2. přednáška Téma přednášky: Energetické hospodaření organismu a látková bilance
Cíl přednášky: Ve druhé přednášce bude studentům vysvětleno co rozumíme pod pojmem energie ve výživě člověka, jaké jsou její zdroje, jak je energie důležitá pro činnost lidského organismu a metody výpočtu potřeby energie. Druhá polovina přednášky bude věnována bílkovinám a aminokyselinám. Studenti se seznámí se stavbou bílkovin a aminokyselin a s jejich fyzikálními a chemickými vlastnostmi, s jejich syntézou a hydrolýzou. Pozornost bude rovněž věnována významu a potřebě bílkovin v lidské výživě.
.
Základní charakteristika energie a hlavních energetických živiny Živiny (nutrienty) se dělí na makronutrienty a mikronutrienty.
Makronutrienty jsou
nositeli energie, proto jsou někdy také označovány jako kalorifery. Patří mezi ně proteiny (bílkoviny), lipidy (tuky), sacharidy (cukry), alkohol. Oxidací těchto živin se získá z 1 g bílkovin, stejně jako z 1 g sacharidů 17.2 kJ (4,1 kcal), z 1 g tuků 38.9 kJ (9.3 kcal), z 1 g alkoholu 29.3 kJ (7 kcal). Jejich doporučovaný tzv. „energetický trojpoměr základních živin“ znamená, že na celkovém energetickém příjmu (CEP) by se měly u zdravých dospělých osob s obvyklou fyzickou aktivitou proteiny podílet bílkoviny 10 - 14 %, lipidy 28 - 30 % a sacharidy zbylými 55 - 65 %. To znamená zhruba poměr 1 gramu bílkoviny k 1 g lipidů a 4 g sacharidů. U kojených dětí a batolat toto pravidlo neplatí. V mateřském mléce tvoří energie z lipidů až 50 % energie celkové. Rovněž výjimku tvoří sportovci s extrémní fyzickou zátěží, kde vzhledem k energetickým nárokům je někdy nutno zvýšit energetickou denzitu stravy zvýšeným podílem tuků. Optimální poměr makronutrientů u sportovců (% energetického příjmu)
Vytrvalostní trénink
Silový trénink
Sacharidy
55 – 65 %
45 – 55 %
Tuky
25 – 30 %
30 – 35 %
Bílkoviny
12 – 15 %
15 – 20 %
Mikronutrienty dělíme na vitaminy a minerální látky. Ty se podle přijímaného množství dělí na makroelementy (přijímány v dávkách větších než 100 mg denně), mikroelementy (přijímány v množství od 1 do 100 miligramů denně) a stopové prvky (mikrogramové dávky denně).
.
Energie Pod pojmem energie je možné si představit schopnost organismu zajistit činnost všech orgánových soustav, vykonávat práci a udržovat stálou tělesnou teplotu. Všechny tyto procesy probíhají v lidském těle, kde rovněž platí zákon zachování energie:
Maximální energetický výdej = energie získaná z potravin + energie z vytvořených zásob Lidský organismus disponuje značnou zásobou energie (energetické rezervy člověka o hmotnosti 70 kg, v závislosti na stupni vytrvalostní trénovanosti) Stupeň trénovanosti
nízká
střední
vysoká
Energetické rezervy 20 kcal (83,7 kJ)
Makroergní fosfáty
30 kcal (125,6 kJ)
40 kcal (167,5 kJ)
(ATP, CP) Cukry (glykogen)
1 200 kcal (5 024 kJ)
Tuky
1 800 kcal (7 536 kJ) 2 800 kcal (11 723 kJ)
50 000 kcal
50 000 kcal
40 000 kcal
(209 340 kJ)
(209 340 kJ)
(167 472 kJ)
Dodaná energie ve formě makronutrientů má zajistit obnovu spotřebovaných energetických zásob, nebo je přímo přeměněna na potřebnou energii. Energetická bilance musí být přísně vyvážená. Množství energie spotřebované v lidském těle i množství energie obsažené v potravinách je většinou vyjadřováno v (kilo) kaloriích (kcal) nebo v (kilo) joulech (kJ). Jedna kcal (calor = teplo) je množství tepla potřebné k ohřátí 1 litru vody ze 14,5 na 15,5˚C. Jednotka jouly byla zavedena v roce 1978, není stanovována na základě množství uvolněného tepla, ale na základě skutečného energetického obsahu. 1 kcal = 4,1868 kJ zaokrouhleně 4,2 kJ
Jak již bylo řečeno je nutné pro udržení zdravého životního stylu zajistit vyrovnanou energetickou bilanci. Vychází se přitom z toho, že energetická bilance je vyrovnaná, jestliže se nemění naše tělesná hmotnost, nebo lépe řečeno, jestliže si člověk drží svoji správnou hmotnost. Toto nebývá lehký úkol, zvláště vzhledem k věku. Ve stáří se například objem svalové hmoty snižuje, pokud člověk pravidelně nesportuje a tím pádem je zde více prostoru pro tělesný tuk (do 50 let ubývá každou dekádu 5 % svalové hmoty, nad 60 let 10 %).
Kritéria pro určení správné tělesné hmotnosti Body Mass Index (BMI) Tělesná hmotnost (kg) BMI =
------------------------------Tělesná výška (m)2
Body Mass Index Stupně rozdělení
BMI muži
ženy
< 20
< 19
Normální hmotnost
20 - 25
19 – 24
Nadváha
25 - 30
24 – 29
Obezita
> 30
> 29
Podváha
Obezita I. stupně
30 – 34,9
Obezita II. stupně
35 – 39,9
Obezita III. stupně
nad 40
Ukládání tělesného tuku Tuk se ukládá některých lidí, především u mužů, na břiše (androidní typ obezity – typ jablko), u jiných převážně na stehnech a hýždích, především u žen (gynoidní typ obezity – typ hruška). Lidé s obezito typ jablko jsou náchylnější k výskytu onemocnění srdce, mají vysoký krevní tlak.
Velmi dobrým kritériem pro určení nadváhy až obezity je obvod pasu. Zvýšená rizika stanovená na základě objemu pasu Pohlaví
Zvýšené riziko
Velmi vysoké riziko
Muž
nad 94 cm
nad 102 cm
Žena
nad 80 cm
Nad 88 cm
Procento tuku v těle V současné době se používá celá řada přístrojů, které většinou na principu bioimpedance (rozdíly v elektrické vodivosti tukové tkáně a ostatních tkání) změří, jakou část hmotnosti člověka představuje tuková tkáň. U mužů je optimální, jestliže 10 až 20 % hmotnosti tvoří tuk. U žen je toto číslo vyšší a činí 20 až 30 %. Obsah využitelné energie v 1 g makronutrientů Bílkoviny
17,2 kJ
Sacharidy
17,2 kJ
Tuky
38,9 kJ
Alkohol
29,3 kJ
Stanovení obsahu energie v potravinách Následující obrázek ukazuje základní rozdělení energie. V potravinách lze stanovit spalné teplo (brutto energie) a využití strávené energie v těle je zřejmá ze schématu. Předpokladem zdraví je vyrovnaná energetická bilance mezi výdejem energie a celkovým energetickým příjmem CEP. Energetickou hodnotu potravin, vzniklou rozkladem molekul organických živin využívá tělo k: -mechanické práci vykonávané kosterní svalovinou -osmotické práci pomocí transportu živin a zplodin přeměny látek -chemické práci prostřednictvím biosyntézy makromolekul ze základních stavebních látek -bazální metabolismus BM
Využití energie potravin v (%) ┌───────────────────────────────────────────────────────────┐ │ BE Brutto energie │ │ 100 │ └───────────────────────────────────┬──────┬────────────────┘ │ │ │ │ ┌───────────────────────────────────┴──┐ ┌─┴─────────────────┐ │ SE Stravitelná energie │ │ EV Energie stolice│ │ 70 (50-80) │ │ 30 (20-50) │ └──────────────────────────────────┬─┬─┘ └───────────────────┘ ┌─────────┴┬┴───────┐ │ │ │ ┌────────────────────────┴──┐ ┌───┴──┐ ┌──┴──┐ │ ME Metabolizovatelná │ │ EP │ │ EM │ │ energie │ │ plynů│ │ moče│ │ 57 │ │ 5 │ │ 5 │ │ (35-71) │ │ (4-9)│ │(3-7)│ └────────────────────┬─────┬┘ └──────┘ └─-───┘ │ │ ┌────────────────────┴┐ ┌┴──────┐ │ NE netto energie │ │ETz │ │ záchov │ │tepelné│ │ životní │ │ztráty │ │ potřeby +aktivita │ │ │ └─────────────────────┘ └───────┘
Brutto energie (BE v MJ) Stanoví se v kalorimetru úplným spálením potraviny v kyslíkové atmosféře a vyjadřuje se v megajoulech (MJ). Když nemáme kalorimetr pak se brutto energie (BE v kJ nebo MJ v kg potraviny) se vypočte ze základních živin krmiva (bílkoviny, tuk, sacharidy) podle speciálních rovnic. Doporučené dávky potravin (počet porcí/osobu/den) pro vybrané skupiny populace Skupina Děti Dospělí muži Dospělé ženy Těhotné/kojící _ženy Starší osoby
Věk [r]
Hmotno Cereálie Zelenina Ovoc Mlék Zdroje Jiné Energi st e o Bílkovin potraviny e [kg] kJb 4–6 roků 15 3 3 2 3 2 * 7 047 18+ roků 70 6 5 4 3 3 * 11 996 18+ roků 58 4 4 3 3 1 * 7 988 18+ roků 58 5 4 3 3 2 * 9 787 60+ roků
64
3
3
2
2
1
*
5 987
* Rozumí se střídmě tuky, oleje, cukr, cukrovinky: pro výpočet expozice byla použita spotřeba 15 g přidaných tuků, 10 g přidaných cukrů a 300 ml nápojů.
Úhradu potřeby energie lze provádět na základě znalosti obsahu energie v jednotlivých druzích potravin. Protože energetická hodnota potravin je tvořena třemi základními živinami je nutné brát v úvahu jejich energetickou hodnotu. K přepočtu slouží Atwarterovy koeficienty pro 1 g čisté živiny: bílkoviny 17.2 kJ, tuky 38.9 kJ, sacharidy 17.2 kJ. Určitou energetickou hodnotu má rovněž etylalkohol cca 29.3 kJ na g. Úhradu potřeb energie lze zvýšit při předpokladu vyšší tělesné aktivity, která se dá vyjádřit energetickým výdejem pro práci ve watech W= J/s (jouly za sekundu) také povýšením potřeby v kJ za minutu. Například vrcholoví sportovci (veslaři, plavci nebo cyklisté) potřebují navýšit momentální minutový výdej z průměrných hodnot 50 kJ /min na 100-110 kJ/min. Limitujícím faktorem celkového příjmu energie je kapacita trávicího ústrojí, která trvale umožňuje přijímat 20 nanejvýše 25 MJ denně. Při cyklistických závodech se denní příjem zvyšuje na 28-30 MJ za den. Za maximální denní příjem se považuje hodnota 38 MJ za den ovšem krátkodobě, neboť trvalejší přebytek energie vede ke vzniku obezity. Potřeba energie se mění vedle fyzické práce podle věku, pohlaví a zdravotního stavu. Energetická hodnota potravin je značně rozdílná jak je patrné z následující tabulky. Orientační údaje energetické hodnoty vybraných potravin v kJ ve 100 g jedlého podílu Potravina Hovězí maso libové
kJ
potravina
kJ
660
Brambory
410
Maso vepřové libové
1280
Čočka, fazole, hrách
1380
Salám Gothajský
1950
Květák
120
Husa s kostí
1530
Paprika, rajčata,zelí
110
Kuře s kostí
520
Mrkev
170
Kapr
440
Okurky
60
Šlehačka
1300
Jablka, rybíz
240
Sýr ementál
1507
Ořechy vlašské
2700
Tvaroh měkký
430
Chléb pšenično-žitný
1000
Vejce slepičí
650
Housky, veky
1220
Máslo
3000
Bábovka
1570
Olej stolní
3640
Buchty s povidly
1670
Cukr
1600
Pivo světlé
Med
1260
Víno přírodní
12
140 230
Pro orientaci uvádíme energetickou hodnotu v kJ některých hotových jídel. Jedná se o středně velké tedy průměrné porce v běžném systému stravování (většinou bez příloh).
Energetickou hodnotu některých hotových jídel v kJ Porce jídla
kJ
Porce jídla
kJ
Hovězí polévka
280
Lečo s vejci
1580
Polévka zeleninová
470
Knedlíky s vejci
3140
Polévka dršťková
1720
Čočka na kyselo
2340
Krupicová kaše
3190
Hovězí maso vařené
600
Hovězí guláš
1100
Těstoviny s mákem
4260
Biftek s vejcem
1600
Kynuté knedlíky s povidly
4480
Vepřový řízek smažený
2060
Švestkové knedlíky br.těsto
5630
Sekaná pečeně
3000
Koblihy
5630
Vepřová pečeně
1360
Dukátové buchtičky s krémem
4060
Plněné paprikové lusky
1500
Lívance
5170
Kuře na paprice
1370
Bramborové knedlíky
1410
Kachna, husa pečená
1730
Brambory vařené
1290
Smažené rybí filé
2270
Těstoviny
1320
Smažený sýr
2520
Houskové knedlíky
2030
Fazolové lusky na kyselo
980
Koprová omáčka
910
Květák zapékaný
1100
Zelí hlávkové dušené
440
Květák smažený
2900
Míchaná zelenina dušená
830
Celerový salát
280
Rajčatový salát
190
Znalosti základních energetických úrovní hlavních potravin a pokrmů jsou důležité pro zdravotníky v dietologii a dohledu na společenské stravování a pro zdravotní výchovu.
Energetická bilance organismu Příjem energie: Živiny – zdroje využitelné energie – pro každý organismus mohou být různé, pro člověka hlavně sacharidy, lipidy, proteiny. Význam dalších živin je pro energetickou bilanci zanedbatelný.
Výdej energie:
- bazální metabolismus - práce – hlavně mechanická, ale i pro duševní práci je třeba energie - dietou indikovaná termogeneze - udržování tělesné teploty (vyrovnání tepelných ztrát, chlazení) – většinou se zahrnuje do bazálního výdeje energie) - tvorba energetických rezerv Energetická výtěžnost potravin Dána hodnotami spalného tepla, rozlišujeme dva typy: 1. Spalné teplo fyzikální – měřeno kalorimetricky – celková energie 2. Spané teplo fyziologické – počítáno z jednotlivých živin – využitelná energie
Živina
E celková (kJ/g)
E využitelná (kJ/g)
Sacharidy
17,2
17,2
Lipidy
38,9
38,9
Proteiny
23,6
17,2
Etanol
29,3
29,3
Rozdílná hodnota u bílkovin je dána neschopností lidského organismu energeticky využít aminovou skupinu aminokyselin Jen část hlavních živin je hydrolyzována a využita.
Měření přeměny energie Dvě možnosti: a) přímá kalorimetrie (komorové kalorimetry) b) nepřímá kalorimetrie (ze spotřeby kyslíku) Hodnocení přeměny energie K hodnocení přeměny energie byly zavedeny dvě veličiny (vzájemně závislé), k určení jejichž hodnoty se využívá výsledků plynové bilance organismu: Energetický ekvivalent (EE) Vypočte se dle následujícího vzorce: EE = Spalné teplo živiny (kJ) / Objem spotřebovaného kyslíku (litry) Respirační koeficient (RQ) RQ = CO 2 ) / O 2
Stanovení výdeje energie Energetický výdej Z hlediska skladby celkového energetického výdeje se rozlišuje: 1. Bazální termogeneze (bazální metabolismus) Jde o energii potřebnou pro zachování základních vitálních funkcí (funkce orgánových soustav, udržování osmotické rovnováhy, chemické energie pro biosyntézy a udržování tělesné teploty) včetně růstu a vývinu. V literatuře je tato energie označována jako „Bazální energetický výdej“ (BEV). Přibližně 60 % bazálního výdeje jde na produkci tělesné teploty a zbývajících 40 % udržuje základní životní funkce. Zjišťuje se pomocí tzv. „Klidového energetického výdeje“ (KEV), měřeného ráno po probuzení a nočním lačnění vyšetřovaného, který je během měření v psychickém i fyzickém klidu vleže na lůžku při standardních podmínkách okolí (teplota, tlak, vlhkost vzduchu). Tato metoda je nejpřesnější. BEV tvoří největší část celkového energetického výdeje (CEV). Hodnota bazální termogeneze je ovlivněna celou řadou faktorů – věk, pohlaví, tělesný typ (povrch těla), klima, rasa, výživový a zdravotní stav, funkce štítné žlázy, ale závisí i na velikost tzv. „netučné tělesné hmoty“ (fat - free mass, FFM), tj. zastoupení aktivní svalové hmoty. Zastoupení netučné tělesné hmoty je určeno genetickými dispozicemi a fyzickou trénovaností jedince. Orientačně se dá odhadnout podle velikosti těla (tělesný povrch, tělesná hmotnost, tělesná výška), stáří a pohlaví jedince. Na principu odhadu velikosti aktivní tělesné hmoty je založena celá řada výpočtů jak BEV, tak KEV. Nejznámější a zároveň jednou z prvních metod odhadu bazální termogeneze je Hariss - Benedictova rovnice. Výpočet bazálního energetického výdeje podle Hariss-Benedictovy rovnice. Ženy: BEV = [655 + 9,6 (H) + 1,8 (V) - 4,7 (R)] x 4,1868 Muži: BEV = [66 + 13,8 (H) + 5,0 (V) - 6,8 (R)] x 4,1868 (BEV = bazální výdej energie (kJ/den), H = tělesná hmotnost (kg), V = tělesná výška (cm), R = věk (roky))
Při krajních hodnotách tj. při tělesné hmotnosti pod 40 kg či nad 120 kg dochází ke zkreslení výpočtu. BEV je ovlivněn hormonálními vlivy, zejména hormony štítné žlázy, adrenalinem. Je zvýšen u akutních stresových stavů (polytraumata, popáleniny, sepse, pooperační stavy), po léčbě některými léky, při zvýšení tělesné teploty. Orientační hodnoty bazální termogeneze: cca 100 kJ na kg hmotnosti a den cca 300 kJ na hodinu, tj. 7 MJ na den
Termogeneze spojená s fyzickou aktivitou Druhou největší položkou celkového energetického výdeje je energie nutná pro krytí nároků spojených s fyzickou aktivitou. Z hlediska náročnosti se rozlišují následné kategorie fyzické aktivity: •
lehká (převažuje sedavý styl zaměstnání - řidič, sekretářka, student)
•
středně těžká (zdrav. sestra, prodavačka)
•
těžká (v hutích, přenášení těžkých břemen)
•
velmi těžká (dřevorubci, pracovníci v lomech, kopáč s krumpáčem) Energii potřebnou pro fyzickou aktivitu můžeme zjednodušeně vypočítat z podílu vypočteného bazálního energetického výdeje: Energie pro fyzickou aktivitu = BEV x koeficient pro příslušnou fyzickou aktivitu
Při hrubém odhadu celkové energetické potřeby se lze orientovat podle tabulky následujících doporučení.
Koeficienty fyzické aktivity:
Aktivita
Koeficient
Sedavé nenáročné zaměstnání, bez další fyzické aktivity
0.2
Sedavé náročnější zaměstnání, běžná fyzická aktivita
0.4
Lehká náročnější práce, běžná fyzická aktivita
0.6
Těžká náročná práce, běžná fyzická aktivita
0.8
Velmi těžká náročná práce, velká fyzická aktivita
1.0
Poznámka: těhotné ženy a kojící matky + 0.2 stupně
Pro podrobnější výpočet lze konkretizovat odhad denní potřeby energie podle počtu hodin a typu fyzické aktivity (přejato z: Recommended Dietary Allowances 10 th Ed
1989)
podle následujícího postupu: •
výčet jednotlivých aktivit (viz níže) s uvedením doby trvání, celkem 24 hodin.
•
vynásobení počtu hodin trvání každé aktivity odpovídajícím faktorem aktivity (FA)
•
vydělení součtu všech násobků 24 (obdržení průměrného FA/24 hodin)
•
vynásobení průměrného FA/24 hodin hodnotou klidového energetického výdeje (obdržení odhadu CEV) Intenzita fyzické aktivity ovlivňuje celkový výdej energie. Např. profesionální cyklista
s maximálním příjmem kyslíku přes 6 litrů za minutu, který dokáže při tréninku využít více než 80 % tohoto maximálního příjmu (tedy okolo 5 litrů kyslíku za minutu), může využít až 105 kJ za minutu, tj. 6 300 kJ za hodinu. Při déletrvajícím tréninku se tak jeho denní spotřeba může pohybovat i nad hranicí 25 120 kJ. Rekreační sportovec, který se denně 30 min věnuje běhu lesem, přitom spálí zhruba o 840 až 1 260 kJ více, než při běžném denním výdeji. Je to tak malý výdej, že vzhledem k dnešním vysokým energetickým příjmům člověka je možné jej zanedbat. Proto pro snižování nadváhy není důležitá jen fyzická aktivita, ale i omezení příjmu energeticky bohatých poživatin. Fyzická aktivita je důležitá pro udržení a rozvoj svalové hmoty, pro udržení pevného zdraví a plynule probíhající metabolismus.
Dietou indikovaná termogeneze (DIT) Dietou indikovaná termogeneze vyjadřuje ztráty energie způsobené vznikem tepla při hormonální odezvě organismu na příjem potravy a při mechanické práci (žvýkání, žaludeční a střevní motilita). Příčinou je růst základní látkové přeměny po jídle. Ztráty se odhadují přibližně na 6 % přijaté energie a je nutno je přičíst k potřebě energie. Hodnota DIT je ovlivněna skladbou a velikostí potravy. Z tohoto důvodu se DIT u běžné smíšené stravy počítá jako 6 % součtu BEV a energie pro fyzickou aktivitu. Největší energetická spotřeba je u bílkovin, pro jejichž rozklad je třeba 18 – 25 % jejich výživné hodnoty.
Hodnota DIT pro jednotlivé makronutrienty:
Bílkoviny: 12 – 30 % Tuky: 2 – 13 % Sacharidy: 5 – 6 % Smíšená strava: 6 – 10 %
Druhy DIT: 1. Obligatorní – tepelné ztráty způsobené žvýkáním, gastrointestinální motilitou, resorpcí, energií nutnou pro metabolickou přeměnu živin 2. Fakultativní – hormonální odpověď organismu na přívod živin
Orientační hodnoty celkového energetického výdeje v kJ v závislosti na věku a pohlaví
Děti 10 – 12 let 13 – 14 let
Muži
Ženy 9 420 10 467
9 000 9 630
Mládež 15 – 18 let
12 560
10 048
Dospělí 19 – 24 let 25 – 50 let 51 – 64 let nad 64 let
10 886 10 048 9 210 7 955
9 211 8 374 7 536 7 118
Energetický metabolismus Jak již bylo řečeno v úvod organismus dokáže získávat energii z tuků, sacharidů a bílkovin. Tyto tři hlavní výživné látky se mohou vzájemně nahradit či doplňovat v procesu získávání energie. Přesto jsou cukry a tuky z hlediska své funkce převážně zdrojem energie pro organismus, zatímco bílkoviny hrají v lidském těle jiné důležitější úkoly. Které z uvedených substrátů organismus využije jako zdroj energie pro svalovou činnost, závisí na druhu pohybové činnosti, intenzitě a objemu, stejně jako na tréninkové přípravě a skladbě stravy. Pod pojmem energetický metabolismus rozumíme metabolismus, ve kterém z chemické energie živin vzniká energie biologická (makroergní fosfátové vazby), využitelná v organismu.
Živiny procházejí třemi obecnými fázemi chemického zpracování: 1. Ve střevě při trávení přemění hydrolytické reakce složité živiny na jednoduché vstřebatelné složky: jednoduché cukry, aminokyseliny, glycerol a mastné kyseliny. Mluvíme o tzv. katabolismu. 2. V cytoplazmě buněk tkání nastává další degradace. Z glukózy vzniká pyruvát a z mastných kyselin acylkoenzym A. Nejsnáze a nejrychleji probíhají chemické reakce vycházející z přeměny glukózy 3. V mytochondriích jsou pyruvát a acylkoenzym A dále odbourávány na společný meziprodukt acetylkoenzym A. Ten pak vstupuje do cyklu kyseliny citronové. Dochází v něm k úplné oxidaci za vzniku energie, která je využita k syntéze adenozintrifosfátu (ATP) a konečných produktů (vody a CO 2 ). ATP (adenosintrifosfát) se tvoří v mitochondriálním matrix za přítomnosti enzymů a kyslíku (proto se tomuto procesu říká dýchací řetězec). Je to sloučenina obsahující vazby s vysokým obsahem využitelné energie, které se snadno štěpí a energii uvolňují.
Zjednodušené schéma molekuly ATP: Adenosin PO 3 ~ PO 3 ~ PO- 3
Vazby označené vlnovkou jsou tzv. vysoce energetické (makroergní) fosfátové vazby. Každá z nich váže za standardních podmínek 30,6 kJ energie. Jestliže je jedna fosfátová vazba rozštěpena, přemění se ATP na adenozindifosfát (ADP) a uvolní se 30,6 kJ energie, která může být využita např. pro svalovou kontrakci. ADP může být dále štěpeno na adenozinmonofosfát (AMF) za dalšího uvolnění energie. ATP je bezprostředním zdrojem energie, ale množství ATP ve svalu by vystačilo dokonce i u trénovaného sportovce při maximální zátěži sotva na tři vteřiny. Z toho vyplývá, že molekuly ATP musí být v metabolismu neustále vytvářeny.
Kreatinfosfát (CP) je další molekulou obsahující makroergní vazbu. Kreatin ~ PO- 3 Organismus si kreatin syntetizuje z glycinu, argininu a metioninu. Při rozštěpení na kreatin a fosfátový iont se uvolní dokonce větší množství energie než při rozštěpení vazby ATP (43,1 kJ). Kreatinfosfát proto může snadno rekonstruovat makroergní vazby ATP. Celá reakce trvá zlomek sekundy a ve svalu je kreatinfosfátu poměrně velké množství (asi 5x více než ATP), proto kreatinfosfát slouží jako zásobárna energie. Přeměna živin: E. využitelná v org. na 1. Kreatinfosfát
ATP
membránu
——→ 2. Glukóza
transportní děje přes
ADP
syntézu buněčných komponentů
3. Glykogen, mastné kyseliny, aminokyselin
AMP
svalové kontrakce sekreci žláz atd.
Při spotřebě ATP rozštěpením vazby a uvolněním energie vzniká ADP, jehož koncentrace je přímo úměrná aktivitě buňky. Část se přemění na AMP a dále na cAMP (cyklický AMP), kterým aktivuje enzym fosforylázu a ta spustí štěpení glykogenu na glukózu (glykogenolýza). Glukóza se degraduje na pyruvát, vstupuje do mitochondrií a začíná nový cyklus výroby energie. Hladina AMP tak řídí intenzitu metabolismu živin. Dalšími zásobami energie pro buňku jsou glykogen a glukóza, mastné kyseliny z tuků jsou méně pohotovými zdroji a jako poslední, nejpomaleji využitelná rezerva slouží aminokyseliny z bílkovin.
Zatím byl zmíněn pouze metabolismus za normálních podmínek, to znamená za přítomnosti dostatečného množství kyslíku (aerobní podmínky). V jeho nepřítomnosti (v anaerobních podmínkách) probíhá tvorba ATP také, ale jiným způsobem a pouze omezenou dobu. Přeměňují se pouze cukry. Glukóza se sice v cytoplazmě buněk metabolizuje na pyruvát, ale nevstoupí do mitochondrií a dále se přeměňuje na kyselinu mléčnou (laktát). Tento mechanismus vzniku ATP je sice rychlejší (asi 2,5x), ale energeticky nevýhodnější – ze stejného množství substrátu vzniká menší množství využitelné energie. Kyselinu mléčnou částečně využívá jako zdroj energie srdce, ale její hromadění v organismu posunuje pH tělesných tekutin na kyselou stranu a způsobuje svalovou únavu a bolest. Výroba a spotřeba energie však nejsou stoprocentně účinné a při každé přeměně se část energie ztrácí jako teplo. Proto se při zvýšení metabolismu zvyšuje teplota organismu. Během přeměny živin na ATP se v podobě tepla ztrácí 35 % energie, při dalších přeměnách dochází k dalším ztrátám. Za ideálních podmínek je v těle využito přibližně 27 % energie dodané živinami.
Látková bilance Jejich účelem je zjišťování využitelnosti příslušné živiny v organismu, případně zjištění typu metabolické poruchy. Tak jako u všech typů bilancí je nutno počítat se všemi vstupy do organismu i výstupy z něho. VSTUP – příjem živin -
z potravy
-
z vody
-
vzdušný kyslík
-
příjem pokožkou – většinou se zanedbává
VÝSTUP – výdej nevyužitých látek
-
stolicí
-
močí
-
vydýcháním – plyny, hlavně CO 2
-
potem, případně kožním mazem (často se zanedbává)
-
mateřským mlékem
-
vylučování z pohlavních orgánů (nelze zanedbat u žen)
-
jiný výdej (vlasy, nehty) – většinou se zanedbává
Určení přesné látkové bilance je velmi náročné (čas, biologický materiál, analytické metody), a proto se většinou využívá pouze orientační hmotnostní bilance. Typy látkových bilancí 1. Bilance prvková – nejčastěji se provádí bilance dusíku (proteiny) a uhlíku (často ve formě energetické bilance) 2. Bilance plynová – kyslík a oxid uhličitý (energetické bilance) 3. Bilance minerální – používá se většinou pro vápník a železo, vyjímečně pro zinek a fosfor 4. Bilance vodní – málo používaná
Bilance uhlíku Příjem: živiny – asi 300 g uhlíku na den Výdej: -
oxid uhličitý (asi 90 % uhlíku)
-
pot, kožní maz
-
moč (ve formě močoviny)
-
stolice (nestrávené látky – balastní polysacharidy, mikroorganismy, zbytky trávicích šťáv, mucin)
Bilance dusíku Příjem: hlavně proteiny z potravy (denní příjem průměrně okolo 11 g dusíku, odpovídá asi 67 g proteinů Výdej: -
moč (hlavně močovina)
-
stolice (nestrávené látky, mikroorganismy, zbytky trávicích šťáv, mucin, zbytky sliznice)
-
další odpady (pot, vlasy, nehty)
Bilance se provádí většinou pro zjištění energetického využití proteinů. Přesně regulovaný příjem se většinou zajišťuje podáváním aminokyselin nebo proteinů enterálně nebo parenterálně. V těchto případech se stanovuje pouze výdej močí na základě stanovení koncentrace močoviny.
