ENERGIE ENERGOMETRIEA KALORIMETRIE MIROSLAV PETR

Transkript

1 ENERGOMETRIEA KALORIMETRIE MIROSLAV PETR ENERGIE různé formy E např. rostliny využívají světelnou energii v procesu fotosyntézy produkce sacharidů, tuků, bílkovin E potravinách je uložena v chemických vazbách mezi různými molekulami štěpení těchto vazeb uvolňuje E např. glukóza je rozložena v procesu glykolýzy na ATP (přeměna jedné chemické energie v jinou), které je dále transformována do mechanické E (pohyb) 1

2 Při spalování sacharidů a tuků je chemická E přeměněna na mechanickou E (svalová kontrakce) a tepelnou E. E výdej představuje celkové množství vynaložené energie za jednotku času buď: v kilojoulech [kj] v kilokaloriích [kcal] ÚČINNOST LIDSKÉHO TĚLA Lidské tělo není příliš efektivní ve využití E pocházející ze spalování živin při jízdě na kole je pouze 20 % na samotný výkon, zbytek = tepelná E produkce tepla složí k udržování tělesné teploty během tělesné aktivity může být produkce tepla excesivní 2

3 ŽÁDNÝ SYSTÉM NENÍ 100% ÚČINNÝ benzínový = 20% - 30% dieselový motor = 30% - 40% běžná žárovky = 20% ekonomická žárovka = až 80% KALORIE Energie je vyjádřena: Kaloriemi (anglický systém) Jouly (metrický systém) 1 kalorie = množství E potřebné ke zvýšení teploty 1g vody o 1 C jídlo obsahující 200 kalorií má potenci zvýšit teplotu 200 l vody o 1 C 1 Kalorie představuje kvantitativně velice malé množství E, proto je používána kilokalorie (kcal = 1000 kalorií) 3

4 PŘEVOD KALORIÍ NA JOULY 1 kcal = 4,2 kj 10 kcal = 42 kj MĚŘENÍ ENERGETICKÉHO OBSAHU POTRAVIN BOMBOVÝ KALORIMETR vzorek potraviny je přichycen k zápalným drátům a umístěn do kalorimetrické bomby pod několika atmosférami stačeného O 2 potraviny je následně zapálena (výbušně) mixér vody zajišťuje distribuci tepla po celé vodní nádržce teploměr zaznamenává změnu (nárůst) teploty 4

5 SPALOVÁNÍ SACHARIDŮ v závislosti na druhu různý obsah E (podle uspořádání atomů ve struktuře sacharidu) při spalování glukózy je uvolněno 15,7 kj/g (3,7 kcal/g), v případě vlákniny je to 17,6 kj/g (4,2 kcal/g) běžně udávaná hodnota pro vyjádření E obsahu sacharidů je: 1 g sacharidů = 17,6 kj = 4,2 kcal SPALOVÁNÍ TUKŮ E obsah tuků je také závislý na struktuře tuků (MK) MK se středně dlouhým řetězcem (8 uhlíků) obsahují 36,0 kj/g (8,6 kcal/g), kdežto MK s dlouhým řetězcem mohou uvolnit až 40,2 /g (9,6 kcal/g) Běžně udávaná hodnota pro vyjádření energetického obsahu tuků je: 1 g tuků = 39,3 kj/g (9,4 kcal/g) 5

6 SPALOVÁNÍ PROTEINŮ E obsah proteinů závisí na druhu proteinu a na obsahu dusíku Dusík nepředstavuje energii a proto mají proteiny s vysokým obsahem dusíku nižší E zisk Koncentrace dusíku v jednotlivých potravních zdrojích kolísá od 15% (neodtučněné mléko) do přibližně 19% (ořechy a semena) Běžně udávaná hodnota pro vyjádření energetického obsahu proteinů je: 1 g = 23,7 kj/g (5,65 kcal/g) Čistý E zisk z potravin není svou kvantitou totožný s E uvolněnou v bombovém kalorimetru zejména v případě proteinů dusík z AMK je z těla vyloučen ledvinami jako močovina (obsahuje dusík, uhlík, kyslík a vodík ve formě CO(NH2)2) spolu s atomy dusíku je z těla vyloučena i část vodíkatých iontů pocházejících z AMK celkový E z proteinů je v organismu okolo 80% (20% energie je ztraceno) Jestliže je v bombovém kalorimetru čistý E zisk z proteinu 23,7 kj/g (5,65 kcal/g), pak v lidském těle je to průměrně 19,3 kj/g (4,6 kcal/g)!!! 6

7 MĚŘENÍ ENERGETICKÉHO VÝDEJE Přímá kalorimetrie Nepřímá kalorimetrie Spirometrie s otevřeným okruhem Spirometrie se zavřeným okruhem Dvojitě značená voda Monitoring srdeční frekvence Sebepozorování - sledování fyzické aktivity a příjmu jídla PŘÍMÁ KALORIMETRIE 7

8 NEPŘÍMÁ KALORIMETRIE vznik E uvolněné v biochemických reakcích závisí na dodávce kyslíku nepřímá kalorimetrie registruje objem spotřebovaného O 2 a vydýchaného CO 2 energetický ekvivalent 1 litru 0 2 je 20,2 kj (4,82 kcal) tento EE je relativně stabilní za předpokladu smíšené stravy obsahující směs sacharidů, tuků a proteinů nepřímá kalorimetrie je poměrně přesným odhadem E výdeje RESPIRAČNÍ KOMORA (KALORIMETRIE S OTEVŘENÝM SYSTÉMEM) 8

9 MONITORING SRDEČNÍ FREKVENCE nepříliš přesná metoda srdeční frekvence je lineárně úměrná spotřebě 0 2 při submaximálním zatížení při velmi nízkých a velmi vysokých intenzitách je tento odhad méně přesný vztah TF-V0 2 je ovlivněn několika faktory, které zahrnují okolní podmínky (teplota a vlhkost), nadmořská výška, tělesná poloha, statické (izometrické) cvičení, úzkost atd. Spurr et al. (1988) srovnávali 24-hodinový E výdej metodou kalorimetrie a srdeční frekvence u 22 jedinců. Odchylky E výdeje mezi oběma metodami kolísali od +20% do -15%. DVOJITĚ ZNAČENÁ VODA technika založená na spolknutí doušku dvou izotopů vody: 2 H 2 O a H 2 18 O tyto 2 izotopy jsou využity jako izotopové indikátory, lehce těžší atomy 2 H a 18 0 mohou být následně měřeny v tělních tekutinách např. v moči 2H je odstraní z těla vodou a 18 0 jednak vodou a dále jako C ve vydýchaném vzduchu rozdíl mezi exkrecí těchto izotopů následně představuje produkci CO 2 metoda vhodná pro dlouhodobé sledování 9

10 ZÁKLADNÍ POJMY K VÝPOČTU E VÝDEJE: Bazální metabolismus (BM) - E spotřeba nutná k zachování všech životně důležitých funkcí; Basal metabolic rate (BMR) Klidový metabolismus množství kalorií spálených za dobu 24 hodin za předpokladu setrvání polohy vleže, ne však ve spánku; odpovídá asi 110% BM; Rest metabolic rate (RMR) Pracovní metabolismus klidový metabolismus navýšený o E vydanou během pracovních aktivit NA ČEM ZÁVISÍ BM: věk pohlaví velikost těla kompozice těla genetické faktory (ADRB2, UCP) klima teplota deficience mikronutrimentů hladovění aktivity šž příjem stimulantů, kouření 10

11 VÝPOČET BAZÁLNÍHO METABOLISMU (NÁLEŽITÁ HODNOTA BM) rovnice muži ženy Harris-Benedict, (13,7 * hmotnost) + (5 * výška) (6,8 * věk) James, 1984 věk 18-30: (15,1 * hmotnost) věk 31-60: (11,6 * hmotnost) věk >60: (11,7 * hmotnost) Bernstein, 1983 (11,0 * hmotnost) + (10,2 * výška) (5,8 * věk) (kcal/24 hod) (9,5 * hmotnost) + (1,85 * výška) (4,7 * věk) věk 18-30: (14,8 * hmotnost) věk 31-60: (8,17 * hmotnost) věk >60: (9,01 * hmotnost) (7,48 * hmotnost) + (0,42 * výška) (3,0 * věk) rovnice muži ženy WHO, 1985 věk 18-30: [(64,4 * hmotnost) - (133 * výška) ] / 4,184 věk 31-60: [(19,2 * hmotnost) - (66,9 * výška) ] / 4,184 Cunningham, 1984 Fleisch (kcal/24 hod) (21,6 * ATH) viz následující výpočet věk 18-30: [(55,6 * hmotnost) - (1397,4 * výška) + 146] / 4,184 věk 31-60: [(36,4 * hmotnost) - (104,6 * výška) ] / 4,184 11

12 Monogram pro přepočet tělesného povrchu: Příklad: výška = 180 cm hmotnost = 80 kg Povrch těla = 1,99 m 2 Příklad: Pohlaví = muž Věk = 25 Faktor (24h) = 3771kJ.24h -1.m -2 BMR = 3771 x 1,99 = 7504 kj.24h -1.m -2 = 313 kj.h -1.m -2 12

13 E VÝDEJ: REGISTRACE DENNÍCH AKTIVIT ENERGETICKÝ VÝDEJ PŘI RŮZNÝCH ČINNOSTECH Aktivita kj/min Kcal/min Příklady Odpočinek 4 1 Spánek, ležení Velmi lehká Lehká Střední Sezení, postávání, řízení auta, psaní na PC Chůze (3-5km/hod), golf, jízda na koni Lehký běh, badminton, volejbal, chůze (7-8km/hod) Těžká Běh (10-13km/hod), lyže běžky Velmi těžká >52 >13 Jízda na kole (35km/hod, běh >14km/hod) 13

14 TERMICKÝ ÚČINEK JÍDLA jedná se o navýšení E výdeje, který nastává v souvislosti s příjmem jídla a trvá i několik hodin po něm normálně představuje asi 10% celkového denního výdeje výše závisí na několika faktorech (kompozice jídla, E, velikost jídla) E náročnost při ukládání tuku do tukové tkáně je přibližně 3% sacharidy ukládány jako glykogen - 7% E je ztraceno E náročnost syntézy a rozpadu proteinů představuje ztráty E ve výši okolo 24% Počet jídel během dne většina obézních lidí vynechává snídani a svačiny během dne a naopak jedí hodně pozdě odpoledne a večer častější příjem jídla brání obezitě 1x 2x 3x 4x 5x 6x 14

15 HODNOCENÍ E PŘÍJMU záznam (report) dotazník (food frequency questionnaire) Report 15

16 Dotazník V PRAXI JE MOŽNÉ POČÍTAT S: 1. kj (4,2 kj = 1 kcal) 2. kcal (1 kcal = 4,2 kj) 3. gramy dané živiny, kde 1 g sacharidů = 17 kj = 4 kcal 1 g proteinů = 17 kj = 4 kcal 1 g bílkovin = 38 kj = 9 kcal 16

17 POČÍTÁNÍ KALORIÍ MŮŽE BÝT VELMI NEPŘESNÉ HNED Z NĚKOLIKA DŮVODŮ: Různé zdroje (tabulky) udávají různé hodnoty E u jednotlivých potravin E obsah může být různý v závislosti na přípravě jídla syrové x vařené Obsah vlákniny je málo kdy brán v potaz (více vlákniny = méně kalorií vstřebaných) Reálná variabilita obsahu jednotlivých složek v potravinách Obsah tuku v mase se může velmi lišit MK se mohou lišit v závislosti na zdroji krmiva VARIABILITA OBSAHU SLOŽEK V POTRAVINÁCH základní (odrůda/rasa, stáří/věk) environmentální (půda, voda, počasí, krmení, sluneční svit) zpracování/příprava transport a skladování (doba a teplota) expozice světlu, vzduchu apod. odstranění/přidání komponent např. odstranění tuku (low-fat), fortifikace potravin použití různých receptur 17

18 VARIABILITA OBSAHU VITAMINU D V MLÉCE Holden et al, Am J Clin Nutr 87:1092S-6S, 2008 VITAMIN D V MLÉCE (IU/1 QUART = 946ML) Otučněné mléko 423 ± 103 Mléko 1% tuku 507 ± 126 Mléko 2% tuku 406 ± 109 Holden et al, Am J Clin Nutr 87:1092S-6S,

19 OBSAH ŽELEZA V NĚKTERÝCH POTRAVINÁCH (MG/100 G; N=51) Potravina průměr (SD) (rozmezí) Hovězí 2.6 ± 0.4 ( ) Mouka 4.9 ± 2.0 ( ) Rozinky 25.1 ± 12.0 ( ) Špenát 2.5 ± 2.4 ( ) Karbanátek 2.4 ± 0.4 ( ) VÝŠKA ROSTLINY Obsah vitaminu se snižuje zatímco obsah karotenoidů, chlorofylů a polyfenolů se zvyšuje spolu s výškou rostliny (kopru): rostlina (cm) vit C (mg/100g) v listech ± ± ± 5 Lisiewska et al., J Food Comp Anal 19,

20 OBSAH ANTIOXIDANTŮ OBDOBÍ Cherry rajčata stejné odrůdy při stejných podmínkách a ve stejné lokalitě vykázala významné rozdíly v antioxidační kapacitě v závislosti na době sklizně: Duben 191 Červen 263 Leden 170 Březen 420 Trolox eq/100 g KALORIMETRIE? Může se za určitých okolností hodit ale není kalorie jako kalorie! 20

21 Děkuji za pozornost! 21