Žmogaus energijos apykaita

„Žmogaus kūnas yra „mašina“, galinti išskirti cheminę energiją, surištą maisto „kure“; šis „kuras“ yra angliavandeniai, riebalai, baltymai ir alkoholis“ (PSO).

Bet kurio iš išvardytų šaltinių pirmenybė teikiama skirtingiems energijos mainų mastams ir susijusiems medžiagų apykaitos pokyčiams.

Įvairių maisto energijos tiekimo metabolinių šaltinių ypatybės

Rodikliai	Gliukozė	Palmitatas	Baltymai
Šilumos išsiskyrimas, kcal:
1 moliui oksiduoto	673	2398	475
1 g oksiduoto	3,74	9.30	5.40
Deguonies suvartojimas:
Kandys	66,0	23,0	5.1
L	134	515	114
Anglies dioksido gamyba:
Kandys	66,0	16.0	4.1
L	134	358	92
ATP gamyba, moliai:	36	129	23
ATP produktų kaina:
Pragaras	18.7	18.3	20.7
V/d	3.72	3,99	4,96
S/d	3.72	2,77	4.00
Kvėpavimo koeficientas	1.00	0,70	0,81
Energijos ekvivalentas 1 litre sunaudoto deguonies	5.02	4.66	4.17

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Energijos mainų etapai

Nors baltymų, riebalų ir angliavandenių struktūrų skaidymas ir sintezė turi būdingų bruožų ir specifinių formų, šių skirtingų medžiagų transformacijoje yra keletas iš esmės bendrų etapų ir modelių. Atsižvelgiant į metabolizmo metu išsiskiriančią energiją, energijos metabolizmą reikėtų suskirstyti į tris pagrindinius etapus.

I fazėje didelės maistinių medžiagų molekulės virškinimo trakte suskaidomos į mažesnes. Angliavandeniai sudaro 3 heksozes (gliukozę, galaktozę, fruktozę), baltymai – 20 aminorūgščių, riebalai (trigliceridai) – glicerolį ir riebalų rūgštis, taip pat retesnius cukrus (pavyzdžiui, pentozes ir kt.). Apskaičiuota, kad per žmogaus gyvenimą per organizmą praeina vidutiniškai 17,5 tonos angliavandenių, 2,5 tonos baltymų ir 1,3 tonos riebalų. I fazėje išsiskiriančios energijos kiekis yra nereikšmingas ir išsiskiria šilumos pavidalu. Taigi, skaidant polisacharidus ir baltymus, išsiskiria apie 0,6 % visos energijos, o riebalų – 0,14 %, kurie susidaro jiems visiškai suskaidant iki galutinių medžiagų apykaitos produktų. Todėl cheminių reakcijų I fazėje reikšmė daugiausia yra maistinių medžiagų paruošimas faktiniam energijos išsiskyrimui.

II etape šios medžiagos toliau skaidosi dėl nevisiško sudegimo. Šių procesų rezultatas – nevisiškas sudegimas – atrodo netikėtas. Iš 25–30 medžiagų, be CO2 ir H2O, susidaro tik trys galutiniai produktai: α-ketoglutarinė rūgštis, oksaloacto rūgštis ir acto rūgštis acetilkoenzimo A pavidalu. Kiekybiškai vyrauja acetilkoenzimas A. II etape išsiskiria apie 30 % maistinėse medžiagose esančios energijos.

III etape, vadinamame Krebso trikarboksirūgšties cikle, trys II fazės galutiniai produktai sudeginami iki anglies dioksido ir vandens. Šio proceso metu išsiskiria 60–70 % maistinių medžiagų energijos. Krebso ciklas yra bendras galutinis angliavandenių, baltymų ir riebalų skaidymo kelias. Tai savotiškas mainų mazgas, kuriame susilieja įvairių struktūrų transformacijos ir galimas abipusis sintetinių reakcijų perėjimas.

Skirtingai nuo I etapo – hidrolizės etapų virškinimo trakte – II ir III medžiagų skaidymo fazėse išsiskiria ne tik energija, bet ir ypatingas jos kaupimosi būdas.

Energijos mainų reakcijos

Energijos taupymas pasiekiamas maisto skaidymo energiją paverčiant specialia cheminių junginių, vadinamų makroerginiais junginiais, forma. Šios cheminės energijos nešėjai organizme yra įvairūs fosforo junginiai, kuriuose fosforo rūgšties liekanos jungtis yra makroerginė jungtis.

Pagrindinę vietą energijos apykaitoje užima pirofosfato jungtis su adenozino trifosfato rūgšties struktūra. Šio junginio pavidalu organizme sunaudojama 60–70 % visos energijos, išsiskiriančios skaidant baltymus, riebalus ir angliavandenius. Energijos panaudojimas (oksidacija ATP pavidalu) yra labai biologiškai svarbus, nes šis mechanizmas leidžia atskirti energijos išsiskyrimo vietą ir laiką nuo jos faktinio sunaudojimo organų funkcionavimo metu. Apskaičiuota, kad per 24 valandas organizme susidarančio ir suskaido ATP kiekis yra maždaug lygus kūno svoriui. ATP konversijos į ADP metu išsiskiria 41,84–50,2 kJ arba 10–12 kcal.

Medžiagų apykaitos metu susidaranti energija sunaudojama pagrindinei medžiagų apykaitai, t. y. gyvybės palaikymui visiško ramybės būsenoje 20° C aplinkos temperatūroje, augimui (plastinei medžiagų apykaitai), raumenų darbui ir maisto virškinimui bei įsisavinimui (specifinis dinaminis maisto poveikis). Suaugusiųjų ir vaikų medžiagų apykaitos metu susidarančios energijos sąnaudos skiriasi.

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

BX

Vaikui, kaip ir visiems nesubrendusiems žinduoliams, bazinis metabolizmas iš pradžių padidėja 1,5 metų, o vėliau tolygiai didėja absoliučiais skaičiais ir lygiai taip pat reguliariai mažėja kūno masės vienetui.

Baziniam metabolizmui apskaičiuoti dažnai naudojami skaičiavimo metodai. Formulės paprastai orientuotos į ūgio arba kūno svorio rodiklius.

Bazinio metabolizmo greičio apskaičiavimas pagal kūno svorį (kcal/dieną). FAO/PSO rekomendacijos.

Amžius	Berniukai	Merginos
0–2 metai	60,9 R-54	61 R-51
3–9 metai	22,7 R + 495	22,5 R + 499
10–17 »	17,5 R +651	12,2 R +746
17–30»	15,3 R +679	14,7 R + 496

Bendra su maistu gaunama energija paskirstoma pagrindinei medžiagų apykaitai, specifiniam dinaminiam maisto veikimui, su išsiskyrimu susijusiam šilumos nuostoliams, fiziniam (motoriniam) aktyvumui ir augimui užtikrinti. Energijos paskirstymo struktūroje, t. y. energijos apykaitoje, skiriama:

• Gauta energija (iš maisto) = Sukaupta energija + Sunaudota energija.
• Sugerta energija = gauta energija - su išmatomis pašalinta energija.
• Metabolizuota energija = Gauta energija – Palaikymo (gyvybės) ir aktyvumo energija arba „bazinės išlaidos“.
• Pagrindinių sąnaudų energija lygi sumai:
  • bazinis medžiagų apykaitos greitis;
  • termoreguliacija;
  • maisto šildantis poveikis (PEF);
  • veiklos išlaidos;
  • Naujų audinių sintezės išlaidos.
• Nusėdimo energija – tai energija, sunaudota baltymams ir riebalams nusodinti. Glikogenas neatsižvelgiamas, nes jo nusėdimas (1 %) yra nereikšmingas.
• Sukaupta energija = Metabolizuota energija - Pagrindinių išlaidų energija.
• Augimo energijos sąnaudos = Naujų audinių sintezės energija + Naujuose audiniuose kaupiama energija.

Pagrindiniai amžiaus skirtumai slypi augimo sąnaudų ir, mažesniu mastu, aktyvumo santykyje.

Su amžiumi susiję paros energijos sąnaudų pasiskirstymo ypatumai (kcal/kg)

Amžius	BX	SDDP	Išskyrimo nuostoliai	Veikla	Ūgis	Iš viso
Priešlaikinis	60	7	20	15	50	152
8 savaitės	55	7	11	17	20	110
10 mėnesių	55	7	11	17	20	110
4 metai	40	6	8	25	8–10	87–89
14 metų	35	6	6	20	14	81
Suaugusiųjų	25	6	6	10	0	47

Kaip matote, augimo sąnaudos yra labai didelės mažo svorio naujagimiui ir pirmaisiais gyvenimo metais. Natūralu, kad suaugusiam žmogui jų tiesiog nėra. Fizinis aktyvumas sukelia dideles energijos sąnaudas net naujagimiui ir kūdikiui, o tai pasireiškia čiulpimu, neramumu, verksmu ir riksmais.

Kai vaikas neramus, energijos sąnaudos padidėja 20–60 %, o kai rėkia – 2–3 kartus. Ligos pačios reikalauja energijos sąnaudų. Jos ypač padidėja didėjant kūno temperatūrai (padidėjus 1 °C, medžiagų apykaita padidėja 10–16 %).

Skirtingai nuo suaugusiųjų, vaikai daug energijos eikvoja augimui (plastinei medžiagų apykaitai). Dabar nustatyta, kad norint sukaupti 1 g kūno masės, t. y. naujų audinių, reikia sunaudoti maždaug 29,3 kJ arba 7 kcal. Tikslesnis yra šis įvertinimas:

• Augimo energijos „sąnaudos“ = Sintezės energija + Nusėdimo naujame audinyje energija.

Neišnešioto, mažo svorio kūdikio sintezės energija yra nuo 1,3 iki 5 kJ (nuo 0,3 iki 1,2 kcal) 1 g pridėto prie kūno svorio. Išnešioto kūdikio – 1,3 kJ (0,3 kcal) 1 g naujo kūno svorio.

Bendros augimo energijos sąnaudos:

• iki 1 metų = 21 kJ (5 kcal) 1 g naujų audinių,
• po 1 metų = 36,5–50,4 kJ (8,7–12 kcal) 1 g naujų audinių arba apie 1 % visos maistinių medžiagų energijos.

Kadangi vaikų augimo intensyvumas skirtingais laikotarpiais skiriasi, plastinės medžiagų apykaitos dalis bendrose energijos sąnaudose yra skirtinga. Intensyviausias augimas yra intrauterininiu vystymosi laikotarpiu, kai žmogaus embriono masė padidėja 1 milijardą 20 milijonų kartų (1,02 x 109). Augimo tempas pirmaisiais gyvenimo mėnesiais išlieka gana didelis. Tai rodo reikšmingas kūno svorio padidėjimas. Todėl pirmuosius 3 mėnesius vaikams „plastinės“ medžiagų apykaitos dalis energijos sąnaudose yra 46%, vėliau pirmaisiais metais ji mažėja, tačiau nuo 4 metų, o ypač ikibrendimo laikotarpiu, stebimas augimo intensyvumo padidėjimas, kuris vėlgi atsispindi plastinės medžiagų apykaitos padidėjime. Vidutiniškai 6–12 metų vaikų augimui išleidžiama 12% energijos poreikio.

Energijos sąnaudos augimui

Amžius	Kūno svoris, kg	Svorio padidėjimas, g/dieną	Energinė vertė, kcal/dieną	Energinė vertė, kcal/(kg per dieną)	Kaip bazinio metabolizmo greičio procentinė dalis
1 mėnuo	3.9	30	146	37	71
3 »	5.8	28	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	28
1 metai	10.4	10	63	6	11
5 metai	17.6	5	32	2	4
14 metų, mergaitės	47,5	18	113	2	8
16 metų, berniukai	54,0	18	113	2	7

[ 9 ], [ 10 ]

Energijos suvartojimas sunkiai apskaičiuojamiems nuostoliams

Sunkiai įvertinami nuostoliai yra riebalų, virškinimo sulčių ir virškinamojo trakto sienelėse bei liaukose susidarančių sekretų netekimas su išmatomis, su besilupančiomis epitelio ląstelėmis, odos, plaukų, nagų dengiančių ląstelių atkritimas su prakaitu, o mergaitėms, sulaukus brendimo, – su menstruaciniu krauju. Deja, ši problema vaikams beveik nebuvo tirta. Manoma, kad vyresniems nei vienerių metų vaikams tai sudaro apie 8 % energijos sąnaudų.

[ 11 ]

Energijos sąnaudos veiklai ir kūno temperatūros palaikymui

Energijos sąnaudų dalis aktyvumui ir kūno temperatūros palaikymui kinta priklausomai nuo vaiko amžiaus (po 5 metų tai įtraukiama į raumenų darbo sąvoką). Per pirmąsias 30 minučių po gimimo naujagimio kūno temperatūra sumažėja beveik 2 °C, o tai sukelia dideles energijos sąnaudas. Mažų vaikų organizmas priverstas sunaudoti 200,8–418,4 kJ/(kg • parą) arba 48–100 kcal/(kg • parą), kad palaikytų pastovią kūno temperatūrą, kai aplinkos temperatūra yra žemesnė už kritinę (28–32 °C) ir aktyvumas. Todėl su amžiumi absoliučios energijos sąnaudos pastoviai kūno temperatūrai ir aktyvumui palaikyti didėja.

Tačiau energijos sąnaudų dalis pastoviai kūno temperatūrai palaikyti pirmaisiais gyvenimo metais vaikams yra mažesnė, kuo mažesnis vaikas. Tuomet energijos sąnaudos vėl mažėja, nes kūno paviršiaus plotas 1 kg kūno svorio vėl sumažėja. Tuo pačiu metu energijos sąnaudos veiklai (raumenų darbui) padidėja vyresniems nei vienerių metų vaikams, kai vaikas pradeda savarankiškai vaikščioti, bėgioti, užsiimti kūno kultūra ar sportu.

Fizinio aktyvumo energijos sąnaudos

Judėjimo tipas	Kal./min.
Važiavimas dviračiu mažu greičiu	4.5
Važiavimas dviračiu vidutiniu greičiu	7.0
Važiavimas dviračiu dideliu greičiu	11.1
Šokiai	3,3–7,7
Futbolas	8.9
Gimnastikos pratimai ant aparatų	3.5
Sprinto bėgimas	13,3–16,8
Ilgų distancijų bėgimas	10.6
Čiuožimas ant ledo	11.5
Slidinėjimas vidutiniu greičiu	10,8–15,9
Slidinėjimas maksimaliu greičiu	18.6
Plaukimas	11,0–14,0

6–12 metų vaikams fiziniam aktyvumui sunaudojama maždaug 25 % energijos poreikio, o suaugusiesiems – 1/3.

[ 12 ], [ 13 ]

Specifinis dinaminis maisto poveikis

Specifinis dinaminis maisto poveikis kinta priklausomai nuo mitybos pobūdžio. Jis labiau ryškus vartojant baltymingą maistą, mažiau – riebalus ir angliavandenius. Antrųjų gyvenimo metų vaikams specifinis dinaminis maisto poveikis yra 7–8 %, vyresniems vaikams – daugiau nei 5 %.

Įgyvendinimo ir streso įveikimo išlaidos

Tai natūrali normalios gyvenimo veiklos ir energijos sąnaudų kryptis. Gyvenimo ir socialinės adaptacijos procesas, švietimas ir sportas, tarpasmeninių santykių formavimasis – visa tai gali lydėti stresas ir papildomos energijos sąnaudos. Vidutiniškai tai sudaro papildomus 10 % dienos energijos „davinio“. Tuo pačiu metu, sergant ūmiomis ir sunkiomis ligomis ar traumomis, streso sąnaudų lygis gali gana ženkliai padidėti, ir į tai reikia atsižvelgti skaičiuojant maisto davinį.

Žemiau pateikiami duomenys apie energijos poreikio padidėjimą streso metu.

Valstijos	Energijos poreikio pokytis
Nudegimai priklausomai nuo nudeginto kūno paviršiaus procento	+ 30...70%
Daugybiniai sužalojimai su mechanine ventiliacija	+ 20...30%
Sunkios infekcijos ir daugybinės traumos	+ 10...20%
Pooperacinis laikotarpis, lengvos infekcijos, kaulų lūžiai	0... + 10%

Nuolatinis energijos disbalansas (perteklius arba trūkumas) sukelia kūno svorio ir ūgio pokyčius esant visiems vystymosi ir biologinio amžiaus rodikliams. Net ir vidutinis energijos trūkumas (4–5 %) gali sukelti vaiko vystymosi atsilikimą. Todėl maisto energijos tiekimas tampa viena svarbiausių tinkamo augimo ir vystymosi sąlygų. Šio tiekimo apskaičiavimas turi būti atliekamas reguliariai. Daugumai vaikų rekomendacijos dėl bendros paros raciono energijos kiekio gali būti analizės atskaitos taškas; kai kuriems vaikams, turintiems ypatingų sveikatos ar gyvenimo sąlygų, reikalingas individualus skaičiavimas, pagrįstas visų energiją vartojančių komponentų suma. Šie energijos sąnaudų apskaičiavimo metodai gali būti bendrųjų amžiaus standartų naudojimo ir galimybės individualiai koreguoti šiuos standartus pavyzdys.

Bazinio metabolizmo greičio nustatymo skaičiavimo metodas

Iki 3 metų	3–10 metų	10–18 metų
Berniukai
X = 0,249 kg - 0,127	X = 0,095 kg + 2,110	X = 0,074 kg + 2,754
Merginos
X = 0,244 kg - 0,130	X = 0,085 kg + 2,033	X = 0,056 kg + 2,898

[ 14 ], [ 15 ]

Papildomos išlaidos

Žalos kompensacija – bazinis medžiagų apykaitos greitis dauginamas: nedidelės chirurginės operacijos atveju – iš 1,2; skeleto traumos atveju – iš 1,35; sepsio atveju – iš 1,6; nudegimų atveju – iš 2,1.

Specifinis maisto dinaminis poveikis: + 10 % bazinio metabolizmo greičio.

Fizinis aktyvumas: pacientas guli lovoje + 10 % bazinio metabolizmo greičio; sėdi kėdėje + 20 % bazinio metabolizmo greičio; pacientas guli ligoninės palatoje + 30 % bazinio metabolizmo greičio.

Karščiavimo kaina: kiekvienas 1 °C vidutinis paros kūno temperatūros padidėjimas +10–12 % bazinio medžiagų apykaitos greičio.

Svorio padidėjimas: iki 1 kg/savaitę + 1260 kJ (300 kcal) per dieną.

Priimta formuoti tam tikrus su amžiumi susijusius gyventojų aprūpinimo energija standartus. Tokius standartus turi daugelis šalių. Visų organizuotų grupių maisto daviniai sudaromi jų pagrindu. Pagal juos taip pat tikrinami individualūs maisto daviniai.

Rekomendacijos dėl mažų vaikų iki 11 metų mitybos energetinės vertės

	0–2 mėnesiai	3–5 mėnesiai	6–11 mėnesių	1–3 metai	3–7 metai	7–10 metų
Bendra energija, kcal	-	-	-	1540 m.	1970 m.	2300
Energinė vertė, kcal/kg	115	115	110	-	-	-

Energijos normavimo rekomendacijos (kcal/(kg per dieną))

Amžius, mėnesiai	FAO/PSO (1985 m.)	JT (1996 m.)
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

Energijos apykaitos skaičiavimas ir korekcija yra skirti pašalinti pagrindinių energijos nešiklių, t. y. pirmiausia angliavandenių ir riebalų, trūkumą. Tuo pačiu metu šių nešiklių naudojimas nurodytiems tikslams yra įmanomas tik atsižvelgiant į ir koreguojant daugelio esminių lydinčių mikroelementų aprūpinimą. Todėl ypač svarbu skirti kalį, fosfatus, B grupės vitaminus, ypač tiaminą ir riboflaviną, kartais karnitiną, antioksidantus ir kt. Šios sąlygos nesilaikymas gali sukelti su gyvenimu nesuderinamas būkles, kurios atsiranda būtent intensyvios energijos mitybos, ypač parenteralinės, metu.