Kalorymetria. Planowanie
posiłków
dr Jolanta Eszyk
" W organizmie ludzkim składniki odżywcze
podlegają różnym przemianom. Całość
przemian zachodzących w ustroju
nazywamy metabolizmem.
" W metabolizmie wyróżnia się procesy
anaboliczne i kataboliczne.
"
Metabolizm Anabolizm Katabolizm
Procesy anaboliczne
To procesy budowy z prostych składników
odżywczych nowych, bardziej
skomplikowanych (złożonych) związków.
Związki te następnie są zużywane do:
" budowy lub odbudowy komórek,
" hormonów,
" enzymów,
" ciał odpornościowych,
" płynów ustrojowych itd.
Procesy anaboliczne
" Wszystkie czynności wykonywane przez
człowieka oraz procesy zachodzące w jego
ustroju odbywają się ze zużyciem energii.
Energię organizm ludzki czerpie głównie z
procesów rozkładu (spalania) składników
odżywczych będących jej głównym
z
ródłem. Do składników tych zaliczamy
węglowodany i tłuszcze.
Procesy anaboliczne
" Intensywność przebiegu procesów
anabolicznych utrzymuje się u dorosłego
człowieka na jednakowym poziomie,
natomiast jest ona wyższa u dzieci,
młodzieży, kobiet ciężarnych i karmiących.
Procesy kataboliczne
" to procesy rozkładu (spalania) składników
odżywczych z wytworzeniem energii.
Jedynym z
ródłem energii, którą pobiera i
użytkuje organizm ludzki, jest energia
chemiczna zawarta w pożywieniu.
" W procesach katabolicznych energia
chemiczna pożywienia zostaje
przetworzona na inne postacie energii
niezbędne do funkcjonowania organizmu.
Energia chemiczna pożywienia
Energia Energia Energia
cieplna mechaniczna elektryczna
Jednostki energetyczne
" Kilokalorie (Kcal)
" 1 Kcal = ilość ciepła potrzebna do ogrzania
100 g wody chemicznie czystej o 1�� C przy
ciśnieniu 1 atmosfery.
" Megadżul (MJ) =1000 kJ
" 1 kcal = 4,186 kJ
Współczynniki energetyczne
" Podstawowe badania z zakresu określenia
wartości kalorycznej poszczególnych
składników odżywczych pożywienia
przeprowadził Max Rubner (fizjolog
niemiecki). Określił on ciepło spalania
białek, tłuszczów i węglowodanów oraz
mocznika wydzielonego przez ustrój ludzki
w moczu (produkt powstający z procesów
metabolicznych części azotowej związków
organicznych, na przykład białek).
Współczynniki energetyczne
" Wyniki badań stały się podstawą do
ustalenia fizjologicznych współczynników
energetycznych dla białek, węglowodanów i
tłuszczów
Współczynniki energetyczne dla białek,
węglowodanów i tłuszczów
Składnik pokarmowy Ilość energii uzyskana z 1g
Wg Rubnera Wg Atwatera
Białka 4,1 4
Tłuszcze 9,3 9
Węglowodany 4,1 9,3
" Wilburg Atwater w badaniach oznaczał nie
tylko ciepło spalania przedstawionych
wyżej składników, lecz także uwzględnił
ich stopień strawności w ustroju.
" W wyniku tych prac ustalono
współczynniki kaloryczne, które znajdują w
chwili obecnej większe zastosowanie
praktyczne niż współczynniki opracowane
przez M. Rubnera.
Podstawowa Przemiana Materii (PPM)
" Nazwę podstawowej przemiany materii (ppm) nosi
najniższy poziom przemiany materii, jaki zachodzi
w organizmie człowieka na czczo, w całkowitym
spokoju fizycznym i psychicznym (tzn. po
półgodzinnym odpoczynku w pozycji leżącej), w
normalnych warunkach mikroklimatycznych.
" Energia z podstawowej przemiany
materii organizmu zużytkowana zostaje
na utrzymanie podstawowych procesów
życiowych, takich jak:
" oddychanie,
" czynność serca,
" krążenie krwi,
" utrzymanie napięcia mięśni i innych.
" Wysokość podstawowej przemiany
materii osiąga w ciągu doby różne
wartości i jest uzależniona między innymi
od takich czynników jak:
" Płeć
" Wiek
" Ciężar ciała
" Wzrost
" Klimat
" Najniższy poziom podstawowej
przemiany materii stwierdza się u czło-
wieka w czasie snu (niższy o około 10
15�/o).
" Wysokość (poziom) podstawowej
przemiany materii można określić na
drodze eksperymentalnej oraz w wyniku
obliczeń teoretycznych.
Eksperymentalne sposoby określania
wysokości ppm
" Określenia wysokości podstawowej
przemiany materii na drodze
eksperymentalnej dokonuje się metodą
bezpośrednią i pośrednią.
Kalorymetria bezposrednia
" metoda kalorymetrii bezpośredniej.
Polega ona na zmierzeniu ilości
wydzielonego przez organizm ludzki ciepła,
przy jednoczesnym określeniu ilości
zużytego tlenu oraz wytworzonego
dwutlenku węgla i wody:
Kalorymetria pośrednia
" W metodzie tej obliczamy ilość zużytego
przez organizm tlenu oraz wydzielonego
dwutlenku węgla. Znając ilość zużytego
tlenu (w litrach) oraz współzależność, jaka
istnieje pomiędzy ilością wytworzonej
przez ustrój energii a zużyciem tlenu (w
oparciu o tabele), można określić wydatek
energetyczny ustroju badanego człowieka.
Teoretyczne sposoby określania
wysokości ppm
" W wyniku wielu badań ustalono różnorodne
sposoby obliczania poziomu podstawowej
przemiany materii.
" Kryteriami do tego rodzaju obliczeń są
następujące czynniki:
" płeć,
" ciężar ciała,
" wiek,
" powierzchnia skóry itp.
" l kcal/ 1 kg masy ciała/godzinę
" Wobec czego podstawowa przemiana
materii obliczona tym sposobem dla
człowieka ważącego np. 70 kg wynosi:
" l kcal X 70 kg X 24 godziny = 1680 kcal
" Obliczenia jednak tego typu można
stosować wyłącznie w stosunku do
" osób dorosłych, ponieważ dzieci i młodzież
mają znacznie wyższą ppm niż przyjęta 1
kcal/kg/godz. Wyniki otrzymywane w tym
sposobie obliczania są często obarczone
sporym błędem i dlatego mogą jedynie
służyć jako dane orientacyjne.
" Drugi sposób obliczania wysokości
podstawowej przemiany materii jest
" " oparty na stwierdzeniu, że istnieje
zależność pomiędzy poziomem przemiany
materii a powierzchnią skóry.
" Wyniki z tego typu obliczenia są .bliższe
rzeczywistości niż obliczenia w stosunku do
ciężaru ciała. Większa dokładność danych
wynika z faktu brania w tym przypadku pod
uwagę takich czynników, jak płeć, wiek,
ciężar i wysokość ciała.
" W celu obliczenia powierzchni skóry można
posłużyć się nomogramem lub
następującymi wzorami:
S =� 12,3x3 W 2
S =� 12,3x3 W 2
" X kcal / 1 m2 pow. skóry / godzinę
Wysokość ppm w kcal/1m2 /h
Wiek Mężczyz
ni Kobiety
(w latach) średnia minimalna Maksymal średnia minimalna Maksymal
na na
3 60,1 51,5 68,8 54,5 46,4 62,6
10 46,6 38,6 54,4 44,3 36,3 52,5
15 44,5 35,2 49,4 39,3 32,9 45,8
20 38,4 32,6 44,3 34,3 29,5 39,1
30 36,4 31,4 41,4 34,1 29,2 38,9
40 35,5 30,5 40,5 32,6 27,8 37,5
50 33,3 28,8 38,8 31,9 27,1 36,7
60 33,1 28,1 38,1 31,3 26,5 36,1
70 32,4 27,4 37,4 30,7 25,9 35,5
Przykład
" Obliczyć podstawową przemianę materii
dla kobiety 20-letniej o wadze 60 kg i
wzroście 165 cm.
" Z nomogramu odczytujemy wielkość
powierzchni skóry.
" Na linii A odkładamy wzrost 165 cm, a na
linii B  ciężar ciała 60 kg. A
ącząc ze sobą
te dwa punkty linią prostą, w miejscu jej
przecięcia się z linią C (środkową)
odczytujemy powierzchnię skóry, która w
tym przypadku wynosi 1,68 m2.
" Z tabeli 5 należy z kolei odczytać ilość
kilokalorii przypadającą na l m2
powierzchni skóry dla kobiety 30-letniej
(34,1 kcal). Uzyskane dane należy
podstawić do przedstawionego wyżej wzoru
i obliczyć ppm.
" Podstawowa przemiana materii dla kobiety
30-letniej o ciężarze 60 kg i wzroście 165
cm wynosi:
" 1,68 m2 x 34,1 kcal x 24 godz. = 1375 kcal
Ponadpodstawowa przemiana
materii PPPM
" To wydatki energetyczne ustroju ludzkiego:
Ponadpodstawowa przemiana materii
Ponadpodstawowa
przemiana materii
(PPPM)
Wykonywanie
Wykonywana praca codziennych Koszty trawienia
fizyczna i umysłowa czynności pokarmów
zawodowych
" Wydatki energetyczne ustroju związane z
wykonywaniem pracy zawodowej mogą się
wahać w dość rozległych granicach.
Najniższe wartości wydatków
energetycznych osiąga organizm podczas
wykonywania prac umysłowych, a
najwyższe podczas prac związanych ze
znacznym wysiłkiem fizycznym.
" Wykonywanie pracy siedzącej, która nie wymaga
większych ruchów ciała, tylko w nieznacznym
stopniu zwiększa spoczynkową przemianę materii
(do 8 50 kcal/ /godz.). Natomiast, w pracach
charakteryzujących się znacznym wysiłkiem
fizycznym (np. w niektórych gałęziach
przemysłu) wydatek energii na ich wykonanie
może wynosić nawet do około-500 kcal/godz.
Czynności energia kcal/kg/godz. Czynności energia kcal/kg/godz.
Sen 0,94 Prasowanie , 2,05
Odpoczynek w pozycji leżącej 1,10 Zmywanie naczyń 2,06
Spokojne siedzenie 1,44 Zamiatanie podłogi 2,40
Swobodne stanie 1,50 Lekkie ćwiczenia fizyczne 2,43
Stanie na baczność 1,63 Dość forsowne ćwiczenia fizyczne 4,15
Ubieranie i rozbieranie się 1,69
Powolny spacer (4 km na godz.) 2,85 Forsowne ćwiczenia fizyczne 6,43
Szybki marsz (6 km na godz.) 4,28 Schodzenie ze schodów 5,20
Bieganie 8,14 Piłowanie drewna 6,88
Bardzo szybki marsz 9,30 Praca kamieniarza 5,71
Wchodzenie na schody 15,80 Pływanie 7,14
Głośne czytanie 1,50 Praca pielęgniarki 1,50
Pisanie na maszynie 2,00 Praca anestezjologa 3,20
Szycie ręczne 1,59 Praca szewca 2,57
Śpiewanie 1,75 Roboty ciesielskie 3,43
Szycie na maszynie 1,95 Prace w metalurgii | 3,43
' Robienie na drutach 1,66
" Stopień zużycia energii w związku z
wykonywaniem pracy stał się podstawą do
określenia stopnia ciężkości tej pracy.
Określenia stopnia ciężkości pracy podał
Christensen w ilościach kilokalorii
przypadających na l min. wykonywania
'czynności podanych w tabeli 7. "
Zużycie energii na pracę różnego
stopnia w kcal/min
Stopień ciężkości pracy Energia kcal/min Energia kcal/godz.
Praca bardzo lekka poniżej 2,5 poniżej 150
Praca lekka 2,5-4,9 150 299
Praca umiarkowana 6,0 7,4 300 449
Praca ciężka 7,5 9,9 450 599
Praca bardzo ciężka powyżej 10,0 powyżej 600
" Wydatki energetyczne związane z
wykonywaniem codziennych czynności
niezawodowych, takich jak mycie się,
ubieranie, sprzątanie, wykonywanie
czynności domowych mogą wynosić od
kilkudziesięciu do kilkuset kilokalorii.
" Ilość zużytkowanej energii jest uzależniona
od charakteru wykonywanych czynności i
czasu trwania.
" Czynności nie związane z pracą zawodową:
" Wstanie,
" Mycie się,
" Czesanie,
220 kcal dla kobiet
360 kcal dla mężczyzn
" Spożycie posiłków powoduje zwiększenie
podstawowej przemiany materii
(zwiększenie zapotrzebowania
kalorycznego).
" Wzrost ten jest uzależniony od rodzaju i
składu pokarmu.
" Spożycie pokarmów białkowych może
podwyższać poziom ppm o 40%, pokarmów
zawierających tłuszcze  o 14% a
węglowodanów o około 6%.
" Wydatki energii związane z przemianą
pokarmu w organizmie określamy mianem
swoiście dynamicznego działania (sdd)
pokarmów.
" Na swoiście dynamiczne działanie
pokarmów (diety mieszanej) przeznacza się
średnio około 10% podstawowej przemiany
materii.
Całkowita Przemiana Materii
(CPM)
Całkowita Podstawowa Ponadpodstwowa
Przemiana Przemiana Przemiana
Materii Materii Materii
" Całkowita przemiana materii obejmuje
wszystkie wydatki energetyczne zachodzące
w organizmie ludzkim.
" Składają się na nią:
" wysokość podstawowej przemiany materii
" oraz wydatki energii związane z
ponadpodstawową przemianą materii.
Przykład
" Obliczenia całkowitej przemiany materii dla
dorosłego mężczyzny o wadze 70 kg
wykonującego umiarkowanie ciężką pracę
(np. szewca) oraz dla słuchaczki studium
medycznego pielęgniarstwa (20 lat, waga
60 kg).
Przykład: studentka
pielęgniarstwa
" Całkowita przemiana materii dla
" mężczyzny ' (np. szewca)
" Podstawowa przemiana materii ok. 1440 kcal
" Swoiście dynamiczne działanie pokarmów
ok. 144 kcal
" Praca (10 godz. X 50 kcal) ok. 500 kcal
" Codzienne czynności ok. 220 kcal
" Całkowita przemiana materii ok. 2304 kcal
"
Całkowita przemiana materii dla
mężczyzny (np. szewca)
" Podstawowa przemiana materii ok. 1680 kcal
" Swoiście dynamiczne działanie pokarmów ok. 168 kcal
" Praca 8 godz. X 150 kcal ok. 1200 kcal
" Codzienne czynności ok. 360 kcal
" Całkowita przemiana materii ok. 3408 kcal
" Suma wydatków energetycznych (całkowita
przemiana materii) określa jednocześnie
wielkość dziennego zapotrzebowania
kalorycznego ustroju.
Bilans energetyczny ustroju
" Bilansem nazywa się porównanie  w
ogólnym rozliczeniu  dochodu i
wydatków w określonej jednostce czasu.
" Bilansem energetyczny ustroju to
porównanie ilości kalorii dostarczonych z
pożywieniem w stosunku do
zapotrzebowania energetycznego
Bilans cieplny
Ilość kalorii
Codzienne
dostarczanych
wydatki
codziennie z
kaloryczne ustroju
pożywieniem
" Wynika z tego, że wartość kaloryczna
całodziennego pożywienia powinna
odpowiadać zapotrzebowaniu
energetycznemu (kalorycznemu) ustroju
ludzkiego.
" Zbyt mała kaloryczność całodziennej diety
po pewnym czasie powoduje osłabienie
organizmu i zmniejszenie ciężaru ciała.
" Zbyt duża kaloryczność pożywienia
prowadzi natomiast do nadwagi ciała, która
spowodowana jest głównie odkładaniem
nadmiernych ilości tłuszczu w tkankach. W
pierwszym przypadku mówi się o ujemnym
bilansie energetycznym, a w drugim o
bilansie dodatnim
Przykład l.
" Zmiana ciężaru ciała przy długotrwałym dodatnim
bilansie energetycznym.
Bilans energetyczny ustroju
" Dzienny przychód energii 2800 kcal
" Dzienne zapotrzebowanie energetyczne 2600 kcal
" Nadmiar energii 200 kcal
" Przy codziennym nadmiarze 200 kcal (w stosunku
do zapotrzebowania) zapas energii w ciągu roku
wyniesie około 73 000 kcal. Dla przybrania na
wadze o l kg potrzeba około 7500 kcal.
" Wobec czego osoba posiadająca bilans energetyczny
dodatni równy 73 000 kcal przybierze na wadze w
ciągu roku o około 9,7 kg
(73 000 : 7500 = 9,7).
Przykład 2.
" Obliczenie należnego okresu czasu do
utraty nadmiernego ciężaru ciała (przy
ujemnym bilansie energetycznym ustroju).
" Mężczyzna X z nadwagą 10 kg (i
zapotrzebowaniem kalorycznym 2700 kcal)
zdecydował się na podjęcie kuracji odchudzającej.
" Zaplanowano dla niego dietę o wartości
kalorycznej zmniejszonej o 20% w stosunku do
zapotrzebowania (tzn. około 2200 kcal)
" oraz zalecono odbywanie codziennie spaceru
(czego dotychczas nie robił), w wyniku którego
zapotrzebowanie energetyczne wzrośnie o około
100 kcal.
" Obliczyć, w jakim okresie czasu człowiek ten
może stracić nadwagę.
" Dzienne zapotrzebowanie energetyczne mężczyzny
X wzrosło o około 100 kcal (zalecony spacer),
wynosić ono zatem będzie 2800 kcal.
" Ponieważ zalecona pacjentowi dieta dostarcza mu
jedynie 2200 kcal, jego bilans energetyczny będzie
ujemny o około 600 kcal (2800 2200 = 600).
" Ponieważ do zmiany ciężaru ciała o l kg należy
utracić około 7500 kcal, zatem mężczyzna X może
utracić na wadze l kg w ciągu 12 dni (7500:600 =
12),
" natomiast całkowitej utraty nadwagi ciała należy
oczekiwać po 120 dniach (4 miesiące)
Zapotrzebowanie na składniki
odżywcze
" Znając zapotrzebowanie kaloryczne ustroju,
wartość całkowitej przemiany materii oraz
współczynniki energetyczne (np. wg
Atwatera), można obliczyć należne ilości
białek, tłuszczów i węglowodanów dla
organizmu ludzkiego
Przykład
" Obliczyć należne ilości
" białka,
" tłuszczu
" i węglowodanów
dla kobiety 20-letniej o wadze 60 kg i
zapotrzebowaniu kalorycznym 2400 kcal.
" Zapotrzebowanie na białko dla osoby
dorosłej wynosi l g/kg masy ciała,
" wobec czego kobiecie ważącej 60 kg należy
dostarczyć dziennie 60 g białka.
" Wartość kaloryczna 60 g białka wynosi 240
kcal (60 g X 4 kcal).
" Ilość kalorii pochodzących z tłuszczu
potrzebnych do pokrycia dziennego
zapotrzebowania kalorycznego określa się
na około 30%.
" Wobec czego 30% od 2400 kcal wynosi 720
kcal,
" ponieważ l g tłuszczu dostarcza 9 kcal, to
ilość należnego tłuszczu. w dziennej diecie
wynosi 720 kcal : 9 kcal = 80 g.
" Ilość kalorii pochodzących z węglowodanów w
pokryciu dziennego zapotrzebowania oblicza się z
różnicy ogólnego zapotrzebowania i wartości
kalorycznej białek i tłuszczów (240 kcal + 720 kcal
= 960 kcal), czyli wynosi tu 2400 kcal  960 kcal =
1440 kcal. Wobec czego ilość węglowodanów w
dziennej diecie wynosi 1440 kcal:4 kcal = 360 g.
" Dziękuję za uwagę