Швидкість базального метаболізму

Загальні

Чи знали ви, що навіть сплячи ви використовуєте енергію? Ваше серце продовжує битися, легені дихають, поки ви спите, травлення старанно триває в шлунку та кишечнику, ваш мозок витрачає багато кисню, поки ви мрієте тощо. Всі ці переважно несвідомі процеси спалюють поживні речовини, які має забезпечувати організм.

Базальна швидкість метаболізму (GU, BMR) = кількість енергії, яку людина в повному спокої, злегка одягнена лежачи, рано вранці та через 12-14 годин після останнього прийому їжі та при кімнатній температурі від 23 до 25 º C потрібно. Базальний рівень метаболізму зазвичай екстраполюється до 24 годин.

Однак базальна швидкість метаболізму не є постійною величиною. Наприклад, під час сну він падає на 10%, тоді як сильний холод і сильна спека збільшують базальну швидкість обміну речовин [8]. Навіть при деяких захворюваннях, пов’язаних з лихоманкою, базальний обмін речовин зростає, іноді дуже різко.

Причини та фактори

Печінка і мозок, які споживають близько 25% енергії, в основному відповідають за базальний рівень метаболізму. Скелетні м'язи потребують близько 18%, серце - близько 6%, а нирки - близько 8%, а решта припадає інших внутрішніх органів [1] .

Печінка, кишечник: 25%
Мозок: 25%
Серце: 6%
Нирки: 10%
Скелетні м’язи: 18%
Відпочинок: 16%

DÖRR [1] також розрізняє базальну швидкість метаболізму GU та швидкість метаболізму RU. Згідно з цим, швидкість метаболізму в стані спокою вимірюється не лежачи, а коли людина сидить. Крім того, ця людина "належним чином" одягнена, а температура в приміщенні трохи нижча, ніж при вимірюванні рівня базального метаболізму. Деякі джерела також говорять про оборот обслуговування, наприклад продовольчий лексикон:

"Однак підтримуючий метаболізм відрізняється від основного обміну тим, що він визначає лише абсолютно важливу кількість енергії".

Ось таблиця з типовим основним оборотом:

Вік	Чоловік (172 см, 70 кг)	Жінка (165 см, 60 кг)
15-18	7900	6200
19-35	7300	6000
36-50	6800	5600
51-65	6200	5200
66-77	5800	5000

До речі, цифри взяті з підручника "Харчування в часі" Ульріке Аренс-Азеведо [2]. З цієї таблиці ви можете визначити два фактори, від яких залежить базальний рівень метаболізму: чим старша людина, тим нижчий рівень базового метаболізму, а чоловіки мають більший рівень базового метаболізму, ніж у жінок, але ця різниця стає меншою із збільшенням віку.

Фактори, від яких залежить базальний рівень метаболізму

Вік

Оскільки важливі метаболічні процеси зменшуються з віком, а вміст жиру в тканині зазвичай збільшується, базальний рівень метаболізму також зменшується із збільшенням віку. Ви можете відняти приблизно 20-28 кДж на рік із базальної швидкості метаболізму. У 80-річного чоловіка на 560 кДж/день менше ГУ, ніж у 60-річного чоловіка.

Ось графічне зображення рівня базального метаболізму як функції віку, отримане з даних у таблиці вище. Ви можете чітко помітити, що "розрив" між чоловіками та жінками стає дедалі меншим із збільшенням віку.

Стать

Жінки мають нижчий рівень ГУ, ніж чоловіки. Це пов’язано зі складом тканини тіла. З генетичних причин жінки мають більший відсоток жиру в тканинах свого тіла (25%), ніж чоловіки (лише 13%). На противагу цьому, чоловіки з 55% мають вищий відсоток м’язів, ніж жінки з лише 47% [9] .

Оскільки м’язова тканина має вищі енергетичні витрати, ніж жирова тканина, ГУ логічно вища у чоловіків, ніж у жінок. Якщо порівнювати чоловіка та жінку одного віку, ваги та зросту, то різниця ГУ може легко становити 1500 кДж/день.

вага і зріст

Люди є ссавцями з однаковою температурою, тому вони виробляють тепло в своїх клітинах, яке підтримує тіло на однаково високій температурі незалежно від температури навколишнього середовища. Чим більше і важче людина, тим більше клітин у них і тим більше поживних речовин спалюється в цих клітинах. Тому представляється цілком логічним, що ГУ збільшується із збільшенням маси тіла та зросту.

Склад тіла

Люди, які мають високий відсоток м’язової маси внаслідок спортивних занять або через фізично вимогливу роботу, мають високий рівень ГУ. Це знову пов’язано з тим, що м’язові клітини мають вищу метаболічну активність, ніж, наприклад, жирові клітини. Натомість у людей із надмірною вагою або ожирінням рівень ГУ нижчий за норму через більший вміст жиру.

харчування

Згідно з [12], високий вміст білка в раціоні може збільшити ГУ до 15%.

клімат

При температурі вище середньої ГУ вище норми, оскільки тіло більше потіє і в цілому піддається більшому стресу. При холодних температурах ГУ також вищий за норму, оскільки тепер м’язи починають тремтіти, працюючи проти втрати тепла тіла. Якщо ви проводите цілий день на вулиці взимку, базальний обмін може збільшитися приблизно на 10%.

Однак зараз можна подумати, що люди, які живуть у тропіках, мають ГУ вищий, ніж у центральноєвропейців, через високі "тропічні" температури. Однак це не зовсім правильно, оскільки з роками організм пристосовується до цих екстремальних кліматичних умов. За даними DÖRR [1], GU в тропічних країнах навіть на 10-20% нижчий, ніж у помірних широтах. Це здається логічним, адже коли зовнішня температура тепла, вам не потрібно витрачати стільки енергії, щоб підтримувати температуру тіла.

Хвороби

В принципі не можна сказати, що хвороби збільшують або зменшують ГУ. Це повністю залежить від типу хвороби. Якщо хвороба пов’язана з лихоманкою, GU з кожним ступенем лихоманки збільшується на 13% [12], загалом до 40%. Довгий постільний режим, навпаки, змушує ГУ тонути.

стрес

Загалом, стрес збільшує ГУ до 25% [12]. Найчастіше беруть участь певні гормони, такі як адреналін або тироксин. Наприклад, якщо щитовидна залоза надмірно активна, секреція тироксину збільшується, а отже, і GU.

депресії

Депресія знижує ГУ, оскільки люди, які страждають на депресію, як правило, менш активні (вони "тусуються", як кажуть).

Спорт

Фізична активність не тільки збільшує швидкість метаболізму, як можна подумати, але й базальну швидкість метаболізму. Частка м’язової тканини збільшується завдяки фізичним вправам, і м’язова тканина має більший енергообмін, ніж, наприклад, жирова тканина.

вагітність

Під час вагітності жінки можуть збільшити ГУ до 25%.

Швидко

Більш тривале голодування може зменшити ГУ на 16-40%, оскільки споживання енергії організмом повільно адаптується до постачання енергії [3] .

Походження/спадкування

У листопадовому випуску журналу Spektrum der Wissenschaft за листопад 2017 р. Є дуже цікава стаття на тему базальної швидкості метаболізму [11]. Відповідно до цього, базальний рівень метаболізму залежить від усіх факторів, згаданих вище, а також від походження конкретної людини.

"Крім того, інтенсивність метаболізму різниться у окремих людей. У 1986 році вчені дослідили метаболізм 130 людей з 54 сімей в ході дослідження. Навіть розглянувши відмінності у віці, статі та структурі тіла, вони все ще спостерігали сімейні відмінності до 500 кілокалорій на день. Походження, очевидно, сильно впливає на інтенсивність метаболізму та здатність контролювати вагу ".

Оцінка швидкості базального метаболізму

Для розрахунку базальної швидкості метаболізму людини існують емпіричні правила та "правильна" формула.

Емпіричне правило для базальної швидкості метаболізму

На кг ваги тіла один ГУ становить 1 ккал на годину.
Один має ГУ 100 кДж на день на кг ваги.

Ці принципові правила застосовуються до 25-річного чоловіка із нормальною вагою. Однак при оцінці СП слід враховувати вищезазначені фактори. Для жінок ви можете відняти певну суму із розрахункової ГУ.

25-річний чоловік вагою 70 кг мав би GU приблизно 7000 кДж/день.

Розрахунок базальної швидкості метаболізму

Найдавніша формула для розрахунку швидкості базального метаболізму походить від Дж. А. Гарріса та Ф. Г. Бенедикта з 1918 р. [7]. Тут потрібно бути обережним, оскільки GU вираховується в ккал, а не в кДж.

Формула Гарріса - Бенедикта 1918 року:

ГУМЕН = 66 + (13,7 × вага в кг) + (5 × висота в см) - (6,8 × вік) ккал
Жінки ГУ = 655 + (9,6 × вага в кг) + (1,8 × висота в см) - (4,7 × вік) ккал

Отже, 16-річна дівчина, яка має зріст 170 см і важить 70 кг, мала б ГУ

655 + 672 + 306 - 75 = 1558 ккал/д = 6543,6 кДж/д

З іншого боку, правило "100 кДж/день на кг ваги тіла" призведе до значення 7000 кДж/день, тобто трохи більше. Емпіричне правило поширюється лише на 25-річного чоловіка, тому вам доведеться відрахувати з нього певну суму для жінки. З іншого боку, дівчина молодша за еталонного чоловіка, тому вам доведеться купувати невелику суму знову. Обидва фактори приблизно врівноважують один одного, щоб можна було знову прийняти значення емпіричного правила.

Формула Міффліна та Сент-Хеора, запропонована в 1990 р. [4], є дещо більш точною та актуальною:

Міффлін - св. Формула Jeor з 1990 року:

ГУМЕН = (10 х вага у кг) + (6,25 х висота в см) - 5 х вік + 5 ккал
Жінки ГУ = (10 x вага у кг) + (6,25 x висота в см) - 5 x вік - 161 ккал

Можливо, ця формула краще адаптована до сучасного способу життя чоловіків і жінок, який сьогодні вже не так відрізняється, як 100 років тому.

Згідно з цією формулою, 16-річна дівчинка, яка має зріст 170 см і важить 70 кг, мала б ГУ

700 + 1063 - 80 - 161 = 1522 ккал/д = 6392 кДж/д

Це трохи менше, ніж формула Гарріса-Бенедикта 1918 року.

Вимірювання швидкості базального метаболізму

Це добре і добре, якщо ви можете оцінити або навіть розрахувати базальний рівень метаболізму, але, на жаль, кожна людина відрізняється, і якщо ви хочете отримати реальні та індивідуальні значення для ГК, вам доведеться виміряти ГК.

Як можна виміряти ГУ?

Для цього нам потрібно трохи повернутися назад і зайнятися хімією. Уявіть, якби людина їла лише глюкозу. Це було б абсолютно нездоровим, але дуже корисним для вимірювання рівня базального метаболізму. Тому що тоді ви могли б використовувати просте рівняння реакції

$ C_H_O_ + 6 O_ \ до 6 CO_ + 6 H_O $

на основі. При цьому окисленні глюкози киснем до води та вуглекислого газу виділяється енергія реакції від 2790 [3] до 2880 [10] кДж/моль [3], залежно від літературного джерела. .

Для експертів: згадані тут відмінності пов’язані з тим, що дихання клітин вимірюється за різних умов і що одні автори констатують ентальпію реакції ΔH, інші - вільну ентальпію ΔG.

Цю виділену енергію не можна виміряти безпосередньо, але ви можете визначити, скільки літрів кисню людина споживає за певний час або скільки літрів вуглекислого газу вона видихає за певний час. І тоді вам доведеться розрахувати. Якщо, наприклад, за певний проміжок часу було спожито 10 літрів кисню, то це 10/22,4 = 0,45 моль O2. Ви повинні знати, що 1 моль (ідеального) газу займає об’єм 22,4 літра при кімнатній температурі.

Якби було витрачено рівно 22,4 літра і, таким чином, 1 моль кисню, тоді можна було б знати, що саме 1/6 моль глюкози було б окислено (див. Рівняння реакції). Однак у нашому прикладі спожито лише 10 літрів = 0,45 моль кисню. Тоді це відповідає 0,075 моль глюкози.

Окислення 1 моль глюкози виділяє близько 2800 кДж енергії. Отже, коли окислюється 0,075 моль глюкози, виділяється приблизно 210 кДж енергії. Тоді це буде базовий рівень метаболізму протягом цього періоду. Тепер цей GU потрібно лише екстраполювати до 24 годин, і вимірювання завершено.

Пряма калориметрія

Метод прямої калориметрії рідко застосовується для вимірювання ГУ. Для цього випробуваного поміщають у закриту теплоізольовану камеру, в яку закачують повітря, у якому вимірюють вміст кисню. Відпрацьоване повітря витягується і пропускається через сірчану кислоту і содову вапно. Сірчана кислота поглинає утворену воду, кальцинована вапна - утворюється вуглекислий газ. Потім обидва сполуки зважують. Кількість тепла, яке виробляє випробовуваний, визначається подібно до охолоджувача Лібіха. Водопровідні труби спірально проходять через камеру. Холодна вода певної температури закачується в труби з одного боку, а вода, трохи підігріта теплом тіла, зливається з іншого боку. Потім оцінюється різниця температур для розрахунку базальної швидкості метаболізму разом із спожитим киснем та утвореною водою та діоксидом вуглецю. Людина отримує певну кількість їжі, яку також вимірюють, а тверді та рідкі екскременти людини також збирають і вимірюють.

Легко збудливі люди не підходять для цього типу вимірювань, вони можуть відчувати стрес у вузькій камері, і тоді, звичайно, базальний рівень метаболізму збільшується [5] .

Пряма калориметрія також дуже складна і дорога (висока закупівельна ціна для камери), і вона підходить лише для спокійних досліджень [6] .

Ви можете знайти схематичне креслення такої камери дихання за наступним посиланням. Однак на малюнку видно, що камера підходить не тільки для спокійних занять. Випробуваний сидить на велотренажері.

Непряма калориметрія

Зазвичай витрата енергії людини визначається непрямою калориметрією. В принципі, процедура є такою, як описано в розділі "Вимірювання базальної швидкості метаболізму". Однак людина, яка зробила себе доступним для вимірювання, їла не тільки глюкозу, що ускладнює ситуацію. Проте можна зробити висновки щодо ГУ щодо споживання кисню. Випробуваний вдихає та видихає навколишнє повітря (азот + кисень) через спеціальний мундштук. Повітря, що видихається, збирається та аналізується. Тут важливим є залишок O2, що залишився, і вироблена частка CO2.

Коефіцієнт дихання

Вирішальним є так званий коефіцієнт дихання (RQ). Коефіцієнт дихання - це відношення видихуваного вуглекислого газу V (CO2) до вдихуваного кисню V (O2).

Погляньмо ще раз на рівняння окислення глюкози:

$ C_H_O_ + 6 O_ \ до 6 CO_ + 6 H_O $

Тут співвідношення CO2: O2 дорівнює рівно 6: 6 або 1: 1, отже, RQ = 1.

Отже, якщо за допомогою непрямої калориметрії ви виявили, що випробовуваний виробляв рівно стільки ж вуглекислого газу, скільки вдихав кисень, то ви знаєте, що останнім часом людина вживає в основному вуглеводи, які окислюються згідно з наведеним вище рівнянням.

Припустимо, людина їла переважно жири. Жири складаються з молекул гліцерину, які зв’язані з трьома жирними кислотами. Добре відомою жирною кислотою є пальмітинова кислота з 16 атомами вуглецю.

Молекула жиру, яка складається з молекули гліцерину та трьох молекул пальмітинової кислоти, має молекулярну формулу C51H98O6. Рівняння реакції окислення цього жиру виглядає так [3]:

$ C_H_O_ + 72,5 O_ \ до 51 CO_ + 49 H_O $

Щоб спалити 1 моль цього жиру, використовується 72,5 молей кисню, але утворюється лише 51 моль вуглекислого газу. Коефіцієнт дихання має значення 51/72,5 = 0,70, що нижче RQ для вуглеводів. Оскільки жирні кислоти майже не містять кисню (двох атомів O в групі COOH смішно мало; більшість молекул складається з атомів C і H), для окислення потрібно додати багато кисню. Вуглеводи, навпаки, вже містять багато кисню, тому для окислення вже не так багато О2.

Навіть білки не містять стільки кисню в молекулах, але органічні залишки амінокислот не такі довгі, як алкільні залишки жирних кислот, саме тому частка кисню в білках більша, ніж у жирах. RQ для білків становить 0,8 [3] .

Для їжі, складеної відповідно до рекомендацій DGE (55% вуглеводів, 30% жиру, 15% білка), приймається RQ 0,85 [3] [5] .

Якщо ви знаєте RQ досліджуваного, ви знаєте приблизно відсотковий склад дієти, що складається з вуглеводів, жирів та білків. Потім ви можете підрахувати, скільки енергії та вуглекислого газу виділяється, коли 1 г цієї змішаної їжі спалюється в організмі. Потім загальну кількість виділеної енергії можна розрахувати з обсягу виділеного СО2. Оскільки ви також знаєте обсяг споживаного O2, ви можете легко виконати контрольний розрахунок.

Навчальний матеріал:

Зовнішні посилання:

Розрахунки енергії (Sportunterricht.ch)
Розрахувати базальний рівень метаболізму (Mileage.net)
Калькулятор калорій (Apotheken-Umschau.de)
Швидкість базального метаболізму (Biologie-Schule.de)

IMPRINT/Політика конфіденційності/Карта сайту

02.07.2017: Сторінку створено
01.10.2017: сторінку переглянуто.
21 жовтня 2017: Сторінку оновлено.
16.09.2019: Сторінку трохи додано.
31.08.2020: Сторінку перевірено.