Витрати енергії
Сайт на 100% присвячений ожирінню: визначення, механізми, профілактика, як з ним добре жити.
Вступ
З біологічної точки зору, саме клітини нашого організму споживають енергію під час реакцій клітинного метаболізму.
Клітина постійно робить роботу, щоб вижити:
| він будує макромолекули | |
| він транспортує речовини через мембрани | |
| вона рухається | |
| вона думає | |
| вона розмножується |
Для виконання цих завдань, як і багатьох інших, клітині потрібна енергія, яку вона повинна черпати із свого оточення. Світло є джерелом енергії для фотосинтезуючих організмів, таких як рослини та деякі бактерії. Ці організації, т.зв. автотрофи, виробляють власну хімічну енергію зі світла.
Тварини не є фотосинтетичними, і тому вони повинні поглинати свої джерела енергії. Організми, які не можуть виробляти свою енергію, називаються такими гетеротрофи. Вони отримують необхідну для них енергію шляхом окислення різних сполук, одержуваних переважно з їжею. Основними продуктами, отриманими з раціону, є вуглеводи, ліпіди та білки. Енергія, вироблена в результаті їх окислення, зберігається як АТФ під час складних біохімічних реакцій клітинний метаболізм.
Відходами клітинного дихання є вода та вуглекислий газ (CO2).
Більшість реакцій, що витягують енергію, що зберігається в органічних молекулах, відбувається у спеціалізованому місці в клітині: мітохондріях, які відіграють роль завод клітини. Клітина використовує ферменти для розщеплення складних молекул з великою кількістю потенційної енергії на більш прості продукти з меншою енергією. Енергія, яка береться від цієї деградації і використовується для виконання роботи, але частина її також втрачається як тепло.
Складові витрат енергії
З макроскопічної точки зору витрата енергії людини поділяється на три компоненти:
Основними факторами, що впливають на витрати енергії, є:
| Внутрішні фактори | Зовнішні фактори | |
| Базальний обмін речовин | Нежирна тканинна маса | |
| Вік, стать | ||
| Гормони щитовидної залози | ||
| Оборот білка | ||
| Термогенез | Поживний статус | Прийом їжі |
| Діяльність симпатичної нервової системи | Проковтування термогенних речовин, стрес | |
| Коричнева жирова тканина ? | вплив холодом | |
| Фізична активність | М'язова маса | Тривалість та інтенсивність м’язових вправ |
| Продуктивність м’язів | ||
| Максимум VO2 |
У людини з легкою фізичною активністю базальний метаболізм становить близько 65% загальних витрат енергії. Іншими словами, загальні витрати можна оцінити, помноживши базальний обмін на коефіцієнт (100/65), або 1,55. Цей фактор залежить від ступеня фізичної активності людей; це 1,80 для помірних навантажень і 2,1 для інтенсивних фізичних навантажень.
Пропорції між видами енерговитрат
Внесок різних тіл у витрату енергії
Поглинання кисню різними органами можна оцінити шляхом вимірювання артеріовенозної різниці концентрацій кисню та кровотоку органу.
| Людина (30 років) | Жінки (30 років) | Дитина (6 місяців) | |
| Печінка | 21 | 21 | 14 |
| Мозок | 20 | 21 | 44 |
| Серце | 9 | 8 | 4 |
| Нирки | 8 | 9 | 6 |
| М'язи | 22 | 16 | 6 |
| Жирова тканина | 4 | 6 | 2 |
| Різне (кістки, шкіра, кишечник.) | 16 | 19 | 24 |
Внесок різних органів і тканин як% витрат енергії
глобальний базальний
Цікаво відзначити, що основна частина основного обміну (приблизно 60%) відбувається за рахунок енергетичних витрат таких органів, як печінка, мозок, серце та нирки, органів, загальна вага яких складає лише 5-6% тіла вага. Витрати енергії на ці тканини в 15-40 разів перевищують еквівалентну вагу м’язів у спокої.
Фактори мінливості витрат енергії
Загальні витрати енергії змінюються залежно від віку, а отже, потреби в енергії залежать від віку досліджуваних. Оптимальні потреби в енергії визначаються як споживання їжі, необхідне для підтримки здоров’я, для зростання дітей та для належного рівня фізичної активності. Ці добові потреби становлять приблизно 120 ккал/кг у недоношених дітей, 100 ккал/кг протягом першого року життя, 80 ккал/кг у 10 років та 45 ккал/кг у віці 20 років.
Більшість з цих відмінностей в енергетичних потребах обумовлені різницею у фізичній активності, а для новонародженого - енергетичними витратами на дорослішання. Енергетичні витрати на зростання становлять близько 50% енергії, що потрапляється для недоношеної дитини, але ця частка значно зменшується з першого року життя. Енергетична вартість росту включає дві складові: енергетичну цінність отриманих тканин (накопичена енергія) та енергетичні витрати на синтез складових тканин. У маленьких дітей загальні витрати енергії на зростання становлять приблизно 5 ккал на грам набраної тканини. Недоношена дитина може отримати 12 г/кг х на добу, що відповідає витратам на зростання 60 ккал, або 50% споживання (120 ккал/кг х на добу).
Міжособистісна мінливість у дорослих
Найкращим предиктором 24-годинних витрат енергії є нежирна маса тканин; цей фактор пояснює 80% різниці між особами. Решта відхилення в основному зумовлена різницею в спонтанних фізичних навантаженнях. Крім того, існують відмінності в постгенезному термогенезі, у осіб із ожирінням з резистентністю до інсуліну спостерігається знижений термогенез.
Цікаво відзначити, що залишкова дисперсія (що не пояснюється м’якою тканинною масою) основного обміну в основному має генетичне походження, як показали дослідження сімейної залежності основного обміну та низької мінливості базального обміну між гомозиготними двійнятами. Ці дані показують, що енергетична ефективність метаболічних процесів частково визначається генетично.
Суб'єкти з відносно низьким базальним метаболізмом (з урахуванням нежирної маси тканини, віку та статі) мали б підвищений ризик набору ваги порівняно з суб'єктами з вищим базальним метаболізмом. Отже, підвищена енергоефективність, метаболічна характеристика якої протягом тисячоліть могла бути об’єктом природного відбору, сьогодні є фактором ризику розвитку ожиріння.
Варіації під час тривалого голодування
Загальновідомо, що тривале голодування викликає зниження базального обміну. Це зменшення зумовлене двома механізмами:
голодування призводить до зменшення маси нежирної тканини, тобто метаболічно активної тканини.
Два механізми адаптації сприяють збільшенню виходу метаболічної енергії під час голодування: зниження активності симпатичної нервової системи та зменшення концентрації трийодтироніну (Т3) у плазмі крові. Останнє зумовлене пригніченням діодинування тироксину (Т4) до Т3 у печінці. Ці процеси метаболічної адаптації можуть також відігравати роль енергозбереження серед населення країн, що розвиваються, що підпадають під сезонні обмеження у споживанні їжі.
Варіації під час енергетичного перевантаження
Збільшується витрата енергії внаслідок хронічного перевантаження їжею. Це збільшення можна пояснити трьома факторами:
збільшення маси нежирних метаболічно активних тканин,
збільшення термогенезу після їжі через надмірне споживання їжі,
Питання про зниження загальної енергетичної ефективності метаболічних процесів є суперечливим. Загальну енергетичну ефективність організму важко визначити. Енергетичну вартість синтезу АТФ (18,3 ккал або 18,4 ккал на моль АТФ, синтезованого під час окислення глюкози або жирних кислот відповідно) можна порівняти з фактичною вартістю заміщення молекул АТФ, яка становить приблизно 23 ккал і 19,5 ккал на режим АТФ, що замінюється під час метаболізму вуглеводів або жиру відповідно. Різниця між витратами на синтез АТФ та витратами на заміну АТФ пов’язана з тим, що АТФ, який використовується в «марних» циклах (цикл Корі, ліполіз та реестерифікація тригліцеридів), не вважається таким. Таким чином, згідно з цим визначенням, вихід заміщення АТФ за рахунок метаболізму вуглеводів, що потрапляють всередину, становить 18,3/23 = 80%, а ефективність заміщення АТФ за рахунок метаболізму введених ліпідів становить 18, 4/19,5 = 95%.
Більшість досліджень не показують незрозумілих витрат енергії (іноді їх називають споживанням розкоші) при переїданні зі змішаною дієтою. Звідси випливає, що "марні" цикли в цих умовах не стимулюються. З іншого боку, переїдання вуглеводами індукує збільшення специфічного термогенезу, пов’язаного зі стимуляцією симпатичної нервової системи. У цьому випадку спостерігається додатковий термогенний ефект.
Цікаво відзначити, що адаптація до гарячого або холодного в основному впливає на механізми, пов'язані з втратами тепла (розширення судин та звуження судин шкіри, потовиділення), тоді як метаболічна продукція тепла мало змінена.
Інформація на цьому веб-сайті може бути скопійована з некомерційною інформацією після узгодження із запитом до веб-майстра.
Фотографії є власністю їх авторів і не можуть копіюватися без їх дозволу.