Обмяна на веществата и скорост на метаболизма: BMR и енергия

Обмяна на веществата, скорост на метаболизма и BMR: как се формира енергията, кои фактори влияят на дневния разход и как това влияе на теглото и здравето.

Скоростта на метаболизма е скоростта на обмяната на веществата, количеството енергия, използвано от животното за единица време. Базовата обмяна на веществата (BMR) е количеството енергия, използвано ежедневно от животните в покой.

Около 70 % от общото потребление на енергия от човека се дължи на основните жизнени процеси в органите на тялото (вж. таблицата). Около 20 % от използваната енергия се дължи на физическата активност, а други 10 % - на храносмилането на храната след хранене.

Всички тези процеси изискват прием на кислород, за да се осигури енергия за оцеляване, обикновено от макронутриенти като въглехидрати, мазнини и протеини. Цикълът на Кребс произвежда богати на енергия молекули АТФ и отделя въглероден диоксид.

Какво представлява BMR и как се измерва

BMR (Basal Metabolic Rate) е енергията, която тялото изразходва в пълен покой, след нощен сън и глад или поне 12 часа без храна, при температурно неутрална среда и в спокойствие. Друг често използван термин е RMR (Resting Metabolic Rate) — подобен показател, измерван при по-малко стриктни условия и обикновено малко по-висок от BMR.

Методи за определяне на метаболизма:

• Непряка калориметрия — измерва консумацията на кислород и отделянето на въглероден диоксид и я превръща в изразходвана енергия (ккал или кДж).
• Пряка калориметрия — измерва топлината, отделяна от тялото (по-рядко използвана в клинична практика).
• Двойно маркирана вода — използва се за измерване на общия енергиен разход в свободно живеещи хора за по-дълъг период.
• Формули за приблизителна оценка — най-популярни са Harris–Benedict и Mifflin–St Jeor.

Примери за формули (приблизителни)

Формула Mifflin–St Jeor (често по-точна при съвременни популации):

Мъже: BMR = 10 × тегло(kg) + 6.25 × ръст(cm) − 5 × възраст(г) + 5

Жени: BMR = 10 × тегло(kg) + 6.25 × ръст(cm) − 5 × възраст(г) − 161

Harris–Benedict също дава оценка, но има тенденция да надценява при някои групи.

Кой какво влияе на скоростта на метаболизма

Много фактори определят индивидуалната BMR и общия енергиен разход:

• Пол — мъжете обикновено имат по-висока BMR поради по-голяма мускулна маса.
• Възраст — с напредване на възрастта BMR обикновено намалява, главно заради загуба на мускулна маса.
• Тяло и състав — повече активно постно телесно вещество (мускули) увеличава BMR; мазнините имат по-нисък метаболизъм на единица маса.
• Генетика и хормони — щитовидната жлеза, адреналните хормони и други регулират скоростта на обмяната.
• Температура на околната среда — излагане на студ повишава термогенезата и енергийните потребности.
• Болест и възстановяване — инфекции, травми и възстановителни процеси увеличават енергийните нужди.
• Диети и калорична рестрикция — гладуване и много ниско калорични режими водят до понижаване на BMR (метаболитна адаптация).

Кои органи изразходват най-много енергия

Въпреки че мозъкът и други органи имат по-малка маса в сравнение с мускулите, те изразходват значителна част от енергията:

• Мозъкът — около 20 % от базовия енергиен разход при възрастен.
• Черният дроб, сърцето и бъбреците — високи специфични метаболитни разходи и голям принос към BMR.
• Скелетните мускули — значително влияят върху общия дневен разход, особено при активност.

Молекулярни основи

В митохондриите макронутриентите (въглехидрати, мазнини, протеини) се окисляват чрез цикъла на Кребс и последваща окислителна фосфорилация за образуване на АТФ. Процесите включват потребление на кислород и отделяне на въглероден диоксид. Скоростта и ефективността на тези процеси влияят върху енергийните нужди и топлинната продукция.

Практически насоки за управление на метаболизма

• Увеличаване на мускулната маса чрез силови тренировки — повишава RMR.
• Адекватен прием на протеин — протеинът има по-висок термичен ефект (TEF) и подпомага запазването на мускулна маса при отслабване.
• Редовна физическа активност — увеличава общия дневен енергиен разход и подобрява метаболитното здраве.
• Избягване на екстремни диети — те водят до метаболитна адаптация и по-голям риск от последващо възстановяване на теглото.
• Проследяване на здравето на щитовидната жлеза — хипо- или хипертиреоидизъм значително променят BMR и изискват лекарска грижа.
• Достатъчен сън и намаляване на хроничния стрес — влияят положително върху хормоналния баланс и метаболизма.

Единици и типични стойности

BMR и дневният енергиен разход се изразяват в килокалории на ден (ккал/ден) или килоджоули (kJ/ден). Типичните стойности за възрастен човек варират широко — от ~1200 до 2500 ккал/ден или повече — в зависимост от пол, възраст, тегло, състав на тялото и ниво на активност.

Разбирането на BMR и факторите, които го влияят, помага за по-добро планиране на храненето, физическата активност и цялостното здраве. При значителни промени в теглото, енергийния разход или при съмнения за хормонални нарушения, е добре да се потърси консултация с лекар или диетолог.

Индивидуални различия

Скоростта на метаболизма варира при различните хора. В едно проучване, проведено сред 150 възрастни, представителни за населението на Шотландия, са отчетени основни метаболитни скорости от 1027 ккал на ден (4301 kJ) до 2499 ккал (10455 kJ). Средната стойност е 1500 kcal (6279 kJ) на ден.

Изследователите са изчислили, че 62,3% от тази разлика се обяснява с разликите в масата (теглото) минус мастните резерви. Други фактори са били количеството мазнини (6,7%), възрастта (1,7%) и експерименталната грешка, включително разликата в рамките на субекта (2%). Останалата част от вариацията (26,7 %) не е обяснена.

Така че има разлики в BMR дори когато се сравняват двама души с еднаква телесна маса. Най-високите 5% от хората метаболизират енергия с 28-32% по-бързо от лицата с най-ниските 5% BMR. Например в едно проучване се съобщава за екстремен случай, при който две лица с еднаква чиста телесна маса от 43 kg имат BMR от 1075 ккал/ден (4,5 MJ) и 1790 ккал/ден (7,5 MJ). Тази разлика от 715 ккал (67 %) е равностойна на това едно от лицата да бяга по 10 км всеки ден.

Оригиналната графика на съотношението между размера на тялото и скоростта на метаболизма, нарисувана от Макс Клейбър (1947 г.).


Графика на скоростта на метаболизма (ккал/час) спрямо телесната маса (g) в широки таксономични групи. Адаптирано от Hemmingsen 1960.

Търсене по буква