PRZEMIANA MATERII I ENARGII
1. Co oznacza pojęcie przemiana materii (metabolizm)?
Metabolizm jest podstawowym warunkiem życia biologicznego żywego organizmu. Przebiega on wewnątrz organizmu, czyli w jego środowisku wewnętrznym. Każdy żywy organizm jest otoczony przez środowisko zewnętrzne, które choć nie bierze bezpośredniego udziału w metabolizmie komórki, to jednak wywiera nań wielki wpływ.
2. Jakie procesy wchodzą w skład metabolizmu?
Metabolizm obejmuje dwa przeciwne procesy, z których:
a) anabolizm (asymilacja) - polega na gromadzeniu energii w organizmie żywym.
b) katabolizm (dysymilacja) - związana jest ze zmniejszeniem się zapasu tej energii.
Anabolizm - to reakcje syntezy związków złożonych z prostych wymagające dostarczenia energii. Energia dostarczona do przemian umożliwia podwyższenie poziomu energetycznego związków w czasie procesu chemicznego. Do tej grupy przemian zaliczamy biosyntezy białek, lipidów, kwasów tłuszczowych.
Katabolizm - to reakcje chemiczne, w czasie, których następuje obniżenie poziomu energetycznego substratów wskutek ich rozkładu na związki prostsze z wyzwoleniem energii.
3. W jakich sytuacjach przeważają procesy anabolizmu lub katabolizmu?
W rozwoju osobniczym obserwuje się zmianę proporcji między procesami anabolizmu i katabolizmu. W rozwoju zarodkowym i pozazarodkowym okresie wzrostu przeważa anabolizm. Później reakcje anabolizmu i katabolizmu ulegają zrównoważeniu, a w końcowej fazie życia dominuje katabolizm.
4. Co to jest bilans energetyczny ustroju?
Bilans energetyczny oznacza różnice pomiędzy ilością energii uzyskanej przez organizm w postaci składników energetycznych pokarmu, a ilością energii wydatkowanej przez ustrój w określonym czasie. Wyróżniamy:
-bilans dodatni: przewaga procesów anabolicznych nad katabolicznymi, przychód substancji pokarmowych przewyższa ich rozchód (występuje w okresie wzrostu)
-bilans ujemny: przewaga procesów katabolicznych nad anabolicznymi.
5. Co oznacza termin „podstawowa przemiana materii” i ile wynosi?
Podstawową przemianą energii określamy najniższy poziom przemian materii, jaki zachodzi w organizmie człowieka na czczo w całkowitym spokoju fizycznym i psychicznym (po30minutach odpoczynku w pozycji leżącej). Energia z podstawowej przemian materii organizmu zostaje zużytkowana na utrzymanie podstawowych procesów życiowych (oddychanie, czynności serca, krążenie krwi, napięcie mięśni i inne). Wielkość podstawowej przemiany materii osiąga w ciągu doby różne wartości i jest uzależniona od kilku czynników (płeć, wiek, masa ciała, wzrost, klimat). Najniższe wartości podstawowej przemiany materii stwierdza się u człowieka podczas snu (niższe ok.10-15%).
Waga ∙ 1kcal ∙ 24h = PPM
6. Co to jest całkowita przemiana materii i jakie czynniki wpływają na nią?
Określa natężenie przemian energetycznych w życiu codziennym oraz w pracy fizycznej i jest większa niż spoczynkowa. Przemiana dobowa całkowita niewykonującego określonej pracy, poza niezbędnymi codziennymi czynnościami, wynosi ok.2400kcal/24h. Wielkość przemiany materii podczas pracy zależy od jej charakteru i intensywności, od płci osoby badanej, jej wieku oraz jej wytrenowania.
W przybliżeniu wydatek energetyczny wynosi:
-przy pracy lekkiej ok.75kcal/h
-prze pracy średniej ok.75-150kcal/h
-przy pracy ciężkiej ok.150-350kcal/h
-przy pracy bardzo ciężkiej ok.300kcal/h
Czynniki wpływające na przemianę materii:
-praca fizyczna, umysłowa i stan emocjonalny
-temperatura otoczenia
-wzrost niektórych hormonów we krwi (zwłaszcza hormonów rdzenia kręgowego)
-trawienie (przyswajanie pokarmu.
7. Jaki jest wpływ „swoiście dynamicznego działania pokarmów” na podstawową przemianę materii?
Spożycie pokarmu powoduje zwiększenie tempa metabolizmu niezależnie od procesów trawienia. Obecnie nazywa się go cieplnym wpływem posiłku, poposiłkowym wzrostem wytwarzania ciepła. W ciągu 2,5h po spożyciu 80g glukozy zwiększenie metabolizmu odpowiada 6% wartości energetycznej spożytej glukozy, zjedzenie tłuszczu 7%, białka 15%. Najszybciej trawimy posiłek węglowodanowy, najdłużej białkowy. Wzrost temperatury metabolizmu występuje w ciągu 30-60minut po spożyciu posiłku. Mechanizm poposiłkowego zwiększania ciepłą może być wynikiem zarówno bezpośredniego działania produktów trawiennych i metabolitów, jak i hormonów, których stężenie we krwi zmienia siew okresie poposiłkowym.
8. W jakich jednostkach wyraża się przemianę materii?
Przemianę materii wyraża się w kcal - 1kcal=419kJ
9. Jakimi metodami oznacza się przemianę materii?
Badanie przemiany materii polega na wykorzystaniu dużej współzależności między intensywnością przemian metabolicznych, a produkcja ciepła i zużyciem O2. Mamy 2 metody:
Kalorymetria bezpośrednia polega na bezpośrednim badaniu produkcji ciepła w jednostce czasu, w specjalnej komorze zbudowanej zgodnie z wymaganiami kalorymetru:
-metoda Benediata
-metoda kalorymetryczno-respiracyjna Atautena i Benediata
Badany osobnik znajduje się w zamkniętym pomieszczeniu, w którym mierzone jest bezpośrednie oddawanie ciepła oraz przemiana gazowa.
Kalorymetr - dwa pudła z przestrzenią między nimi.
Kalorymetria pośrednia to zużycie O2, określenie zużycia tego O2.
-oznaczenie podstawowej przemiany materii w układzie otwartym wg. Douglasa
-oznaczenie podstawowej przemiany materii w układach zamkniętych przy użyciu aparatu Knippanga.
Oddychamy czystym tlenem z aparatu, badanie przeprowadza się przy pomocy analizatora gazów.
Podstawowa przemiana materii badana jest w warunkach standardowych w pozycji leżącej w zupełnym spoczynku psychicznym i fizycznym, 12-18h po ostatnim posiłku w temperaturze otoczenia utrzymującej ustrój w równowadze cieplnej.
10. Co oznacza pojęcie „równoważnik cieplny (energetyczny) tlenu - RQ”?
Równoważnik cieplny tlenu jest to liczba, która określa ile kalorii dostarcza ustrojowi procesy oksydacyjne po wchłonięciu 1 litra O2. Jest to inaczej wartość kaloryczna tlenu i jest uzależniona od rodzaju substancji energetycznych ulegających spaleniu. Wynosi ona przy utlenianiu białek 4,88kcal, węglowodanów 5,05kcal, tłuszczów 4,79kcal. Średnia wartość wynosi w normalnych warunkach przemiany (przy RQ=0,85) ok.5,0kcal i może się wahać 4,75-4,85kcal. Dzięki RQ możemy określić, z jakich związków czerpana jest energia.
11. Na czym polega oznaczanie przemiany materii metodą kalorymetrii pośredniej?
Metoda kolorymetrii pośredniej polega na wyliczeniu wydatku energetycznego za pomocą analizy poboru tlenu podczas wysiłku, który powinien trwać minimum 5-6minut, bo w tym czasie jest osiągana równowaga czynnościowa. Osiągnięcie równowagi czynnościowej jest niezbędne dla obliczania prawidłowej wartości współczynnika oddechowego. W tym celu niezbędny jest analizator dla określenia zawartości O2 i CO2 w powietrzu wydychanym oraz pomiar wentylacji minutowej. Znając ilość pobranego O2 i równoważnik energetyczny poboru tlenu, który mówi nam ile kalorii ciepła jest wyzwalane podczas spalania substancji przy zużyciu 1 lO2, możemy wyliczyć wydatek energetyczny.
Współczynnik oddechowy (RER) jest to stosunek CO2 wyprodukowanego podczas spalania podstawowych składników pokarmowych do pobranego O2 i wynosi dla węglowodanów 1,0, białek 0,82, tłuszczów 0,70.
W czasie wykonywania codziennych czynności podczas aktywności fizycznej wielkość RER zależy głównie od ilości spalanych węglowodanów i tłuszczów, gdyż spalanie białek jest niewielkie stosunkowo stałe. Dlatego tez RER mówi nam pośrednio o proporcjach zużywanych substratów energetycznych w spoczynku i podczas wysiłku o submaksymalnej intensywności. Podczas 1 godziny aktywności dla uproszczenia obliczeń przyjmuje się RER=0,82 dla diety mieszanej.
12. Jaką rolę pełnią w organizmie białka, tłuszcze i węglowodany?
Białka - w żywym organizmie pełnią role:
-budulca komórkowego, wchodząc w skład struktur komórkowych i enzymów oraz hormonów regulujących przemiany biochemiczne.
-transportową (np. hemoglobina, która przenosi O2).
-warunkują swoistą odporność organizmu (ciała odpornościowe).
Wszystkie białka w organizmie stanowią ok.20% masy ciała.
Tłuszcze - występują jako materiał zapasowy i strukturalny. Tłuszcz ustrojowy dzielimy na:
-tłuszcz zapasowy
-tłuszcz komórkowy
Magazyny tłuszczu zapasowego stanowią komórki tłuszczowe tkanki podskórnej, znajduje się on w obrębie nerek, trzustki. Tłuszcz zapasowy podlega ciągłej wymianie, znajduje się stale w stanie dynamicznym. Jego skład uzależniony jest od tłuszczu przyjętego z pokarmu.
Tłuszcz komórkowy jest niezbędnym składnikiem każdej komórki, wykonuje on swoistość gatunkową i skład jego jest niezależny od tłuszczu dostarczanego z pokarmem. Tłuszcze stanowią materiał energetyczny o najwyższym cieple spalania. W celu uzyskania energii ulegają one pod działaniem lipazy komórkowej rozczepianiu na glicerol i kwasy tłuszczowe.
Węglowodany - wielocukry znajdujące się w pokarmach ulegają hydrolizie na disacharydy i monosachardy w obrębie przewodu pokarmowego. W jelicie cienkim zostają one po ich fosforylacji wchłaniane do krwi, po czym na skutek działania fosfatazy ulegają natychmiastowej defosforylacji. Dostają się żyłą wrotną do wątroby, gdzie nadwyżka monosacharydów zostaje przeniesiona na glikogen. Glikogen magazynowany w wątrobie w ilościach 300g stanowi magazyn energetyczny. Dwucukry nie mogą być bezpośrednio przekształcane w glikogen.
13. Ile wynosi średnia wartość kaloryczna białek, tłuszczów i węglowodanów?
Dla obliczania wartości przemian energetycznych na podstawie produkcji ciepłą z ilości zużytego O2 należy znać wartości kaloryczne głównych składników pokarmowych ulegających utlenianiu w ustroju, jak również wartość kaloryczna O2 tj. tę ilość energii cieplnej, która zostaje uwolniona, gdy 1 lO2 zostaje zużyty do utleniania wysokoenergetycznych produktów np. pokarmowych. Całkowitą wartość energetyczna składników pokarmowych można obliczyć w bombie kalorymetrycznej Bertholda. Uzyskane wartości ciepła dla cukrów i tłuszczów są takie same jak przy ich spalaniu w ustroju, gdyż ulegają one w ustroju całkowitemu spalaniu do CO2 i H2O.
Białka natomiast w ustroju zwierzęcym nie są spalane całkowicie, gdyż końcowe produkty przemiany białkowej wydalane z moczem zawierają jeszcze pewien zasób energii potencjalnej (mocznik, kwas moczowy, zasady purynowe, kreatynę). Dlatego tez użytkowa wartość kaloryczna białek jest mniejsza niż wartość kaloryczna całkowita stwierdza w bombie kalorymetrycznej.
|
Białka |
Tłuszcze |
Węglowodany |
Wartość kaloryczna całkowita |
5,7 |
9,2-9,7 |
3,7-4,2 |
Wartość kaloryczna użytkowa |
~4,1 |
~9,3 |
~4,1 |
14. Co to jest minimum białkowe i ile wynosi?
Charakterystyczna cechą związków białkowych jest obecność azotu. Ponieważ ustrój nie jest w stanie z cukrowców i tłuszczowców oraz elementarnego azotu syntetyzować związki białkowe, wobec tego musi być stale dostosowana określona ich ilość w pożywieniu. Pewna część białka bowiem ulega rozpadowi, co można stwierdzić oznaczając zawartość azotu w moczu po podaniu pożywienia bezbiałkowego, lecz zawierającego z punktu widzenia energetycznego wystarczające ilości tłuszczów i cukrowców. Wówczas zawartość azotu w moczu wynosi 2,5g/24h, co stanowi tzw. współczynnik zużycia białkowego.
Absolutne minimum białkowe wynosi 13-17g białka/24h, co odpowiada podanej wartości współczynnika zużycia. Jeżeli ta ilość białka zostanie, obok innych substancji pokarmowych, dostarczona ustrojowi, wówczas przemiana białkowa na skutek specyficznego działania dynamicznego białek w ilości 30-40g/24h zostaje uzyskana równowaga między przychodem azotu a jego rozchodem. Ten rodzaj minimum białkowego został nazwany fizjologicznym minimum białkowym. Optimum białkowe mające duże znaczenie dla prawidłowej czynności ustroju, wynosi 70-80g/24h - jest to ilość białka, które zaspokajają całkowicie potrzeby wzrostu i działalności fizycznej. W warunkach spoczynkowych wynosi dla dorosłych 1g białka/kg/24h. W czasie wysiłku jest wyższe.
15. Dlaczego wartość kaloryczna białek jest mniejsza od całkowitej wartości kalorycznej tego składnika?
Białka w ustroju zwierzęcym nie są spalane całkowicie, gdyż końcowe produkty przemiany białkowej wydalane z moczem zawierają jeszcze pewien zasób energii potencjalnej (mocznik, kwas moczowy). Dlatego też użytkowa wartość kaloryczna białek jest mniejsza aniżeli wartość kaloryczna całkowita stwierdzona w bombie kalorymetrycznej 5,7kcal/g. Użytkowa ok.4,1kcal/g.
VO2=VEmin ∙ ∆%O2/100%
VCO2=VEmin ∙ ∆%CO2/100%
RQ=VCO2/VO2
PM=VO2 ∙ RQ (z tabelki)
∆%O2-różnica pomiędzy tlenem wydychanym i wdychanym
∆%CO2-różnica pomiędzy CO2 wydychanym i wdychanym