Vliv sloţení stravy na míru postprandiální termogeneze. Bakalářská práce

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA Fakulta sportovních studií Katedra podpory zdraví Vliv sloţení stravy na míru postprandiální termogeneze Bakalářská práce Vedoucí bakalářské práce: Mgr. Michal Kumstát Vypracoval: Jiří Uhlíř Regenerace a výživa ve sportu Brno, 2011

2 Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracoval samostatně a na základě literatury a pramenů uvedených v seznamu použitých zdrojů. V Brně dne 30. dubna 2011 Jiří Uhlíř

3 OBSAH: ÚVOD ROZBOR VÝZKUMNÉHO PROBLÉMU ENERGETICKÝ METABOLISMUS Historický vývoj Energetická bilance organismu Energetický příjem Energetická potřeba organismu (EE) Bazální energetický výdej (BEE, BMR) Klidový energeticky výdej (REE, RMR) Fyzická aktivita (EEPA, TEE) Termický efekt potravy (TEF) Termoregulace (AT) Metody stanovení energetického výdeje (EE) Přímá kalorimetrie Nepřímá kalorimetrie Empirické stanovení energetického výdeje Stanovení energetického výdeje pomocí izotopů Účinnost energetického metabolismu TERMICKÝ EFEKT POTRAVY Vyjádření pojmu termický efekt potravy Rozdělení TEF Faktory ovlivňující TEF Vliv složení stravy a velikosti porce na TEF Vliv fyzické aktivity na TEF SHRNUTÍ EMPIRICKÁ ČÁST PRÁCE PŘÍPRAVA VÝZKUMNÉHO ŠETŘENÍ Charakter výzkumu... 36

4 Cíle práce: Úkoly práce: Experimentální činitelé Metodika práce Použité metody Příprava testovaného pokrmu Popis zkoumaného vzorku Další okolnosti výzkumu VÝSLEDKY PRÁCE Prezentace získaných dat Sacharidový nápoj Proteinový nápoj Proteinový a sacharidový nápoj - srovnání SHRNUTÍ EMPIRICKÉ ČÁSTI DISKUZE ZÁVĚRY SEZNAM POUŢITÝCH ZDROJŮ PŘÍLOHY RESUMÉ

5 ÚVOD Každý z nás už si jistě někdy položil otázku: Čím to je, že někdo sní, na co přijde, a je stále hubený? či naopak Proč se někdo jen podívá na jídlo a ihned přibere několik kilogramů? Tyto rozdíly určují především genetické předpoklady našeho metabolismu, které jsme získali od rodičů. Každý z nás má určitý typ metabolismu a i kdyby se rozkrájel, tak s ním nic neudělá. Za určitých okolností můžeme i přesto náš metabolismus ovlivnit pozitivním směrem a pomocí určitých výživových doporučení dosáhnout svého cíle. K radosti řady nadšenců, kteří chtějí vlivem stravy dosáhnout své optimální tělesné hmotnosti a množství tělesného tuku, ať už z důvodu svého vzhledu nebo zdraví, či zvýšení dosaženého výkonu, je na základě provedených studií prokázáno, jaké složení stravy vyvolává větší postprandiální termogenezi pálením kalorií, což nám může dopomoci k dosažení našich vytyčených cílů v boji proti přebytečným kilogramům. Už samotný pohled na jídlo, čichové a chuťové smysly vedou k vyšší tvorbě tepla, což se uplatňuje v prevenci a terapii obezity, kde jedno z hlavních doporučení je rozdělit denní příděl stravy do více porcí ( Maughan, Burke, 2006). Hlavním cílem bakalářské práce je zjistit, na základě případové studie, průběhy hodnot klidového energetického výdeje, postprandiálně, tj. po podání testovaných pokrmů, a zjistit rozdíl jejich vzájemným srovnáním. Hlavním úkolem práce pak bylo sledování odezvy organismu, tj. nárůstu klidového energetického výdeje po podání jednotlivých pokrmů, což má za následek právě termický účinek stravy. Teoreticky zaměřená část práce obsahuje souhrn dosavadních poznatků o zkoumané problematice. V jednotlivých kapitolách, které na sebe navzájem navazují, se zabývá nejen termickým účinkem stravy, ale i jednotlivými složkami energetického metabolismu, jež jsou s problematikou termického vlivu stravy úzce spjaty. Termickému účinku stravy je pak věnována samostatná kapitola. Empirická část práce se pak právě na základě případové studie zabývá zjištěním průběhů hodnot klidového energetického výdeje po podání testovaných 5

6 pokrmů a jejich vzájemným porovnáním. K dosažení našeho cíle tj. zjištění hodnot klidového metabolismu, bylo použito metody nepřímé kalorimetrie, jejíž princip je popsán v teoretické části práce, a metody 8 - bodových dotykových elektrod na principu bio - elektrické impedanční analýzy ke zjištění tělesného složení. Energetický metabolismus představuje bezesporu nejpozoruhodnější a zároveň nejdůležitější část výživy, kde zejména termický účinek stravy je jednou z nejméně probádaných složek energetického výdeje. Pojďme si tedy na naší práci ukázat a říci, proč tomu tak je. 6

7 1. ROZBOR VÝZKUMNÉHO PROBLÉMU Teoretická část je rozdělena na dvě hlavní kapitoly. První kapitola popisuje energetický metabolismus a jeho součásti, kde jsou postupně prezentovány dosavadní poznatky, jež jsou úzce spjaty s tématem bakalářské práce. Druhá kapitola pak prezentuje poznatky o termickém účinku stravy, čerpané jak z odborné literatury, tak i z řady studií. 1.1 Energetický metabolismus Pro označení energetického metabolismu se používá celá řada termínů jako - energetická potřeba, energetická přeměna, energetická spotřeba, energetický výdej. Termín sám o sobě znamená přeměnu energií, kde z chemické energie živin vniká v organismu využitelná biologická energie ve formě makroergních vazeb v ADP, ATP a CP (Merkunová, Orel, 2008). Pod pojmem energie si z obecného hlediska můžeme představit určitou schopnost vykonávat práci nebo vytvářet teplo. Energie nám umožňuje, že můžeme dýchat, jezdit na kole, skládat hudbu a dělat vše ostatní co děláme. (Mandelová, Hrnčiříková, 2007; Whitney, Rolfes, 2008). Pojem metabolismus znamená látková výměna, biochemická přeměna látek. Zahrnuje všechny chemické děje v organismu a skládá se z mnoha dílčích metabolických pochodů, vzájemně koordinovaných a na sobě závislých. Je to soubor enzymatických reakcí (metabolických drah), při nichž dochází k přeměně látek v buňkách živých organismů (Williams, 2010). Organismus potřebuje energii: pro udržení základních (bazálních) životních funkcí tzv. bazální energetická potřeba (nižší je pouze energetická potřeba ve spánku - obvykle o 5-10 %, celkové narkóze či při podchlazení), pro dodatkovou činnost tzv. činnostní energetická potřeba (svalová aktivita při sportu a fyzické práci, udržení tělesné teploty, trávení, laktace atd.) (Merkunová, Orel, 2008; Manore, Thompson, 2000). Čím je fyzická 7

8 námaha větší a také delší, tím větší je potřeba energie (Trojan, et al., 2003) Historický vývoj Základ pro pochopení energetického metabolismu vznikl před více než 200 lety (roku 1777), kdy bylo zjištěno Lavoisierem ( ) a Blackem, že hoření je proces produkující teplo a využívající kyslík. Byly vytvořeny různé, přímo měřící kalorimetrické přístroje, kterými bylo testováno množství energie v základních živinách - makroelementech (sacharidy, tuky, bílkoviny) a později také v potravinách (Svačina, et al., 2008). Lavoisier tehdy vyslovil myšlenku, že zdroj tepla v živočišných organismech a hoření jsou založeny na podobném ději. Koncem 19. a začátkem 20. století vyšla důležitá měření týkající se energetické potřeby člověka. Práce týkající se této oblasti byly jednoduchými experimenty prokázány Maxem Rubnerem a F. G. Benedictem (Zadák, 2008). Ve stejném století Benedict a Atwater objevili princip nepřímé kalorimetrie. Zjistili, že lze u lidí měřit produkci tepla nepřímo měřením spotřeby O2 a produkce CO2 ve vydechovaném vzduchu. Zájem o využívání nepřímé kalorimetrie projevil v 30. letech 20. století Cuthbertson, kdy zjistil, že operační stres a infekce významně zvyšují energetický výdej. Počátkem 60. let 20. století Kinneyho práce ukázaly vzájemný vztah mezi energetickým výdejem, poklesem hmotnosti a nemocností. Od 70. let se rozvíjela parenterální (nitrožilní) výživa a s ní související nutnost sledování energetické bilance pomocí nepřímé kalorimetrie (Svačina, et al., 2008). Brzy poté co byla ohlášena epidemie obezity v roce 1980, se zdůraznila potřeba určit kvantitativní rozdíly mezi energetickým příjmem a výdejem (Brychta, 2010). 8

9 1.1.2 Energetická bilance organismu Energetická bilance může být rovnovážná 1, negativní 2 a pozitivní 3 (Merkunová, Orel, 2008; Wildman, Miller, 2004; Manore, Thompson, 2000; Williams, 2010; Summerfield, 2001). Náš organismus musí neustále udržovat pro zachování své existence rovnováhu mezi příjmem a výdejem energie. U drtivé většiny lidí je energie přijata v několika denních dávkách v průběhu celého dne (Holeček, 2006). Při zvýšení energetického příjmu oproti výdeji o 100 kcal/den, se změní energetická rovnováha, což v konečném výsledku může vést k zvýšení hmotnosti o 2-6 kg za rok (Brychta, 2010). Pro stanovení energetické bilance organismu využíváme údaje o denní energetické potřebě. Porovnáváme vypočítanou či změřenou denní energetickou potřebu organismu se skutečným energetickým příjmem, tj. s energetickou hodnotou potravy. K tomu nám slouží tabulky energetických hodnot potravin, jednoduché aplikace na webu nebo si hodnoty můžeme odečítat přímo z obalů jednotlivých potravin (Merkunová, Orel, 2008). Mezi těmito dvěma faktory energetické bilance je potom výsledkem faktor tělesného složení, kdy v případě pozitivní energetické bilance dochází ke zvyšování tělesné hmotnosti a k ukládání energie do tukových zásob. Při negativní energetické bilanci v důsledku hladovění a fyzické zátěže dochází k naopak k poklesu tělesné hmotnosti (Adam, et al., 2005; Wildman, Miller, 2004; Manore, Thompson, 2000; Williams, 2010; Summerfield, 2001). Zásadním rozdílem ve výdeji energie oproti jejímu příjmu je to, že výdej energie je nepřetržitý, i když jeho intenzita značně kolísá. Naopak příjem je omezen na několik krátkých časových úseků. Rozdíl v příjmu a výdeji energie je patrný na obrázku 6 (Holeček, 2006). 1 Rovnovážná - příjem a výdej energie se rovnají (ideální stav). 2 Negativní (katabolismus) - energetický výdej je větší než příjem (pokles tělesné hmotnosti). 3 Pozitivní (anabolismus) energetický příjem je větší než výdej (zvyšování tělesné hmotnosti). 9

10 Obr. 6 Rozdíl mezi příjmem a výdejem energie během dne (Holeček, 2006). Z obrázku jde také vyčíst, že nejmenší výdej energie nastává ve spánku. Aby organismus v té době mohl uvolňovat energii, je nutné, aby část energie přijaté potravou byla uložena do zásob ve formě glykogenu a triacylglycerolů (Holeček, 2006). Znalost skutečné denní energetické potřeby jedince umožňuje sestavit jídelníček, jehož energetická hodnota bude zajišťovat energetickou rovnováhu (Merkunová, Orel, 2008). U sestavování jídelníčku může docházet k určitým chybám dané např. spoluprací pacientů i rozdíly v tabulkách výživových a energetických hodnot. Chyba odhadu energetické potřeby se pohybuje v rozmezí % (Svačina, et al., 2008). Co se sportovců týče, bývá ve většině případů uváděný energetický příjem téměř vždy podhodnocován (Maughan, Burke, 2006). 10

11 1.1.3 Energetický příjem Energetický příjem je jednou ze složek energetické bilance organismu. Je dán množstvím živin, které jsou zdrojem využitelné energie. Pro člověka jsou to hlavně sacharidy, tuky a proteiny. (Wildman, Miller, 2004; Pánek, et al., 2010). Získávání energie z potravy je znázorněno na obr. 1 (Williams, 2010). Obr. 1 Přes fotosyntézu, rostliny zužitkují sluneční energii, a přemění ji na energii chemickou ve formě sacharidů, tuků nebo proteinů. Zvířata jí rostliny a přeměňují chemickou energii na vlastní zásoby chemické energie - v první řadě tuk a protein. Lidé přijmou jídlo od rostlinných a zvířecích zdrojů a přemění chemickou energii pro jejich vlastní zásoby a využití (Williams, 2010). Množství energie v potravě bývá vyjádřeno v kilokaloriích (kcal) nebo v kilojoulech (kj) 4 (Williams, 2010; Manore, Thompson, 2000). Celkové množství energie, které je chemicky vázáno v jednotlivých živinách, se posuzuje podle spalného tepla 5. Rozlišujeme fyzikální spalné teplo 6 a 4 1 kcal představuje takové množství tepla, jež se uvolní při ohřátí 1 litru vody o 1 C. KJ a kcal lze vzájemně přepočítávat, kdy 1kcal = 4,2 kj a 1 kj = 0,24 kcal. 5 Spalné teplo = množství energie uvolňující se při oxidaci 1 gramu dané živiny v kyslíkové atmosféře (měří se kalorimetricky v tzv. kalorické bombě). 11

12 fyziologické spalné teplo 7. Fyzikální energetická hodnota 1 gramu u jednotlivých živin je u sacharidů 17 kj, lipidů 38 kj, proteinů 23 kj. Naproti tomu fyziologická energetická hodnota 1 gramu u jednotlivých živin představuje hodnotu sacharidy 17 kj, lipidy 38 kj, proteiny 17 kj. Jak si můžeme všimnout, jsou hodnoty, až na proteiny, kde je hodnota u fyziologické energetické hodnoty nižší, téměř totožné. Snížení je zapříčiněno tím, že katabolity proteinového metabolismu, jež se vylučují z lidského organismu (hlavně ve formě močoviny) jsou ještě nositeli určitého množství energie (Trojan, et al., 2003; Mourek, 2005; Havlíčková, et al., 1994; Pánek, et al., 2010; Williams, 2010; Summerfield, 2001). Organismus získává energii chemickým procesem - oxidací živin (sacharidy, tuky a bílkoviny), kdy se u jednotlivých druhů živin nebo směsí živin spotřebovává rozdílné množství O 2 a tvoří různé množství CO 2, vzniká voda a uvolňuje se energie (Merkunová, Orel, 2008). O tom, které živiny jsou zrovna metabolizovány, nás informuje respirační kvocient 8 (označovaný R, RQ). Oxidují - li sacharidy RQ = 1, pro tuky RQ = 0,7 a při oxidaci bílkovin je RQ = 0,8. Při přeměně cukru na tuky je RQ větší než 1 a při glukoneogenezi 9 je RQ menší než 0,7 dle rozsahu přeměn. Využívání živin záleží i na jiných okolnostech, jako např. stavu zásob živin a intenzitě zatížení (Scott, 2008; Havlíčková, et al., 1994; Wildman, Miller, 2004). Energie se zachycuje v podobě rychle využitelné energie ATP (adenosintrifosfát), část se přeměňuje v teplo (Merkunová, Orel, 2008). ATP 6 Fyzikální spalné teplo představuje celkovou energii živin. 7 Fyziologické spalné teplo udává využitelnou energii v organismu (uvolněnou oxidací živin v organismu). 8 Respirační kvocient = poměr mezi vydýchaným CO 2 a spotřebovaným O 2 (RQ = CO 2 /O 2 ). Oxidují - li sacharidy RQ = 1, pro tuky RQ = 0,7 a při oxidaci bílkovin je RQ = 0,8. 9 Glukoneogeneze = tvorba glukózy z necukerných zdrojů (např. aminokyseliny, laktát), která probíhá především v játrech a ledvinách. 12

13 můžeme chápat jako nejjednodušší a výchozí zdroj energie pro organismus, obsahující vazby s vysokým obsahem využitelné energie, které se snadno štěpí a uvolňují energii ( Zásoba ATP v organismu je v řádech gramů až desítek gramů, což představuje jen asi kj, přičemž tato energie vystačí při intenzivní svalové činnosti jen na několik sekund práce. ATP se však neustále obnovuje, zejména z kreatinfosfátu (CP) a ze štěpení hlavních živin (Havlíčková, et al., 1994; Maughan, Burke, 2006) Energetická potřeba organismu (EE) Energetická potřeba organismu 10 je další složkou energetické bilance organismu. Je dána součtem bazálního energetického výdeje, fyzické aktivity, termického efektu přijaté stravy a případné přítomné choroby, kdy stoupají energetické nároky organismu v závislosti na závažnosti choroby. Rozeznáváme tedy bazální energetický výdej (BEE), klidový energetický výdej (REE), termický efekt potravy (TEF) a pohybovou aktivitu TEE (Svačina, et al., 2008; Pánek, et al., 2010; Williams, 2010). Určitou roli může ještě sehrávat mírné zvýšení energetického výdeje vlivem kofeinu, jež obsahuje káva, čaje, čokoláda a některé nápoje. Jedno takové studium ukázalo, že kofein v 2-3 šálcích regulérní kávy zvýšil REE o % (Hainer, 2001). Dávka 100 mg kofeinu zvýší REE o 3-4 % a 200 mg o 5-8 % (Manore, Thompson, 2000; Summerfield, 2001). Kouření cigaret také zvyšuje REE. Může za to zřejmě nikotin obsažený v tabáku, který stimuluje výměnu látek podobně jako kofein. To může být také jeden z důvodů, proč někteří jedinci zvýší svoji hmotnost, když přestanou kouřit. Energetický výdej stimulovaný kouřením může u silných kuřáků představovat až 3-10 % celkového energetického výdeje (Hainer, 2001; Williams 2010; Manore, Thompson, 2000). Do energetického výdeje ještě zařazujeme energii nezbytnou pro termoregulaci (podrobněji v kapitole ). 10 EE z angl. Energy Expenditure = energetický výdej organismu 13

14 U osob se sedavým způsobem života tvoří bazální metabolismus cca 60 %, termický efekt stravy 10 %, nároky na termoregulaci 10 % a fyzická aktivita 20 % z celkového denního energetického výdeje (Holeček, 2006). Celkový denní energetický výdej můžeme vidět na obr. 2. Poskytuje nám přibližné hodnoty průměrně aktivních jednotlivců. Obecně můžeme říci, že BEE představuje %, TEF 5-10 % a TEE % z celkového denního energetického výdeje. Tyto hodnoty jsou přibližné a mohou se lišit, zvláště TEE (Williams, 2010). Obr. 2 Tři hlavní faktory odpovídající za celkový denní energetický výdej. V tomto případě představuje BEE 70 %, TEF 10 % a TEE 20 % (Williams, 2010). Energetická potřeba je závislá na řadě faktorů, jakými jsou věk, pohlaví, tělesná hmotnost, výška a zejména fyzická aktivita (Trojan, et al., 2003; Nix, 2004). V následujících podkapitolách jsou uvedeny a jednotlivě rozebrány složky energetické potřeby organismu. 14

15 Bazální energetický výdej (BEE, BMR) Bazální metabolismus 11 je definován jako nejmenší množství energie nutné ke krytí základních funkcí organizmu (jako funkce oběhového systému, vylučovacích orgánů, plic, jater, mozková činnost, regulace tělesné teploty atd.) za bazálních podmínek, které jsou definovány: - měříme ráno těsně po probuzení a osoba je v duševním a tělesném klidu (leží, ale nespí), - nachází se v termoneutrální zóně" tj. 20 C pro osobu oblečenou a 27 C pro svlečenou), - osoba je hodin po posledním přijmu potravy (nalačno) a po 3 dny byl omezen příjem bílkovin, - po 8 hodinovém fyzickém odpočinku (Holeček, 2006; Mourek, 2005; Svačina, et al., 2008; Pánek, et al., 2010; Williams, 2010; Scott, 2008; Wolinsky, Driskel, 2008). BMR je definován konvencí (dohodou) a jeho hodnota nepředstavuje nejnižší možný energetický výdej. Nižší hodnoty lze zaznamenat ve spánku (Holeček, 2006; Williams, 2010). Hodnota BMR se pohybuje u normální populace v rozmezí % celkového energetického výdeje (Whitney, Rolfes, 2008; Nix, 2004; Wildman, Miller, 2004; Williams, 2010; Scott, 2008). BMR u mužů průměrné velikosti je asi 2000 kcal/den (Canagaratnam, Shaw, 2005). Ve většině civilizovaných států jsou k dispozici tabulky, které s určitou mírou přesnosti udávají průměrný energetický výdej u různých skupin obyvatelstva, vzhledem k věku, pohlaví či zaměstnání. U dětí je průměrný denní výdej ve věku 1-5 let přibližně 6200 kj, u dětí starších (5-10 let) kolem 9000 kj. Muži do 50 let věku mají denní energetickou potřebu kj, starší o něco méně (11000 až kj), ženy do 50 let cca 9600 kj, starší 7500 kj. Těhotné a kojící ženy mají energetické nároky mnohem vyšší ( kj). Zřetelný rozdíl v energetických nárocích představuje typ zaměstnání. Sedavé s minimálním pohybem představuje denní energetický příjem asi kj/24 h, středně 11 BMR, BEE z angl. Basal Metabolic Rate, Basal Energy Expenditure 15

16 namáhavá práce asi kj/24 h a velmi namáhavá práce (horník, horolezec) kj/24 h. Podíl těžce pracujících se v technicky vyspělých státech i v ČR výrazně snižuje (Mourek, 2005). Faktory ovlivňující hodnotu BMR tělesný povrch - čím větší povrch těla, tím vyšší hodnota BMR, beztuková tělesná hmota - s věkem se snižuje a tím se snižuje BMR, genetické faktory - snížená aktivita sympatiku snižuje BMR a zvyšuje tělesnou hmotnost, věk - BMR vztažený na jednotku tělesné hmotnosti i povrchu těla je u dětí větší než u dospělých; ve stáří hodnota BMR klesá, pohlaví - ženy mají BMR přibližně o 10 % nižší, klima - osoby žijící v teplých krajích mají nižší BMR, tělesná teplota - zvýšení tělesné teploty o 1 C zvýší BMR až o 14 % (např. při teplotě 40 C může být hodnota spotřebované energie o 42 % vyšší. humorální vlivy - hormon štítné žlázy tyroxin (čím vyšší produkce, tím roste BMR), katecholaminy 12 a cytokiny 13 zvyšují BMR, stav výživy - dlouhodobé hladovění, podvýživa, drastické diety snižují BMR, těhotenství a menstruace - zvyšují BMR (Holeček, 2006; Trojan, et al., 2003; Williams, 2010; Whitney, Rolfes, 2008; Canagaratnam, Shaw, 2005; Manore, Thompson, 2000). Příjem potravy, fyzická námaha a změny okolní teploty se neřadí mezi faktory ovlivňující BMR (byť výrazně zvyšují energetický výdej), neboť v těchto případech nejsou splněny podmínky definice BMR. Podmínky, které jsme si představili výše, stanovené pro určení hodnoty BMR jsou přísné a u řady 12 katecholaminy skupina důležitých látek organismu, k nimž patří adrenalin, noradrenalin a dopamin. Mají význam jako neurotransmitery v nervovém systému vegetativním, ale i v mozku, jako hormony tvořené dření nadledvin 13 cytokiny látky bílkovinné povahy peptidy, glykopeptidy produkované buňkami a sloužící k jejich vzájemnému ovlivňování a předávání informací. Uplatňují se např. v imunitním systému, v regulaci buněčného růstu, množení, aktivaci buněk atd 16

17 nemocných není možno je dodržet. V praxi se proto většinou stanovuje klidový energetický výdej (Holeček, 2006; Williams, 2010; Wolinsky, Driskel, 2008). Stanovení hodnoty BMR BMR se vyjadřuje ve většině případů jako procentuální zvýšení nebo snížení vzhledem k hodnotě náležité. Ta se stanovuje nejčastěji: Podle povrchu těla - pro muže je stanovena náležitá hodnota BMR na 167 kj/m 2 /h (40 kcal/m 2 /h), pro ženu na 150 kj/m 2 /h (36 kcal/m 2 /h); povrch těla se stanovuje pomocí nomogramů odvozených z rovnice: S [m 2 ] = tělesná hmotnost 0,425 [kg] x výška 0,725 [cm] x 0, (Holeček, 2006; Canagaratnam, Shaw, 2005). Pomocí Harris - Benedictovy rovnice, která je odlišná pro muže a ženy, a zahrnuje i faktor věku (Holeček, 2006; Svačina, et al., 2008; Pánek, et al., 2010). muži BMR (kcal/den) = 66,5 + (13,75 x W) + (5,0 x H) - (6,76 x A) ženy BMR (kcal/den) = (9,56 x W) + (1,85 x H) - (4,68 x A) (W - tělesná hmotnost v kg, H - výška v cm a A - věk v letech) Rovnice ovšem není vhodná pro lidi s abnormální tělesnou stavbou, svalnatou či obézní. V případě kulturisty či obézního člověka výpočet není relevantní ( Pomocí dalších rovnic pro stanovení BMR - například Schofieldovy, Mifflinovy, Cunninghamovy, Wangovy a Owenovy (Bauer, et al., 2004; Holeček, 2006). Např. Cunninghamova rovnice využívána i v přístrojích In Body počítá s hodnotou aktivní tělesné hmoty a vypočítáme ji: BMR (kcal/den) = (21 x aktivní tělesná hmota v kg) (Cunningham, 1991). 17

18 Klidový energeticky výdej (REE, RMR) Jak již bylo řečeno v předchozí kapitole, v praxi se mnohem častěji stanovuje klidový energetický výdej 14, který odráží metabolické nároky organismu v kteroukoliv denní dobu. Jeho hodnotu ovlivňují tytéž faktory jako bazální energetický výdej (Svačina, et al., 2008). Jak v průběhu dne provádíme měření REE? po 30 minutovém klidu na lůžku, nejméně 2 hodiny po jídle, v tepelně příjemném prostředí. Při kvalitní metodice měření nepřesahuje odchylka proti opakovaným měřením v průběhu 24 hodin 4-7 % (Svačina, et al., 2008). Avšak kvůli přesnějším výsledkům provádíme měření ráno po nočním 12. hodinovém půstu. Měřená osoba spí doma a do výzkumné laboratoře se dopraví pomalou chůzí nebo autem. Musí být v celkové duševní (bez stresu) a fyzické pohodě a nepožívat léky nebo jiné stimulanty (aby nedocházelo ke zvýšené metabolické aktivitě organismu). V místnosti, kde se provádí měření, by měl být klid, příjemná teplota a nemělo by docházet působením různých vlivů k odvracení pozornosti měřené osoby (Manore, Thompson, 2000). Klidový energetický výdej odpovídá asi % celkového denního energetického výdeje (Gropper, Smith, Groff, 2009; Manore, Thompson, 2000). U vrcholových sportovců se však tyto procentuální hodnoty značně mění. Thompson, Manore a Skinner (1993) zjistili, že u vytrvalostních sportovců, REE představuje jen % celkového denního energetického výdeje. U ultramaratonců je hodnota REE menší než 20 % celkového denního energetického výdeje (Rontoyannis, Skoulis, Pavlou, 1989). Více jak 80 % podíl na interindividuální variabilitě REE se ukazuje, že má FFM 15 (Stipanuk, 2006). 14 REE, RMR z angl. Resting Energy Expenditure, Resting Metabolic Rate 15 FFM z angl. Fat Free Mass (beztuková hmota též aktivní tělesná hmota); FFM = tělesná hmotnost FM (z angl. Fat Mass což je celkové množství tuku). 18

19 Fyzická aktivita (EEPA, TEE) Energetické nároky na pohybovou aktivitu 16 představují nejvíce variabilní složku z celkového energetického výdeje (Holeček, 2006). Fyzická aktivita zvyšuje energetickou potřebu o % v závislosti na typu zátěže a u fyzicky aktivních lidí dokonce představuje největší podíl na celkovém energetickém výdeji (Svačina, et al., 2008; Whitney, Rolfes, 2008; Mandelová, Hrnčiříková, 2007). Při pohybu je energetický výdej rovněž ovlivněn řadou faktorů. Mezi základní faktory patří druh svalové práce, hmotnost jedince, počet zapojených svalových skupin, intenzita, délka trvání aktivity, věk (Holeček, 2006; Mandelová, Hrnčiříková, 2007). Podobně jako u BMR a TEF, se i u TEE uplatňují genetické faktory a dále spontánní (necvičební) tělesná aktivita (vrtění, ošívání), jež mohou podstatně ovlivnit celkový energetický výdej a podílet se tak na zvyšování tělesné hmotnosti (Levine, Eberhardt, Jensen, 1999). Významný podíl má i zvýšená metabolická aktivita srdce, dýchacího systému a nervového systému. Podstatně se zvyšuje metabolická aktivita jater, kde je aktivována glykogenolýza 17 a glukoneogeneze. Svalová práce může zvýšit energetickou spotřebu až 10 krát u fyzicky velmi namáhavých sportovních výkonů (Holeček, 2006). Ve stáří se množství energie vynaložené na práci snižuje. Tento pokles obvykle není v přímé úměře s poklesem příjmu energie ve formě stravy, a proto je pokles energetického výdeje ve stáří často provázen pozitivní energetickou bilancí a vznikem obezity (Holeček, 2006). Co se pracovních činností týče, jsou rozdíly ve výdeji energie na fyzickou aktivitu velmi výrazné. Práce vykonaná za 8 hodin může být dle energetických nároků klasifikována jako práce sedavá (do 1600 kj), lehká ( kj), středně těžká ( kj) nebo těžká (nad 4400 kj) (Holeček, 2006). Intelektuální práce má minimální energetické nároky. Pozorované zvýšeni energetické potřeby v jejím průběhu je převážně výsledkem průvodní svalové aktivity, např. zvýšeným napětím antigravitačních svalů při mentální aktivitě vsedě, prací 16 EEPA, TEE z angl. Energy Expenditure of Physical Aktivity, Thermic Effect of Exercise 17 glykogenolýza = štěpení glykogenu na glukózu 19

20 svalů ruky při průvodních písemných projevech, prací artikulačních svalů při řeči atd. (Merkunová, Orel, 2008). Jak se stanovuje energetická náročnost jednotlivých pohybových aktivit? Energetickou náročnost činnosti u konkrétní osoby lze odhadnout pomocí tabulek, při různých pracovních činnostech a sportovních výkonech, které udávají normované hodnoty energetického výdeje pro většinu běžných lidských aktivit, z hodnoty BEE (Holeček, 2006; Pánek, et al., 2002). Základní jednotkou je 1 MET 18. Další možností je udávání energetické náročnosti v kcal (kj) za časovou jednotku. Jednotlivé hodnoty energetické náročnosti spolu souvisejí a dají se vzájemně přepočítávat. Kdy: 1 kcal = 4 kj, 1 L O 2 = 5 kcal, 1 MET = 3,5 ml O 2 /kg/min (Williams, 2010; Scott, 2008). Příklad výpočtu (Williams, 2010): Cvičební aktivita o intenzitě 12 METů a její přepočet (vyjádřen v kcal). pro tento příklad si stanovíme hmotnost jedince 70 kg 12 3,5 ml O 2 /kg/min = 42,0 ml O 2 /kg/min ml O 2 /kg/min = 2940 ml O 2 /min Převod ml na L: 2940 ml O 2 /min = 2,94 L O 2 /min Kalorické hodnota = 2,94 5 = 14,70 kcal/min Pro výpočet je ovšem nutno pečlivě zaznamenávat typ činnosti, její intenzitu a trvání minutu od minuty po celý den. Na základě těchto skutečností je nutno zdůraznit, že energetický výdej se zvyšuje nejen při fyzické práci, ale i při práci duševní, emocích a stresu (Holeček, 2006). Příklady pro výpočet energetického výdeje v % náležitého bazálního metabolismu u různých činností jsou znázorněny v příloze (viz tabulky v příloze č. 1) MET z angl. Metabolic Equivalent of Task = množství O 2 na kilogram hmotnosti, které spotřebuje organismus v klidu za 1 minutu. 20

21 Termický efekt potravy (TEF) Termický efekt potravy je nárůst energetického výdeje postprandiálně (tj. po jídle) s maximem za 90 minut po perorálním přijmu potravy a návratem k preprandiálním hodnotám za 2-4 či 3-5 hodin (Svačina, et al., 2008; Holeček, 2006; Pánek, et al., 2010; Williams, 2010). Je způsoben metabolickými nároky organismu na zpracování potravy (trávení, vstřebávání, transport, odbourávání, ukládání a přestavbu živin do využitelné formy - např. ATP, glykogen a triacylglyceroly). Vyjadřuje se v % energie přijaté v potravě a je pro jednotlivé živiny odlišný (Holeček, 2006; Svačina, et al., 2008; Whitney, Rolfes, 2008; Westerterp, 2004; Summerfield, 2001). Parenterální 19 i enterální 20 výživa má podobný termický efekt jako výživa perorální (Svačina, et al., 2008). Problematikou termického efektu potravy se podrobněji budeme zabývat v samostatné kapitole Termoregulace (AT) Organismus člověka má termoregulační systém 21, který má za úkol držet stálou teplotu vnitřního prostředí lidského těla. Termoregulační centrum se nachází v mozku, v zadní části hypotalamu. Zde se vyhodnocují informace přicházející z periferního (kožní a slizniční termoreceptory) i centrálního termoreceptorového pole (v hlubokých strukturách organizmu včetně hypotalamu, velkých cév či míše), a tím se získává přesná informace o tepelné situaci organizmu. Hypotalamus pracuje jako zařízení udržující stabilní teplotu (termostat) kolem průměrné hodnoty C (Lüllmann, et al., 2001; Mourek, 2005). Energetické nároky organizmu na udržení konstantní tělesné teploty jsou nejnižší v tzv. termoneutrální zóně, která se pro osobu bez oděvu pohybuje okolo 27 C a pro osobu lehce oděnou okolo 20 C (viz podmínky pro stanovení BMR). 19 Parenterální = nitrožilní 20 Enterální = podání roztoků s přesně určeným složením živin - cukry, tuky, bílkoviny, minerály, stopové prvky, vitamíny do trávicího traktu. 21 AT z angl. Adaptive Thermogenesis. 21

22 Teploty nižší i vyšší zvyšují energetické nároky na termoregulaci. Při poklesu okolní teploty stoupá energetický výdej a tvorba tepla se zvyšuje v důsledku aktivace řady metabolických reakcí a svalového třesu. Při vzestupu okolní teploty je zvýšený výdej energie nezbytný pro tvorbu potu (Holeček, 2006; Whitney, Rolfes, 2008). Při intenzivní pohybové činnosti vzniká ve svalech o 15 až 20 krát více tepla než při bazálním metabolismu. Nejdříve stoupá teplota ve svalech. S určitým zpožděním se teplo krví rozvede do celého organismu a stoupne tak teplota celého jádra. Při déletrvající intenzivní práci se proto uplatňují mechanismy termoregulace, neboť kumulací tepla by organismu hrozilo přehřátí (Havlíčková, et al., 1994). Energetické nároky organizmu na termoregulaci se ve většině případu pohybují mezi 5-15 % celkového energetického výdeje (Holeček, 2006) Metody stanovení energetického výdeje (EE) Stanovení energetického výdeje je nutné pro posouzení energetické náročnosti vykonávané činnosti a pro řízení výživy pacientů odkázaných na enterální či parenterální výživu (Holeček, 2006). Lze jej stanovit různými metodami, z nichž každá má své výhody i nevýhody (Maughan, Burke, 2006). Dále nás získané hodnoty mohou upozornit na některá vážná onemocnění či poruchy metabolismu (Holeček, 2006). Mezi základní metody stanovení energetického patří: přímá kalorimetrie, nepřímá kalorimetrie, empirické stanovení, stanovení pomocí izotopu (Holeček, 2006) Přímá kalorimetrie Základem přímé kalorimetrie je předpoklad, že veškerá energie uvolněná v organizmu je dána součtem vytvořeného tepla a mechanické práce. Při této metodě se vytvořené teplo měří na základě rozdílu teploty vody ve vodní lázni a 22

23 vlhkosti vzduchu před vstupem a při výstupu z dokonale tepelně izolované kalorimetrické komory, ve které je osoba umístěna po specifickou dobu (ne méně než 24 hodin). (Holeček, 2006; Wildman, Miller, 2004; Manore, Thompson, 2000; Summerfield, 2001). Množství tepla uvolněného z organismu je přímo úměrné hodnotě bazálního metabolismu (Mandelová, Hrnčiříková, 2007). Metodu nelze použít k měření vlivu příjmu potravy nebo krátkodobé fyzické zátěže na energetický výdej, neboť značná část vytvořeného tepla se neuvolní do okolí, ale projeví se zvýšením tělesné teploty (Holeček, 2006; Summerfield, 2001). Nevýhodou přímé kalorimetrie je vedle nutnosti provádět měření po delší časové úseky i nemožnost určit, které živiny se v těle využívají. Použití metody je omezené, protože měřený je v uzavřeném prostoru. Většinou se přímá kalorimetrie používá pro experimentální účely (Holeček, 2006; Wildman, Miller, 2004; Pánek, 2002; Summerfield, 2001) Nepřímá kalorimetrie Nepřímou kalorimetrií měříme spotřebu O 2 za standardních podmínek na lačno, v tělesném a duševním klidu (minimálně 30 minut), při pokojové teplotě (18 20 C), při současném vychytávání vydýchaného CO 2 (Svačina, et al., 2008; Trojan, et al., 2003; Mourek, 2005; Maughan, Burke, 2006). Princip nepřímé kalorimetrie znázorňuje obr. 3 (Zadák, 2008). Původní sběr plynu za čas do Douglasova vaku s následnou analýzou koncentrace CO 2 a O 2 nahradily moderní metabolické monitory, které měří nepřímou kalorimetrii pomocí ventilované kanopy či obličejové masky u přenosného kalorimetru (analyzátor plynů a napájecí baterie jsou v batohu) viz obr. 4 a 5 (Svačina, et al., 2008; Brychta, 2010; Summerfield, 2001; Maughan, Burke, 2006). 23

24 Obr. 3 Schéma principu nepřímé kalorimetrie (Zadák, 2008). Obr. 4 Přenosný kalorimetr Obr. 5 Kalorimetr s kanopou (Brychta, 2010). (Brychta, 2010). Základem metody jsou předpoklady ţe: spotřeba O 2 v buňkách a výdej CO 2 buňkami závisí na utilizaci živin, veškerý spotřebovaný O 2 a vylučovaný CO 2 přecházejí výhradně plícemi do dechu, O 2 a CO 2 se nehromadí v organizmu (Zadák, 2008). 24

25 Základními komponenty nepřímé kalorimetrie jsou analyzátor vydechovaného CO 2, analyzátor spotřeby O 2, zařízení schopné přesně měřit objem vdechovaného a vydechovaného vzduchu a procesor, který zpracovává měřená data (Zadák, 2008). Mezi nevýhody této techniky patří cena, potřeba speciálního zařízení a zkušeného personálu a to, že vyšetření obvykle zasahuje do sportovní činnosti při běžném denním životě, což znamená, že měří nepřirozenou situaci výdeje energie. Na druhou stranu může být tato technika použita k měření jednotlivých složek energetické spotřeby - např. klidového energetického výdeje, termického účinku stravy a energetického výdeje při různých typech fyzické zátěže (Maughan, Burke, 2006). Pouţívané výpočty k měření energetické potřeby Mezi spotřebou O 2 a množstvím energie, uvolněné z dané živiny, existuje lineární závislost. Více než 95 % energie uvolněné v organizmu je získáno aerobní utilizací sacharidů, lipidů a proteinů, a proto lze použít spotřebu O 2 za základ výpočtu energetického výdeje (Holeček, 2006). K hodnocení přeměny energie se zavedly 2 veličiny. Jsou to respirační kvocient RQ a energetický ekvivalent (Zadák, 2008). Vztah mezi spotřebou kyslíku a tvorbou energie vyjadřuje energetický ekvivalent kyslíku 22 (Holeček, 2006; Merkunová, Orel, 2008; Mourek, 2005; Summerfield, 2001). S jeho pomocí lze potom spočítat energetický výdej dle rovnice: EE (kj) = spotřeba O 2 x 20,1 (Holeček, 2006). Tuto individuální hodnotu srovnáváme s Benedictovými tabulkami, kde se respektuje hmotnost, pohlaví, výška a věk (Mourek, 2005; Trojan, et al., 2003). Neboť se hodnota energetického ekvivalentu O 2 pro jednotlivé živiny liší (viz. tab. 1), je nutné znát pro přesné stanovení energetického výdeje poměr, v jakém se jednotlivé živiny v organizmu spalují. Potom můžeme EE spočítat dle rovnice: 22 energetický ekvivalent O 2 je empiricky zjištěná tabulková hodnota, definovaný jako množství energie uvolněné z živiny při spotřebě 1 litru O 2. Jeho průměrná hodnota (při smíšené stravě % sacharidů, % proteinů a % tuků) je 20,1 kj/lo 2. 25

26 EE (kj) = (O 2c x 20,9) + (O 2L x 19,6) + (O 2P x 18,7), kde O 2c - spotřeba O 2 při oxidaci sacharidu, O 2L - lipidů, O 2P - proteinů (v litrech) (Holeček, 2006). Poměrné zastoupení jednotlivých živin využitých pro tvorbu energie zjistíme pomocí respiračního kvocientu RQ a množství dusíku vyloučeného ve formě močoviny, který je ukazatelem oxidace aminokyselin (Holeček, 2006; Zadák, 2008). Jak již bylo zmíněno v kapitole , je RQ určen poměrem mezi objemem vydýchaného CO 2 a spotřebovaného O 2 (RQ = CO 2 /O 2 ) a je pro jednotlivé živiny odlišný (tab. 1) (Holeček, 2006; Zadák, 2008; Merkunová, Orel, 2008; Wildman, Miller, 2004). Tab. 1 Energetický ekvivalent O 2 a respirační kvocient jednotlivých živin (Holeček, 2006). Protože je RQ výsledkem souběžné utilizace tří živin (proto jeho hodnota nevypovídá o poměrech v jejich utilizaci, pokud není roven 0,7 či 1), řeší se výpočet stanovením energie uvolněné oxidací proteinů tzv. nebílkovinného RQ 23 (nrq). Množství energie uvolněné při oxidaci proteinů se stanoví na základě odpadu dusíku ve formě urey močí 24. Dále známe energetickou hodnotu proteinu a energetický ekvivalent kyslíku pro bílkoviny. Potom lze z množství dusíku močoviny vypočítat množství zoxidovaných proteinů, energii získanou oxidací proteinů (při oxidaci 1 g proteinu se uvolní 17 kj), spotřebu O 2 při katabolizmu bílkovin (18,7 kj/l0 2 viz tab. 1), množství vyloučeného CO 2 při katabolizmu proteinů (0,82 viz tab. 1), nrq (Holeček, 2006). 23 nrq z angl. non protein Respiratory Quotient 24 1 g dusíku močoviny odpovídá katabolizmu 6,25 g bílkovin 26

27 Hodnotu nrq vypočítáme jako: celkové uvolněné množství CO 2 - CO 2 uvolněné při oxidaci bílkovin celková spotřeba O 2 - spotřeba O 2 při oxidaci bílkovin Pomocí nrq potom určíme, v jakém poměru je při oxidaci sacharidů a tuků využit zbytek O 25 2 (Holeček, 2006). Na základě stanovení spotřeby O 2, RQ a dusíku vyloučeného ve formě močoviny vypočítáme množství O 2 spotřebovaného při oxidaci jednotlivých živina a vynásobením s jednotlivými ekvivalenty O 2 pro jednotlivé živiny vypočítáme energetický výdej (Holeček, 2006). Dle Weira (1949) můžeme vypočíst EE pomocí jeho zjednodušeného vzorce. S využitím konstant kalorimetrického ekvivalentu O 2 pro sacharidy, lipidy a proteiny odvodil následující rovnici EE: EE (kcal/den) = 3,941 x VO 2 + 1,106 x VCO 2-2,17 x UN kde: VO 2 - spotřeba O 2 (1/den), VCO 2 - vylučovaní CO 2 (1/den), UN - dusík močoviny (g/den) (Weir, 1949; Holeček, 2006; Zadák, 2008; Brychta, 2010). Tu později ještě zjednodušil na: EE (kcal/den) = 3,9 x VO 2 + 1,106 x VCO 2 (Zadák, 2008; Brychta, 2010) Empirické stanovení energetického výdeje Díky tomu, že technického vybavení pro stanovení EE není všude dostupné, byly vypracovány metody pro kvalifikovaný odhad na základě náležité hodnoty BMR a posouzení energetických nároků nemoci (Bauer, et al., 2004). Většinou se pro výpočet používá vzorec: EE = BMR x AF x IF x TF + (BMR x 0,06) BMR můžeme vypočítat pomocí Harris - Benedictovy rovnice, AF - hodnotí fyzickou aktivitu, IF - hodnotí vliv nemoci, TF - hodnotí vliv tělesné teploty a 25 nrq = 0,85(zbylá část spotřebovaného O 2 je využita z 50 % pro oxidaci sacharidů a z 50 % pro oxidaci tuků), nrq = 1 (zbylá část spotřebovaného O 2 je využita pouze při utilizaci glukózy). 27

28 (BMR x 0,06) představuje zvýšení energetického výdeje vlivem termického efektu potravy (Holeček, 2006) Stanovení energetického výdeje pomocí izotopů Metoda dvojitě značené vody 26 je založena na stanovení produkce CO 2 na základě eliminace vodíku a kyslíku (izotop kyslíku 18 O a izotop vody - deuterium, jsou vylučovány rozdílně z tělesné vody) (Lifson, et al., 1955; Svačina, et al., 2008; Wildman, Miller, 2004). Po podání dvojitě značené vody ( 2 H 18 2 O) se měří rychlost vyloučení obou izotopů ve formě H 2 O a CO 2 v moči, krvi a slinách v určitém časovém období s rozsahem 3 až 21 dnů (Holeček, 2006; Manore, Thompson, 2000; Williams, 2010; Brychta, 2010; Wildman, Miller, 2004; Maughan, Burke, 2006). Na základě eliminace 2H a 18 O lze vypočítat produkci CO 2 a pomocí energetického ekvivalentu CO 2, vypočítat energetický výdej. Energetický ekvivalent CO 2 závisí podobně jako energetický ekvivalent O 2 na RQ. Pohybuje se v rozmezí od 21 kj/lco 2 (pro RQ = 1) do 27,7 kj/lco 2 (pro RQ = 0,7) (Holeček, 2006). Výhodou této metody je přesnost (bezchybný odhad - 1 %, velmi přesný odhad - 3 %), možnost souběžného sledování několika jedinců v terénu, možnost stanovení celkového množství vody v těle a celkového energetického výdeje v období dnů až týdnů. Nevýhodou naopak je, že metoda informuje pouze o průměrné hodnotě EE v období 1 2 týdnů, vysoká cena a metoda neumožňuje měřit utilizaci jednotlivých substrátů (Schutz, Deurenberg, 1996; Manore, Thompson, 2000; Svačina, et al., 2008; Maughan, Burke, 2006) Účinnost energetického metabolismu Většina energie, která se nachází v chemických vazbách jednotlivých živin, se při metabolismu uvolňuje jako teplo a pouze menší část je přeměněna 26 DLW z angl. Double-Labelled Water Techniquo 28

29 v makroergní 27 vazby ve formě ATP. Poměr mezi množstvím energie ve formě ATP a celkovým množstvím uvolněné energie označujeme jako účinnost metabolismu (Holeček, 2006). Účinnost metabolismu (%) = (energie uvolněná jako ATP/celkové množství uvolněné energie) 100. Čím více energie je z živiny uvolněno ve formě ATP, tím je metabolismus účinnější. Účinnost metabolismu se pohybuje v rozmezí % (Holeček, 2006, s. 76). Havlíčková (1994) uvádí účinnost asi 44 %. V experimentech, kde lze měřit současně tvorbu ATP a spotřebu O 2, se účinnost metabolismu vyjadřuje dle P/O kvocientu, kde P značí tvorbu ATP a O spotřebu O 2. Předpokládá se, že spotřeba O 2 je ukazatelem celkového množství uvolněné energie (Holeček, 2006). 27 Makroergní = obsahující velké množství chemické energie. 29

30 1.2 Termický efekt potravy V této kapitole navážeme na kapitolu , ve které jsme si vysvětlili, co znamená pojem termický efekt potravy a v jaké souvislosti o něm v našem organismu hovoříme Vyjádření pojmu termický efekt potravy Synonyma: v českých názvech postprandiální termogeneze specifický dynamický účinek stravy (potravy, živin) dietou navozená (indukovaná) termogeneze produkce tepla podmíněná výživou v anglických názvech Thermic Effect of Food (TEF) Diet Induced Thermogenesis (DIT) Postprandial Thermogenesis Specific Dynamic Activity (SDA) Jak můžeme vidět, používá se v běžné praxi pro termický efekt potravy celá řada synonym. Většina vychází z anglických termínů. V naší práci budeme v textu pro lepší orientaci používat termín TEF Rozdělení TEF TEF můžeme rozdělit na 2 hlavní části: obligatorní - tepelné ztráty způsobené žvýkáním, gastrointestinální motilitou 28, vstřebáváním atd., 28 Gastrointestinální = týkající se žaludku a střeva v souvislosti s trávením, motilita = hybnost, pohyblivost. 30

31 fakultativní - hormonální odpověď organismu na příjem živin (Pánek, et al., 2010; Manore, Thompson, 2000) Faktory ovlivňující TEF TEF může ovlivňovat řada faktorů. Na postprandiální termogenezi mají, podobně jako na BMR, vliv: genetické faktory - genetická aktivita sympatického nervového systému a exprese UCP 29, věk, úroveň fyzické zdatnosti, citlivost na inzulín, úroveň obezity (Manore, Thompson, 2000; Holeček, 2006). Dalšími faktory, jež jsou spojené s jídlem, jsou velikost porce, skladba jídla, chutnost a načasování (Manore, Thompson, 2000) Vliv sloţení stravy a velikosti porce na TEF Jak již bylo řečeno (viz kapitola ), termický účinek se vyjadřuje v % energie přijaté v potravě a přetrvává několik hodin po jídle. Jeho hodnota závisí na velikosti zkonzumované porce (množství kcal) a procentuálním složení živin (kalorií z proteinů, tuků a sacharidů) (Manore, Thompson, 2000; Holeček, 2006). Při příjmu normální (smíšené) potravy je odhadován termický efekt na 10 % z celkového energetického výdeje (Svačina, et al., 2008; Manore, Thompson, 2000; Whitney, Rolfes, 2008; Summerfield, 2001; Williams, 2010; Holeček, 2006; Wolinsky, Driskel, 2008). U žen je hodnota nižší 6-7 % (Manore, Thompson, 2000). Termický efekt je pro jednotlivé živiny odlišný. U sacharidů se uvádí termický efekt 5-10 %, u tuků 0-3 % a u bílkovin % (Svačina, et al., 29 UCP z angl. uncoupling protein = rozpojovací protein (omezuje schopnost buněk využívat kyslík k získávání energie a zvyšující tvorbu tepla, existuje v lidském organismu a výzkum těchto látek směřuje k využití v léčbě obezity). 31

32 2008). Avšak % hodnoty makronutrientů se u jednotlivých autorů lehce liší. Všeobecně můžeme konstatovat, že u sacharidů představují hodnotu 5-10 %, u tuků 0-5 % a u proteinů % z celkového denního energetického výdeje. Rozdílné hodnoty TEF jsou způsobeny odlišnými nároky na jejich přeměnu do formy vhodné pro jejich využití jako zdroje, či zásobní formy energie. Příčinou velmi malého termického efektu u tuků je jejich snadná přeměna do zásob energie skladované v tukové tkáni (Holeček, 2006; Manore, Thompson, 2000). Nedávné studie naznačily, že strava s vysokým obsahem bílkovin a nízkým obsahem tuků vyvolává větší termický účinek, než strava s vysokým obsahem sacharidů a nízkým obsahem tuků (Johnston, Day, Swan, 2002). V tab. 2 můžeme porovnat na souhrnné studii několika autorů změnu procentuální hodnoty termického vlivu stravy v závislosti na % složení živin, když víme, že při příjmu smíšené potravy je odhadován termický efekt okolo 10 % z celkového energetického výdeje. Měření v intervalu do 4-5,5 hodiny po přijmutí jídla vykazovalo nižší % hodnoty, naproti tomu vyšší % hodnoty vykazovala studia s čistou spotřebou alkoholu a studia měřená 24 hodin v respirační komoře. Vlivem TEF na energetický výdej je nutno měřit hodnotu BMR nalačno a s TEF je nutno kalkulovat při výpočtech energetické hodnoty jídelníčku. Například: má-li být uhrazen energetický výdej o hodnotě kj, je nutno podat potravou přibližně kj, tedy cca o 10 % více (Holeček, 2006). Nízký termický efekt tuků je dáván do souvislosti s rozvojem obezity při dlouhodobém příjmu stravy s vysokým obsahem tuků (Holeček, 2006; Williams, 2010). Na základě provedených studií bylo prokázáno, že příjem potravy ve více dávkách je provázen větším termickým efektem než příjem stejného množství potravy v jedné dávce (Holeček, 2006; Manore, Thompson, 2000). To znamená, že TEF není zcela úměrný množství přijaté potravy, a že část termického efektu nesouvisí s energií nezbytnou pro její zpracování. Jedná se zřejmě o důsledek neurohumorálních změn indukovaných signály ze smyslových orgánů již před příjmem potravy. Bylo prokázáno, že samotný pohled na jídlo, čichové a chuťové smysly vedou k vyšší tvorbě tepla po dobu 30 minut, což se uplatňuje v prevenci a 32

33 terapii obezity, kde jedno z hlavních doporučení je rozdělit denní příděl stravy do více porcí (Holeček, 2006). Tab. 2 Změna hodnoty DIT (TEF) v %, na složení stravy (v % S, B, T, Alkohol) na příkladu souhrnné studie (Westerterp, 2004) Vliv fyzické aktivity na TEF Vliv fyzické aktivity na TEF závisí na řadě faktorů, jako úroveň obezity, načasování stravy, tělesná námaha, intenzita a doba trvání fyzické aktivity a úroveň fyzické zdatnosti (Manore, Thompson, 2000). Segal et al. (1992) uvádí, že fyzická aktivita před jídlem nemá žádný podstatný účinek na hodnotu TEF (u hubených osob). Avšak u obézních osob TEF vzrostla (cca 40 %), nicméně absolutní zvýšení celkového počtu kcal bylo malé (10-15 kcal/3 h). Musíme však konstatovat, že o vlivu fyzické aktivity před a po jídle není v současné době k dispozici dostatečné množství dat (Manore, Thompson, 2000). 33

34 1.3 Shrnutí Pro náš organismus je nejvýhodnější neustále udržovat rovnováhu mezi příjmem a výdejem energie. Projevy dlouhodobé nerovnováhy příjmu nad výdejem mají za následek vznik nadváhy a obezity. Energetický příjem je dán množstvím živin, které jsou pro člověka zdrojem využitelné energie. Jsou to hlavně sacharidy, tuky a proteiny. Množství energie v potravě bývá vyjádřeno v kilokaloriích (kcal) nebo v kilojoulech (kj) a vyskytuje se v těle v podobě rychle využitelné energie ATP. Energetický výdej organismu je dán součtem bazálního energetického výdeje, fyzické aktivity, termického efektu přijaté stravy a termoregulace. Bazální energetický výdej představuje energii potřebnou pro zachování životních funkcí organismu (činnosti srdce, plic, zažívání, funkce ledvin a metabolické funkce buněk) za stavu naprostého duševního a tělesného klidu za normální teploty. Tvoří největší část celodenního výdeje energie % a jeho hodnota je závislá na řadě faktorů jako např. pohlaví, věk a podíl svalové hmoty. V praxi se mnohem častěji stanovuje klidový energetický výdej, který odráží metabolické nároky organismu v kteroukoliv denní dobu. Energetické nároky na pohybovou aktivitu představují nejvíce variabilní složku z celkového energetického výdeje. Její hodnota se pohybuje okolo 20 % u lidí neaktivních, až po 50 % u sportovců a lidí mimořádně aktivních. Fyzická aktivita zvyšuje výdej energie při samotném pohybu, a při déletrvajících aktivitách navíc přetrvává určitou dobu po aktivitě. Ovlivňuje ji též řada faktorů, jakými jsou např. druh svalové práce, hmotnost jedince, počet zapojených svalových skupin, intenzita, délka trvání aktivity a věk. K určení energetických nároků v klidu i v pohybu se používá stanovení množství spotřebovaného kyslíku. K porovnání energetické spotřeby v klidu a při pohybových aktivitách se používá hodnota metabolického ekvivalentu 1 MET, jež představuje klidovou spotřebu kyslíku a odpovídá hodnotě 3,5 ml/kg/min, tj. 4,2 kj/kg/h. Pro měření energetického výdeje při pohybové aktivitě v terénu se používají kalorimetry zaznamenávající kroky či jiný pohyb. Pro orientační hodnocení množství energie vydané při pohybu se používají tabulky energetické náročnosti různých činností. Termoregulace představuje energii vyjadřující zvýšení energetického výdeje v souvislosti s adaptací na prostředí (chlad, teplo, 34

35 vlhko, stres, léky, nemoci). Termický efekt potravy je nárůst energetického výdeje s maximem za 90 minut po perorálním přijmu potravy a přetrvává několik hodin po jídle. Je způsoben metabolickými nároky organismu na zpracování potravy. Vyjadřuje se v % energie přijaté v potravě a je pro jednotlivé živiny odlišný. U sacharidů představuje 5-10 %, u tuků 0-5 % a u proteinů % z celkového denního energetického výdeje. Při příjmu normální potravy je odhadován na 10 % z celkového energetického výdeje. TEF ovlivňuje řada faktorů jako věk, úroveň obezity, genetické faktory, velikost porce, skladba jídla, chutnost a načasování. Jen samotný pohled na jídlo, čichové a chuťové smysly vedou k vyšší tvorbě tepla, což se uplatňuje v prevenci a terapii obezity. Vliv pohybové aktivity před jídlem na hodnotu TEF nepředstavuje žádný výrazný účinek. Ke stanovení energetického výdeje se používá řada metod. Mezi nejpoužívanější metody patří přímá kalorimetrie, nepřímá kalorimetrie, metoda dvojitě značené vody a empirické stanovení. 35

36 2. EMPIRICKÁ ČÁST PRÁCE (Vliv stravy na míru postprandiální termogeneze) - případová studie 2.1 Příprava výzkumného šetření V této kapitole jsou v jednotlivých podkapitolách uvedeny cíle práce, úkoly práce, experimentální činitelé, použité metody, charakteristika objektu měření a další okolnosti, jež přímo souvisely s přípravou výzkumného šetření Charakter výzkumu Jedná se o EXPERIMENT (ověření teoretických předpokladů, a s tím spojenou odezvou organismu na složení stravy, a jejich vzájemné porovnání) Cíle práce: zjistit průběh hodnot RMR po podání testovaného pokrmu s převahou bílkovin (proteinový nápoj) zjistit průběh hodnot RMR po podání testovaného pokrmu s převahou sacharidů (gainer 30 - v textu uváděn jako sacharidový nápoj) zjistit rozdíl průběhu hodnot RMR po podání obou testovaných nápojů (proteinový nápoj, sacharidový nápoj) Úkoly práce: stanovení klidového energetického výdeje RMR podání testovacího pokrmu sledování odezvy organismu srovnání odezvy na testovací pokrmy 30 gainer = přípravek pro urychlení regenerace a podporu nárůstu svalové hmoty, její ochranu při fyzické zátěži a jako zdroj rychle využitelné energie. 36

37 Experimentální činitelé Experimentální činitele zde představovaly 2 testovací pokrmy (sacharidový a proteinový nápoj). Charakteristika jednotlivých pokrmů: sacharidový nápoj - průměrné nutriční hodnoty ve 100 g prášku a složení jsou uvedeny v obr. 6. Obr. 6 Průměrné nutriční hodnoty sacharidového nápoje - Laktofit 15 ( 37

38 Popis produktu: Jedná se o gainer s výbornou kombinaci živin. Obsažené proteiny jsou na bázi koncentrátu syrovátkových bílkovin WPC a jsou doplněny mono-, oligo- a polysacharidy, obohaceny antioxidanty, lecitinem, vitamíny a minerálními látkami. Vzhledem k optimálnímu poměru bílkovin a sacharidů dochází k silné provokaci vylučování anabolického hormonu inzulinu, a tím k maximálnímu ukládání glykogenu do svalových buněk. Lecitin urychluje obnovu stavu buněk po sportovním výkonu, podporuje nárůst svalové hmoty, zlepšuje zásobování buněk kyslíkem. Laktofit 15 je doplněn o antioxidanty ORIGANOX a RESVERATROL, které chrání organismus před nepříznivým působením volných radikálů a současně zvyšují obranyschopnost ( proteinový nápoj - průměrné nutriční hodnoty proteinového prášku v 1 odměrce (která činí 29 g) je uveden na obr. 7. Obr. 7 Průměrné nutriční hodnoty proteinu VPX SYNGEX ( 38

39 Popis produktu: Jedná se o izolát syrovátkového proteinu vyrobený technologií SpiroFuse Reverse Osmosis. Tato technologie představuje novou generaci v izolaci a filtraci syrovátky, a tím ještě méně filtrací porušený koncentrát, jež díky tomu působí ještě silněji na stimulaci IGF-1 a IGF-2. Izolované bílkoviny dosahují 99 % čistoty. Výsledkem je protein SYNGEX 100% Whey Protein - synergistická směs těch nejkvalitnějších syrovátkových proteinových izolátů a koncentrátů ( V následující kapitole jsou uvedeny použité metody, přístroje a jejich princip, a také popis přípravy jednotlivých pokrmů Metodika práce Pouţité metody metoda 8 - bodových dotykových elektrod na principu bio - elektrické impedanční analýzy - InBody720 metoda nepřímé kalorimetrie přístrojem CORTEX METALYZER 3B K měření termického účinku testovaných pokrmů, jež představovaly v našem případě proteinový a sacharidový nápoj, byla použita metoda nepřímé kalorimetrie, která umožňuje měřit jednotlivé složky energetické spotřeby (princip viz kapitola ). Měření bylo prováděno v laboratoři FSpS MU kardiopulmonárním zátěžovým systémem CORTEX METALYZER 3B (viz obr. 8, 9). K analýze tělesného složení, jež bylo třeba hlavně ke zjištění FFM, bylo použito přístroje InBody720. Popis přístroje (CORTEX METALYZER 3B): Jedná se o moderní, stacionární systém, který se používá k vyšetření kardio-pulmo-metabolické výkonnosti a stupně utilizace základních 39

40 metabolických substrátů. Měří se dech po dechu a pomocí přesných analyzátorů je měřen jak objem dechů, tak koncentrace O 2 a CO 2. Systém je přesně nastaven na objem, teplotu, vlhkost a složení plynů v okolním prostředí. Přístrojem lze zjistit bazální metabolismus za přesně stanovených podmínek, klidový metabolismus během dne, termický účinek stravy nebo energetický výdej při různých typech fyzické zátěže. Dále je možné testovat kvantitativní utilizaci tuků a rychlosti jeho nástupu v čase, poměr spalování tuků k sacharidům kontinuálně a v celkovém průběhu testu. Vyšetření jsou vhodná zejména pro výkonnostní sportovce, k monitorování průběhu různých onemocnění (např. metabolického syndromu), ale i širokou veřejnost ( ct_id=8&category_id=0&option=com_virtuemart&itemid=11&vmcchk=1&itemi d=11). Obr. 8 CORTEX METALYZER 3B ( duct_id=8&category_id=0&option=com_virtuemart&itemid=11&vmcchk=1&it emid=11) 40

41 Obr. 9 Obsah balení ( duct_id=8&category_id=0&option=com_virtuemart&itemid=11&vmcchk=1&it emid=11) Analýza tělesného složení pomocí přístroje InBody720 (viz příloha č. 2) Tato technologie poskytuje přesné výsledky složení těla (množství tuku, aktivní tělesná hmota, množství vody, BM,...) a je založena na prostorovém modelu, který předpokládá, že tělo se skládá ze 4 různých elementů: celková tělesná voda, bílkoviny, minerály a tělesný tuk. Měření je naprosto přesné díky vytvoření impedančních hodnot pro jednotlivé části těla. Pro výsledky měření není využito žádných empirických faktorů ( Příprava testovaného pokrmu Příprava pokrmu vycházela z průměrných nutričních hodnot ve 100 g prášku (viz tab. 3). Z analýzy tělesného složení na InBody720 byla zjištěna hodnota FFM (beztuková tělesná hmota), která činila 84,7 kg. Jednoduchým výpočtem, který vycházel z množství energie 7 kcal/kg/ffm (vychází 41

42 z prostudovaných výzkumů), bylo dopočítáno množství energie testovaných pokrmů. Výpočet energetické hodnoty pokrmu: 7 x 84,7 = 593 kcal/2520 kj Každý z pokrmů měl jinou energetickou hodnotu ve 100 g prášku (viz tab. 3). Na základě toho se množství pokrmu muselo přepočítat na vypočítanou energetickou hodnotu 593 kcal/2520 kj (viz tab. 4). Odpovídající množství pokrmu se poté rozpustilo v 0,7 l vody a vypilo. Výpočet množství prášku: Sacharidový nápoj (593/381) x 100 g = 155,6 g nápoje Proteinový nápoj (593/414) x 100 g = 143,2 g nápoje Tab. 3 Průměrné nutriční hodnoty ve 100 g testovaných výrobků Průměrné nutriční hodnoty ve 100 g Proteinový nápoj Sacharidový nápoj Energetická hodnota 1759 kj / 414 kcal 1619 kj / 381 kcal Sacharidy 10,3 g 75 g Tuky 8,6 g 1,5 g Bílkoviny 68,9 g 17 g Tab. 4 Energetická hodnota a zastoupení jednotlivých makronutrientů v připravených nápojích (pro 84,7 kg FFM) Energetická hodnota připravených nápojů (pro 84,7 kg FFM) Průměrné nutriční hodnoty Proteinový nápoj (143,2 g) Sacharidový nápoj (155,6 g) 2520 kj / 593 kcal 2520 kj / 593 kcal Sacharidy 14,8 g 116,7 g Tuky 12,3 g 2,3 g Bílkoviny 98,7 g 26,5 g Objem vody 0,7 litru 0,7 litru 42

43 Tab. 5 Procentuální zastoupení jednotlivých makronutrientů v připravených nápojích (odpovídá % zastoupení ve 100 g) % zastoupení makronutrientů Proteinový nápoj Sacharidový nápoj (143,2 g) (155,6 g) Energetická hodnota připravených nápojů 2520 kj / 593 kcal 2520 kj / 593 kcal (pro 84,7 kg FFM) Sacharidy 11,7 % 80,2 % Tuky 9,8 % 1,6 % Bílkoviny 78,5 % 18,2 % Výpočet procentuálního zastoupení vychází z tab. 3, kdy sečteme hodnoty makronutrientů (proteinový i sacharidový nápoj) a dostaneme hodnoty 87,8 g u proteinového nápoje a hodnoty 93,5 g u sacharidového nápoje. Tyto hodnoty chápeme jako 100 % a na jejich základě dostaneme jednotlivá procentuální zastoupení, které je znázorněno na obr. 10 a 11. % zastoupení makronutrientů v proteinovém nápoji Sacharidy Tuky Bílkoviny 11,7% 9,8% 78,5% Obr. 10 Procentuálního zastoupení makronutrientů v proteinovém nápoji 43

44 % zastoupení makronutrientů v sacharidovém nápoji Sacharidy Tuky Bílkoviny 1,6% 18,2% 80,2% Obr. 11 Procentuálního zastoupení makronutrientů v sacharidovém nápoji Následující kapitola charakterizuje měřený objekt a jeho výživové a pohybové zvyklosti Popis zkoumaného vzorku Objekt experimentu - charakteristika: věk - 29 let pohlaví - muž pohybové aktivity prováděné v době kdy bylo prováděné měření - posilovna, plavání (průměrné týdenní zatížení v této době - 9 hod.) nekuřák alkohol velice příležitostně zdravý složení těla (viz příloha č. 2) pracující (nesedavé zaměstnání) 44

45 Výţivové zvyklosti: Snídaně: ovesné vločky 150g, 1dcl polotučného mléka, holandské kakao 5g, omega 3,6 mastné kyseliny 5g, 2 ovoce - pomeranč, banán (kiwi, jablko, hruška), ½ l vody, hydrolyzovaný protein 30g (10 g BCAA) Svačina: rýže (těstoviny, brambory ve slupce), 100 g masa (kuřecí, hovězí, krůtí, vepřové, tuňák), zelenina cca 70 g (rajčata, okurka, zelí, paprika, mražená zelenina, zeleninový salát) Oběd: rýže (těstoviny, brambory ve slupce), 100 g masa (kuřecí, hovězí, krůtí, vepřové, tuňák), zelenina cca 70 g (rajčata, okurka, zelí, paprika, mražená zelenina, zeleninový salát) Svačina 2: rýže (těstoviny, brambory ve slupce), 100 g masa (kuřecí, hovězí, krůtí, vepřové, tuňák), zelenina cca 70 g (rajčata, okurka, zelí, paprika, mražená zelenina, zeleninový salát) Svačina 3: rýže (těstoviny, brambory ve slupce), 100 g masa (kuřecí, hovězí, krůtí, vepřové, tuňák), zelenina cca 70 g (rajčata, okurka, zelí, paprika, mražená zelenina, zeleninový salát) Večeře 1: rýže (těstoviny, brambory ve slupce), 100 g masa (kuřecí, hovězí, krůtí, vepřové, tuňák), zelenina cca 70 g (rajčata, okurka, zelí, paprika, mražená zelenina, zeleninový salát) Večeře 2: tvaroh 250 g, banán, mléko nebo voda - Celý den k pití pouze voda (pocitově cca 3 5 l), 1 káva s mlékem bez cukru či zelený čaj, ovoce (kdykoliv během dne). - Doplňky stravy - protein 2x za den, arginin 2 g, maltodextrin v den cvičení, omega 3,6, lecitin, kloubní výživa, BCAA. - průměrný energetický příjem za den cca kj. 45

46 2.1.4 Další okolnosti výzkumu Výzkum byl prováděn v Kampusu Masarykovy univerzity, Fakulta sportovních studií, laboratoř sportovní medicíny. Jednotlivá měření probíhala v rámci jednoho dne - od 6:30 hod. do cca 11 hod. 1. měření proběhlo proteinový pokrm 2. měření proběhlo sacharidový pokrm Organizace práce Pokyny - vycházející z teoretických poznatků (stanovení RMR a měření metodou nepřímé kalorimetrie): den před měřením běžný režim bez náročnější pohybové aktivity (trénink, či jiná náročnější pohybová činnost) běžná strava (večerní jídlo nejpozději v 19 hod. - bez bílkovin, spíše sacharidové jídlo - těstoviny, rýže, pečivo, zelenina) v den měření ráno nejíst, pít pouze vodu doprava do laboratoře - autem či MHD; nikoliv pěšky, na kole apod. Strategie výzkumu testovací pokrm: 1. měření - proteinový pokrm, 2. měření - sacharidový pokrm, analýza tělesného složení přístrojem InBody720 (viz příloha č. 2), stanovení energetické hodnoty nápoje dle hodnoty FFM (změřená na InBody) viz tab. 4, příprava množství nápoje (v gramech) odpovídající stanovené energetické hodnotě dle FFM v 0,7 l vody (tab. 4), 30 min. klid na lůžku, kalibrace přístroje Cortex 46

47 měření klidového metabolismu, vypití připraveného nápoje (během cca 10 min.), měření metodou nepřímé kalorimetrie na přístroji CORTEX METALYZER 3B (celkový čas prováděného měření min., kdy samotné měření probíhá po dvaceti minutách klidu cca 10 min.). 47

48 2.2 Výsledky práce Tato kapitola obsahuje tabulky naměřených hodnot energetického výdeje a zobrazení těchto hodnot v jednotlivých grafech Prezentace získaných dat V tabulkách 6 a 7 jsou prezentovány průběhy hodnot RMR v kj, metodou nepřímé kalorimetrie, po požití sacharidového a proteinového nápoje (ukázka naměřených dat pro RMR na lačno u proteinového nápoje viz příloha č. 3). Na obr. 12 a 14 je znázorněn průběh těchto hodnot, a na obr. 16 pak jejich vzájemné porovnání. Vysvětlivky používaných zkratek: RMR - hodnota klidového metabolismu na lačno DIT 1 - DIT 6 - hodnoty klidového metabolismu v čase t v postprandiální fázi Sacharidový nápoj Tab. 6 Průběh klidového metabolismu po podání sacharidového nápoje v čase t RMR DIT 1 DIT 2 DIT 3 DIT 4 DIT 5 DIT 6 t (min) RMR (kj)

49 RMR (kj) Termický efekt - sacharidový nápoj (DIT2) kj (DIT3) kj (DIT4) kj (RMR) 9284 kj (DIT1) kj (DIT5) kj (DIT6) 9458 kj t (min) Obr. 12 Termický účinek u sacharidového nápoje, jež představuje vyšrafovaná oblast Jak můžeme pozorovat na obr. 12 (na základě zjištěných teoretických poznatků), dochází vlivem termického účinku stravy k nárůstu klidového energetického výdeje, jež představuje metabolické nároky organismu na zpracování potravy s maximem za minut po perorálním příjmu potravy, a návratem k preprandiálním hodnotám téměř za 3 hodiny. Při porovnání výchozí hodnoty klidového energetického výdeje, která nalačno činila kj, v čase t = 0 min., s hodnotou maxima v čase t = minut, došlo ke zvýšení hodnoty RMR o cca 3000 kj, tj. nárůstu cca o 32 % (viz obr. 13). Dále je z grafu patrné, že k nejstrmějšímu růstu křivky dochází od 30. do 60. minuty, cca o 2000 kj, což značí největší zvýšení aktivity organismu na zpracování potravy, a to o 22 % oproti hodnotě v čase t = 30 minut. Od 90 minuty křivka klesá v průměru o cca 1000 kj a přibližuje se v čase t = 180 min. hodnotě výchozí, z čehož můžeme usoudit, že potrava byla za 3 hodiny téměř celá 49

50 % navýšení strávena. Průměrné zvýšení energetického výdeje u sacharidového nápoje, vlivem termického účinku stravy, činilo cca 15 %. % zvýšení hodnot RMR - sacharidový nápoj 35,0% +32,1% +32,5% 30,0% 25,0% +22,1% 20,0% 15,0% 10,0% +9,7% +9,6% 5,0% 0,0% 0% +1,9% Obr. 13 Procentuální zvýšení hodnot RMR vzhledem k hodnotě na lačno, která představuje 0 %. t (min) Proteinový nápoj Tab. 7 Průběh klidového metabolismu po podání proteinového nápoje v čase t RMR DIT 1 DIT 2 DIT 3 DIT 4 DIT 5 DIT 6 t (min) RMR (kj)

51 RMR (kj) Termický efekt - proteinový nápoj (DIT2) kj (DIT3) kj (DIT1) kj (DIT4) kj (DIT5) 9811 kj 9000 (RMR) 8876 kj 8000 (DIT6) 7881 kj t (min) Obr. 14 Termický účinek u proteinového nápoje, jež představuje vyšrafovaná oblast Na obr. 14 dosahují metabolické nároky organismu na zpracování potravy svého maxima, tak jako je tomu i u sacharidového nápoje, za minut po perorálním příjmu potravy a návratem k preprandiálním hodnotám za méně než 3 hodiny. Při porovnání výchozí hodnoty klidového energetického výdeje, která nalačno činila 8876 kj, v čase t = 0 min., s hodnotou maxima v čase t = minut, došlo ke zvýšení hodnoty RMR o cca 2400 kj, tj. nárůstu cca o 27 % (viz obr. 15). Strmost křivky je oproti pokrmu s převahou sacharidů pozvolnější. Ke strávení celé potravy došlo cca po 165 minutách od požití. Když se pozorně podíváme na získané hodnoty, zejména na hodnotu RMR v čase t = 180 min., pozorujeme, že hodnota klidového energetického výdeje byla nižší než hodnota měřená nalačno. To může být vysvětleno tím, že hodnota nalačno nepředstavovala hodnotu po dostatečném uklidnění organismu. Naopak hodnoty v čase t = 180 min. se organismus dostal do úplného klidu, což mohlo být způsobeno např. 51

52 % navýšení polospánkem. Průměrné zvýšení energetického výdeje u proteinu, vlivem termického účinku stravy, činilo cca 12 %. % zvýšení hodnot RMR - proteinový nápoj 30,0% 25,0% +26,9% +24,6% 20,0% 15,0% 10,0% +15,5% +15,9% +10,5% 5,0% 0,0% -5,0% 0% ,0% -15,0% t (min) -11,2% Obr. 15 Procentuální zvýšení hodnot RMR vzhledem k hodnotě na lačno, která představuje 0 %. 52

53 RMR (kj) Proteinový a sacharidový nápoj - srovnání Termický efekt stravy - srovnání Termický efekt - proteinový nápoj Termický efekt - sacharidový nápoj (DIT2) kj (DIT3) kj (DIT2) KJ (DIT4) kj (DIT1) kj (DIT1) kj (DIT3) kj (DIT4) kj (DIT5) kj (RMR) 9284 kj (DIT5) 9811 kj (DIT6) 9458 kj (RMR) 8876 kj (DIT6) 7881 kj t (min) Obr. 16 Srovnání termického účinku u proteinového a sacharidového nápoje Na obr. 16 je vyobrazeno srovnání termického účinku stravy po požití proteinového a sacharidového nápoje. Z grafu je patrné, že metabolické nároky organismu na zpracování potravy jsou vyšší u sacharidového nápoje než u nápoje proteinového, což neodpovídá teoretickým předpokladům. Když pomineme hodnotu RMR nalačno, která může být odlišná vzhledem k nedostatečnému klidovému režimu organismu nebo intervalu mezi jednotlivými měřeními, jsou hodnoty RMR u sacharidového nápoje téměř ve všech měřených časových úsecích vyšší než u proteinového nápoje. V čase t = min., kdy dosahují metabolické nároky organismu na zpracování potravy svého maxima, jsou nároky na energetický výdej u sacharidového nápoje přibližně o 1000 kj vyšší. Když porovnáme průběhy obou křivek, je patrné, že hodnoty RMR u sacharidového nápoje mají strmější nárůst i strmější pokles. Naproti tomu u proteinového nápoje 53

54 % zvýšení je růst i pokles hodnot RMR pozvolnější. Celkové energetické nároky organismu vlivem termického účinku potravy jsou u sacharidového nápoje vyšší cca o 3 % oproti proteinu. % zvýšení hodnot RMR - srovnání % zvýšení hodnot RMR - proteinový nápoj % zvýšení hodnot RMR - sacharidový nápoj 35,0% +32,1% +32,5% 30,0% 25,0% +26,9% +24,6% +22,1% 20,0% 15,0% 10,0% +15,5% +9,7% +15,9% +10,5% +9,6% 5,0% 0,0% -5,0% 0% ,9% -10,0% -15,0% t (min) -11,2% Obr. 17 Procentuální srovnání hodnot RMR vzhledem k hodnotě na lačno, která představuje 0 %. 54

55 2.3 Shrnutí empirické části U obou testovaných nápojů dochází vlivem termického účinku stravy k nárůstu klidového energetického výdeje. Metabolické nároky organismu na zpracování potravy dosahují svého maxima za minut po perorálním příjmu potravy a návratu k preprandiálním hodnotám téměř za 3 hodiny. Sacharidový nápoj vykazoval, oproti proteinovému nápoji, vyšší termický účinek, což zcela neodpovídá teoretickým předpokladům a řadě provedených studií. Hodnoty RMR u sacharidového nápoje byly téměř ve všech měřených časových úsecích vyšší, a to přibližně o 1000 kj, a průměrně představovaly zvýšení energetického výdeje o 15 %. Naproti tomu u proteinového nápoje představovalo zvýšení energetického výdeje vlivem postprandiální termogeneze pouze 12 %. 55

56 3. DISKUZE Jak víme, dle teoretických předpokladů, termický účinek potravy je u jednotlivých živin odlišný. U sacharidů činí 5-10 %, u tuků 0-5 % a u proteinů % z celkového denního energetického výdeje. Na základě těchto skutečností by měl být termický vliv stravy u pokrmu s vyšším obsahem bílkovin větší než u sacharidového nápoje. Tento fakt se na základě naší studie nepodařilo potvrdit, což je zcela v rozporu s výsledky řady studií. Avšak dalšími faktory ovlivňující TEF je i skladba jídla. Pokud se podíváme na obr. 10 a 11, vidíme zde zastoupení jednotlivých makronutrientů v testovaných pokrmech. Zastoupení živin u sacharidového nápoje je tvořeno zhruba z 80 % sacharidů, 18 % bílkovin a 1,6 % tuků. U proteinů je skladba pokrmu tvořena z cca 12 % sacharidů, 79 % bílkovin a 10 % tuků. Vysvětlením, proč nebyly potvrzeny teoretické předpoklady, může být řada důvodů. Jedním z důvodů může být i rozdílný obsah sacharidů v sacharidovém nápoji a proteinu. Sacharidový nápoj obsahuje zpravidla sacharidy jako maltodextrin, glukózu, fruktózu či sacharózu v určitém poměru. Víme, že glukóza a fruktóza jsou monosacharidy s vysokým glykemickým indexem a tudíž se velmi rychle dostávají do krevního oběhu. Maltodextrin je polysacharid, který je naopak uvolňován do krevního oběhu postupně. Dalším důvodem může být kvalita obsažených bílkovin v sacharidovém a proteinovém nápoji, která může mít za následek lepší vstřebatelnost a menší zatížení trávicího ústrojí organismu. Proteinové přípravky obsahují zpravidla mnohem kvalitnější procesy filtrace bílkoviny - izoláty syrovátkového proteinu, hydrolyzáty syrovátkového proteinu, naproti tomu sacharidové přípravky obsahují většinou pouze koncentráty syrovátkových bílkovin. Nicméně pokud bychom chtěli mít adekvátnější porovnání hodnot RMR, muselo by probíhat měření ve stejný den, za stejných podmínek a na větším vzorku jedinců. Pravděpodobným důvodem mohla být i chyba v měření v den testování proteinového nápoje. Srovnání hodnot klidového metabolismu před zahájením experimentu a po uplynutí 180 min nás k tomuto názoru může opravňovat (rozdíl činil mínus 11,2 %). 56

57 4. ZÁVĚRY Hlavním cílem této práce bylo zjistit průběhy hodnot klidového energetického výdeje postprandiálně, tj. po podání testovaných pokrmů, jež představovaly sacharidový a proteinový nápoj, a zjistit rozdíl jejich vzájemným srovnáním. U obou testovaných nápojů došlo vlivem termického účinku stravy k nárůstu klidového energetického výdeje, který svého maxima dosáhl za minut po perorálním příjmu potravy. Návratu k preprandiálním hodnotám došlo téměř za 3 hodiny, což potvrdilo teoretické předpoklady. Hodnoty klidového energetického výdeje byly u sacharidového nápoje téměř ve všech měřených časových úsecích vyšší, a to přibližně o 1000 kj, což představovalo průměrné zvýšení energetického výdeje, vlivem termického účinku stravy, o 15 %. Ve svém maximu, tj. po min. po podání testovaného pokrmu, činilo zvýšení energetického výdeje dokonce 32 %. Naproti tomu u proteinového nápoje představovalo průměrné zvýšení energetického výdeje vlivem postprandiální termogeneze pouze 12 %, a svého maxima v min. pouze 26 %. Sacharidový nápoj tedy vykazoval, oproti proteinovému nápoji, vyšší termický účinek. Toto zjištění je zcela v rozporu s teoretickými předpoklady a řadou provedených studií, na jejichž základě by měl být termický účinek stravy větší u pokrmů s vyšším obsahem bílkovin. Ovšem je třeba uvést, že náš výzkum představoval případovou studii na jednom jedinci, a proto nelze z těchto výsledků činit validní závěry. Abychom tak mohli učinit, bylo by třeba provést měření na větším počtu jedinců a v delším časovém horizontu. Náš výzkum naznačuje, že i do budoucna je třeba věnovat této problematice pozornost, čehož mohou využít zejména sportovci a lidé s nadváhou či obezitou. Provedené studie prokazují, že vysoko proteinová strava má pozitivní vliv na úbytek tělesné hmotnosti, avšak na druhé straně je třeba mít na paměti, že strava s vysokým obsahem bílkovin, může mít např. u ne zcela zdravých lidí, negativní vliv na funkci ledvin a značně zatěžovat játra. Jak víme, termický efekt stravy představuje pouze asi 10 % z celkového denního energetického výdeje. Bylo by proto nerealistické, zejména u osob trpících nadváhou či obezitou, 57

58 spoléhat, v souvislosti se snížením jejich tělesné hmotnosti, výhradně na složení stravy. Nejjednodušší cestou, která se zdá být v této problematice nejefektivnější, je nalezení přiměřené rovnováhy mezi snížením celkového denního kalorického příjmu s dostatečnou úrovní fyzické aktivity a důraz na TEF by měl hrát až sekundární roli. K naší práci byly hojně využívány elektronické informační zdroje Masarykovy univerzity. Nejčastěji se jednalo o databáze SportDiscus a Pubmed. Byly cennou a nezbytnou součástí kompletace teoretické části, neboť literatura v českém jazyce je velmi omezená. 58

59 Seznam pouţitých zdrojů ADAM, Z., et al. Kostní nádorová choroba. Vyd. 1. Praha : Grada Publishing, a.s., s. ISBN BAUER, J.; REEVES, M.M.; CAPRA, S. The Agreement between Measured and Predicted Resting Energy Expenditure in Patients with Pancreatic Cancer: : A Pilot Study. Journal of the Pancreas. January 2004, Vol. 5, No. 1, s BRYCHTA, R., et al. Energy Expenditure : Measurement of Human Metabolism. IEEE Engineering In Medicine And Biology Magazine. January/February 2010, 29, s CANAGARATNAM, M.; SHAW, D. Metabolism and Nutrition. First published. Great Britain : Hodder Arnold, s. ISBN CUNNINGHAM, J.J. Body composition as a determinant of energy expenditure: : a synthetic review and a proposed general prediction equation. American Journal of Clinical Nutrition. December 1991, Vol. 54, no. 6, s GROPPER, S.S.; SMITH, J. L.; GROFF, J.L. Advanced Nutrition and Human Metabolism. Fifth edition. Belmont (USA) : Wadsworth/Cengage Learning, s. ISBN 13: HAINER, V. Obezita : minimum pro praxi. Praha : Triton, s. ISBN HAVLÍČKOVÁ, L., et al. Fyziologie tělesné zátěže I : Obecná část. Praha : Karolinum, s. ISBN

60 HOLEČEK, M. Regulace metabolizmu cukrů, tuků, bílkovin a aminokyselin. Vyd. 1. Praha : Grada Publishing, a.s., s. ISBN , ISBN JOHNSTON, C.S.; DAY, C.S.; SWAN, P.D. Postprandial Thermogenesis Is Increased 100% on a High-Protein, Low-Fat Diet versus a High-Carbohydrate, Low-Fat Diet in Healthy, Young Women. Journal of the American College of Nutrition. 2002, Vol. 21, No. 1, s LEVINE, J.A.; EBERHARDT, N.L.; JENSEN, M.D. Role of Nonexercise Activity Thermogenesis in Resistance to Fat Gain in Humans. Science. 8 January 1999, 283(5399), s LIFSON, N.; GORDON, G.B.; MCCLINTOCK, R. Measurement of total carbon dioxide production by means of D2180. J. Appl. Physiol , 7, s LÜLLMANN, H., et al. Barevný atlas farmakologie. 2. vydání. Praha : Grada Publishing, a.s., s. ISBN X. MANDELOVÁ, L.; HRNČIŘÍKOVÁ, I. Základy výživy ve sportu. 1. vyd. Brno : Masarykova univerzita, s. ISBN MANORE, M.; THOMPSON, J. Sport Nutrition for Health and Performance. 1st Edition. [s.l.] : Human Kinetics, s. ISBN MAUGHAN, R.J.; BURKE, L.M. Výživa ve sportu : Příručka pro sportovní medicínu. První české vydání. Praha : Galén, s. ISBN MERKUNOVÁ, A.; OREL, M. Anatomie a fyziologie člověka : Pro humanitní obory. Vyd. 1.. Praha : Grada Publishing, a.s., s. ISBN

61 MOUREK, J. Fyziologie - učebnice pro studenty zdravotnických oborů. Vyd. 1. Praha : Grada Publishing, a.s., s. ISBN NIX, S. Williams Basic Nutrition Diet Therapy. Twelfth edition. St. Louis (Missouri) : Elsevier Mosby, s. ISBN PÁNEK, J., et al. Základy výživy. Vyd. 1. Praha : Svoboda Servis, s. ISBN RONTOYANNIS, G.P.; SKOULIS, T.; PAVLOU, K.N. Energy balance in ultramarathon running. Am J Clin Nutr May, 49, s SCOTT, CH.B. A Primer for the Exercise and Nutrition Sciences : Thermodynamics, Bioenergetics, Metabolism. USA : Humana Press, s. ISBN SEGAL, K.R., et al. Effects of exercise mode and intensity on postprandial thermogenesis in lean and obese men. Journal of Applied Physiology. May 1992, vol. 72, no. 5, s SCHUTZ, Y.; DEURENBERG, P. Energy Metabolism: Overview of Recent Methods Used in Human Studies. Ann Nutr Metab. 1996, 40, 4, s STIPANUK, M.H. Biochemical, Physiological Molecular Aspects of Human Nutrition. 2nd ed. St. Louis : Saunders Elsevier, s. ISBN X SUMMERFIELD, L.M. Nutrition, Exercise, and Behavior : An Integrated Approach to Weight Management. 1st Edition. Belmont : Wadsworth, s. ISBN SVAČINA, Š., et al. Klinická dietologie. Vyd. 1. Praha : Grada Publishing, a.s., s. ISBN

62 THOMPSON, J.; MANORE, M.M.; SKINNER, J.S. Resting metabolic rate and thermic effect of a meal in low- and adequate-energy intake male endurance athletes. Int J Sport Nutr Jun, 3, s TROJAN, S., et al. Lékařská fyziologie. 4. dopl. vyd. Praha : Grada Publishing, a.s., s. ISBN WEIR, J.B.V. New methods for calculating metabolic rate with special reference to protein metabolism. J. Physiol , 109, s WESTERTERP, K.R. Diet induced thermogenesis. Nutrition & Metabolism. 18 August 2004, 1, s ISSN WHITNEY, E.; ROLFES, S.R. Understanding Nutrition. Eleventh Edition. Belmont : Wadsworth, s. ISBN WILDMAN, R.E.C.; MILLER, B.S. Sports and Fitness Nutrition. Belmont : Wadsworth, s. ISBN WILLIAMS, M.H. Nutrition for Health, Fitness, and Sport. Ninth Edition. NY : McGraw - Hill, s. ISBN WOLINSKY, I.; DRISKELL, J.A. Sports Nutrition: Energy Metabolism and Exercise. USA : Taylor & Francis Group, s. ISBN ZADÁK, Z. Výživa v intenzivní péči : 2., rozšířené a aktualizované vydání. 2. vydání. Praha : Grada Publishing, a.s., ,viii s. ISBN

63 Internetové zdroje: Fakulta sportovních studií [online] [cit ]. Nabídka prováděných vyšetření v laboratoři podpory zdraví. Dostupné z WWW: < Fitness-suplementy [online] [cit ]. Laktofit 15 Gainer Regeneration (Promil). Dostupné z WWW: < 354-laktofit-15-gainer-regeneration>. F-SPORT [online] [cit ]. Syngex VPX 2270g. Dostupné z WWW: < InBody [online] [cit ]. INBODY720. Dostupné z WWW: < KUMSTÁT, Michal. Prevence metabolického syndromu výživou a pohybem. Brno, s. Bakalářská práce. Masarykova univerzita, Fakulta sportovních studií. Dostupné z WWW: < Ronnie.cz : Fyziologie [online]. (c) [cit ]. Metabolismus. Dostupné z WWW: < SHAQBIKAYEE, M. Cortex MetaLyzer 3B [online] [cit ]. Metabolic System with Triple V. Dostupné z WWW: < duct_id=8&category_id=0&option=com_virtuemart&itemid=11&vmcchk=1&ite mid=11>. 63

64 Přílohy Příloha č. 1 - Tabulky pro výpočet energetického výdeje v % nál. BM u různých činností (převzato z: Bakalářská práce, Kumstát, 2006) Příloha č. 2 - In Body data Příloha č. 3 - Ukázka dat z přístroje CORTEX METALYZER 3B

65 Příloha č. 1

66

67

68

69

70 Příloha č. 2 Data z InBody720

71 Příloha č. 3 Data při měření RMR - proteinový nápoj z přístroje Cortex Metalyzer 3B

72

73

74

75