Људски енергетски метаболизам

„Људско тело је 'машина' која може да ослободи хемијску енергију везану у 'гориву' хране; ово 'гориво' су угљени хидрати, масти, протеини и алкохол“ (СЗО).

Преференцијална употреба било ког од наведених извора има различите карактеристике у погледу величине енергетске размене и повезаних метаболичких промена.

Карактеристике различитих метаболичких извора снабдевања енергијом из хране

Индикатори	Глукоза	Палмитат	Протеини
Ослобађање топлоте, kcal:
По 1 молу оксидованог	673	2398	475
По 1 г оксидованог	3,74	9.30	5.40
Потрошња кисеоника:
Мољац	66,0	23,0	5.1
Л	134	515	114
Производња угљен-диоксида:
Мољац	66,0	16,0	4.1
Л	134	358	92
Производња АТП-а, молови:	36	129	23
Цена АТП производа:
Пакао	18,7	18,3	20,7
В/д	3,72	3,99	4,96
С/д	3,72	2,77	4,00
Респираторни квоцијент	1,00	0,70	0,81
Енергетски еквивалент по 1 литру коришћеног кисеоника	5.02	4,66	4.17

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Фазе размене енергије

Иако дисимилација и синтеза структура протеина, масти и угљених хидрата имају карактеристичне особине и специфичне облике, постоји низ фундаментално заједничких фаза и образаца у трансформацији ових различитих супстанци. У односу на енергију која се ослобађа током метаболизма, енергетски метаболизам треба поделити у три главне фазе.

У фази I, велики молекули хранљивих материја се у гастроинтестиналном тракту разлажу на мање. Угљени хидрати формирају 3 хексозе (глукоза, галактоза, фруктоза), протеини - 20 аминокиселина, масти (триглицериди) - глицерол и масне киселине, као и ређи шећери (на пример, пентозе итд.). Израчунато је да у просеку, током људског живота, кроз тело прође 17,5 тона угљених хидрата, 2,5 тоне протеина и 1,3 тоне масти. Количина енергије ослобођене у фази I је незнатна, и ослобађа се као топлота. Дакле, око 0,6% укупне енергије се ослобађа током разградње полисахарида и протеина, а 0,14% масти, које се формирају током њихове потпуне разградње до коначних метаболичких производа. Стога, значај хемијских реакција у фази I састоји се углавном у припреми хранљивих материја за само ослобађање енергије.

У фази II, ове супстанце се даље разлажу непотпуним сагоревањем. Резултат ових процеса - непотпуно сагоревање - делује неочекивано. Од 25-30 супстанци, поред CO2 и H2O, формирају се само три крајња производа: α-кетоглутарна киселина, оксалосирћетна киселина и сирћетна киселина у облику ацетил коензима А. Квантитативно, ацетил коензим А преовлађује. У фази II, ослобађа се око 30% енергије садржане у хранљивим материјама.

У фази III, такозваном Кребсовом циклусу трикарбоксилне киселине, три крајња производа фазе II се сагоревају до угљен-диоксида и воде. У овом процесу се ослобађа 60-70% енергије хранљивих материја. Кребсов циклус је општи коначни пут разградње угљених хидрата, протеина и масти. То је својеврсна чворна тачка у размени, где се трансформације различитих структура конвергирају и могућ је међусобни прелаз синтетичких реакција.

За разлику од I фазе - фазе хидролизе у гастроинтестиналном тракту - у II и III фазама разградње супстанци, не ослобађа се само енергија, већ и посебан тип њене акумулације.

Реакције размене енергије

Очување енергије се постиже претварањем енергије разградње хране у посебан облик хемијских једињења која се називају макроергичка једињења. Носиоци ове хемијске енергије у телу су различита једињења фосфора, код којих је веза остатка фосфорне киселине макроергичка веза.

Главно место у енергетском метаболизму припада пирофосфатној вези са структуром аденозин трифосфатне киселине. У облику овог једињења, у организму се користи 60 до 70% све енергије ослобођене током разградње протеина, масти и угљених хидрата. Употреба енергије (оксидација у облику АТП-а) је од великог биолошког значаја, јер овај механизам омогућава раздвајање места и времена ослобађања енергије од њене стварне потрошње током функционисања органа. Израчунато је да је за 24 сата количина АТП-а која се формира и разлаже у телу приближно једнака телесној тежини. Конверзијом АТП-а у АДП ослобађа се 41,84-50,2 kJ, односно 10-12 kcal.

Енергија настала као резултат метаболизма троши се на основни метаболизам, односно на одржавање живота у стању потпуног мировања на температури околине од 20° C, на раст (пластични метаболизам), рад мишића и на варење и асимилацију хране (специфично динамичко дејство хране). Постоје разлике у трошењу енергије настале као резултат метаболизма код одраслих и деце.

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

БX

Код детета, као и код свих сисара рођених незрелих, долази до почетног повећања базалног метаболизма за 1 1/2 године, који затим стално наставља да расте у апсолутном износу и подједнако редовно се смањује по јединици телесне масе.

Често се за израчунавање базалне стопе метаболизма користе методе израчунавања. Формуле су обично оријентисане ка индикаторима или дужине или телесне тежине.

Израчунавање базалне стопе метаболизма коришћењем телесне тежине (kcal/дан). Препоруке FAO/WHO

Узраст	Дечаци	Девојке
0-2 године	60.9 Р-54	61 Р - 51
3-9 година	22,7 Р + 495	22,5 Р + 499
10-17 »	17,5 Р +651	12.2 Р +746
17-30»	15,3 Р +679	14,7 Р + 496

Укупна енергија примљена храном распоређује се тако да се обезбеди базични метаболизам, специфично динамичко дејство хране, губитак топлоте повезан са излучивањем, физичка (моторичка) активност и раст. У структури расподеле енергије, односно енергетског метаболизма, разликују се:

• Примљена енергија (из хране) = депонована енергија + утрошена енергија.
• Апсорбована енергија = Примљена енергија - Енергија излучена излучевинама.
• Метаболизована енергија = Примљена енергија - Енергија одржавања (живота) и активности, или „основни трошкови“.
• Енергија главних трошкова једнака је збиру:
  • базална метаболичка стопа;
  • терморегулација;
  • ефекат загревања хране (WEF);
  • трошкови активности;
  • трошкови синтезе нових ткива.
• Енергија таложења је енергија утрошена на таложење протеина и масти. Гликоген се не узима у обзир, јер је његово таложење (1%) занемарљиво.
• Депонована енергија = Метаболизована енергија - Енергија основног утрошка.
• Трошкови енергије раста = Енергија синтезе нових ткива + Енергија депонована у новом ткиву.

Главне разлике у годинама леже у односу између трошкова раста и, у мањој мери, активности.

Карактеристике расподеле дневне потрошње енергије (kcal/kg) повезане са узрастом

Узраст	БX	СДДП	Губици излучивањем	Активност	Висина	Укупно
Прерано	60	7	20	15	50	152
8 недеља	55	7	11	17	20	110
10 месеци	55	7	11	17	20	110
4 године	40	6	8	25	8-10	87-89
14 година	35	6	6	20	14	81
Одрасли	25	6	6	10	0	47

Као што видите, трошкови раста су веома значајни за новорођенче мале тежине и током прве године живота. Наравно, они једноставно изостају код одрасле особе. Физичка активност ствара значајан утрошак енергије чак и код новорођенчета и одојчета, где се њен израз састоји у сисању дојке, немиру, плачу и вриштању.

Када је дете немирно, потрошња енергије се повећава за 20-60%, а када вришти - за 2-3 пута. Болести постављају своје захтеве за потрошњу енергије. Оне се посебно повећавају са повећањем телесне температуре (за повећање од 1° C, повећање метаболизма је 10-16%).

За разлику од одраслих, деца троше много енергије на раст (пластични метаболизам). Сада је утврђено да је за акумулацију 1 г телесне масе, односно новог ткива, потребно потрошити приближно 29,3 kJ, односно 7 kcal. Следећа процена је тачнија:

• Енергетски „трошкови“ раста = Енергија синтезе + Енергија таложења у новом ткиву.

Код превремено рођене бебе са малом телесном тежином, енергија синтезе је од 1,3 до 5 kJ (од 0,3 до 1,2 kcal) на 1 g додатог телесној тежини. Код доношене бебе - 1,3 kJ (0,3 kcal) на 1 g нове телесне тежине.

Укупни трошкови енергије за раст:

• до 1 године = 21 kJ (5 kcal) по 1 g новог ткива,
• после 1 године = 36,5-50,4 kJ (8,7-12 kcal) по 1 g новог ткива, или око 1% укупне енергије хранљивог садржаја.

Пошто интензитет раста код деце варира у различитим периодима, удео пластичног метаболизма у укупном енергетском утрошку је различит. Најинтензивнији раст је у интраутерином периоду развоја, када се маса људског ембриона повећава 1 милијарду 20 милиона пута (1,02 x 109). Стопа раста наставља да остане прилично висока у првим месецима живота. То се огледа у значајном повећању телесне тежине. Стога је код деце прва 3 месеца удео „пластичног“ метаболизма у енергетском утрошку 46%, затим у првој години се смањује, али од 4 године, а посебно у препубертетском периоду, примећује се повећање интензитета раста, што се поново огледа у повећању пластичног метаболизма. У просеку, 12% енергетских потреба се троши на раст код деце узраста од 6-12 година.

Трошкови енергије за раст

Узраст	Телесна тежина, кг	Повећање телесне тежине, г/дан	Енергетска вредност, kcal/дан	Енергетска вредност, kcal/(kg-dan)	Као проценат базалне метаболизма
1 месец	3,9	30	146	37	71
3 »	5,8	28	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	28
1 година	10.4	10	63	6	11
5 година	17,6	5	32	2	4
14 година, девојчице	47,5	18	113	2	8
16 година, дечаци	54,0	18	113	2	7

[ 9 ], [ 10 ]

Потрошња енергије за тешко обрачунаве губитке

Губици које је тешко објаснити укључују губитке масти, дигестивних сокова и секрета који се производе у зиду дигестивног тракта и жлезда са изметом, са ексфолијативним епителним ћелијама, са отпадањем покривних ћелија коже, косе, ноктију, са знојем и по достизању пубертета код девојчица - са менструалном крвљу. Нажалост, ово питање код деце једва да је проучавано. Сматра се да је код деце старије од годину дана то око 8% потрошње енергије.

[ 11 ]

Потрошња енергије на активност и одржавање телесне температуре

Удео потрошње енергије на активност и одржавање телесне температуре мења се са узрастом детета (после 5 година, ово је укључено у концепт мишићног рада). У првих 30 минута након рођења, телесна температура новорођенчета се смањује за скоро 2° C, што узрокује значајан утрошак енергије. Код мале деце, дечји организам је приморан да потроши 200,8-418,4 kJ/(kg • дан), односно 48-100 kcal/(kg • дан) да би одржао константну телесну температуру на температури околине испод критичне (28...32° C) и активност. Стога, са узрастом, апсолутни утрошак енергије за одржавање константне телесне температуре и активности се повећава.

Међутим, удео утрошка енергије на одржавање константне телесне температуре код деце прве године живота је мањи, што је дете мање. Затим, утрошак енергије поново опада, јер се површина тела по 1 кг телесне тежине поново смањује. Истовремено, утрошак енергије на активност (мишићни рад) се повећава код деце старије од годину дана, када дете почиње да хода, трчи, бави се физичким васпитањем или спортом самостално.

Трошкови енергије физичке активности

Врста кретања	Кал/мин
Вожња бицикла малом брзином	4,5
Вожња бицикла средњом брзином	7.0
Вожња бицикла великом брзином	11.1
Плес	3,3-7,7
Фудбал	8,9
Гимнастичке вежбе на справама	3,5
Спринт трчање	13,3-16,8
Трчање на дуге стазе	10.6
Клизање на леду	11,5
Скијашко трчање умереном брзином	10,8-15,9
Скијашко трчање максималном брзином	18,6
Пливање	11,0-14,0

Код деце узраста од 6 до 12 година, удео енергије утрошене на физичку активност је приближно 25% енергетских потреба, а код одраслих - 1/3.

[ 12 ], [ 13 ]

Специфично динамичко дејство хране

Специфични динамички ефекат хране мења се у зависности од природе исхране. Израженији је код хране богате протеинима, мање код масти и угљених хидрата. Код деце друге године живота специфични динамички ефекат хране је 7-8%, код старије деце - више од 5%.

Трошкови имплементације и превазилажења стреса

Ово је природни правац нормалне животне активности и потрошње енергије. Процес животне и социјалне адаптације, образовање и спорт, формирање међуљудских односа - све то може бити праћено стресом и додатним утрошком енергије. У просеку, то је додатних 10% дневне енергетске „оброка“. Истовремено, код акутних и тешких болести или повреда, ниво утрошка стреса може се прилично значајно повећати, а то захтева разматрање при израчунавању оброка хране.

Подаци о повећању енергетских потреба током стреса приказани су у наставку.

Државе	Промена у потребама за енергијом
Опекотине у зависности од процента опечене површине тела	+ 30...70%
Вишеструке повреде са механичком вентилацијом	+ 20...30%
Тешке инфекције и вишеструке трауме	+ 10...20%
Постоперативни период, благе инфекције, преломи костију	0... + 10%

Упорни енергетски дисбаланс (вишак или недостатак) узрокује промене у телесној тежини и дужини на свим развојним и биолошким индексима старости. Чак и умерени енергетски недостатак (4-5%) може изазвати кашњење у развоју детета. Стога, снабдевање енергијом из хране постаје један од најважнијих услова за адекватан раст и развој. Израчунавање овог снабдевања мора се редовно спроводити. За већину деце, препоруке за укупну енергију дневне исхране могу послужити као референтне вредности за анализу; за неку децу са посебним здравственим стањима или условима живота потребан је индивидуални прорачун на основу збира свих компоненти које троше енергију. Следеће методе за израчунавање потрошње енергије могу послужити као пример коришћења општих узрасних стандарда снабдевања и могућности извесне индивидуалне корекције ових стандарда.

Метод израчунавања за одређивање базалне брзине метаболизма

До 3 године	3-10 година	10-18 година
Дечаци
X = 0,249 кг - 0,127	X = 0,095 kg + 2,110	X = 0,074 кг + 2,754
Девојке
X = 0,244 кг - 0,130	X = 0,085 кг + 2,033	X = 0,056 кг + 2,898

[ 14 ], [ 15 ]

Додатни трошкови

Накнада штете - базални метаболизам се множи: за мање операције - са 1,2; за трауме скелета - са 1,35; за сепсу - са 1,6; за опекотине - са 2,1.

Специфично динамичко дејство хране: + 10% базалне брзине метаболизма.

Физичка активност: прикован за кревет + 10% базалног метаболизма; седење у столици + 20% базалног метаболизма; пацијент на болничком одељењу + 30% базалног метаболизма.

Трошкови грознице: за сваких 1°C просечног дневног повећања телесне температуре +10-12% базалне метаболизма.

Повећање телесне тежине: до 1 кг/недељно + 1260 kJ (300 kcal) дневно.

Прихваћено је да се формирају неки стандарди снабдевања енергијом за становништво у зависности од старости. Многе земље имају такве стандарде. Сви оброци хране организованих група развијају се на њиховој основи. Појединачни оброци хране се такође проверавају у односу на њих.

Препоруке за енергетску вредност исхране за децу раног узраста и до 11 година

	0-2 месеца	3-5 месеци	6-11 месеци	1-3 године	3-7 година	7-10 година
Енергија, укупно, kcal	-	-	-	1540.	1970.	2300
Енергија, kcal/kg	115	115	110	-	-	-

Препоруке за енергетску стандардизацију (kcal/(kg • дан))

Старост, месеци	ФАО/СЗО (1985)	УН (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

Израчунавање и корекција енергетског метаболизма имају за циљ отклањање недостатака главних носача енергије, односно првенствено угљених хидрата и масти. Истовремено, употреба ових носача за наведене сврхе могућа је само уз разматрање и корекцију обезбеђивања многих фундаментално неопходних пратећих микронутријената. Стога је посебно важно прописати калијум, фосфате, витамине Б групе, посебно тиамин и рибофлавин, понекад карнитин, антиоксиданте итд. Непоштовање овог услова може изазвати стања неспојива са животом, која настају управо код интензивне енергетске исхране, посебно парентералне.