstoff»; dette «drivstoffet» er karbohydrater, fett, proteiner og alkohol» (WHO).

Den fortrinnsrettede bruken av noen av de listede kildene har forskjellige egenskaper når det gjelder størrelsen på energiutveksling og tilhørende metabolske endringer.

Funksjoner ved ulike metabolske kilder til matenergiforsyning

Indikatorer	Glukose	Palmitat	Protein
Varmeavgivelse, kcal:
Per 1 mol oksidert	673	2398	475
Per 1 g oksidert	3,74	9.30	5,40
Oksygenforbruk:
Møll	66,0	23,0	5.1
L	134	515	114
Karbondioksidproduksjon:
Møll	66,0	16,0	4.1
L	134	358	92
ATP-produksjon, mol:	36	129	23
Kostnad for 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
Respirasjonskvotient	1,00	0,70	0,81
Energiekvivalent per 1 liter oksygen brukt	5.02	4,66	4.17

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Stadier av energiutveksling

Selv om dissimilering og syntese av protein-, fett- og karbohydratstrukturer har karakteristiske trekk og spesifikke former, finnes det en rekke fundamentalt felles stadier og mønstre i transformasjonen av disse forskjellige stoffene. I forhold til energien som frigjøres under metabolismen, bør energimetabolismen deles inn i tre hovedstadier.

I fase I brytes store næringsmolekyler ned til mindre i mage-tarmkanalen. Karbohydrater danner 3 heksoser (glukose, galaktose, fruktose), proteiner - 20 aminosyrer, fett (triglyserider) - glyserol og fettsyrer, samt sjeldnere sukkerarter (for eksempel pentoser, etc.). Det er beregnet at i gjennomsnitt 17,5 tonn karbohydrater, 2,5 tonn proteiner og 1,3 tonn fett passerer gjennom menneskekroppen i løpet av dens levetid. Mengden energi som frigjøres i fase I er ubetydelig, og den frigjøres som varme. Dermed frigjøres omtrent 0,6 % av den totale energien under nedbrytningen av polysakkarider og proteiner, og 0,14 % av fett, som dannes under deres fullstendige nedbrytning til de endelige metabolske produktene. Derfor består betydningen av kjemiske reaksjoner i fase I hovedsakelig i å forberede næringsstoffer for selve frigjøringen av energi.

I fase II gjennomgår disse stoffene ytterligere nedbrytning ved ufullstendig forbrenning. Resultatet av disse prosessene – ufullstendig forbrenning – virker uventet. Av de 25–30 stoffene dannes det i tillegg til CO2 og H2O bare tre sluttprodukter: α-ketoglutarsyre, oksaloeddiksyre og eddiksyre i form av acetylkoenzym A. Kvantitativt dominerer acetylkoenzym A. I fase II frigjøres omtrent 30 % av energien som finnes i næringsstoffene.

I fase III, den såkalte Krebs' trikarboksylsyresyklus, forbrennes de tre sluttproduktene fra fase II til karbondioksid og vann. I denne prosessen frigjøres 60–70 % av energien fra næringsstoffene. Krebs' syklus er den generelle sluttveien for nedbrytningen av karbohydrater, proteiner og fett. Det er et slags knutepunkt i utvekslingen, hvor transformasjonene av ulike strukturer konvergerer og gjensidig overgang av syntetiske reaksjoner er mulig.

I motsetning til stadium I – hydrolysestadiene i mage-tarmkanalen – frigjøres ikke bare energi i fase II og III av nedbrytningen av stoffer, men også en spesiell type akkumulering.

Energiutvekslingsreaksjoner

Energibevaring oppnås ved å omdanne energien fra nedbrytning av mat til en spesiell form for kjemiske forbindelser kalt makroergiske forbindelser. Bærerne av denne kjemiske energien i kroppen er forskjellige fosforforbindelser, der bindingen til fosforsyreresten er den makroergiske bindingen.

Hovedrollen i energimetabolismen tilhører pyrofosfatbindingen med strukturen adenosintrifosfatsyre. I form av denne forbindelsen brukes 60 til 70 % av all energi som frigjøres under nedbrytningen av proteiner, fett og karbohydrater i kroppen. Bruken av energi (oksidasjon i form av ATP) er av stor biologisk betydning, siden denne mekanismen gjør det mulig å skille sted og tidspunkt for energifrigjøring og dens faktiske forbruk under organenes funksjon. Det er beregnet at mengden ATP som dannes og brytes ned i kroppen i løpet av 24 timer er omtrent lik kroppsvekten. Omdannelsen av ATP til ADP frigjør 41,84–50,2 kJ, eller 10–12 kcal.

Energien som genereres som følge av stoffskiftet brukes på den grunnleggende stoffskiftet, dvs. på å opprettholde livet i en tilstand av fullstendig hvile ved en romtemperatur på 20 °C, på vekst (plastisk stoffskifte), muskelarbeid og på fordøyelse og assimilering av mat (spesifikk dynamisk virkning av maten). Det er forskjeller i energiforbruket som genereres som følge av stoffskiftet hos voksne og barn.

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

BX

Hos et barn, som hos alle pattedyr født umodne, er det en initial økning i basalmetabolismen ved 1 1/2 år, som deretter jevnt fortsetter å øke i absolutte termer og like regelmessig avtar per enhet kroppsmasse.

Ofte brukes beregningsmetoder for å beregne basalmetabolismen. Formler er vanligvis orientert mot indikatorer på enten lengde eller kroppsvekt.

Beregning av basalmetabolisme ved bruk av kroppsvekt (kcal/dag). FAO/WHO-anbefalinger

Alder	Gutter	Jenter
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 totale energien som mottas med mat fordeles for å sikre grunnleggende metabolisme, matens spesifikke dynamiske virkning, varmetap knyttet til utskillelse, fysisk (motorisk) aktivitet og vekst. I strukturen av energifordeling, dvs. energimetabolisme, skilles det mellom:

• Energi mottatt (fra mat) = Deponert energi + brukt energi.
• Absorbert energi = Mottatt energi - Energi skilt ut med ekskrementer.
• Metabolisert energi = Mottatt energi - Energi for vedlikehold (levetid) og aktivitet, eller "grunnkostnader".
• Energien til hovedkostnadene er lik summen:
  • basalmetabolisme;
  • termoregulering;
  • oppvarmende effekt av mat (WEF);
  • aktivitetskostnader;
  • kostnadene ved å syntetisere nytt vev.
• Avsetningsenergi er energien som brukes på avsetning av protein og fett. Glykogen er ikke tatt med i betraktningen, siden avsetningen (1 %) er ubetydelig.
• Deponert energi = metabolisert energi - Energi for grunnleggende forbruk.
• Energikostnaden for vekst = Energi for syntese av nytt vev + Energi avsatt i nytt vev.

De viktigste aldersforskjellene ligger i forholdet mellom kostnadene ved vekst og, i mindre grad, aktivitet.

Aldersrelaterte trekk ved fordelingen av daglig energiforbruk (kcal/kg)

Alder	BX	SDDP	Utskillelsestap	Aktivitet	Høyde	Total
For tidlig	60	7	20	15	50	152
8 uker	55	7	11	17	20	110
10 måneder	55	7	11	17	20	110
4 år	40	6	8	25	8–10	87–89
14 år gammel	35	6	6	20	14	81
Voksen	25	6	6	10	0	47

Som du kan se, er vekstkostnadene svært betydelige for en nyfødt med lav vekt og i løpet av det første leveåret. Naturligvis er de rett og slett fraværende hos en voksen. Fysisk aktivitet skaper betydelig energiforbruk selv hos en nyfødt og spedbarn, der den kommer til uttrykk i brystsuging, rastløshet, gråt og skriking.

Når et barn er urolig, øker energiforbruket med 20–60 %, og når det skriker – med 2–3 ganger. Sykdommer stiller krav til energiforbruket. De øker spesielt med en økning i kroppstemperatur (ved 1 °C økning er økningen i stoffskiftet 10–16 %).

I motsetning til voksne bruker barn mye energi på vekst (plastisk metabolisme). Det er nå fastslått at for å akkumulere 1 g kroppsmasse, dvs. nytt vev, er det nødvendig å bruke omtrent 29,3 kJ, eller 7 kcal. Følgende estimat er mer nøyaktig:

• Energi"kostnad" for vekst = synteseenergi + avsetningsenergi i nytt vev.

Hos et prematurt barn med lav vekt er synteseenergien fra 1,3 til 5 kJ (fra 0,3 til 1,2 kcal) per 1 g lagt til kroppsvekten. Hos et fullbårent barn - 1,3 kJ (0,3 kcal) per 1 g ny kroppsvekt.

Total energikostnad for vekst:

• opptil 1 år = 21 kJ (5 kcal) per 1 g nytt vev,
• etter 1 år = 36,5–50,4 kJ (8,7–12 kcal) per 1 g nytt vev, eller omtrent 1 % av næringsinnholdet totalt energiinnhold.

Siden vekstintensiteten hos barn varierer i ulike perioder, er andelen av plastmetabolisme i det totale energiforbruket forskjellig. Den mest intensive veksten skjer i den intrauterine utviklingsperioden, når massen til det menneskelige embryoet øker 1 milliard og 20 millioner ganger (1,02 x 109). Vekstraten fortsetter å holde seg ganske høy i de første månedene av livet. Dette fremgår av en betydelig økning i kroppsvekt. Derfor er andelen av "plast"-metabolisme i energiforbruket hos barn i de første 3 månedene 46 %, deretter synker den i det første året, men fra 4 år, og spesielt i prepubertalperioden, observeres en økning i vekstintensiteten, noe som igjen gjenspeiles i økningen i plastmetabolisme. I gjennomsnitt brukes 12 % av energibehovet på vekst hos barn i alderen 6-12 år.

Energikostnader for vekst

Alder	Kroppsvekt, kg	Vektøkning, g/dag	Energiverdi , kcal/dag	Energiverdi , kcal/(kg-dag)	Som en prosentandel av basalmetabolismen
1 måned	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 gamle, jenter	47,5	18	113	2	8
16 år gamle, gutter	54,0	18	113	2	7

[ 9 ], [ 10 ]

Energiforbruk for vanskelig å redegjøre for tap

Tap som er vanskelige å gjøre rede for inkluderer tap av fett, fordøyelsesvæsker og sekreter produsert i veggen i fordøyelseskanalen og kjertlene med avføring, med eksfolierende epitelceller, med fall av dekkceller i hud, hår, negler, med svette, og ved puberteten hos jenter - med menstruasjonsblod. Dessverre har dette problemet hos barn lite blitt studert. Det antas at hos barn over ett år er det omtrent 8 % av energiforbruket.

[ 11 ]

Energiforbruk ved aktivitet og opprettholdelse av kroppstemperatur

Andelen energiforbruk på aktivitet og opprettholdelse av kroppstemperatur endres med barnets alder (etter 5 år er dette inkludert i begrepet muskelarbeid). I løpet av de første 30 minuttene etter fødselen synker kroppstemperaturen til en nyfødt med nesten 2 °C, noe som forårsaker betydelig energiforbruk. Hos små barn er barnets kropp tvunget til å bruke 200,8–418,4 kJ/(kg • dag), eller 48–100 kcal/(kg • dag) på å opprettholde en konstant kroppstemperatur ved en omgivelsestemperatur under den kritiske (28...32 °C) og aktivitet. Derfor øker det absolutte energiforbruket for å opprettholde en konstant kroppstemperatur og aktivitet med alderen.

Andelen energiforbruk som trengs for å opprettholde en konstant kroppstemperatur hos barn i det første leveåret er imidlertid lavere, jo mindre barnet er. Deretter synker energiforbruket igjen, siden kroppsoverflaten per 1 kg kroppsvekt synker igjen. Samtidig øker energiforbruket til aktivitet (muskelarbeid) hos barn over ett år, når barnet begynner å gå, løpe, drive med kroppsøving eller idrett på egenhånd.

Energikostnaden ved fysisk aktivitet

Type bevegelse	Kalorier/min
Sykling i lav hastighet	4,5
Sykling i middels hastighet	7.0
Sykling i høy hastighet	11.1
Dans	3,3–7,7
Fotball	8,9
Gymnastiske øvelser på apparater	3,5
Sprintløping	13,3–16,8
Langdistanseløping	10.6
Skøyter	11,5
Langrenn i moderat fart	10,8–15,9
Langrenn i toppfart	18.6
Svømming	11,0–14,0

Hos barn i alderen 6–12 år er andelen energi brukt på fysisk aktivitet omtrent 25 % av energibehovet, og hos voksne – 1/3.

[ 12 ], [ 13 ]

Spesifikk dynamisk virkning av mat

Den spesifikke dynamiske effekten av mat endres avhengig av kostholdet. Den er mer uttalt med proteinrik mat, mindre med fett og karbohydrater. Hos barn i andre leveår er den spesifikke dynamiske effekten av mat 7–8 %, hos eldre barn – mer enn 5 %.

Kostnader ved implementering og overvinnelse av stress

Dette er en naturlig retning for normal livsaktivitet og energiforbruk. Prosessen med livs- og sosial tilpasning, utdanning og idrett, dannelsen av mellommenneskelige relasjoner – alt dette kan være ledsaget av stress og ekstra energiforbruk. I gjennomsnitt er dette ytterligere 10 % av den daglige energi"rasjonen". Samtidig, ved akutte og alvorlige sykdommer eller skader, kan stressnivået øke ganske betydelig, og dette krever hensyn ved beregning av matrasjonen.

Data om økningen i energibehov under stress presenteres nedenfor.

Stater	Endring i energibehov
Brannskader avhengig av prosentandelen av kroppsoverflaten som er forbrent	+ 30...70 %
Flere skader med mekanisk ventilasjon	+ 20...30 %
Alvorlige infeksjoner og flere traumer	+ 10...20 %
Postoperativ periode, milde infeksjoner, beinbrudd	0... + 10 %

En vedvarende energiubalanse (overskudd eller mangel) forårsaker endringer i kroppsvekt og lengde ved alle utviklingsmessige og biologiske aldersindekser. Selv moderat energimangel (4–5 %) kan forårsake utviklingsforsinkelse hos et barn. Derfor blir energitilførsel fra mat en av de viktigste betingelsene for tilstrekkelig vekst og utvikling. Beregning av denne tilførselen må utføres regelmessig. For de fleste barn kan anbefalinger for den totale energien i det daglige kostholdet tjene som referansepunkter for analyse; for noen barn med spesielle helsetilstander eller levekår kreves en individuell beregning basert på summen av alle energiforbrukende komponenter. Følgende metoder for å beregne energiforbruk kan tjene som et eksempel på bruk av generelle aldersstandarder for tilførsel og muligheten for en viss individuell korreksjon av disse standardene.

Beregningsmetode for å bestemme basalmetabolismen

Opptil 3 år	3–10 år	10–18 år
Gutter
X = 0,249 kg - 0,127	X = 0,095 kg + 2,110	X = 0,074 kg + 2,754
Jenter
X = 0,244 kg - 0,130	X = 0,085 kg + 2,033	X = 0,056 kg + 2,898

[ 14 ], [ 15 ]

Ekstra utgifter

Erstatning for skade - basalmetabolismen multipliseres: for mindre kirurgiske inngrep - med 1,2; for skjeletttraumer - med 1,35; for sepsis - med 1,6; for brannskader - med 2,1.

Spesifikk dynamisk virkning av mat: + 10 % av basalmetabolismen.

Fysisk aktivitet: sengeliggende + 10 % av basalmetabolismen; sittende i en stol + 20 % av basalmetabolismen; pasient innlagt på sykehusavdeling + 30 % av basalmetabolismen.

Kostnader ved feber: for hver 1 °C gjennomsnittlig daglig økning i kroppstemperatur +10–12 % av basalmetabolismen.

Vektøkning: opptil 1 kg/uke + 1260 kJ (300 kcal) per dag.

Det er akseptert å utarbeide noen standarder for aldersrelatert energiforsyning for befolkningen. Mange land har slike standarder. Alle matrasjoner for organiserte grupper er utviklet på grunnlag av disse. Individuelle matrasjoner blir også kontrollert mot dem.

Anbefalinger for energiinnholdet i ernæring for barn i tidlig alder og opptil 11 år

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

Anbefalinger for energistandardisering (kcal/(kg • dag))

Alder, måneder	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

Beregning og korrigering av energimetabolisme har som mål å eliminere mangler hos de viktigste energibærerne, dvs. primært karbohydrater og fett. Samtidig er bruk av disse bærerne til de spesifiserte formålene kun mulig med hensyntagen til og korrigering av tilførselen av mange fundamentalt nødvendige ledsagende mikronæringsstoffer. Derfor er det spesielt viktig å foreskrive kalium, fosfater, B-vitaminer, spesielt tiamin og riboflavin, noen ganger karnitin, antioksidanter, etc. Manglende overholdelse av denne betingelsen kan forårsake tilstander som er uforenlige med livet, som oppstår nettopp ved intensiv energiernæring, spesielt parenteral.