Metabolisme energi manusia

“Tubuh manusia adalah 'mesin' yang dapat melepaskan energi kimia yang terikat dalam 'bahan bakar' makanan; 'bahan bakar' ini adalah karbohidrat, lemak, protein, dan alkohol” (WHO).

Penggunaan preferensial salah satu sumber yang terdaftar memiliki karakteristik berbeda dalam hal besarnya pertukaran energi dan pergeseran metabolisme terkait.

Ciri-ciri berbagai sumber metabolisme pasokan energi makanan

Indikator	Glukosa	Palmitat	Protein
Pelepasan panas, kkal:
Per 1 mol teroksidasi	673	Tahun 2398	475
Per 1 g teroksidasi	3.74	Jam 09.30	5.40
Konsumsi oksigen:
Ngengat	66.0	23.0	5.1
Saya	134	515	114
Produksi karbon dioksida:
Ngengat	66.0	16.0	4.1
Saya	134	358	92
Produksi ATP, mol:	36	129	23
Biaya produk ATP:
Neraka	18.7	18.3	20.7
V/hari	3.72	3,99	4.96
S/d	3.72	2.77	4.00
Kecerdasan pernapasan	1.00	0,70	0.81
Setara energi per 1 liter oksigen yang digunakan	5.02	4.66	4.17

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Tahapan pertukaran energi

Meskipun disimilasi dan sintesis struktur protein, lemak, dan karbohidrat memiliki ciri khas dan bentuk tertentu, terdapat sejumlah tahap dan pola yang pada dasarnya sama dalam transformasi berbagai zat ini. Sehubungan dengan energi yang dilepaskan selama metabolisme, metabolisme energi harus dibagi menjadi tiga tahap utama.

Pada fase I, molekul nutrisi yang besar dipecah menjadi molekul yang lebih kecil di dalam saluran pencernaan. Karbohidrat membentuk 3 heksosa (glukosa, galaktosa, fruktosa), protein - 20 asam amino, lemak (trigliserida) - gliserol dan asam lemak, serta gula yang lebih langka (misalnya, pentosa, dll.). Telah dihitung bahwa rata-rata, 17,5 ton karbohidrat, 2,5 ton protein, dan 1,3 ton lemak melewati tubuh manusia selama hidupnya. Jumlah energi yang dilepaskan pada fase I tidak signifikan, dan dilepaskan sebagai panas. Dengan demikian, sekitar 0,6% dari total energi dilepaskan selama pemecahan polisakarida dan protein, dan 0,14% lemak, yang terbentuk selama pemecahan lengkapnya menjadi produk metabolisme akhir. Oleh karena itu, signifikansi reaksi kimia pada fase I terutama terdiri dari persiapan nutrisi untuk pelepasan energi yang sebenarnya.

Pada tahap II, zat-zat ini mengalami penguraian lebih lanjut melalui pembakaran yang tidak sempurna. Hasil dari proses ini - pembakaran yang tidak sempurna - tampak tidak terduga. Dari 25-30 zat, selain CO2 dan H2O, hanya tiga produk akhir yang terbentuk: asam α-ketoglutarat, asam oksaloasetat, dan asam asetat dalam bentuk asetil koenzim A. Secara kuantitatif, asetil koenzim A mendominasi. Pada tahap II, sekitar 30% energi yang terkandung dalam nutrisi dilepaskan.

Pada tahap III, yang disebut siklus asam trikarboksilat Krebs, tiga produk akhir dari fase II dibakar menjadi karbon dioksida dan air. Dalam proses ini, 60-70% energi nutrisi dilepaskan. Siklus Krebs adalah jalur akhir umum pemecahan karbohidrat, protein, dan lemak. Ini adalah semacam titik nodal dalam pertukaran, di mana transformasi berbagai struktur bertemu dan transisi timbal balik reaksi sintetis dimungkinkan.

Tidak seperti tahap I - tahap hidrolisis di saluran pencernaan - pada fase II dan III pemecahan zat, tidak hanya energi yang dilepaskan, tetapi juga jenis akumulasi khusus.

Reaksi pertukaran energi

Konservasi energi dicapai dengan mengubah energi pemecahan makanan menjadi bentuk khusus senyawa kimia yang disebut senyawa makroergik. Pembawa energi kimia ini dalam tubuh adalah berbagai senyawa fosfor, di mana ikatan residu asam fosfat adalah ikatan makroergik.

Tempat utama dalam metabolisme energi adalah milik ikatan pirofosfat dengan struktur asam adenosin trifosfat. Dalam bentuk senyawa ini, 60 hingga 70% dari semua energi yang dilepaskan selama pemecahan protein, lemak, dan karbohidrat digunakan dalam tubuh. Penggunaan energi (oksidasi dalam bentuk ATP) sangat penting secara biologis, karena mekanisme ini memungkinkan untuk memisahkan tempat dan waktu pelepasan energi dan konsumsi aktualnya selama berfungsinya organ. Telah dihitung bahwa dalam 24 jam jumlah ATP yang terbentuk dan dipecah dalam tubuh kira-kira sama dengan berat tubuh. Konversi ATP menjadi ADP melepaskan 41,84-50,2 kJ, atau 10-12 kkal.

Energi yang dihasilkan sebagai hasil metabolisme digunakan untuk metabolisme dasar, yaitu untuk mempertahankan kehidupan dalam keadaan istirahat total pada suhu sekitar 20° C, untuk pertumbuhan (metabolisme plastis), kerja otot, dan untuk pencernaan dan asimilasi makanan (tindakan dinamis spesifik makanan). Terdapat perbedaan dalam pengeluaran energi yang dihasilkan sebagai hasil metabolisme pada orang dewasa dan anak-anak.

[ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]

BX

Pada anak-anak, seperti halnya semua mamalia yang lahir belum dewasa, terjadi peningkatan awal dalam metabolisme basal selama 1 1/2 tahun, yang kemudian terus meningkat secara stabil dalam nilai absolut dan secara teratur menurun per unit massa tubuh.

Seringkali, metode perhitungan digunakan untuk menghitung laju metabolisme basal. Rumus biasanya berorientasi pada indikator panjang atau berat badan.

Perhitungan laju metabolisme basal menggunakan berat badan (kkal/hari). Rekomendasi FAO/WHO

Usia	Anak laki-laki	Cewek-cewek
0-2 tahun	60.9 R-54	61R - 51
3-9 tahun	22,7R + 495	22,5R + 499
10-17 »	17,5R +651	12.2 Rp +746
17-30»	15.3 Rp +679	14,7R + 496

Total energi yang diterima bersama makanan didistribusikan untuk memastikan metabolisme dasar, aksi dinamis spesifik makanan, kehilangan panas yang terkait dengan ekskresi, aktivitas fisik (motorik) dan pertumbuhan. Dalam struktur distribusi energi, yaitu metabolisme energi, perbedaan dibuat antara:

• Energi yang diterima (dari makanan) = Energi yang disimpan + Energi yang digunakan.
• Energi yang diserap = Energi yang diterima - Energi yang dikeluarkan bersama kotoran.
• Energi yang dimetabolisme = Energi yang diterima - Energi pemeliharaan (kehidupan) dan aktivitas, atau "biaya dasar".
• Energi biaya utama sama dengan jumlah:
  • tingkat metabolisme basal;
  • termoregulasi;
  • efek pemanasan makanan (WEF);
  • biaya aktivitas;
  • biaya sintesis jaringan baru.
• Energi pengendapan adalah energi yang digunakan untuk pengendapan protein dan lemak. Glikogen tidak diperhitungkan, karena pengendapannya (1%) tidak signifikan.
• Energi yang disimpan = Energi yang dimetabolisme - Energi pengeluaran dasar.
• Biaya energi untuk pertumbuhan = Energi sintesis jaringan baru + Energi yang disimpan dalam jaringan baru.

Perbedaan usia yang utama terletak pada hubungan antara biaya pertumbuhan dan, pada tingkat yang lebih rendah, aktivitas.

Fitur distribusi pengeluaran energi harian (kkal/kg) yang berkaitan dengan usia

Usia	BX	SDDP	Kerugian ekskresi	Aktivitas	Tinggi	Total
Prematur	60	7	20	15	50	152
8 minggu	55	7	11	17	20	110
10 bulan	55	7	11	17	20	110
4 tahun	40	6	8	25	8-10	87-89
14 tahun	35	6	6	20	14	81
Dewasa	25	6	6	10	Angka 0	47

Seperti yang Anda lihat, biaya pertumbuhan sangat signifikan bagi bayi baru lahir dengan berat badan rendah dan selama tahun pertama kehidupan. Secara alami, biaya tersebut tidak ada pada orang dewasa. Aktivitas fisik menciptakan pengeluaran energi yang signifikan bahkan pada bayi baru lahir dan bayi, yang mana ekspresinya adalah mengisap payudara, gelisah, menangis, dan menjerit.

Ketika anak gelisah, pengeluaran energi meningkat 20-60%, dan ketika berteriak - 2-3 kali lipat. Penyakit menuntut pengeluaran energinya sendiri. Terutama meningkat dengan peningkatan suhu tubuh (untuk peningkatan 1° C, peningkatan metabolisme adalah 10-16%).

Tidak seperti orang dewasa, anak-anak menghabiskan banyak energi untuk pertumbuhan (metabolisme plastik). Kini telah ditetapkan bahwa untuk mengakumulasi 1 g massa tubuh, yaitu jaringan baru, diperlukan sekitar 29,3 kJ, atau 7 kkal. Perkiraan berikut lebih akurat:

• “Biaya” energi pertumbuhan = Energi sintesis + Energi pengendapan di jaringan baru.

Pada bayi prematur dengan berat badan rendah, energi sintesis berkisar antara 1,3 hingga 5 kJ (0,3 hingga 1,2 kkal) per 1 g berat badan yang ditambahkan. Pada bayi cukup bulan - 1,3 kJ (0,3 kkal) per 1 g berat badan baru.

Total biaya energi untuk pertumbuhan:

• hingga 1 tahun = 21 kJ (5 kkal) per 1 g jaringan baru,
• setelah 1 tahun = 36,5-50,4 kJ (8,7-12 kkal) per 1 g jaringan baru, atau sekitar 1% dari total energi kandungan nutrisi.

Karena intensitas pertumbuhan pada anak-anak bervariasi dalam periode yang berbeda, maka porsi metabolisme plastik dalam pengeluaran energi total pun berbeda. Pertumbuhan paling intensif terjadi pada periode perkembangan intrauterin, saat massa embrio manusia meningkat 1 miliar 20 juta kali lipat (1,02 x 109). Laju pertumbuhan terus bertahan cukup tinggi pada bulan-bulan pertama kehidupan. Hal ini dibuktikan dengan peningkatan berat badan yang signifikan. Oleh karena itu, pada anak-anak 3 bulan pertama, porsi metabolisme "plastik" dalam pengeluaran energi adalah 46%, kemudian pada tahun pertama menurun, tetapi sejak 4 tahun, dan terutama pada periode prapubertas, peningkatan intensitas pertumbuhan diamati, yang kembali tercermin dalam peningkatan metabolisme plastik. Rata-rata, 12% dari kebutuhan energi dihabiskan untuk pertumbuhan pada anak-anak berusia 6-12 tahun.

Biaya energi untuk pertumbuhan

Usia	Berat badan, kg	Kenaikan berat badan, g/hari	Nilai energi , kkal/hari	Nilai energi , kkal/(kg-hari)	Sebagai persentase dari tingkat metabolisme basal
1 bulan	3.9	30	146	37	71
3 »	5.8	28	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	28
1 tahun	10.4	10	63	6	11
5 tahun	17.6	5	32	2	4
14 tahun, perempuan	47.5	18	113	2	8
16 tahun, laki-laki	54.0	18	113	2	7

[ 9 ], [ 10 ]

Konsumsi energi untuk kerugian yang sulit diperhitungkan

Kehilangan yang sulit dihitung termasuk kehilangan lemak, cairan pencernaan, dan sekresi yang diproduksi di dinding saluran pencernaan dan kelenjar bersama tinja, bersama sel epitel yang mengelupas, bersama sel-sel penutup kulit, rambut, kuku yang rontok, bersama keringat, dan bersama darah menstruasi saat anak perempuan mencapai pubertas. Sayangnya, masalah ini pada anak-anak hampir tidak pernah diteliti. Diperkirakan bahwa pada anak-anak berusia lebih dari satu tahun, pengeluaran energinya sekitar 8%.

[ 11 ]

Pengeluaran energi untuk aktivitas dan menjaga suhu tubuh

Porsi pengeluaran energi untuk aktivitas dan mempertahankan suhu tubuh berubah seiring bertambahnya usia anak (setelah 5 tahun, ini termasuk dalam konsep kerja otot). Dalam 30 menit pertama setelah lahir, suhu tubuh bayi baru lahir menurun hampir 2° C, yang menyebabkan pengeluaran energi yang signifikan. Pada anak kecil, tubuh anak dipaksa mengeluarkan 200,8-418,4 kJ/(kg • hari), atau 48-100 kkal/(kg • hari) untuk mempertahankan suhu tubuh yang konstan pada suhu lingkungan di bawah suhu kritis (28...32° C) dan aktivitas. Oleh karena itu, seiring bertambahnya usia, pengeluaran energi absolut untuk mempertahankan suhu tubuh dan aktivitas yang konstan meningkat.

Namun, porsi pengeluaran energi untuk menjaga suhu tubuh tetap konstan pada anak-anak di tahun pertama kehidupan lebih rendah, semakin kecil anak tersebut. Kemudian, pengeluaran energi menurun lagi, karena permukaan tubuh per 1 kg berat badan menurun lagi. Pada saat yang sama, pengeluaran energi untuk aktivitas (kerja otot) meningkat pada anak-anak di atas satu tahun, ketika anak mulai berjalan, berlari, melakukan pendidikan jasmani atau olahraga secara mandiri.

Biaya energi aktivitas fisik

Jenis gerakan	Kal/menit
Bersepeda dengan kecepatan rendah	4.5
Bersepeda dengan kecepatan sedang	7.0
Mengendarai sepeda dengan kecepatan tinggi	11.1
Tarian	3.3-7.7
Sepak bola	8.9
Latihan senam pada alat	3.5
Lari cepat	13.3-16.8
Lari jarak jauh	10.6
Seluncur es	11.5
Ski lintas alam dengan kecepatan sedang	10.8-15.9
Ski lintas alam dengan kecepatan maksimum	18.6
Renang	11.0-14.0

Pada anak usia 6-12 tahun, porsi energi yang digunakan untuk aktivitas fisik sekitar 25% dari kebutuhan energi, dan pada orang dewasa - 1/3.

[ 12 ], [ 13 ]

Tindakan dinamis spesifik makanan

Efek dinamis spesifik makanan berubah tergantung pada jenis makanannya. Efek ini lebih terasa pada makanan kaya protein, lebih sedikit pada lemak dan karbohidrat. Pada anak usia dua tahun, efek dinamis spesifik makanan adalah 7-8%, pada anak yang lebih besar - lebih dari 5%.

Biaya implementasi dan mengatasi stres

Ini adalah arah alami dari aktivitas kehidupan normal dan pengeluaran energi. Proses kehidupan dan adaptasi sosial, pendidikan dan olahraga, pembentukan hubungan interpersonal - semua ini dapat disertai dengan stres dan pengeluaran energi tambahan. Rata-rata, ini adalah tambahan 10% dari "jatah" energi harian. Pada saat yang sama, pada penyakit atau cedera akut dan parah, tingkat pengeluaran stres dapat meningkat cukup signifikan, dan ini memerlukan pertimbangan dalam perhitungan jatah makanan.

Data tentang peningkatan kebutuhan energi selama stres disajikan di bawah ini.

Negara	Perubahan kebutuhan energi
Luka bakar tergantung pada persentase permukaan tubuh yang terbakar	+ 30...70%
Beberapa cedera dengan ventilasi mekanis	+ 20...30%
Infeksi berat dan trauma ganda	+ 10...20%
Periode pasca operasi, infeksi ringan, patah tulang	0... + 10%

Ketidakseimbangan energi yang terus-menerus (kelebihan atau kekurangan) menyebabkan perubahan berat dan panjang badan pada semua indeks perkembangan dan usia biologis. Bahkan kekurangan energi sedang (4-5%) dapat menyebabkan keterlambatan perkembangan anak. Oleh karena itu, pasokan energi makanan menjadi salah satu syarat terpenting untuk pertumbuhan dan perkembangan yang memadai. Perhitungan pasokan ini harus dilakukan secara teratur. Bagi sebagian besar anak, rekomendasi untuk total energi dari makanan sehari-hari dapat berfungsi sebagai tolok ukur untuk analisis; untuk beberapa anak dengan kondisi kesehatan atau kondisi kehidupan khusus, diperlukan perhitungan individual berdasarkan jumlah semua komponen yang mengonsumsi energi. Metode berikut untuk menghitung pengeluaran energi dapat berfungsi sebagai contoh penggunaan standar pasokan usia umum dan kemungkinan beberapa koreksi individual terhadap standar ini.

Metode perhitungan untuk menentukan laju metabolisme basal

Hingga 3 tahun	3-10 tahun	10-18 tahun
Anak laki-laki
X = 0,249 kg - 0,127	X = 0,095 kg + 2,110	X = 0,074 kg + 2,754
Cewek-cewek
X = 0,244 kg - 0,130	X = 0,085 kg + 2,033	X = 0,056 kg + 2,898

[ 14 ], [ 15 ]

Biaya tambahan

Kompensasi kerusakan - laju metabolisme basal dikalikan: untuk operasi minor - sebesar 1,2; untuk trauma rangka - sebesar 1,35; untuk sepsis - sebesar 1,6; untuk luka bakar - sebesar 2,1.

Tindakan dinamis spesifik makanan: + 10% dari laju metabolisme basal.

Aktivitas fisik: terbaring di tempat tidur + 10% dari laju metabolisme basal; duduk di kursi + 20% dari laju metabolisme basal; pasien yang dirawat di bangsal rumah sakit + 30% dari laju metabolisme basal.

Biaya demam: untuk setiap 1°C peningkatan suhu tubuh rata-rata harian +10-12% dari tingkat metabolisme basal.

Penambahan berat badan: hingga 1 kg/minggu + 1260 kJ (300 kkal) per hari.

Diterima untuk membentuk beberapa standar pasokan energi terkait usia bagi penduduk. Banyak negara memiliki standar seperti itu. Semua jatah makanan kelompok terorganisasi dikembangkan berdasarkan standar tersebut. Jatah makanan individu juga diperiksa berdasarkan standar tersebut.

Rekomendasi nilai energi gizi untuk anak usia dini dan sampai usia 11 tahun

	0-2 bulan	3-5 bulan	6-11 bulan	1-3 tahun	3-7 tahun	7-10 tahun
Energi, total, kkal	-	-	-	Tahun 1540	Tahun 1970	Tahun 2300
Energi, kkal/kg	115	115	110	-	-	-

Rekomendasi untuk standarisasi energi (kkal/(kg • hari))

Usia, bulan	FAO/WHO (1985)	PBB (1996)
0-1	124	107
1-2	116	109
2-3	109	111
3^	103	101
4-10	95-99	100
10-12	100-104	109
12-24	105	90

Perhitungan dan koreksi metabolisme energi ditujukan untuk menghilangkan kekurangan pembawa energi utama, yaitu terutama karbohidrat dan lemak. Pada saat yang sama, penggunaan pembawa ini untuk tujuan yang ditentukan hanya dimungkinkan dengan pertimbangan dan koreksi penyediaan banyak mikronutrien pendamping yang sangat diperlukan. Dengan demikian, sangat penting untuk meresepkan kalium, fosfat, vitamin B, terutama tiamin dan riboflavin, terkadang karnitin, antioksidan, dll. Kegagalan untuk mematuhi kondisi ini dapat menyebabkan kondisi yang tidak sesuai dengan kehidupan, yang muncul justru dengan nutrisi energi intensif, terutama parenteral.