Podstawowa
przemiana
materii
Zakład Fizjologii AWF
Dr n. med. Andrzej
Wiśniewski
Podstawowa
przemiana
materii
Zakład Fizjologii AWF
Dr n. med. Andrzej
Wiśniewski
Przemiana
materii
Całokształt przemian
biochemicznych i
towarzyszących im przemian
energii zachodzących w
organizmie – we wszystkich
komórkach z których jest
zbudowany organizm – i leżących
u podstaw życia, niezbędnych do
zachowania struktury organizmu i
wykonywania różnych form pracy.
Węglowodany, tłuszcze oraz
aminokwasy zostają utlenione
w mitochondriach komórek.
Utlenianie wyzwala energię
do syntezy związków
fosforowych, przede
wszystkim do syntezy ATP
(adenozynotrifosforan).
Resynteza ATP
Odtwarzanie ATP zachodzi stale:
energia potrzebna do
resyntezy ATP pochodzi z
katabolizmu (zużywania)
węglowodanów, tłuszczy i w
małym stopniu z
aminokwasów
Organizm osoby wykonującej wysiłek fizyczny
wytwarza odpowiednią - wyrażoną w kcal, kJ,
lub w litrach pobranego tlenu - ilość energii,
która pokryje zwiększone zapotrzebowanie
energetyczne związane z wysiłkiem.
Możemy rozróżnić wobec tego dwa
stany energetyczne:
•
spoczynku
, w którym energia
wytwarzana jest wyłącznie na potrzeby
„podstawowe” organizmu [PPM]
•
wysiłku
, w którym przemiana materii
ulega zwiększeniu - koszt energetyczny
wysiłku.
Dobowe
zapotrzebowanie
energetyczne
W uproszczeniu:
Energia potrzebna
organizmowi w ciągu doby =
PPM + energia
potrzebna do skurczu mięśni
szkieletowych
PPM
Wielkość przemiany materii w
ściśle określonych, standardowych
warunkach – wypoczynek fizyczny
i psychiczny, podstawowa
temperatura i wilgotność
otoczenia – są to warunki
niezbędne do określania PPM
PPM
Jednostki:
kcal/m
2
pow.
ciała/godzinę
kcal/24 godziny
1 cal = 4,186 J
Kaloria to taka ilość
ciepła, która jest
potrzebna do podgrzania
1 grama wody o 1
stopień Celsjusza
Ilość energii
powstającej w czasie
procesów biochemicznych (w
przemianie materii) w
organizmie
jest proporcjonalna do
ilości ciepła
wytworzonego w
czasie tych procesów
.
Kalorymetria
bezpośrednia
Pomiar ilości ciepła
wydatkowanego w czasie
pobytu w specjalnej
komorze izotermicznej z
obiegiem wody
odbierającej wytwarzane
przez organizm ciepło.
Wytworzenie energii to
proces utleniania
substancji
a jeśli TAK, to mierząc
zużycie tlenu w jednostce
czasu oznaczamy
pośrednio
ilość energii
wytworzonej
w organizmie badanego
Całkowitemu wydatkowi energii
dokonującemu się w czasie
wysiłku odpowiada
OBJĘTOŚĆ TLENU
POBRANEGO
z
wdychanego
powietrza, wyrażona w
L/min.
Pobór tlenu VO
2
Kalorymetria
pośrednia
Ilość energii powstającej w
czasie procesów biochemicznych
(w przemianie materii)
w organizmie
jest proporcjonalna do ilości
tlenu zużytego
w czasie tych
procesów, co stanowi podstawę
dla kalorymetrii
POŚREDNIEJ
Wydatkowanie
20 kJ (= około 5
kcal) energii w
ciągu minuty
wymaga zużycia w
organizmie 1 L tlenu
czyli wysiłek fizyczny ma
swoją „cenę” – jest
kosztowny energetycznie!
Wydatek energii, litry
O
2
/minutę
„Ciężkość”
pracy
M
F
Lekka
0,4 - 1 0,3 –
0,7
Umiarkowanie
ciężka
1 – 1,5 0,8 – 1
Ciężka
1,5 – 2 1 – 1,5
Bardzo ciężka
2 – 2,5 1,5 – 2
Niezwykle
ciężka
> 2,5
> 2
Energetyczny
równoważnik 0
2
Zużycie 1 litra tlenu wyzwala
średnio 20,2 kJ = 5 kcal
ER0
2
został obliczony za pomocą
KALORYMETRII POŚREDNIEJ, bazując
na pomiarze ilości zużytego tlenu i
wytworzonego dwutlenku węgla:
współczynnik oddechowy RQ
Ilość energii wytworzonej
poprzez zużycie 1 L tlenu
jest różna w
zależności od zawartości w
diecie białek,
węglowodanów i tłuszczów.
ERO
2
dla energii z utleniania:
TŁUSZCZU = 19,6 kJ/L
WĘGLOWODANÓW = 21,1 kJ/L
RQ
Stosunek objętościowy
uwolnionego CO
2
do
pochłoniętego O
2
w jednostce czasu
•dla węglowodanów 1,0
[CO
2
]
•dla białek 0,82
[CO
2
+ H
2
O]
•dla tłuszczów 0,7
[CO
2
+ H
2
O]
CO
2
/O
2
= iloraz
oddechowy
W SPOCZYNKU
– wpływ diety
• dla węglowodanów 1,0
• dla białek 0,82
• dla tłuszczów 0,7
W WYSIŁKU > 1,0
– powód:
wzrasta ilość CO
2
wytwarzanego z rozpadu kwasu
mlekowego
Energia wytwarzana w czasie
utleniania substratów
energetycznych w mięśniach
(białka nie są całkowicie
utleniane, tylko 1 – 3%
zapotrzebowania energetycznego
jest pokrywane przez utlenianie
białek) jest w:
40% wykorzystana do syntezy ATP
60% rozproszona w postaci ciepła
– ciepło jest oddawane do
otoczenia.
Porównując:
pracę mechaniczną wykonaną
podczas wysiłku fizycznego
z
całkowitym wydatkiem energii
wyrażonym w litrach
pobranego tlenu
można oszacować
współczynnik pracy
użytecznej
Współczynnik pracy użytecznej
(e) określa wydajność mięśni,
czyli ich sprawność
mechaniczną, mówi nam jaka
część energii wytworzonej w
organizmie podczas wysiłku
fizycznego o znanej
intensywności została zużyta na
pokonanie OBCIĄŻENIA
ZEWNĘTRZNEGO (intensywności
wysiłku fizycznego)
W
tot
E = --------------- 100
E
tot
- E
s
e – współczynnik pracy użytecznej
W
tot
– praca wykonana w jednostce
czasu wyrażona w J/minutę
E
tot
– całkowita ilość wydatkowanej
energii wyrażona w J/minutę
E
s
– ilość energii wydatkowana w
spoczynku (przed rozpoczęciem
wysiłku) w J/minutę
Względem całkowitego kosztu energii
na wykonanie pracy mechanicznej
przeznaczamy (e):
• średnio 20 – 28%
• 10 – 15% w czasie wykonywania
pracy za pomocą mięśni dłoni
• 60 – 70% w czasie biegu dzięki
wykorzystaniu elementów
elastycznych układu mięśniowego
• 0% w czasie wysiłku statycznego –
teoretycznie mięśnie niż zmieniają
długości!