Podstawowa

przemiana

materii

Zakład Fizjologii AWF

Dr n. med. Andrzej

Wiśniewski

Przemiana

materii

Całokształt przemian

biochemicznych i
towarzyszących im przemian
energii zachodzących w
organizmie – we wszystkich
komórkach z których jest
zbudowany organizm – i leżących
u podstaw życia, niezbędnych do
zachowania struktury organizmu i
wykonywania różnych form pracy.

Węglowodany, tłuszcze oraz
aminokwasy zostają utlenione
w mitochondriach komórek.

Utlenianie wyzwala energię
do syntezy związków
fosforowych, przede
wszystkim do syntezy ATP
(adenozynotrifosforan).

Resynteza ATP

Odtwarzanie ATP zachodzi stale:

energia potrzebna do

resyntezy ATP pochodzi z

katabolizmu (zużywania)

węglowodanów, tłuszczy i w

małym stopniu z

aminokwasów

Organizm osoby wykonującej wysiłek fizyczny
wytwarza odpowiednią - wyrażoną w kcal, kJ,
lub w litrach pobranego tlenu - ilość energii,
która pokryje zwiększone zapotrzebowanie
energetyczne związane z wysiłkiem.

Możemy rozróżnić wobec tego dwa
stany energetyczne:
•

spoczynku

, w którym energia

wytwarzana jest wyłącznie na potrzeby
„podstawowe” organizmu [PPM]
•

wysiłku

, w którym przemiana materii

ulega zwiększeniu - koszt energetyczny
wysiłku.

Dobowe

zapotrzebowanie

energetyczne

W uproszczeniu:

Energia potrzebna

organizmowi w ciągu doby =

PPM + energia

potrzebna do skurczu mięśni

szkieletowych

PPM

Wielkość przemiany materii w
ściśle określonych, standardowych
warunkach – wypoczynek fizyczny
i psychiczny, podstawowa
temperatura i wilgotność
otoczenia – są to warunki
niezbędne do określania PPM

PPM

Jednostki:

kcal/m

2

pow.

ciała/godzinę

kcal/24 godziny

1 cal = 4,186 J

Kaloria to taka ilość

ciepła, która jest

potrzebna do podgrzania

1 grama wody o 1

stopień Celsjusza

Ilość energii

powstającej w czasie

procesów biochemicznych (w

przemianie materii) w

organizmie

jest proporcjonalna do

ilości ciepła

wytworzonego w

czasie tych procesów

.

Kalorymetria

bezpośrednia

Pomiar ilości ciepła

wydatkowanego w czasie
pobytu w specjalnej
komorze izotermicznej z
obiegiem wody
odbierającej wytwarzane
przez organizm ciepło.

Wytworzenie energii to

proces utleniania

substancji

a jeśli TAK, to mierząc

zużycie tlenu w jednostce

czasu oznaczamy

pośrednio

ilość energii

wytworzonej

w organizmie badanego

Całkowitemu wydatkowi energii

dokonującemu się w czasie

wysiłku odpowiada

OBJĘTOŚĆ TLENU

POBRANEGO

z

wdychanego

powietrza, wyrażona w

L/min.

Pobór tlenu VO

2

Kalorymetria

pośrednia

Ilość energii powstającej w
czasie procesów biochemicznych
(w przemianie materii)
w organizmie
jest proporcjonalna do ilości

tlenu zużytego

w czasie tych

procesów, co stanowi podstawę
dla kalorymetrii

POŚREDNIEJ

Wydatkowanie

20 kJ (= około 5

kcal) energii w

ciągu minuty

wymaga zużycia w

organizmie 1 L tlenu

czyli wysiłek fizyczny ma

swoją „cenę” – jest

kosztowny energetycznie!

Wydatek energii, litry

O

2

/minutę

„Ciężkość”
pracy

M

F

Lekka

0,4 - 1 0,3 –

0,7

Umiarkowanie
ciężka

1 – 1,5 0,8 – 1

Ciężka

1,5 – 2 1 – 1,5

Bardzo ciężka

2 – 2,5 1,5 – 2

Niezwykle
ciężka

> 2,5

> 2

Energetyczny

równoważnik 0

2

Zużycie 1 litra tlenu wyzwala

średnio 20,2 kJ = 5 kcal

ER0

2

został obliczony za pomocą

KALORYMETRII POŚREDNIEJ, bazując

na pomiarze ilości zużytego tlenu i

wytworzonego dwutlenku węgla:

współczynnik oddechowy RQ

Ilość energii wytworzonej

poprzez zużycie 1 L tlenu

jest różna w

zależności od zawartości w

diecie białek,

węglowodanów i tłuszczów.

ERO

2

dla energii z utleniania:

TŁUSZCZU = 19,6 kJ/L
WĘGLOWODANÓW = 21,1 kJ/L

RQ

Stosunek objętościowy

uwolnionego CO

2

do

pochłoniętego O

2

w jednostce czasu

•dla węglowodanów 1,0

[CO

2

]

•dla białek 0,82

[CO

2

+ H

2

O]

•dla tłuszczów 0,7

[CO

2

+ H

2

O]

CO

2

/O

2

= iloraz

oddechowy

W SPOCZYNKU

– wpływ diety

• dla węglowodanów 1,0

• dla białek 0,82

• dla tłuszczów 0,7

W WYSIŁKU > 1,0

– powód:

wzrasta ilość CO

2

wytwarzanego z rozpadu kwasu
mlekowego

Energia wytwarzana w czasie

utleniania substratów

energetycznych w mięśniach

(białka nie są całkowicie

utleniane, tylko 1 – 3%

zapotrzebowania energetycznego

jest pokrywane przez utlenianie

białek) jest w:

40% wykorzystana do syntezy ATP
60% rozproszona w postaci ciepła

– ciepło jest oddawane do

otoczenia.

Porównując:

pracę mechaniczną wykonaną

podczas wysiłku fizycznego

z

całkowitym wydatkiem energii

wyrażonym w litrach

pobranego tlenu

można oszacować

współczynnik pracy

użytecznej

Współczynnik pracy użytecznej
(e) określa wydajność mięśni,
czyli ich sprawność
mechaniczną, mówi nam jaka
część energii wytworzonej w
organizmie podczas wysiłku
fizycznego o znanej
intensywności została zużyta na
pokonanie OBCIĄŻENIA
ZEWNĘTRZNEGO (intensywności
wysiłku fizycznego)

W

tot

E = ---------------  100
E

tot

- E

s

e – współczynnik pracy użytecznej
W

tot

– praca wykonana w jednostce

czasu wyrażona w J/minutę

E

tot

– całkowita ilość wydatkowanej

energii wyrażona w J/minutę

E

s

– ilość energii wydatkowana w

spoczynku (przed rozpoczęciem

wysiłku) w J/minutę

Względem całkowitego kosztu energii

na wykonanie pracy mechanicznej

przeznaczamy (e):

• średnio 20 – 28%

• 10 – 15% w czasie wykonywania

pracy za pomocą mięśni dłoni
• 60 – 70% w czasie biegu dzięki

wykorzystaniu elementów

elastycznych układu mięśniowego
• 0% w czasie wysiłku statycznego –

teoretycznie mięśnie niż zmieniają

długości!