Энергетические затраты и энергетическая ценность пищи
Обмен энергии в организме.Обмен энергии в организме человека происходит в соответствии с фундаментальными законами равновесия в открытой саморегулирующейся системе. У человека имеется сложный механизм поддержания энергетического равновесия, который зависит от уровня поступления энергии с питанием. Обмен происходит в рамках двух основных метаболических процессов: катаболизма (диссимиляции) и анаболизма (ассимиляции). Эти процессы осуществляются у взрослого здорового человека в относительном равновесии. Дисбаланс метаболизма является прямой причиной развития различных функциональных нарушений, а со временем — патологических процессов (заболеваний).
Интенсивность обменных процессов имеет генетическую детерминацию на видовом и индивидуальном уровнях.
Преобладание ассимиляции над диссимиляцией наблюдается у здорового человека в период роста и развития организма — в среднем до 25 лет. Обратная картина отмечается у лиц в возрастной группе после 60 лет (престарелый и старческий возраст).
Энергетический баланс.Под энергетическим балансом следует понимать равновесное состояние между поступающей с пищей энергией и ее затратами в процессе поддержания оптимального гомеостаза. Проявлениями энергетического баланса у детей являются оптимальные показатели роста и развития, а у взрослых — стабильность массы тела.
Основными энергонесущими нутриентами являются белки, жиры и углеводы. При диссимиляции 1 г белка организм аккумулирует 4 ккал энергии (1 ккал = 4,18 кДж). При диссимиляции 1 г углеводов также высвобождается 4 ккал энергии. Жиры имеют более существенный энергетический потенциал — распад 1 г жира соответствует 9 ккал. Энергию несут также органические кислоты (уксусная, яблочная, молочная, лимонная) — около 3 ккал в 1 г и алкоголь — 1 г этилового спирта может принести организму
7 ккал. При этом органические кислоты из-за своего малого количества в среднем рационе питания не имеют существенного практического значения, а алкоголь в силу физиологически неполноценного использования выделяющейся энергии не может рассматриваться в качестве адекватного пищевого источника энергии (хотя его чрезмерное употребление следует учитывать при оценке общего энергобаланса).
В наибольшей степени организм использует с энергетическими целями углеводы и жиры. При выраженном дефиците двух этих макронутриентов в качестве источника энергии кратковременно может быть использован белок пищи. В организме человека энергия запасается главным образом в виде жира (различные депо) и белка (в первую очередь в виде мышечной массы). Запасы углеводов у человека практически отсутствуют (за исключением небольшого количества гликогена) — все они оперативно трансформируются в метаболических процессах, а их излишки превращаются в жиры.
С гигиенической позиции энергия различных видов пищевых продуктов характеризуется по-разному. В питании целесообразно использовать продукты (в том числе и высокоэнергетические), содержащие значимые количества незаменимых аминокислот и микронутриентов (витаминов и минеральных веществ) — основных структурных и регуляторных компонентов макроэргических процессов. В этом случае в организме будет протекать физиологически полноценный обмен веществ.
Чем больше в продукте веществ, не несущих для организма энергии (воды, пищевых волокон), тем меньше его калорийность. Продукты, содержащие преимущественно жиры, моно- и дисаха-риды (в том числе так называемые «скрытые»), а также алкоголь относятся к высококалорийным и способствуют синтезу и депонированию в организме жира (с нарушением жирового и углеводного обменов) с параллельными затратами дефицитных микронутриентов, участвующих в энергетическом обмене, и напряжением гормональных механизмов, отвечающих за ассимиляцию. Традиционные порции наиболее употребляемых продуктов имеют следующую энергетическую ценность, ккал:
* Источники скрытого сахара; ** источники скрытого жира.
Энергетические затраты организма. Методы определения энергетической потребности людей.Затраты энергии у человека принято делить на нерегулируемые: основной обмен и специфически динамическое действие пищи (пищевой термогенез), и регулируемые: расход энергии на умственную и физическую деятельность
(УФД).
Основной обмен — это энергозатраты на поддержание жизненно важных процессов у человека (клеточного метаболизма, дыхания, кровообращения, пищеварения, внутренней и внешней секреции, нервной проводимости, мышечного тонуса) в состоянии физического покоя (например, сна). Величина основного обмена (BOO) зависит от нескольких факторов: пола, роста, массы и состава тела, возраста и гормонального баланса. На BOO оказывают влияние время суток, время года и климат. Потребность в энергии покоя имеет прямую зависимость от мышечной массы и содержания жировой ткани в организме.
Мужчины имеют BOO в среднем на 10 % выше, чем женщины. При обычном телосложении BOO в пересчете на 1 кг массы тела у мужчин составляет в среднем 1 ккал/ч, а у женщин — 0,9 ккал/ч.
С возрастом BOO также уменьшается (пропорционально сокращению мышечной массы). Увеличение BOO у взрослых людей наблюдается в условиях холодного климата и при некоторых патологиях (гипертиреозе), а также при состояниях, сопровождающихся лихорадкой, — повышение температуры тела на 1 °С приводит к увеличению BOO на 10... 15 %.
Величина основного обмена может быть определена у человека методами прямого (или опосредованного) измерения либо расчета. Прямое измерение (прямая калориметрия) проводится с использованием калориметрических камер, а опосредованное измерение (непрямая калориметрия) — с помощью специальной регистрирующей аппаратуры у человека, лежащего на спине, непосредственно после пробуждения утром, натощак через 12... 14 ч после последнего приема пищи в помещении с температурой воздуха 20 "С. При этом оцениваются потребление кислорода, выделение углекислого газа и для максимальной точности определения — количество азота, экскретируемого с мочой.
где М — масса тела, кг; Р — рост, см; В — возраст, лет. Специфически динамическое действие пищи (СДДП), или пищевой термогенез, — это расход энергии на метаболизацию пищевых гчС |
Расчетные методы связаны с использованием специальных таблиц или формул. Расчет BOO может проводиться согласно уравнению Харриса — Бенедикта:
веществ в организме. Наибольшим потенциалом повышения затрат энергии обладают белки, увеличивая BOO на 30...40 %. При метаболизации жиров BOO повышается на 4... 14 %. Для углеводов этот показатель минимален — 4... 7%. При обычном смешанном питании СДДП составляет 10% BOO.
К регулируемым энергозатратам относится расход энергии на УФД. С физиологических позиций на УФД должно приходиться не менее 40 % всех затрат энергии. С гигиенических позиций именно УФД является определяющим фактором энергетической потребности человека — от ее интенсивности зависит возможность обеспечения организма оптимальным по химическому составу питанием.
Для определения энергетических затрат можно использовать различные лабораторные или расчетные методы. Из методов непрямой калориметрии наибольшее распространение получили методы Дугласа—Холдена и Шатерникова — Молчановой, основанные на изучении газообмена. Из расчетных наибольшей точностью и индивидуальностью обладает метод хронометража, который заключается в регистрации всех видов деятельности человека за сутки и расчете суточных затрат энергии исходя из коэффициентов физической активности (КФА) различных видов деятельности — соотношения энерготрат на выполнение конкретной работы и BOO (табл. 2.1).
Для хронометража суточной деятельности необходимо в режиме записи (реальное время) или воспроизведения (например, за прошедшие сутки) последовательно зафиксировать все виды деятельности (название и продолжительность) и перевести их в соответствующие энергозатраты, предварительно рассчитав BOO в час.
При групповом расчете можно пользоваться КФА для различных профессий в зависимости от того, в какую группу интенсивности труда они включены. Коэффициент физической активности для различных профессиональных групп учитывает суточные энергозатраты работников, занятых в различных сферах деятельности, в соответствии с особенностями выполнения трудового процесса. В зависимости от интенсивности и тяжести труда все работники разделены на пять групп для мужчин и на четыре группы для женщин:
1) КФА 1,4 (научные работники, студенты, педагоги, чинов
ники — работники преимущественно умственного труда);
2) КФА 1,6 (работники конвейеров, сферы обслуживания,
медицинский персонал);
3) КФА 1,9 (станочники, водители автотранспорта, железно
дорожники, врачи скорой помощи и хирурги);
4) КФА 2,3 (строительные и сельскохозяйственные рабочие,
металлурги — работники тяжелого физического труда);
Таблица 2.1 Коэффициент физической активности различных видов деятельности
5) КФА 2,5 (грузчики, вальщики леса, горнорабочие, бетон -щики, землекопы — работники тяжелого немеханизированного труда).
При необходимости индивидуального расчета ориентировочных энергозатрат внутри отдельных профессиональных групп можно использовать BOO (установленную для конкретного человека) и КФА (соответствующий данной профессиональной группе), перемножив их.
Дисбаланс энергии.При дефиците поступающей с пищей энергии, т. е. меньшем ее количестве по сравнению с суточными энергозатратами, со временем (в течение недель и месяцев) развивается дефицит массы тела за счет потерь жировых и белковых (мышечных) запасов. При этом распад структурных белков и депонированного жира сопровождается не только высвобождением необходимой энергии, но и образованием токсичных метаболитов, переводя обменные процессы в стрессовый режим функционирования, а саморегулирующуюся систему организма человека в нестабильное состояние. У взрослых это способствует снижению за-
Таблица 2.2 Уровень потребности взрослого человека в аминокислотах |
щитно-адаптационных возможностей организма и развитию целого ряда патологических состояний, а у детей приводит к существенным нарушениям роста и развития (алиментарной дистрофии). Дефицит пищевой энергии, сопряженный с общим понятием «голод», наблюдается в целом у населения экономически слаборазвитых стран, у отдельных бедных слоев развивающихся стран и редко встречается в развитых странах.
Избыток пищевой энергии — один из основных алиментарных дисбалансов, связанных с употреблением европейского и североамериканского рационов питания. Он обусловлен чрезмерным употреблением всех энергетически ценных макронутриентов (особенно жиров и простых углеводов) и сниженными энергозатратами, составляющими в развитых странах 2100...2500 ккал для мужчин и 1800... 2000 ккал для женщин. Регулярно употребляемые лишние пищевые калории являются причиной развития большого числа алиментарно-зависимых заболеваний.