METBOLIZM Uwaga: Na końcu instrukcji znajduje się tabela, której wypełnienie jest elementem zaliczenia ćwiczenia. Przemiana materii podstawowa: Najniższy poziom metabolizmu (podczas snu) to: podstawowa przemiana materii (ang.: basal metabolic rate, BMR). Pomiar we śnie jest trudny, dlatego BMR mierzony jest po 12-godzinnym śnie, w spoczynku. Właściwa nazwa takiej miary to spoczynkowa przemiana materii (ang.: resting metabolic rate, RMR), ale w praktyce określenia RMR/BMR stosowane są zamiennie. Całkowita przemiana materii = podstawowa przemiana materii + aktywność fizyczna Jak zmierzyć przemianę materii? Można mierzyć ciepło wytwarzane przez ciało człowieka (kalorymetria bezpośrednia). Pomiar wykonywany jest w tzw. komorach kalorymetrycznych otoczonych obiegiem wodnym. Energię definiowaną jako ciepło wydzielane przez osobę badaną mierzy się na podstawie tempa zwiększenia się temperatury wody otaczającej ściany komory. Obecnie praktycznie stosuje się: - nalizatory składu ciała - Wzory matematyczne - nalizatory gazów oddechowych Za pomocą każdej z tych metod można określić dobowe zapotrzebowanie na energię (wyrażone jako liczba kcal). Wyniki zadań należy wpisać do karty pomiarowej (na końcu). ZDNIE 1: Odczytaj skład swojego ciała oraz dobowe zapotrzebowanie kaloryczne (całkowitą przemianę materii) z analizatora składu ciała* - Pomiar musi być wykonany bez butów i bez skarpetek - Należy podać swój wiek i płeć - Należy oszacować swój poziom aktywności wg skali uwzględnianej przez analizator dzięki temu zapotrzebowanie kaloryczne obliczone z użyciem analizatora będzie bliższe całkowitej przemianie materii (uwzględniającej aktywność fizyczną), czyli nieco większe niż BMR - nalizator wyświetli następujące parametry (uwaga na model!): 731 (szklana) 581 (plastikow a) MS CIŁ MS CIŁ BMI TŁUSZCZ U TŁUSZCZ U WODY I I Wyniki należy wpisać do karty pomiarowej (na końcu) WSKŹNIK BUDOWY CIŁ ZPOTRZEBOWN IE KLORYCZNE (kcal) MS KOŚC I ZPOTRZEBOWN IE KLORYCZNE (kcal) WIEK TŁUSZCZ TRZEWNY (1-10) (lata) BM R (KJ) WIE K MET. (lata ) WOD Y 1
ZDNIE 2: Oblicz swoją podstawową przemianę materii z zastosowaniem wzoru matematycznego Harrisa- Benedicta: Wzór dla kobiet = 665,09 + 9,56 masa ciała + 1,85 wysokość ciała (cm) 4,67 wiek (lata) Wzór dla mężczyzn = 66,47 + 13,75 masa ciała + 5 wysokość ciała (cm) 6,75 wiek (lata) Uzyskany wynik to LICZB kcal / dobę = SPOCZYNKOWE dobowe zapotrzebowanie na kalorie [RMR, resting metabolic rate], bez aktywności fizycznej). UWG: Masa ciała była mierzona w zadaniu 1! * Przykład zastosowania wzoru Harrisa-Benedicta w sytuacji klinicznej: Jak oszacować zapotrzebowanie na kcal u osoby ze znaczną niedowagą (której leczenie wymaga zwiększenia jej masy ciała)? Do wzoru wpisujemy DOCELOWĄ MSĘ CIŁ! Dla kobiet = 665,09 + 9,56 DOCELOW masa ciała + 1,85 wysokość ciała (cm) 4,67 wiek (lata) Dla mężczyzn = 66,47 + 13,75 DOCELOW masa ciała + 5 wysokość ciała (cm) 6,75 wiek (lata) Uzyskany wynik to LICZB kcal / dobę, które powinien przyjmować pacjent, aby jego masa ciała wzrosła do wartości prawidłowej (nie uwzględniając aktywności fizycznej oraz ewentualnych strat energetycznych związanych np. z gorączką, chorobą, stresem). ZDNIE 3: Oblicz swoją całkowitą przemianę materii, wykorzystując podstawową przemianę materii obliczoną w zadaniu 2 zsumowaną z liczbą kcal, jakie spalasz wykonując codzienne czynności. Koszt energetyczny wykonywanych czynności można oszacować z użyciem przeliczników, które przypisują każdej czynności określony poziom zużycia energii w jednostce czasu. Wypisz czynności wykonane wczoraj wraz z informacją o czasie trwania każdej czynności. UWG! Należy uwzględnić wszystkie czynności, włącznie ze snem, nauką czy chodzeniem, które towarzyszyło robieniu zakupów itd. Na sali dostępne są przeliczniki podające zapotrzebowanie energetyczne konieczne do wykonania każdej z wymienionych czynności. W oparciu o nie można obliczyć, ile energii pochłonęły te czynności. ZDNIE 4: Oblicz swój BMR w oparciu o spoczynkowe minutowe zużycie tlenu. naliza gazów oddechowych: naliza gazów oddechowych jest formą kalorymetrii pośredniej. Do oceny metabolizmu wykorzystuje się pomiary: VCO2 objętość wydychanego dwutlenku węgla [litry w jednostce czasu] VO2 spoczynkowe zużycie tlenu [litry w jednostce czasu] VCO2/VO2 stosunek wytworzonego CO2 do zużytego O2, tzw. wskaźnik wymiany oddechowej RER (respiratory exchange ratio). W spoczynku RER odpowiada wartości współczynnika oddechowego RQ, którego wartość zależy od substratów energetycznych wykorzystywanych do przemian metabolicznych. Zakłada się, że RQ wynosi: 1,0 dla diety czysto węglowodanowej; 0,8 dla diety białkowej oraz 0,7 dla diety tłuszczowej. RQ jest najwyższe dla węglowodanów, ponieważ ich metabolizm wymaga mniejszego zużycia tlenu niż metabolizm białek i tłuszczy. 2
Dieta mieszana to RQ ~ 0,8 co odpowiada 4,8 kcal uzyskanym przy zużyciu 1 litra tlenu. Pomiar BMR w oparciu o spoczynkowe minutowe zużycie tlenu oraz RER: Po kalibracji i wprowadzeniu podstawowych danych do urządzenia pomiarowego należy oddychać przez ustnik analizatora przez około 5 minut. Po tym czasie należy odczytać przeciętną wartość spoczynkowego zużycia tlenu w ciągu minuty (VO2) oraz wartość RER. WZÓR: BMR (kcal/dobę) = VO2/dobę x kcal/l O2 Odczytaną wartość tlenu zużytego w ciągu minuty przeliczamy na zużycie tlenu w ciągu doby: VO2/min. x 1440 = VO2 /dobę gdzie VO2/min. to wartość odczytana z analizatora, 1440 to liczba minut w ciągu DOBY Odczytaną wartość RER przyporządkowujemy ilości kcal uzyskanych ze zużycia 1 L O2 wg. poniższej tabeli: RER kcal/l O2 0,70 4,69 0,75 4,74 0,8 4,80 0,85 4,86 0,9 4,92 0,95 5,04 1,00 5,05 Skład ciała a metabolizm Mięśnie, nawet w spoczynku, zużywają więcej tlenu niż tkanka tłuszczowa (jej zawartość w % podał analizator składu ciała użyty w zadaniu 1). Metody oceny składu ciała: - Metoda densytometryczna, inaczej absorpcjometria promieniowania X (DEX) - metoda referencyjna (najbardziej rzetelna, ale i najbardziej kosztowna i trudno dostępna, wiążąca się z wykorzystaniem promieniowania X); metoda obrazowa, która umożliwia ocenę gęstości kości oraz ilość tkanki tłuszczowej i mięśniowej. - Metoda bioimpedancji elektrycznej (BI) wykorzystuje fakt, że poszczególne tkanki różnią się zawartością wody, więc w różnym stopniu przewodzą prąd elektryczny (tkanka tłuszczowa jest izolatorem, tkanka mięśniowa przewodnikiem). Metoda ta jest stosowana w analizatorach składu ciała, takich jak w zadaniu 1. - Metoda antropometryczna polega na ocenie grubości fałdów skórno-tłuszczowych (np. na ramieniu, pod łopatką, na brzuchu) za pomocą fałdomierza oraz podstawieniu wartości poszczególnych fałdów do wzoru pozwala oszacować zawartość tkanki tłuszczowej oraz ciała szczupłego (mięśnie i szkielet). Metoda ta wymaga wprawy, gdyż charakteryzuje się wysokim błędem pomiarowym. 3
Szacowanie zawartości tłuszczu wskaźnik masy ciała BMI Do oceny prawidłowej masy ciała można posłużyć się wskaźnikiem względnej masy ciała (body mass index, BMI). ZDNIE 5: Oblicz swój BMI z wzoru: Interpretacja: Niedowaga: BMI poniżej 18,5 Waga prawidłowa: BMI 18,5-24,9 Nadwaga: BMI 25,0-29,9 Otyłość: BMI powyżej 30,0 masa ciała [kg] / wysokość ciała 2 [m] ZDNIE 6: Oblicz swój wskaźnik WHR Dystrybucja tkanki tłuszczowej - Wskaźnik WHR (ang. waist hip ratio) Okazuje się, że nie tylko ilość nagromadzonej tkanki tłuszczowej, ale też jej rozmieszczenie, ma istotny wpływ na zdrowie. Stosunek obwodu talii do obwodu bioder (czyli wskaźnik talia-biodra - WHR) to wskaźnik dystrybucji tkanki tłuszczowej w ciele człowieka. WHR oblicza się dzieląc obwód talii przez obwód bioder. WZÓR: obwód talii (cm) / obwód bioder (cm) *UWG: Obwód talii u obu płci znajduje się w największym przewężeniu tułowia między dolnymi łukami żeber a grzebieniami talerzy biodrowych. Jeżeli talia jest słabo widoczna możemy palpacyjnie wyznaczyć miejsce między łukami żeber a biodrami. Pomiar ten zazwyczaj wykonuje się nad pępkiem. INTERPRETCJ: WHR: mężczyźni <0,9, kobiety < 0,85 oznacza otyłość pośladkowo udową (typ obwodowy, gruszka ) WHR: mężczyźni >0,9, kobiety >0,85 oznacza otyłość centralną (brzuszną, typu jabłko ), która koreluje z ilością tłuszczu trzewnego, którego nadmiar zwiększa ryzyko zachorowania na choroby układu sercowo - naczyniowego. UWG! Nie należy interpretować wskaźnika jako czynnika złego rokowania, jeśli badany ma prawidłowe BMI! Piśmiennictwo: 1. Fizjologia człowieka. Zintegrowane podejście. D.U. Silverthorn, red. wyd. pol. B. Ponikowska, PZWL Wydawnictwo Lekarskie, 2018. 2. Wybrane zagadnienia z nauki o żywieniu człowieka. J. Biernat, Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, 2009 3. Megnien JL i in., Predictive value of waist-to-hip ratio on cardiovascular risk events., Int J Obes Relat Metab Disord. 1999. 4
ZDNIE 1 NLIZTOR SKŁDU CIŁ: 731 (szklana) CIŁ BMI TŁUSZCZU I WSKŹNIK BUDOWY CIŁ KOŚCI ZPOTRZEBOWNIE KLORYCZNE (kcal) BM R (KJ) WIE K (lata ) WOD Y 581 plastikowa CIŁ TŁUSZCZU WODY I ZPOTRZEBOWNIE KLORYCZNE (kcal) WIEK (lata) TŁUSZCZ TRZEWNY (1-10) ZDNIE 2: PODSTWOW PRZEMIN MTERII - WZÓR HRRIS-BENEDICT Obliczona liczba kcal: KCL ZDNIE 3: CŁKOWIT PRZEMIN MTERII Liczba kilokalorii wynikająca z aktywności KCL fizycznej: ZPOTRZEBOWNIE KLORYCZNE (BMR z zad. 2 + wartość z poprzedniego pola) KCL ZDNIE 4: PODSTWOW PRZEMIN MTERII NLIZ GZÓW ODDECHOWYCH Minutowe spoczynkowe Dobowe spoczynkowe Wartość zużycie tlenu wg. L/min zużycie tlenu (VO2* 1440): L/24h RER: analizatora (VO2): kcal/l O2: 1 Liczba kcal: ZDNIE 5: Wysokość ciała (w metrach): WSKŹNIK BMI m BMI: kg/m 2 INTERPRETCJ (zaznacz): o NIEDOWG o WG PRWIDŁOW o NDWG o OTYŁOŚĆ o OTYŁOŚĆ OLBRZYMI ZDNIE 6: WSKŹNIK Obwód talii (pasa): cm WHR Obwód bioder: cm WHR: INTERPRETCJ (zaznacz): o MĘŻCZYZN-GRUSZK o KOBIET-GRUSZK o MĘŻCZYZN-JBŁKO o KOBIET-JBŁKO 1 Wartość odpowiadająca RER odczytana z tabeli. 5