Витрати енергії (N
Витрати енергії (Н. Loos, MCU BIOENERGETIC Physiology
ПЛАН Визначення та принципи Методи вимірювання Визначення та принципи Методи вимірювання Фактори варіації ЕД
Енергетичний баланс ЕНЕРГЕТИЧНІ ВХОДИ ВИХОДИ
Різні типи енергетичних витрат експлуатаційні витрати витрати на оновлення (тканини, клітини) витрати на опалення (терморегуляція гомеотермії) витрати на рух (фізичні вправи)
Витрати енергії - Компоненти Термогенез = Термоліз M = (R ± C ± K ± E ± S) M = виробництво енергії R = втрати випромінювання C = втрати конвекції K = втрати кондукції E = втрати випаровування E E C C R + K
Визначення-Одиниця виміру Одиниця вимірювання калорій енергії, що міститься в певній кількості їжі (зазвичай 100 грамів) Спочатку калорія є фізичною одиницею виміру: це кількість, необхідна для підвищення температури граму води на 1 ° C У дієтології енергетична цінність харчового продукту відповідає кількості тепла, що виділяється блоком згоряння: кілокалорія (Ккал) = 1000 калорій, міжнародна одиниця - кілоджоуль (кДж): 1 ккал = 4,18 кДж
Методи вимірювання 1. Принцип прямої калориметрії: вимірювання тепловиділяючого інструменту: калориметрична камера 2. Принцип калориметрії їжі: калорійний еквівалент поживних речовин інструмент: калориметрична бомба 3. Принцип дихальної калориметрії: калорійний еквівалент споживаних кисню інструментів: • системи в замкнутому контурі або розімкнутий контур - невентильований (маска) або вентильований контур. допоміжна вентиляція. самовільна вентиляція:. з корпусом (вентильована витяжка). дихальна камера
QR = V'CO2/V'O2 ( знаю VE, FIO2, FEO2, FEC02) Режим кількісної оцінки витрат енергії QR = V'CO2/V'O2 ( знаю VE, FIO2, FEO2, FEC02) 1. Газообмін 2. Витрати енергії (DE) DE (ккал) = 3941 V'O2 + 1106 V'CO2 - 2,17 Н ( відомі виведення VO2, VCO2 та азоту) 3. Інші рівняння: З небілкового RQ: V 'CO2NP/V'O2NP
Приріст енергії: 1 г вуглеводів виділяє 4 ккал при згорянні 1 г ліпідів виділяє 9 ккал 1 г білків виділяє 4 ккал 1 г етанолу виділяє 7 ккал Застосування: Коли їжа містить 33,1% вуглеводів, 9,6% жиру та 34,6% білка, його розрахункова енергетична цінність становить: (33,1 х 4) + (9,6 х 9) + (34,6 х 4) = 357,2 Ккал на 100 грамів їжі. Перетворення в КДж здійснюється множенням цього результату на 4,18, отже (357,2 х 4,18) = 1493,1 КДж.
Окислення поживних сумішей QR 02, витрачене на G (%) на L (%) 1,00 100 0,95 83 17 0,90 66 34 0,85 49 51 0,80 32 68 0,75 15 85 0,70
Модуляція виграшу енергії, що забезпечується G, L, P Харчові волокна: частка 1% спричиняє зменшення засвоюваності енергії на 1,8%. Їжа з високим вмістом клітковини має завищений вміст енергії. Методи приготування (утворення основ Шиффа реакціями Майяра між вуглеводами та амінокислотами): зменшують засвоюваність. Енергія, що піддається метаболізму, завищена. Такі поживні речовини, як лимонна кислота, бензойна кислота. мають значну енергетичну цінність
Матерія ні створює, ні зникає: Введення речовини: 100 г глюкози (C6H12O6) 106,7 г кисню (O2) -------- 206,7 г Втрата матеріалу: 60 г води (H2O) 146,7 г вуглекислого газу ( CO2) ---------- Коли глюкоза спалюється, організм втратив 100 г ваги. Енергія, вироблена спалюванням цих 100 грам глюкози, становить близько 40 хвилин швидкої ходьби. Це означає, що витрачає 70-кілограмовий чоловік, коли він перебуває у стані спокою близько 3 годин. Ці енергетичні витрати становлять близько 400 кілокалорій. Коли наше тіло спалює 100 г глюкози, воно використовує 106,7 г кисню і відкидає 60 г води та 146,7 г CO2
Внесок різних органів у загальні витрати енергії чоловік 30 років жінка дитина 6 місяців печінка 21 14 мозок 20 44 серце 9 8 4 нирки 6 м'язи 22 16 жирова тканина 2 різне 19 24 всього 100
Походження енергетичних витрат 1. Втрати внаслідок базального метаболізму (підтримка температури тіла, заміщення мертвих клітин): є постійним для даної людини Численні рівняння регресії дозволяють оцінювати базальний обмін як функцію віку, зросту, ваги та статі часто недооцінюються дієтологами 2. Втрати внаслідок фізичних зусиль Фізичні зусилля змушують м’язові волокна споживати АТФ. Ефективність м’язової роботи становить 38%: 38% енергії, що виділяється під час гідролізу АТФ, перетворюється на механічну роботу, решта (62%) перетворюється на тепло. Примітка: Аеробний або анаеробний тип фізичної активності: анаеробний тип (висока потенція короткої тривалості) майже виключно використовує катаболізм вуглеводів як джерело енергії. Заняття аеробним типом (помірний тривалий ефект) в основному використовують катаболізм ліпідів як джерело енергії.
Основний метаболізм 1 Ккал/хв відповідає незнижуваним витратам Три умови вимірювання: 1- Голодування протягом 12 годин 2- У повному спокої 3 - При температурі теплової нейтральності 1 Ккал/хв 1500 Ккал на 24 години у дорослих молодих
MET (еквівалент метаболізму) Метаболічний еквівалент фізичних зусиль Одиниця виміру: V'O2 або співвідношення MET між споживанням енергії під час тренування та споживанням енергії в спокої 1 Ккал/хв 3, 5 мл/хв/кг O2 = 1 MET.
Фактори варіації MB закону поверхонь Витрати енергії на одиницю поверхні помітно однакові для всіх гомеотерм Фактори варіації MB MB Стать M> F Молодий вік> старий Морфологія: зріст і вага Розмір поверхневої ваги Молодий дорослий: Чоловік = 37 Ккал на м2 і на годину Жінка = 35 Ккал на м2 і на годину
Додаткові витрати енергії 1- Робота м’язів Вони залежать від інтенсивності та тривалості витрат м’язових вправ, ккал/год ні: лежачи 100 ні: стоячого відпочинку 140 прибирання 150 - 250 косіння газону 250 повільних 5 км/год 360 велосипед гольф садівництво 300 - 450 тихе плавання 260 - 750 теніс (одномісний) 480 гірські лижі 500 - 600 біг підтюпцем 600 - 750
Ходьба 5 км/год 6,5 км/год 55 кг 108 187 70 кг 138229 80 кг 162 277 DE, пов’язана з вагою (ккал/год) Ходьба 5 км/год 6,5 км/год 55 кг 108 187 70 кг 138229 80 кг 162 277
Температура теплової нейтральності: 2. Терморегуляція Гомеотерма: Адаптація до тепла ± затратна енергія (DE) Адаптація до холоду Відповідно до Giaja Витрати енергії (DE) Пік обміну Температура теплової нейтральності: Ta = 25 ° C Основний метаболізм Zzone Гомеотермічна зона Температура навколишнього середовища ГІПОТЕРМІЯ ГІПЕРТЕРМІЯ
3. Зростання Основний синтез білка Потреби у енергії (і витрати) діти> дорослі
Короткий зміст факторів мінливості витрат енергії Вік: - передчасний: 120 ккал/кг/день - 1-й рік: 100 ккал/кг/день - у 10 років: 80 ккал/кг/день у 20 років: 45 ккал/кг/Дж Стать: чоловік: + 5 до 8%/жінка Індивідуальна мінливість - нежирна маса = 80% дисперсії - генетичний фон = решта дисперсії (передбачає ризик набору ваги ++) Голодування: базальний метаболізм - худа маса - efficiency метаболічна ефективність Енергетичне перевантаження: базальний метаболізм - нежирна маса - постпрандіальний термогенез - cost енергетична вартість руху - енергоефективність
Розрахунок за статтю, вагою, зростом та віком за довідковими формулами Основні витрати енергії 24 години: Формула Харріса та Бенедикта (1919): Чоловік = 13,7516 х Вага (кг) + 500,33 х Зріст (м) - 6,7550 х Вік ( рік) + 66, 473 Жінки = 9,5634 x Вага (кг) + 184,96 x Зріст (м) - 4,6756 x Вік (рік) + 655, 0955 Формула де Харріса та Бенедикта, перерахована Розою та Шизгалем (1994): Чоловік = 13,707 x Вага (кг) + 492,3 х Зріст (м) - 6,673 х Вік (рік) + 77, 607 Самка = 9; 740 х Вага (кг) + 172,9 х Зріст (м) - 4,737 х Вік (рік) + 667,051 Формула Блек та ін (1996): Жінки: Ккал = [0,963 х Вага (кг) 0,48 х Висота (м) 0, 50 х Вік (рік) -0,13] х (1000/4,1855) Чоловіки: Ккал = [1,083 х Вага ( кг) 0,48 х Зріст (м) 0,50 х Вік (рік) -0, 13] х (1000/4,1855) Формула Блек та ін. в даний час є еталонною формулою, особливо у випадках із надмірною вагою та літніми людьми (старше 60 років).
"Спрощена" формула для розрахунку ПЕД у тих, хто страждає ожирінням: "Спрощена" формула для підрахунку витрат енергії у спокої (ПЕД): ПДВ для чоловіка із нормальною вагою (ккал/добу) = Вага х 24, 0 ПЕД для жінок із нормальною вагою ( ккал/добу) = вага x 22,5 "Спрощена" формула для розрахунку ПЕД у людей, які страждають ожирінням: ПДВ у чоловіків із ожирінням (ккал/добу) = Вага х 22, 0 ПДВ для жінок з ожирінням (ккал/добу) = вага х 20,7
За оцінками жінок, витрати енергії в стані спокою протягом 24 годин становлять: Витрати енергії протягом 24 годин розраховуються шляхом множення величини витрат енергії в стані спокою на коефіцієнт, що залежить від фізичної активності: Між 18 і 30 роками (14,7 x вага + 496) Cal Від 30 до 60 років (8,7 x вага + 829) Cal Більше 60 років (10,5 x вага + 596) Cal x 1,56 для занять легкою фізичною активністю x 1,64 для помірних фізичних навантажень x 1,82 для інтенсивних фізична активність
методи вимірювання А. Виділена енергія прямої калориметрії = тепло Вимірювання виробництва тепла тіла безпосередньою калориметрією
B. Непряма калориметрія 2.1 Термохімія їжі Їжа + O2 CO2 + H2O + Енергія Розрахунок енергетичних витрат від природи та ваги споживаної їжі Дві труднощі: • Вживана їжа повністю не спалюється. Враховуйте втрату енергії в екскрементах (стілець та сеча). • Вживання їжі може не точно покривати потреби - надлишок: запас жиру - дефіцит: використання запасів пор.
Етапи вимірювання: Середня теплота згоряння їжі 1. Зважте всю їжу, споживану суб'єктом протягом періоду вимірювання 1 грам вуглеводів = 4,2 Ккал 1 грам ліпідів = 9,4 Ккал 1 грам білка = 4,6 Ккал 2. обчисліть кількість білків, ліпідів та вуглеводів, що потрапляють в організм 3. Розрахуйте кількість енергії, яку надає кожна категорія поживних речовин (див. метод: схема зліва) 4. Розрахуйте витрати енергії: Витрати енергії (DE) = Вживання енергії - Виділення енергії
2.2 Дихальна термохімія Принцип Тепловий коефіцієнт кисню для вуглеводів C6 H12 O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 673 Ккал 6 х 22,4 л 673 Ккал 1 л 5 Ккал 1 літр O2 еквівалентно: для вуглеводів: 5,0 Ккал для ліпідів: 4,7 ккал для білків: 4,6 ккал Середній тепловий коефіцієнт O2 1 л O2 = 4,8 ккал
Суміші: таблиці температурних коефіцієнтів Дихальний коефіцієнт Чисті вуглеводи QR = 1 Чисті білки QR = 0,8 Чисті ліпіди QR = 0,7 Суміші: Таблиці теплових коефіцієнтів QR = V'C02/V'O2 Споживання кисню: V'O2 s ', виражене в л/хв або мл/хв/кг
V'O2 під час тренування Хімічна енергія Механічна енергія + тепло 25% 75% V'O2 та інтенсивність зусиль V'O2 та тривалість зусиль V'O2 вимірювання в полі під час прогресивного бігового тесту (3-хвилинні кроки з 1-хвилинною зупинкою між кожною швидкістю) дає набагато більш різку еволюцію. Понад V'O2 max будь-яка додаткова енергія надходить виключно з кислотного шляху
Вимірювання споживання O2 a. Метод замкнутого контуру (спірометрія) Нахил ділянки обумовлений витратою O2 1 см = 0,2 л V'O2 (л/хв) = H (см/хв) x 0,2 (л/см) DE = V'O2 (Л/хв) x 4,8 (Ккал) V'O2 в умовах STPD
b. Метод розімкнутого контуру Вимірювання газів, що видихаються FE02, FECO2 Вимірювання вентиляції Приклад: Якщо повітря V'E = 20 л/хв FIO2 = 21% FEO2 = 17% V 'O2 = 20 х (0,21 - 0,17) = 0,8 л/хв DE = 0,8 х 4,8 Ккал = 3,8 Ккал