Енергетичний обмін людини

«Людський організм є" машиною ", яка може звільняти хімічну енергію, пов'язану в" паливі "харчових продуктів; цим "паливом" є вуглеводи, жири, білки і алкоголь »(ВООЗ).

Переважне використання будь-якого з перерахованих джерел має різні характеристики за величиною енергетичного обміну і супутніх метаболічних зрушень.

Особливості різних метаболічних джерел харчового енергетичного забезпечення

Показники	Глюкоза	Пальмитат	Білок
Вивільнення тепла, ккал:
На 1 моль окислений	673	2398	475
На 1 г окислений	3,74	9,30	5,40
Споживання кисню:
Моль	66,0	23,0	5,1
Л	134	515	114
Продукція вуглецю діоксиду:
Моль	66,0	16,0	4,1
Л	134	358	92
Продукція АТФ, моль:	36	129	23
Вартість продукції АТФ:
А / д	18,7	18,3	20,7
В / д	3,72	3,99	4,96
З / д	3,72	2,77	4,00
Дихальний коефіцієнт	1,00	0,70	0,81
Енергетичний еквівалент на 1 л використаного кисню	5,02	4,66	4,17

[1], [2], [3]

Етапи енергетичного обміну

Хоча дисиміляція і синтез структур білків, жирів і вуглеводів мають характерні особливості і специфічні форми, проте в перетворенні цих різних речовин є ряд принципово загальних етапів і закономірностей. По відношенню до вивільняється при обміні речовин енергії енергетичний обмін слід поділити на три основних етапи.

На I етапі в шлунково-кишковому тракті великі молекули поживних речовин розщеплюються на дрібні. З вуглеводів утворюються 3 гексози (глюкоза, галактоза, фруктоза), з білків - 20 амінокислот, з жиру (тригліцеридів) - гліцерин і жирні кислоти, а також більш рідкісні цукру (наприклад, пентози і ін.). Обчислено, що в середньому через організм людини за час його життя проходить вуглеводів - 17,5 т, білків - 2,5 т, жирів - 1,3 т. Кількість енергії, що вивільняється в I фазі незначно, при цьому вона виділяється у вигляді тепла. Так, при розщепленні полісахаридів і білків вивільняється близько 0,6%, жирів - 0,14% від загальної енергії, яка утворюється при їх повному розпаді до кінцевих продуктів обміну. Тому значення хімічних реакцій I фази полягає головним чином в підготовці поживних речовин до дійсного вивільнення енергії.

На II етапі ці речовини піддаються подальшому розщепленню шляхом неповного згоряння. Результат цих процесів - неповне згоряння - здається несподіваним. З 25-30 речовин утворюються, крім СО2 і Н2О, тільки три кінцеві продукти: α-кетоглутарова, щавелевоуксусная кислота і оцтова кислота у вигляді ацетілкоензіма А. Кількісно при цьому переважає ацетілкоензім А. У II фазі вивільняється близько 30% енергії, що міститься в поживних речовинах.

На III етапі, так званому циклі трикарбонових кислот Кребса, три кінцеві продукти II фази згоряють до вуглекислого газу і води. При цьому звільняється 60-70% енергії поживних речовин. Цикл Кребса є загальним кінцевим шляхом розщеплення як вуглеводів, так і білків і жирів. Це як би вузловий пункт в обміні, де сходяться перетворення різних структур і можливий взаимопереход синтетичних реакцій.

На відміну від I етапу - етапи гідролізу в шлунково-кишковому тракті - в II і III фазах розщеплення речовин відбувається не тільки вивільнення енергії, але і особливий вид її накопичення.

Реакції енергетичного обміну

Збереження енергії здійснюється за рахунок перетворення енергії розщеплення харчових продуктів в особливу форму хімічних сполук, які називаються макроергів. Носіями цієї хімічної енергії в організмі є різні фосфорні сполуки, в яких зв'язок залишку фосфорної кислоти і є макроергічним зв'язком.

Головне місце в енергетичному обміні належить пірофосфатной зв'язку зі структурою аденозинтрифосфорної кислоти. У формі цього з'єднання в організмі використовується від 60 до 70% всієї енергії, що вивільняється при розпаді білків, жирів, вуглеводів. Використання енергії (окислення в формі АТФ) має велике біологічне значення, тому що завдяки цьому механізму можливо роз'єднання місця і часу вивільнення енергії і її фактичного споживання в процесі функціонування органів. Підраховано, що за 24 год кількість що утворюється і розщеплюється АТФ в організмі приблизно дорівнює масі тіла. Перетворення АТФ в АДФ вивільняє 41,84-50,2 кДж, або 10-12 ккал.

Настає внаслідок обміну речовин енергія витрачається на основний обмін, т. Е. На підтримку життя в стані повного спокою при температурі навколишнього повітря 20 ° С, на зростання (пластичний обмін), м'язову роботу і на перетравлення і засвоєння їжі (специфічно-динамічна дія їжі). Є відмінності у витрачанні енергії, що утворюється в результаті обміну, у дорослого і дитини.

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

Основний обмін

У дитини, як і у всіх ссавців, які народжуються незрілими, відзначається первинне підвищення основного обміну до 1 1/2 років, яке потім неухильно продовжує підвищуватися в абсолютному вираженні і настільки ж закономірно знижуватися в розрахунку на одиницю маси тіла.

Нерідко використовують розрахункові методи обчислення основного обміну. Формули зазвичай орієнтовані на показники або довжини, або маси тіла.

Розрахунок основного обміну через масу тіла (ккал / добу). Рекомендації ФАО / ВО3

Вік	Хлопчики	Дівчатка
0-2 роки	60,9 Р-54	61 Р - 51
3-9 років	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

Сумарна енергія, що надійшла з їжею, розподіляється на забезпечення основного обміну, специфічно-динамічна дія їжі, втрати тепла, пов'язані з екскрецією, фізичну (рухову) активність і зростання. У структурі розподілу енергії, тобто енергетичного обміну розрізняють:

• Енергія надійшла (з їжі) = Енергія депонированная + Енергія використана.
• Енергія абсорбована = Енергія надійшла - Енергія виведена з екскрементами.
• Енергія метаболізуються = Енергія надійшла - Енергія забезпечення (життя) і активності, або «основних витрат».
• Енергія основних витрат дорівнює сумі:
  • основного обміну;
  • терморегуляції;
  • зігріваючого ефекту їжі (СДДП);
  • витрат на активність;
  • витрат на синтез нових тканин.
• Енергія депонування - енергія, витрачена на відкладення білка і жиру. Глікоген не враховується, так як його відкладення (1%) незначимо.
• Енергія депонування = Енергія метаболізуються - Енергія основних витрат.
• Енергія вартості зростання = Енергія синтезу нових тканин + Енергія, що депонує в новій тканини.

Головні вікові відмінності полягають у відносинах між витратами на зростання і, в меншій мірі, на активність.

Вікові особливості розподілу добових енерговитрат (ккал / кг)

Вік	Основний обмін	SDDP	Втрати на екскрецію	Активність	Зріст	Всього
Недоношена	60	7	20	15	50	152
8 тижнів	55	7	11	17	20	110
10 міс	55	7	11	17	20	110
4 роки	40	6	8	25	8-10	87-89
14 років	35	6	6	20	14	81
Дорослий	25	6	6	10	0	47

Як видно, витрати на зростання мають дуже важливе значення для маловагої новонародженого і протягом першого року життя. Природно, що у дорослої людини вони просто відсутні. Фізична активність створює значні витрати енергії навіть у новонародженого і немовляти, де її виразом є смоктання грудей, неспокій, плач і крик.

При неспокої дитини витрата енергії зростає на 20-60%, а при крику - в 2-3 рази. Захворювання пред'являють свої вимоги до витрат енергії. Особливо вони зростають при підвищенні температури тіла (на 1 ° С підвищення збільшення обміну становить 10-16%).

На відміну від дорослої людини, у дітей багато енергії витрачається на зростання (пластичний обмін). В даний час встановлено, що для накопичення 1 г маси тіла, т. Е. Нової тканини, необхідно затратити приблизно 29,3 кДж, або 7 ккал. Більш точною є наступна розрахункова оцінка:

• Енергетична «вартість» зростання = Енергія синтезу + Енергія депонування в новій тканини.

У недоношеної маловагої дитини Енергія синтезу становить від 1,3 до 5 кДж (від 0,3 до 1,2 ккал) на 1 г, доданий до маси тіла. У доношеної - 1,3 кДж (0,3 ккал) на 1 г нової маси тіла.

Загальна енергетична вартість зростання:

• до 1 року = 21 кДж (5 ккал) на 1 г нової тканини,
• після 1 року = 36,5-50,4 кДж (8,7-12 ккал) на 1 г нової тканини, або близько 1% від загальної енергії суми поживних речовин.

Оскільки інтенсивність росту у дітей в різні періоди різниться, то частка пластичного обміну в загальному витрачання енергії різна. Найбільш інтенсивний ріст у внутрішньоутробному періоді розвитку, коли маса зародка людини збільшується в 1 млрд 20 млн раз (1,02хЮ9). Темп зростання продовжує залишатися досить високим і в перші місяці життя. Про це свідчить значне збільшення маси тіла. Тому у дітей перших 3 міс частка «пластичного» обміну у витрачанні енергії становить 46%, потім на першому році вона знижується, однак з 4 років, і особливо в препубертатний період, спостерігається збільшення інтенсивності росту, що знову відбивається у вигляді збільшення пластичного обміну. В середньому у дітей 6-12 років на зростання витрачається 12% енергетичної потреби.

Витрати енергії на зростання

Вік	Маса тіла, кг	Надбавка маси тіла, г / сут	Енергетична вартість, ккал / сут	Енергетична вартість, ккал / (кг-добу)	У відсотках від основного обміну
1 міс	3,9	30	146	37	71
3 »	5,8	28	136	23	41
6 »	8,0	20	126	16	28
1 рік	10,4	10	63	6	11
5 років	17,6	5	32	2	4
14 років, дівчинки	47,5	18	113	2	8
16 років, хлопчики	54,0	18	113	2	7

[9], [10]

Витрата енергії на важко враховуються втрати

До важко враховуються втрат відносяться втрати з фекаліями жиру, травних соків і секретів, що виробляються в стінці травного тракту і в залозах, зі слущивающимися епітеліальними клітинами, з відпадають покривними клітинами шкіри, волоссям, нігтями, з потом, а після досягнення статевої зрілості у дівчат - з менструальної кров'ю. На жаль, це питання у дітей майже не вивчений. Вважають, що у дітей старше року він становить близько 8% енергетичних витрат.

[11]

Витрата енергії на активність і підтримання сталості температури тіла

Частка витрат енергії на активність і підтримання температури тіла змінюється з віком дитини (після 5 років це входить в поняття м'язової роботи). У перші 30 хв після народження температура тіла у новонародженого знижується майже на 2 ° С, що викликає значні витрати енергії. У дітей раннього віку на підтримку постійної температури тіла при температурі навколишнього середовища нижче критичної (28 ... 32 ° С) і активність організм дитини змушений витрачати 200,8-418,4 кДж / (кг • добу), або 48-100 ккал / (кг • добу). Тому з віком збільшується абсолютний витрата енергії на підтримання сталості температури тіла і активність.

Однак частка витрат енергії на підтримання сталості температури тіла у дітей першого року життя тим нижче, чим менша дитина. Потім знову відбувається зниження витрати енергії, так як поверхня тіла, віднесена на 1 кг маси тіла, знову зменшується. У той же час збільшується витрата енергії на активність (м'язову роботу) у дітей старше року, коли дитина починає самостійно ходити, бігати, займатися фізкультурою або спортом.

Енергетична вартість фізичної активності

Вид руху	Кал / хв
Їзда на велосипеді з низькою швидкістю	4,5
Їзда на велосипеді з середньою швидкістю	7,0
Їзда на велосипеді з високою швидкістю	11,1
Танці	3,3-7,7
Футбол	8,9
Гімнастичні вправи на снарядах	3,5
Біг спринтерський	13,3-16,8
Біг на довгі дистанції	10,6
Біг на ковзанах	11,5
Біг на лижах при помірній швидкості	10,8-15,9
Біг на лижах на максимальній швидкості	18,6
Плавання	11,0-14,0

У дітей у віці 6-12 років частка енергії, що витрачається на фізичну активність, становить приблизно 25% від енергетичної потреби, а у дорослого - 1/3.

[12], [13]

Специфічно-динамічна дія їжі

Спеціфіческідінаміческое дію їжі змінюється в залежності від характеру харчування. Сильніше воно виражено при багатою білками їжі, менше - при прийомі жирів і вуглеводів. У дітей другого року життя специфічно-динамічна дія їжі становить 7-8%, у дітей більш старшого віку - вище 5%.

Витрати на реалізацію і подолання стресу

Це природне направ-ня нормальної життєдіяльності і енерговитрат. Процес життя і соціальної адаптації, навчання і спорт, формування міжлюдських відносин - все це може супроводжуватися і стресом, і додатковими витратами енергії. В середньому це додаткові 10% від добового енергетичного «пайка». Разом з тим при гострих і важких захворюваннях або травмах рівень стресових витрат може зростати дуже істотно, і це вимагає врахування в розрахунку харчового раціону.

Дані про збільшення енергетичної потреби при стресі наведені нижче.

Стану	Зміна енергетичної потреби
Опіки в залежності від відсотка обпаленої поверхні тіла	+ 30 ... 70%
Множинні травми з проведенням апаратної вентиляції	+ 20 ... 30%
Важкі інфекції і множинна травма	+ 10 ... 20%
Післяопераційний період, неважкі інфекції, переломи кісток	0 ... + 10%

Стійкий дисбаланс енергії (надлишок або недолік) викликає зміна маси і довжини тіла при всіх показниках розвитку і біологічного віку. Навіть помірна недостатність енергії харчування (4-5%) може стати причиною затримки розвитку дитини. Тому харчова енергетична забезпеченість стає одним з найважливіших умов адекватності зростання і розвитку. Розрахунок цієї забезпеченості необхідно здійснювати регулярно. У більшості дітей орієнтирами для аналізу можуть бути рекомендації по сумарній енергії добового раціону, для деяких дітей з особливим станом здоров'я або умов життя необхідний індивідуальний розрахунок за сумою всіх енерговитратних компонент. Прикладом використання загальних вікових стандартів забезпеченості і можливості деякої індивідуальної корекції цих стандартів можуть служити наведені нижче методи розрахунку енерговитрат.

Розрахунковий метод визначення основного обміну

До 3 років	3-10 років	10-18 років
Хлопчики
X = 0,249 кг-0,127	Х = 0,095 кг + 2,110	X = 0,074 кг + 2,754
Дівчатка
Х = 0,244 кг-0,130	X = 0,085 кг + 2,033	Х = 0,056 кг + 2,898

[14], [15],

Додаткові витрати

Компенсація пошкодження - основний обмін множать: при малій хірургії - на 1,2; при скелетної травми - на 1,35; при сепсисі - на 1,6; при опіках - на 2,1.

Специфічно-динамічна дія їжі: + 10% від основного обміну.

Фізична активність: прикованность до ліжка + 10% від основного обміну; сидить в кріслі + 20% від основного обміну; палатний режим хворого + 30% від основного обміну.

Витрати на лихоманку: на 1 ° С середньодобового підвищення температури тіла + 10-12% від основного обміну.

Надбавка маси тіла: до 1 кг / тиждень + 1260 кДж (300 ккал) в день.

Прийнято формувати деякі нормативи вікового забезпечення енергією для населення. Багато країн мають такі нормативи. На їх основі розробляють все харчові раціони організованих колективів. З ними звіряють і індивідуальні раціони харчування.

Рекомендації по енергетичній цінності харчування дітей раннього віку та до 11 років

	0-2 міс	3-5 міс	6-11 міс	1-3 роки	3-7 років	7-10 років
Енергія, всього, ккал	-	-	-	1540	1970	2300
Енергія, ккал / кг	115	115	110	-	-	-

Рекомендації по нормуванню енергії (ккал / (кг • добу))

Вік, міс	FAO / VOZ (1985)	OON (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

Розрахунок і корекція енергетичного обміну орієнтовані на ліквідацію дефіцитів основних носіїв енергії, т. Е. Перш за все вуглеводів і жи рів. Разом з тим використання в заданих цілях цих носіїв можливо тільки при обліку і корекції забезпеченості багатьма принципово необхідними супутніми мікронутрієнтів. Так, особливо важливо буває призначення калію, фосфатів, вітамінів групи В, особливо тіаміну і рибофлавіну, іноді карнітину, антиоксидантів та ін. Недотримання цієї умови може стати причиною несумісних з життям станів, що виникають саме при інтенсивному енергетичному харчуванні, особливо парентеральному.