Метаболізм і енергетичний баланс є фундаментальними поняттями в дієтології та фізіології, які впливають на масу тіла, здоров’я та загальне самопочуття. У цій статті розглядається базальна швидкість метаболізму (BMR) і фактори, які впливають на потреби в енергії в стані спокою, розглядається концепція «надходження калорій проти витрачених калорій» для контролю ваги та обговорюється роль вуглеводів, білків і жирів у виробництві енергії.
Енергетичні потреби людського організму
Організм людини потребує енергії для виконання всіх фізіологічних функцій, від клітинних процесів до фізичної активності. Метаболізм включає всі біохімічні реакції, необхідні для підтримки життя, включаючи катаболічні реакції, які розщеплюють поживні речовини для виробництва енергії, і анаболічні реакції, які використовують енергію для синтезу складних молекул. Розуміння метаболізму та енергетичного балансу має важливе значення для контролю ваги тіла, оптимізації здоров’я та запобігання хронічним захворюванням.
Базальний рівень метаболізму (BMR): енергетичні потреби в стані спокою
Визначення основної швидкості метаболізму
Швидкість основного метаболізму (BMR) — це кількість енергії, витрачена в стані спокою за умов нейтральної температури, наприкінці всмоктування (це означає, що травна система неактивна, що вимагає приблизно 12 годин голодування). BMR являє собою мінімальну кількість енергії, необхідної для функціонування організму, включаючи дихання, кровообіг, виробництво клітин, переробку поживних речовин і регулювання температури.
Фактори, що впливають на ЯМР
Кілька станів впливають на BMR людини:
- вік: Метаболізм зазвичай знижується з віком через втрату м’язової маси та гормональні зміни.
- стать: Чоловіки зазвичай мають вищий BMR, ніж жінки, завдяки більшій м’язовій масі та меншому відсотку жиру в тілі.
- Склад тіла: Збільшення сухої м’язової маси збільшує BMR, оскільки м’язова тканина більш метаболічно активна, ніж жирова тканина.
- Генетичні фактори: Генетика може впливати на швидкість метаболізму, впливаючи на те, як швидко людина спалює калорії в стані спокою.
- Гормональні фактори: Гормони щитовидної залози, такі як тироксин (Т4) і трийодтиронін (Т3), регулюють обмін речовин. Гіпертиреоз збільшує BMR, тоді як гіпотиреоз знижує його.
- Температура навколишнього середовища: У холодну погоду тіло зберігає тепло, що збільшує BMR.
- фізіологічні стани: Умови ув’язнення та ізоляції, такі як вагітність або вплив спеки та холоду, також можуть впливати на BMR.
- Стан харчування: Тривале голодування або обмеження калорій можуть знизити BMR, оскільки організм прагне зберегти енергію.
Методи вимірювання ЯМР
- Непрямий калориметричний аналіз: Вимірювання визначає споживання кисню та виробництво вуглекислого газу, щоб оцінити витрати енергії.
- Прогнозовані рівняння: Такі формули, як рівняння Харріса-Бенедикта, обчислюють BMR на основі віку, статі, ваги та зросту.
Калорії в порівнянні з калоріями: розуміння збільшення, втрати та підтримки ваги
Рівняння енергетичного балансу
- Енергоспоживання: Калорії з їжі та напоїв.
- Виділення енергії: Калорії, спалені через основний метаболізм, фізичну активність і термогенез.
- Енергетичний баланс: Підтримка ваги відбувається, коли споживання енергії дорівнює її витратам.
Збільшення ваги
- Позитивний енергетичний баланс: Калорій споживається більше, ніж спалюється, в результаті чого організм накопичує жир.
- Надлишок калорій: Зберігається у вигляді жиру в жировій тканині.
- Фактори, що сприяють надлишку: Висококалорійне харчування, малорухливий спосіб життя, психологічні фактори.
Втрата ваги
- Негативний енергетичний баланс: Споживається менше калорій, ніж спалюється, що змушує організм використовувати жирові запаси для отримання енергії.
- Накопичене джерело енергії: Організм використовує жирові запаси для отримання енергії.
- Способи створення дефіциту калорій:
- Дієтичні зміни: Зменшення споживання калорій.
- Підвищена фізична активність: Збільшення витрат на енергію.
Підтримка ваги
- Підтримання балансу: Досягається шляхом узгодження споживання калорій з енергетичними потребами.
- Фактори способу життя: Регулярна фізична активність і свідоме харчування підтримують вагу.
Проблеми енергетичного балансу
- Метаболічна адаптація: Метаболізм організму може сповільнюватися під час обмеження калорій, що ускладнює схуднення.
- Регуляція апетиту: Такі гормони, як грелін і лептин, впливають на відчуття голоду та ситості, що впливає на споживання калорій.
- Екологічні та поведінкові фактори: На енергетичний баланс впливають наявність висококалорійної їжі, розмір порцій і харчова поведінка.
Роль макроелементів у виробництві енергії
вуглеводи
Функція у виробництві енергії:
- Основне джерело енергії: Вуглеводи є основним джерелом енергії для організму, особливо для мозку та під час високоінтенсивних тренувань.
- Утилізація глюкози: Вуглеводи розщеплюються на глюкозу, яка використовується в клітинному диханні для виробництва енергії.
Види вуглеводів:
- Прості вуглеводи: Моносахариди та дисахариди (наприклад, глюкоза, фруктоза, сахароза).
- Складні вуглеводи: Полісахариди (наприклад, крохмаль, глікоген, клітковина).
Зберігання:
- глікоген: Надлишок глюкози зберігається в печінці та м’язах у вигляді глікогену для короткострокових енергетичних потреб.
- Перетворення в жир: Надлишок енергії можна перетворити на жир для тривалого зберігання.
білок
Функція у виробництві енергії:
- Вторинне джерело енергії: Використовується для отримання енергії, коли запасів вуглеводів і жиру недостатньо.
- Використання амінокислот: Білки розщеплюються на амінокислоти, які можуть увійти в метаболічні шляхи для виробництва АТФ.
Основні функції:
- Будівельні блоки: Необхідний для синтезу тканин організму, ферментів, гормонів та імунної функції.
- Відновлення м'язів: Важливий для відновлення та росту м'язів після тренування.
Жир
Функція у виробництві енергії:
- Джерело концентрованої енергії: Жир забезпечує більш ніж удвічі більше енергії на грам порівняно з вуглеводами та білками (9 ккал/г проти 4 ккал/г).
- Окислення жирних кислот: Жирні кислоти піддаються бета-окисленню з утворенням АТФ, особливо під час довготривалої активності низької інтенсивності.
Види жирів:
- Насичені жири: Міститься в продуктах тваринного походження; надмірне споживання пов'язане з ризиком для здоров'я.
- Ненасичені жири: Включає мононенасичені та поліненасичені жири; корисний для здоров'я серця.
- Незамінні жирні кислоти: Омега-3 і омега-6 жирні кислоти необхідні для фізіологічних функцій.
Зберігання:
- Жирна норка: Основне джерело запасу енергії організму; Жир зберігається в адипоцитах.
Взаємодія макронутрієнтів
Енергетичні системи: Організм використовує вуглеводи, жири та білки для отримання енергії залежно від наявності та енергетичних потреб. Метаболічна гнучкість: Здатність переключатися з одного джерела палива на інше відповідно до метаболічних потреб.
Важливість збалансованого споживання макроелементів
Оптимальне здоров'я: Достатнє споживання всіх макроелементів підтримує фізіологічні функції. Рекомендації по харчуванню: Змінюються відповідно до потреб людини, рівня активності та цілей щодо здоров’я.
- вуглеводи: 45-65% загальної добової калорійності.
- протеїн: 10-35% від загальної добової калорійності.
- Жири: 20-35% від загальної добової калорійності.
Розуміння метаболізму та енергетичного балансу має важливе значення для керування масою тіла та оптимізації здоров’я. BMR відображає базові потреби в енергії, на які впливають різні фактори, тоді як рівняння енергетичного балансу пояснює, як споживання та витрати калорій впливають на збільшення, втрату або підтримку ваги. Макроелементи – вуглеводи, білки та жири – відіграють різні та взаємопов’язані ролі у виробництві енергії та здоров’ї в цілому. Збалансована дієта, яка відповідає індивідуальним потребам в енергії та поживних речовинах, підтримує здоровий метаболізм і допомагає запобігти хронічним захворюванням. Точна оцінка складу тіла дозволяє приймати обґрунтовані рішення щодо харчування, фізичних вправ і способу життя для покращення результатів здоров’я та якості життя.
Посилання
МакАрдл В.Д., Кетч Ф.І. та Кетч В.Л. (2015). Фізіологія фізичних вправ: харчування, енергія та ефективність людини (8-е вид.). Ліппінкотт Вільямс і Вілкінс.
Тортора, Дж. Дж., Дерріксон, Б. (2017). Основи анатомії та фізіології (15-е вид.). Wiley.
Альбертс Б. та ін. (2015). Молекулярна біологія клітини (6-е вид.). Гірляндна наука.
Холл, Дж. Е. (2016). Підручник Гайтона і Холла з медичної фізіології (13-е вид.). Elsevier.
Marieb, EN, & Hoehn, K. (2018). Анатомія та фізіологія людини (11-е вид.). Пірсон.
Брукс, Джорджія, Фейхі, Т. Д., і Болдуін, К. М. (2005). Фізіологія фізичних вправ: біоенергетика людини та її застосування (4-е вид.). Макгроу-Хілл.
Hargreaves, M., & Spriet, LL (2006). Метаболізм вправ. Кінетика людини.
Кенні, В. Л., Вілмор, Дж. Х. та Костілл, Д. Л. (2015). Фізіологія спорту та фізичних вправ (6-е вид.). Кінетика людини.
Пауерс, С.К., Хаулі, І.Т. (2012). Фізіологія фізичних вправ: теорія та застосування до фітнесу та ефективності (8-е вид.). Макгроу-Хілл.
Берг, Дж. М., Тимочко, Дж. Л., і Страєр, Л. (2015). Біохімія (8-е вид.). В. Х. Фрімен.
Фіттс, Р. Х. (2008). Поперечний цикл і втома скелетних м'язів. Журнал прикладної фізіології, 104 (2), 551-558.
Ленінгер, А.Л., Нельсон, Д.Л., Кокс, М.М. (2017). Принципи біохімії Ленінгера (7-е вид.). В. Х. Фрімен.
Jeukendrup, A., & Gleeson, M. (2010). Спортивне харчування: Вступ до виробництва енергії та ефективності (2-ге вид.). Кінетика людини.
Берн, Р. М., Леві, М. Н. (2010). Серцево-судинна фізіологія (10-те вид.). Мосбі Ельзевір.
Шервуд, Л. (2015). Фізіологія людини: від клітин до систем (9-е вид.). Cengage Learning.
Гайтон, AC, і Хол, JE (2015). Підручник медичної фізіології (13-е вид.). Elsevier.
Пул, округ Колумбія, Еріксон, Х.Х. (2011). Серцево-судинна функція та транспорт кисню: реакція на вправи та тренування. Комплексна фізіологія, 1(1), 675-704.
Вест, Дж. Б. (2012). Фізіологія дихання: Основи (9-е вид.). Ліппінкотт Вільямс і Вілкінс.
Форстер Г. В. та Пан Л. Г. (1994). Внесок центральних і периферичних хеморецепторів у вентиляційну відповідь на CO₂/H⁺. Річний огляд фізіології, 56 (1), 159-177.
Бассетт, ДР, Хаулі, ЕТ (2000). Обмежувальні фактори для максимального поглинання кисню та детермінанти витривалості. Медицина та наука у спорті та фізичних вправах, 32 (1), 70-84.
← Попередня стаття Далі тема →
- Анатомія та функції м'язової системи
- Фізіологія фізичних вправ
- Принципи фізичної підготовки
- Склад тіла
- Метаболізм і енергетичний баланс