Inimese energia ainevahetus

„Inimkeha on „masin”, mis suudab vabastada toidu „kütuses” sisalduvat keemilist energiat; see „kütus” on süsivesikud, rasvad, valgud ja alkohol“ (WHO).

Loetletud allikate eelistatud kasutamisel on erinevad omadused energiavahetuse ulatuse ja sellega seotud ainevahetuslike nihete osas.

Toiduenergiavarustuse erinevate metaboolsete allikate omadused

Indikaatorid	Glükoos	Palmitaat	Valk
Soojuse eraldumine, kcal:
1 mooli oksüdeeritud kohta	673	2398	475
1 g oksüdeeritud kohta	3.74	9.30	5.40
Hapniku tarbimine:
Koi	66,0	23.0	5.1
L	134	515	114
Süsinikdioksiidi tootmine:
Koi	66,0	16.0	4.1
L	134	358	92
ATP tootmine, moolid:	36	129	23
ATP toodete maksumus:
Põrgu	18.7	18.3	20.7
V/d	3.72	3.99	4.96
S/d	3.72	2.77	4.00
Hingamiskvoot	1.00	0,70	0,81
Energiaekvivalent 1 liitri kasutatud hapniku kohta	5.02	4.66	4.17

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Energiavahetuse etapid

Kuigi valkude, rasvade ja süsivesikute struktuuride dissimilatsioonil ja sünteesil on iseloomulikud tunnused ja spetsiifilised vormid, on nende erinevate ainete muundumisel mitmeid põhimõtteliselt ühiseid etappe ja mustreid. Ainevahetuse käigus vabaneva energia osas tuleks energiametabolism jagada kolmeks peamiseks etapiks.

I faasis lagundatakse seedetraktis suured toitainete molekulid väiksemateks. Süsivesikud moodustavad 3 heksoosi (glükoos, galaktoos, fruktoos), valgud - 20 aminohapet, rasvad (triglütseriidid) - glütserooli ja rasvhappeid, samuti haruldasemaid suhkruid (näiteks pentoosid jne). On arvutatud, et keskmiselt läbib inimkeha eluea jooksul 17,5 tonni süsivesikuid, 2,5 tonni valke ja 1,3 tonni rasvu. I faasis vabanev energiakogus on tühine ja see vabaneb soojusena. Seega vabaneb polüsahhariidide ja valkude lagunemisel umbes 0,6% kogu energiast ning 0,14% rasvadest, mis moodustuvad nende täielikul lagunemisel lõplikeks ainevahetusproduktideks. Seetõttu seisneb keemiliste reaktsioonide tähtsus I faasis peamiselt toitainete ettevalmistamises tegelikuks energia vabanemiseks.

II etapis lagunevad need ained edasi mittetäieliku põlemise teel. Nende protsesside tulemus – mittetäielik põlemine – tundub ootamatu. 25–30 ainest moodustub lisaks CO2-le ja H2O-le ainult kolm lõppprodukti: α-ketoglutaarhape, oksaloäädikhape ja äädikhape atsetüülkoensüüm A kujul. Kvantitatiivselt domineerib atsetüülkoensüüm A. II faasis vabaneb umbes 30% toitainetes sisalduvast energiast.

III etapis, nn Krebsi trikarboksüülhappe tsüklis, põletatakse II faasi kolm lõpp-produkti süsinikdioksiidiks ja veeks. Selles protsessis vabaneb 60–70% toitainete energiast. Krebsi tsükkel on süsivesikute, valkude ja rasvade lagunemise üldine viimane tee. See on omamoodi sõlmpunkt vahetuses, kus erinevate struktuuride muundumised koonduvad ja sünteetiliste reaktsioonide vastastikune üleminek on võimalik.

Erinevalt I etapist - seedetrakti hüdrolüüsi etappidest - ainete lagunemise II ja III faasis ei vabane mitte ainult energia, vaid ka selle eriline akumuleerumine.

Energiavahetusreaktsioonid

Energia jäävus saavutatakse toidu lagunemisenergia muundamisel spetsiaalseks keemiliseks ühendiks, mida nimetatakse makroergilisteks ühenditeks. Selle keemilise energia kandjateks organismis on mitmesugused fosforiühendid, milles fosforhappejäägi side on makroergiline side.

Energia metabolismis on peamine koht pürofosfaatsidemel adenosiintrifosfaathappe struktuuriga. Selle ühendi kujul kasutatakse organismis ära 60–70% kogu valkude, rasvade ja süsivesikute lagunemisel vabanevast energiast. Energia kasutamisel (oksüdeerumisel ATP kujul) on suur bioloogiline tähtsus, kuna see mehhanism võimaldab eristada energia vabanemise kohta ja aega ning selle tegelikku tarbimist organite toimimise ajal. On arvutatud, et 24 tunni jooksul on organismis moodustunud ja lagunenud ATP hulk ligikaudu võrdne kehakaaluga. ATP muundumisel ADP-ks vabaneb 41,84–50,2 kJ ehk 10–12 kcal.

Ainevahetuse tulemusena tekkiv energia kulub põhiainevahetusele, st elutegevusele täielikus puhkeolekus 20°C toatemperatuuril, kasvule (plastiline ainevahetus), lihaste tööle ning toidu seedimisele ja omastamisele (toidu spetsiifiline dünaamiline toime). Täiskasvanute ja laste ainevahetuse tulemusena tekkiva energia kulus on erinevusi.

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

BX

Nagu kõigil ebaküpselt sündinud imetajatel, suureneb lapsel algne ainevahetus 1 1/2 aasta võrra, seejärel suureneb see absoluutarvudes pidevalt ja väheneb sama regulaarselt kehamassiühiku kohta.

Baasainevahetuse arvutamiseks kasutatakse sageli arvutusmeetodeid. Valemid on tavaliselt orienteeritud kas pikkuse või kehakaalu näitajatele.

Baasainevahetuse kiiruse arvutamine kehakaalu (kcal/päevas) põhjal. FAO/WHO soovitused

Vanus	Poisid	Tüdrukud
0–2 aastat	60,9 R-54	61 R-51
3–9 aastat	22,7 R + 495	22,5 R + 499
10-17 »	17,5 R +651	12,2 R +746
17-30»	15,3 R +679	14,7 R + 496

Toiduga saadav koguenergia jaotub põhiainevahetuse, toidu spetsiifilise dünaamilise toime, eritumisega seotud soojuskadu, füüsilise (motoorse) aktiivsuse ja kasvu tagamiseks. Energiajaotuse struktuuris ehk energiametabolismis eristatakse:

• Saadud energia (toidust) = Ladestunud energia + Kasutatud energia.
• Neeldunud energia = saadud energia - väljaheidetega eritunud energia.
• Metaboliseerunud energia = Saadud energia - Elu ja aktiivsuse energia ehk "põhikulud".
• Põhikulude energia on võrdne summaga:
  • basaalne ainevahetuse kiirus;
  • termoregulatsioon;
  • toidu soojendav mõju (WEF);
  • tegevuskulud;
  • Uute kudede sünteesimise kulud.
• Sadestumise energia on valgu ja rasva ladestumisele kuluv energia. Glükogeeni ei arvestata, kuna selle ladestumine (1%) on ebaoluline.
• Ladestatud energia = metaboliseerunud energia - põhikuluks kulutatud energia.
• Kasvu energiakulu = Uute kudede sünteesienergia + Uude koesse ladestunud energia.

Peamised vanuselised erinevused seisnevad kasvukulude ja vähemal määral aktiivsuse vahelistes suhetes.

Päevase energiakulu jaotuse vanusega seotud omadused (kcal/kg)

Vanus	BX	SDDP	Eritumiskaod	Tegevus	Kõrgus	Kokku
Enneaegne	60	7	20	15	50	152
8 nädalat	55	7	11	17	20	110
10 kuud	55	7	11	17	20	110
4 aastat	40	6	8	25	8-10	87-89
14-aastane	35	6	6	20	14	81
Täiskasvanu	25	6	6	10	0	47

Nagu näha, on kasvukulud väikese kaaluga vastsündinul ja esimesel eluaastal väga märkimisväärsed. Täiskasvanul need loomulikult lihtsalt puuduvad. Füüsiline aktiivsus tekitab märkimisväärse energiakulu isegi vastsündinul ja imikul, kus see avaldub rinna imemise, rahutuse, nutmise ja karjumisena.

Kui laps on rahutu, suureneb energiakulu 20–60% ja karjumise ajal 2–3 korda. Haigused esitavad oma nõudmised energiakulule. Eriti suurenevad need kehatemperatuuri tõustes (1 °C tõusu korral kiireneb ainevahetus 10–16%).

Erinevalt täiskasvanutest kulutavad lapsed palju energiat kasvule (plastiline ainevahetus). Nüüdseks on kindlaks tehtud, et 1 g kehamassi ehk uue koe kogunemiseks on vaja kulutada ligikaudu 29,3 kJ ehk 7 kcal. Järgmine hinnang on täpsem:

• Kasvu energia "kulu" = sünteesienergia + uues koes ladestumise energia.

Enneaegsel ja väikese kehakaaluga lapsel on sünteesienergia 1,3–5 kJ (0,3–1,2 kcal) 1 g kehakaalu kohta. Täisajalisel lapsel – 1,3 kJ (0,3 kcal) 1 g uue kehakaalu kohta.

Kasvu koguenergiakulu:

• kuni 1 aasta = 21 kJ (5 kcal) 1 g uue koe kohta,
• 1 aasta pärast = 36,5–50,4 kJ (8,7–12 kcal) 1 g uue koe kohta ehk umbes 1% toitainete koguenergiast.

Kuna laste kasvu intensiivsus on eri perioodidel erinev, on plastilise ainevahetuse osakaal kogu energiakulust erinev. Kõige intensiivsem kasv on emakasisese arengu perioodil, mil inimese embrüo mass suureneb 1 miljard 20 miljonit korda (1,02 x 109). Kasvutempo püsib esimestel elukuudel jätkuvalt üsna kõrge. Seda tõendab kehakaalu märkimisväärne suurenemine. Seetõttu on esimese 3 kuu lastel "plastilise" ainevahetuse osakaal energiakulust 46%, seejärel esimesel aastal see väheneb, kuid alates 4. eluaastast ja eriti prepuberteediperioodil täheldatakse kasvu intensiivsuse suurenemist, mis kajastub taas plastilise ainevahetuse suurenemises. Keskmiselt kulub 6-12-aastastel lastel kasvule 12% energiavajadusest.

Energiakulud kasvuks

Vanus	Kehakaal, kg	Kaalutõus, g/päevas	Energiaväärtus , kcal/päevas	Energiaväärtus , kcal/(kg-päev)	Baasainevahetuse kiiruse protsendina
1 kuu	3.9	30	146	37	71
3 »	5.8	28	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	28
1 aasta	10.4	10	63	6	11
5 aastat	17.6	5	32	2	4
14-aastased, tüdrukud	47,5	18	113	2	8
16-aastased, poisid	54,0	18	113	2	7

[ 9 ], [ 10 ]

Energiatarbimine raskesti arvestatavate kadude korral

Raskesti seletatavate kaotuste hulka kuuluvad seedetrakti seinas ja näärmetes toodetavate rasvade, seedemahlade ja eritiste kadu väljaheitega, epiteelirakkude koorumisega, naha, juuste ja küünte katterakkude irdumisega, higiga ning tüdrukutel puberteedieas menstruaalverega. Kahjuks pole seda probleemi lastel eriti uuritud. Arvatakse, et üle üheaastaste laste energiakulu moodustab see umbes 8% kogu energiakulust.

[ 11 ]

Energiakulu aktiivsusele ja kehatemperatuuri säilitamisele

Aktiivsusele ja kehatemperatuuri säilitamisele kuluva energia osakaal muutub lapse vanusega (pärast 5. eluaastat kuulub see lihastöö mõiste alla). Esimese 30 minuti jooksul pärast sündi langeb vastsündinu kehatemperatuur ligi 2° C võrra, mis põhjustab märkimisväärset energiakulu. Väikelastel on lapse keha sunnitud kulutama kriitilisest (28...32° C) madalama ümbrise temperatuuri ja aktiivsuse juures püsiva kehatemperatuuri säilitamiseks 200,8–418,4 kJ/(kg • päevas) ehk 48–100 kcal/(kg • päevas). Seetõttu suureneb vanusega absoluutne energiakulu püsiva kehatemperatuuri ja aktiivsuse säilitamiseks.

Esimese eluaasta laste kehatemperatuuri püsivana hoidmiseks kuluva energia osakaal on aga seda väiksem, mida väiksem on laps. Seejärel väheneb energiakulu taas, kuna kehapindala 1 kg kehakaalu kohta taas väheneb. Samal ajal suureneb energiakulu aktiivsusele (lihastööle) üle üheaastastel lastel, kui laps hakkab iseseisvalt kõndima, jooksma, tegelema kehalise kasvatuse või spordiga.

Füüsilise aktiivsuse energiakulu

Liikumise tüüp	Kalorit minutis
Madala kiirusega jalgrattasõit	4.5
Keskmise kiirusega jalgrattasõit	7.0
Jalgrattaga suurel kiirusel sõitmine	11.1
Tantsimine	3,3–7,7
Jalgpall	8.9
Võimlemisharjutused aparaatidel	3.5
Sprindijooks	13,3–16,8
Pikamaajooks	10.6
Uisutamine	11.5
Murdmaasuusatamine mõõduka kiirusega	10,8–15,9
Murdmaasuusatamine maksimaalse kiirusega	18.6
Ujumine	11,0–14,0

6–12-aastastel lastel on füüsilisele aktiivsusele kuluva energia osakaal ligikaudu 25% energiavajadusest ja täiskasvanutel 1/3.

[ 12 ], [ 13 ]

Toidu spetsiifiline dünaamiline toime

Toidu spetsiifiline dünaamiline mõju muutub sõltuvalt toitumise iseloomust. See on rohkem väljendunud valgurikka toidu puhul, vähem rasvade ja süsivesikute puhul. Teise eluaasta lastel on toidu spetsiifiline dünaamiline mõju 7-8%, vanematel lastel - üle 5%.

Rakendamise ja stressi ületamise kulud

See on normaalse elutegevuse ja energiakulu loomulik suund. Elu ja sotsiaalse kohanemise protsess, haridus ja sport, inimestevaheliste suhete kujunemine – kõige sellega võivad kaasneda stressid ja täiendavad energiakulud. Keskmiselt on see lisaks 10% päevasest energia "ratsioonist". Samal ajal võib ägedate ja raskete haiguste või vigastuste korral stressikulu tase üsna märkimisväärselt suureneda ning seda tuleb toiduratsiooni arvutamisel arvesse võtta.

Andmed energiavajaduse suurenemise kohta stressi ajal on esitatud allpool.

Osariigid	Energiavajaduse muutus
Põletused sõltuvalt põlenud kehapinna protsendist	+ 30...70%
Mitmed vigastused mehaanilise ventilatsiooniga	+ 20...30%
Rasked infektsioonid ja mitmed traumad	+ 10...20%
Operatsioonijärgne periood, kerged infektsioonid, luumurrud	0... + 10%

Püsiv energia tasakaalutus (liigne või puudujääk) põhjustab kehakaalu ja pikkuse muutusi kõigis arengu- ja bioloogilise vanuse näitajates. Isegi mõõdukas energiapuudus (4-5%) võib põhjustada lapse arengupeetust. Seetõttu on toiduenergiast saanud üks olulisemaid tingimusi piisava kasvu ja arengu jaoks. Selle pakkumise arvutamine tuleb läbi viia regulaarselt. Enamiku laste puhul võivad päevase toidukoguse koguenergia soovitused olla analüüsi võrdlusaluseks; mõnede eritingimustega laste puhul on vaja individuaalset arvutust, mis põhineb kõigi energiat tarbivate komponentide summal. Järgmised energiakulu arvutamise meetodid võivad olla näiteks üldiste vanusestandardite kasutamisest ja nende standardite individuaalse korrigeerimise võimalusest.

Baasainevahetuse määramise arvutusmeetod

Kuni 3 aastat	3–10 aastat	10–18 aastat
Poisid
X = 0,249 kg - 0,127	X = 0,095 kg + 2,110	X = 0,074 kg + 2,754
Tüdrukud
X = 0,244 kg - 0,130	X = 0,085 kg + 2,033	X = 0,056 kg + 2,898

[ 14 ], [ 15 ]

Lisakulud

Kahjude kompenseerimine - basaalmetabolismi kiirus korrutatakse: väiksemate operatsioonide korral - 1,2-ga; skeletitraumade korral - 1,35-ga; sepsise korral - 1,6-ga; põletuste korral - 2,1-ga.

Toidu spetsiifiline dünaamiline toime: +10% baasainevahetuse kiirusest.

Füüsiline aktiivsus: voodihaige + 10% baasainevahetusest; istub toolil + 20% baasainevahetusest; patsient on haiglapalatis + 30% baasainevahetusest.

Palaviku maksumus: iga 1 °C keskmise päevase kehatemperatuuri tõusu kohta +10–12% baasainevahetusest.

Kaalutõus: kuni 1 kg/nädalas + 1260 kJ (300 kcal) päevas.

On üldtunnustatud kehtestada elanikkonna vanusega seotud energiavarustuse standardid. Paljudes riikides on sellised standardid olemas. Kõik organiseeritud rühmade toiduratsioonid töötatakse välja nende alusel. Ka individuaalseid toiduratsioone kontrollitakse nende suhtes.

Soovitused väikelaste ja kuni 11-aastaste laste toitumise energiaväärtuse kohta

	0–2 kuud	3–5 kuud	6–11 kuud	1-3 aastat	3–7 aastat	7–10 aastat
Energia kokku, kcal	-	-	-	1540. aasta	1970. aastal	2300
Energia, kcal/kg	115	115	110	-	-	-

Energia standardimise soovitused (kcal/(kg päevas))

Vanus, kuud	FAO/WHO (1985)	ÜRO (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

Energiametabolismi arvutamine ja korrigeerimine on suunatud peamiste energiakandjate, st eelkõige süsivesikute ja rasvade, puuduste kõrvaldamisele. Samal ajal on nende kandjate kasutamine kindlaksmääratud eesmärkidel võimalik ainult paljude fundamentaalselt vajalike kaasnevate mikrotoitainete pakkumise arvessevõtmise ja korrigeerimise korral. Seega on eriti oluline määrata kaaliumi, fosfaate, B-vitamiine, eriti tiamiini ja riboflaviini, mõnikord karnitiini, antioksüdante jne. Selle tingimuse mittetäitmine võib põhjustada eluga kokkusobimatuid seisundeid, mis tekivad just intensiivse energiatoitmise, eriti parenteraalse, korral.