Menneskets energimetabolisme

"Menneskekroppen er en 'maskine', der kan frigive kemisk energi bundet i madens 'brændstof'; dette 'brændstof' er kulhydrater, fedtstoffer, proteiner og alkohol" (WHO).

Den foretrukne anvendelse af en af de anførte kilder har forskellige karakteristika med hensyn til størrelsen af energiudveksling og tilhørende metaboliske forskydninger.

Karakteristika ved forskellige metaboliske kilder til fødevareenergiforsyning

Indikatorer	Glukose	Palmitat	Protein
Varmeafgivelse, kcal:
Pr. 1 mol oxideret	673	2398	475
Pr. 1 g oxideret	3,74	9.30	5,40
Iltforbrug:
Møl	66,0	23,0	5.1
L	134	515	114
Kuldioxidproduktion:
Møl	66,0	16,0	4.1
L	134	358	92
ATP-produktion, mol:	36	129	23
Prisen på ATP-produkter:
Helvede	18,7	18.3	20,7
V/d	3,72	3,99	4,96
S/d	3,72	2,77	4,00
Respirationskvotient	1,00	0,70	0,81
Energiækvivalent pr. liter forbrugt ilt	5.02	4,66	4.17

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Stadier af energiudveksling

Selvom nedbrydningen og syntesen af protein-, fedt- og kulhydratstrukturer har karakteristiske træk og specifikke former, er der en række fundamentalt fælles stadier og mønstre i omdannelsen af disse forskellige stoffer. I forhold til den energi, der frigives under stofskiftet, bør energistofskiftet opdeles i tre hovedstadier.

I fase I nedbrydes store næringsstofmolekyler til mindre i mave-tarmkanalen. Kulhydrater danner 3 hexoser (glukose, galaktose, fruktose), proteiner - 20 aminosyrer, fedt (triglycerider) - glycerol og fedtsyrer, samt sjældnere sukkerarter (f.eks. pentoser osv.). Det er beregnet, at der i gennemsnit passerer 17,5 tons kulhydrater, 2,5 tons proteiner og 1,3 tons fedtstoffer gennem menneskekroppen i løbet af dens levetid. Mængden af energi, der frigives i fase I, er ubetydelig, og den frigives som varme. Således frigives omkring 0,6% af den samlede energi under nedbrydningen af polysaccharider og proteiner, og 0,14% af fedtstoffer, som dannes under deres fuldstændige nedbrydning til de endelige metaboliske produkter. Derfor består betydningen af kemiske reaktioner i fase I hovedsageligt i at forberede næringsstoffer til selve frigivelsen af energi.

I fase II nedbrydes disse stoffer yderligere ved ufuldstændig forbrænding. Resultatet af disse processer - ufuldstændig forbrænding - synes uventet. Ud af de 25-30 stoffer dannes der, udover CO2 og H2O, kun tre slutprodukter: α-ketoglutarsyre, oxaloeddikesyre og eddikesyre i form af acetyl-coenzym A. Kvantitativt dominerer acetyl-coenzym A. I fase II frigives omkring 30 % af den energi, der er indeholdt i næringsstofferne.

I fase III, den såkaldte Krebs' tricarboxylsyrecyklus, forbrændes de tre slutprodukter fra fase II til kuldioxid og vand. I denne proces frigives 60-70% af næringsstoffernes energi. Krebs' cyklus er den generelle, endelige vej for nedbrydningen af kulhydrater, proteiner og fedtstoffer. Det er en slags knudepunkt i udvekslingen, hvor transformationerne af forskellige strukturer konvergerer, og den gensidige overgang af syntetiske reaktioner er mulig.

I modsætning til fase I - hydrolysestadierne i mave-tarmkanalen - frigives der i fase II og III af nedbrydningen af stoffer ikke kun energi, men også en særlig type af dens akkumulering.

Energiudvekslingsreaktioner

Energibevarelse opnås ved at omdanne energien fra nedbrydning af fødevarer til en særlig form for kemiske forbindelser kaldet makroerge forbindelser. Bærere af denne kemiske energi i kroppen er forskellige fosforforbindelser, hvor bindingen i fosforsyreresten er den makroerge binding.

Hovedrollen i energimetabolismen tilhører pyrofosfatbindingen med strukturen af adenosintrifosfatsyre. I form af denne forbindelse bruges 60 til 70% af al energi, der frigives under nedbrydningen af proteiner, fedtstoffer og kulhydrater, i kroppen. Brugen af energi (oxidation i form af ATP) er af stor biologisk betydning, da denne mekanisme gør det muligt at adskille sted og tidspunkt for energifrigivelse og dens faktiske forbrug under organernes funktion. Det er blevet beregnet, at mængden af ATP, der dannes og nedbrydes i kroppen i løbet af 24 timer, er omtrent lig med kropsvægten. Omdannelsen af ATP til ADP frigiver 41,84-50,2 kJ eller 10-12 kcal.

Den energi, der genereres som følge af stofskiftet, bruges på det grundlæggende stofskifte, dvs. på at opretholde livet i en tilstand af fuldstændig hvile ved en omgivelsestemperatur på 20° C, på vækst (plastisk stofskifte), muskelarbejde og på fordøjelse og assimilering af føde (fødens specifikke dynamiske virkning). Der er forskelle i forbruget af energi, der genereres som følge af stofskiftet, hos voksne og børn.

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

BX

Hos et barn, som hos alle pattedyr født umodne, er der en initial stigning i basalstofskiftet ved 1 1/2 år, som derefter støt fortsætter med at stige i absolutte tal og lige så regelmæssigt falder pr. kropsmasseenhed.

Ofte bruges beregningsmetoder til at beregne basalstofskiftet. Formler er normalt orienteret mod indikatorer for enten længde eller kropsvægt.

Beregning af basalstofskifte ved hjælp af kropsvægt (kcal/dag). FAO/WHO-anbefalinger

Alder	Drenge	Piger
0-2 år	60,9 R-54	61 R - 51
3-9 år	22,7 R + 495	22,5 kr. + 499
10-17 »	17,5 kr. +651	12,2 R +746
17-30»	15,3 R +679	14,7 R + 496

Den samlede energi, der modtages med mad, fordeles for at sikre den grundlæggende metabolisme, madens specifikke dynamiske virkning, varmetab forbundet med udskillelse, fysisk (motorisk) aktivitet og vækst. I strukturen af energifordelingen, dvs. energimetabolismen, skelnes der mellem:

• Energi modtaget (fra mad) = Deponeret energi + Forbrugt energi.
• Absorberet energi = Modtaget energi - Energi udskilt med ekskrementer.
• Metaboliseret energi = Modtaget energi - Energi til vedligeholdelse (levetid) og aktivitet, eller "grundlæggende omkostninger".
• Energien af hovedomkostningerne er lig med summen:
  • basalstofskifte;
  • termoregulering;
  • opvarmende effekt af fødevarer (WEF);
  • aktivitetsomkostninger;
  • omkostningerne ved at syntetisere nyt væv.
• Aflejringsenergi er den energi, der bruges på aflejring af protein og fedt. Glykogen er ikke medregnet, da dets aflejring (1%) er ubetydelig.
• Deponeret energi = Metaboliseret energi - Energi til basisforbrug.
• Energiomkostninger ved vækst = Energi til syntese af nyt væv + Energi deponeret i nyt væv.

De primære aldersforskelle ligger i forholdet mellem omkostningerne ved vækst og, i mindre grad, aktivitet.

Aldersrelaterede træk ved fordelingen af det daglige energiforbrug (kcal/kg)

Alder	BX	SDDP	Udskillelsestab	Aktivitet	Højde	Total
For tidlig	60	7	20	15	50	152
8 uger	55	7	11	17	20	110
10 måneder	55	7	11	17	20	110
4 år	40	6	8	25	8-10	87-89
14 år gammel	35	6	6	20	14	81
Voksen	25	6	6	10	0	47

Som du kan se, er vækstomkostningerne meget betydelige for en nyfødt med lav vægt og i løbet af det første leveår. Naturligvis er de simpelthen fraværende hos en voksen. Fysisk aktivitet skaber et betydeligt energiforbrug, selv hos en nyfødt og et spædbarn, hvor det kommer til udtryk i brystsugning, rastløshed, gråd og skrig.

Når et barn er uroligt, stiger energiforbruget med 20-60%, og når det skriger - med 2-3 gange. Sygdomme stiller deres egne krav til energiforbruget. De stiger især med en stigning i kropstemperaturen (ved en stigning på 1° C er stigningen i stofskiftet 10-16%).

I modsætning til voksne bruger børn meget energi på vækst (plastisk metabolisme). Det er nu blevet fastslået, at for at akkumulere 1 g kropsmasse, dvs. nyt væv, er det nødvendigt at bruge cirka 29,3 kJ eller 7 kcal. Følgende estimat er mere præcist:

• Energi"omkostninger" ved vækst = synteseenergi + aflejringsenergi i nyt væv.

Hos et for tidligt født barn med lav vægt er synteseenergien fra 1,3 til 5 kJ (fra 0,3 til 1,2 kcal) pr. 1 g tilføjet til kropsvægten. Hos et fuldtidsbestemt barn - 1,3 kJ (0,3 kcal) pr. 1 g ny kropsvægt.

Samlede energiomkostninger ved vækst:

• op til 1 år = 21 kJ (5 kcal) pr. 1 g nyt væv,
• efter 1 år = 36,5-50,4 kJ (8,7-12 kcal) pr. 1 g nyt væv, eller ca. 1 % af næringsstoffets samlede energiindhold.

Da vækstintensiteten hos børn varierer i forskellige perioder, er andelen af plastisk metabolisme i det samlede energiforbrug forskellig. Den mest intensive vækst finder sted i den intrauterine udviklingsperiode, hvor massen af det menneskelige embryo øges 1 milliard gange 20 millioner gange (1,02 x 109). Vækstraten forbliver fortsat ret høj i de første levemåneder. Dette fremgår af en betydelig stigning i kropsvægten. Derfor er andelen af "plastisk" metabolisme i energiforbruget hos børn i de første 3 måneder 46%, derefter falder det i det første år, men fra 4 år, og især i præpubertalperioden, observeres en stigning i vækstintensiteten, hvilket igen afspejles i stigningen i plastisk metabolisme. I gennemsnit bruges 12% af energibehovet på vækst hos børn i alderen 6-12 år.

Energiomkostninger for vækst

Alder	Kropsvægt, kg	Vægtøgning, g/dag	Energiværdi , kcal/dag	Energiværdi , kcal/(kg-dag)	Som en procentdel af den basale stofskiftehastighed
1 måned	3,9	30	146	37	71
3 »	5,8	28	136	23	41
6 »	8,0	20	126	16	28
1 år	10.4	10	63	6	11
5 år	17,6	5	32	2	4
14 år gamle, piger	47,5	18	113	2	8
16 år gamle, drenge	54,0	18	113	2	7

[ 9 ], [ 10 ]

Energiforbrug til tab, der er vanskelige at redegøre for

Tab, der er vanskelige at redegøre for, omfatter tab af fedt, fordøjelsessafter og sekreter produceret i fordøjelseskanalens vægge og kirtler med afføring, med eksfolierende epitelceller, med affald af dækkende celler i hud, hår, negle, med sved, og ved puberteten hos piger - med menstruationsblod. Desværre er dette problem hos børn sjældent undersøgt. Det menes, at det hos børn over et år er omkring 8% af energiforbruget.

[ 11 ]

Energiforbrug ved aktivitet og opretholdelse af kropstemperatur

Andelen af energiforbruget til aktivitet og opretholdelse af kropstemperatur ændrer sig med barnets alder (efter 5 år er dette inkluderet i begrebet muskelarbejde). I de første 30 minutter efter fødslen falder en nyfødts kropstemperatur med næsten 2° C, hvilket forårsager et betydeligt energiforbrug. Hos små børn er barnets krop tvunget til at bruge 200,8-418,4 kJ/(kg • dag) eller 48-100 kcal/(kg • dag) på at opretholde en konstant kropstemperatur ved en omgivelsestemperatur under den kritiske (28...32° C) og aktivitet. Derfor stiger det absolutte energiforbrug til at opretholde en konstant kropstemperatur og aktivitet med alderen.

Andelen af energiforbruget til at opretholde en konstant kropstemperatur hos børn i det første leveår er dog lavere, jo mindre barnet er. Derefter falder energiforbruget igen, da kropsoverfladen pr. 1 kg kropsvægt igen falder. Samtidig stiger energiforbruget til aktivitet (muskelarbejde) hos børn over et år, når barnet begynder at gå, løbe, dyrke idræt eller sport selvstændigt.

Energiomkostninger ved fysisk aktivitet

Type af bevægelse	Kalorier/min
Cykling med lav hastighed	4,5
Cykling ved middel hastighed	7.0
Cykling med høj hastighed	11.1
Dans	3,3-7,7
Fodbold	8,9
Gymnastiske øvelser på apparater	3,5
Sprintløb	13,3-16,8
Langdistanceløb	10.6
Skøjteløb	11,5
Langrend i moderat hastighed	10,8-15,9
Langrend med maksimal hastighed	18,6
Svømning	11,0-14,0

Hos børn i alderen 6-12 år er andelen af energi brugt på fysisk aktivitet cirka 25 % af energibehovet, og hos voksne - 1/3.

[ 12 ], [ 13 ]

Specifik dynamisk virkning af mad

Den specifikke dynamiske effekt af mad ændrer sig afhængigt af kostens art. Den er mere udtalt med proteinrig mad, mindre med fedt og kulhydrater. Hos børn i andet leveår er den specifikke dynamiske effekt af mad 7-8%, hos ældre børn - mere end 5%.

Omkostninger ved implementering og overvindelse af stress

Dette er en naturlig retning for normal livsaktivitet og energiforbrug. Livs- og social tilpasningsproces, uddannelse og sport, dannelsen af interpersonelle relationer - alt dette kan ledsages af stress og yderligere energiforbrug. I gennemsnit er dette yderligere 10% af den daglige energi"ration". Samtidig kan stressforbruget stige betydeligt ved akutte og alvorlige sygdomme eller skader, og dette kræver overvejelse ved beregning af kostrationen.

Data om stigningen i energibehovet under stress præsenteres nedenfor.

Stater	Ændring i energibehov
Forbrændinger afhængigt af procentdelen af forbrændt kropsoverflade	+ 30...70%
Flere skader med mekanisk ventilation	+ 20...30%
Alvorlige infektioner og multiple traumer	+ 10...20%
Postoperativ periode, milde infektioner, knoglebrud	0... + 10%

En vedvarende energiubalance (overskud eller mangel) forårsager ændringer i kropsvægt og længde ved alle udviklingsmæssige og biologiske aldersindekser. Selv moderat energimangel (4-5%) kan forårsage et barns udviklingsforsinkelse. Derfor bliver fødevareenergiforsyning en af de vigtigste betingelser for tilstrækkelig vækst og udvikling. Beregning af denne forsyning skal udføres regelmæssigt. For de fleste børn kan anbefalinger for den samlede energi i den daglige kost tjene som benchmarks for analyse; for nogle børn med særlige helbredstilstande eller levevilkår kræves en individuel beregning baseret på summen af alle energiforbrugende komponenter. Følgende metoder til beregning af energiforbrug kan tjene som et eksempel på brug af generelle aldersstandarder for forsyning og muligheden for en vis individuel korrektion af disse standarder.

Beregningsmetode til bestemmelse af basalstofskiftet

Op til 3 år	3-10 år	10-18 år
Drenge
X = 0,249 kg - 0,127	X = 0,095 kg + 2,110	X = 0,074 kg + 2,754
Piger
X = 0,244 kg - 0,130	X = 0,085 kg + 2,033	X = 0,056 kg + 2,898

[ 14 ], [ 15 ]

Yderligere udgifter

Erstatning for skader - basalstofskiftet ganges: for mindre operationer - med 1,2; for skelettraumer - med 1,35; for sepsis - med 1,6; for forbrændinger - med 2,1.

Specifik dynamisk virkning af mad: + 10% af basalstofskiftet.

Fysisk aktivitet: sengeliggende + 10% af basalstofskiftet; siddende i en stol + 20% af basalstofskiftet; patienten indlagt på en hospitalsafdeling + 30% af basalstofskiftet.

Omkostninger ved feber: for hver 1°C gennemsnitlig daglig stigning i kropstemperaturen +10-12% af basalstofskiftet.

Vægtøgning: op til 1 kg/uge + 1260 kJ (300 kcal) pr. dag.

Det er accepteret at udarbejde nogle standarder for befolkningens aldersrelaterede energiforsyning. Mange lande har sådanne standarder. Alle organiserede gruppers fødevarerationer udvikles på grundlag af disse. Individuelle fødevarerationer kontrolleres også i forhold til dem.

Anbefalinger for energiværdien af ernæring til børn i tidlig alder og op til 11 år

	0-2 måneder	3-5 måneder	6-11 måneder	1-3 år	3-7 år	7-10 år
Energi, i alt, kcal	-	-	-	1540	1970	2300
Energi, kcal/kg	115	115	110	-	-	-

Anbefalinger til energistandardisering (kcal/(kg • dag))

Alder, måneder	FAO/WHO (1985)	FN (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

Beregning og korrektion af energimetabolismen har til formål at eliminere mangler hos de vigtigste energibærere, dvs. primært kulhydrater og fedtstoffer. Samtidig er brugen af disse bærere til de specificerede formål kun mulig under hensyntagen til og korrektion af tilførsel af mange fundamentalt nødvendige ledsagende mikronæringsstoffer. Det er derfor særligt vigtigt at ordinere kalium, fosfater, B-vitaminer, især thiamin og riboflavin, undertiden carnitin, antioxidanter osv. Manglende overholdelse af denne betingelse kan forårsage tilstande, der er uforenelige med livet, som opstår netop ved intensiv energiernæring, især parenteral.