Artikkelit » Terveys » Energia-aineenvaihdunta

Energia-aineenvaihdunta

Mitä on aineenvaihdunta? Mitkä tekijät vaikuttavat perusaineenvaihduntaan? Mitä on aterian aiheuttama energian kulutus?

Perusaineenvaihdunta

Perusaineenvaihdunnalla tarkoitetaan sitä energiamäärää, joka tarvitaan peruselintoimintojen kuten hengityksen ja verenkierron, ionigradienttien sekä biosynteesien ylläpitoon. Perusaineenvaihduntanopeus mitataan yleensä yli yön (12 tuntia) kestäneen paaston jälkeen levossa epäsuoran kalorimetrian avulla. PAV-nopeus on normaalioloissa tärkein tekijä, joka vaikuttaa vuorokauden aikana kuluvaan energiamäärään (24EE). Levossa aktiivisin kudos on maksa, joka kuluttaa noin 30 prosenttia perusaineenvaihdunnasta. Maksa käsittelee jatkuvasti verenkierron mukanaan tuomia rasvayhdisteitä, aminohappoja ja glukoosia muokaten niitä elimistön tarpeita varten. Tärkeimpiä toimintoja ovat glukoosin varastoiminen ja vapauttaminen verenkiertoon, rasvojen hapettaminen, lipoproteiinien, kolesterolin ja fosfolipidien synteesi, urean muodostus ylimääräisen typen poistamiseksi sekä plasman proteiinien synteesi. Aivot kuluttavat hieman alle 20 prosenttia perusaineenvaihdunnan energiasta. Aivoissa lepotilassakin tapahtuva hermostotoiminta vaatii energiaa, sillä hermoimpulssin jälkeen natrium on kuljetettava solun ulkopuolelle ja kalium vastaavasti sisäpuolelle. Impulssista vapautuva energia vaatii aineiden aktiivista kuljetusta ja siis energiaa. Tämän lisäksi aivot tarvitsevat energiaa tuottaakseen välittäjäaineita. Lihaskudos kuluttaa levossakin energiaa, suunnilleen yhtä paljon kuin aivot. Painoyksikköä kohti lihasten energiatarve on silti pieni. Levossakaan lihakset eivät ole täysin rentoja, vaan elimistön pitää koko ajan yllä pientä lihasjännitystä. Tämä aiheuttaa ionien kuljetustarpeen solunkalvon lävitse. Lihasten painosta noin 20 % on proteiineja. Lihasten proteiinit eivät vain "ole olemassa", vaan ne sekä hajoavat että rakentuvat jatkuvasti. Etenkin proteiinisynteesi vaatii energiaa.

perusaineenvaihdunnan laskeminen

Aikuisen henkilön perusaineenvaihdunta (kJ/vrk) voidaan Fogelholmin (1999) mukaan arvioida seuraavasti (paino = kg): PAV (miehet) = 4,18 x (879 + 10,2 x paino) PAV (naiset) = 4,18 x (795 + 7,18 x paino) Kyseisen 92-kiloisen mieshenkilön perusaineenvaihdunta lasketaan siis seuraavasti: 4,18 x (879 + 10,2 x 92) = n. 7600 kJ/vrk (n. 1800 kcal/vrk) Kokonaisenergiankulutus lasketaan kaavasta aktiivisuustaso x perusaineenvaihdunta. Kyseisen henkilön aktiivisuustasoksi arvioisin 1,7 (kohtalainen) eli kokonaisaineenvaihdunta lasketaan seuraavasti: 1,7 x 7600 kJ/vrk = n. 12920 kJ/vrk (n. 3090 kcal/vrk) Eri aktiivisuustasot ovat :

kevyt =1,3 (kevyt työ, ei lainkaan vapaa-ajan aktiivisuutta)
tavallinen=1,5 (kevyt työ , jonkin verran vapaa-ajan aktiivisuutta)
kohtalainen=1,7 (kevyt työ ja kuntoliikuntaa tai keskiraskas työ)
kova= 2,0 (päivittäinen kova liikunta tai fyysisesti raskas työ)
erittäin kova >=2,2

Mikäli kehon rasvattoman kudoksen määrä on arvioitu, saadaan tätä tarkempi arvio perusaineenvaihdunnasta molemmille sukupuolille seuraavalla kaavalla (Fogelholm 1999): PAV = 4,18 x (370 + 21,6 x rasvaton paino) Arvioin aiemmin painoindeksin avulla henkilön rasvaprosentiksi 29,5 %. Niinpä kehon rasvattoman kudoksen paino on 64,86 kg, joten perusaineenvaihdunta lasketaan seuraavasti: 4,18 x (370 + 21,6 x 64,86) = n. 7400 kJ/vrk (n. 1770 kcal/vrk) On kuitenkin syytä muistaa, että tämäkin on vain arvio perusaineenvaihdunnasta, sillä lukuisat tekijät vaikuttavat PAV-nopeuteen.

Peruasaineenvaihduntaan vaikuttavat tekijät

Rasvaton kudos (aktiivinen solumassa)

Kudosten energiankulutus vaihtelee huomattavasti. Valtaosa PAV:sta tapahtuu muissa kudoksissa kuin rasvakudoksessa. PAV-nopeus on suoraan verrannollinen elimistön aktiivisen solumassan muodostavien kudosten määrään.

Ikä

Imeväisen elintoimintoja ylläpitävä perushapenkulutus on levossa noin 7 ml/kg/min (Simell ja Niinikoski 1999), joka energiana vastaa noin 200 kJ:a eli 48 kcal:a/kg/vrk [8,4 kJ (2 kcal)/kg/t]. Itkeminen nostaa kulutuksen 3-4-kertaiseksi (Simell ja Niinikoski 1999). 1-6-vuotiaiden lasten päivittäisen energiantarpeen arviointiin soveltuu kaava: 4,2 MJ (1000 kcal) + ikä vuosissa x 0,4 MJ (100 kcal) (Peltosaari ja Raukola 1998). Ala-asteen koululaisen ravinnontarve on vain hieman leikki-ikäisen tarvetta suurempi. Murrosikä sen sijaan on voimakasta kasvun ja kehityksen aikaa. Nopea kasvu alkaa tytöillä 10-11 vuoden iässä, on huipussaan 12 vuoden iässä ja päättyy 15-vuotiaana. Poikien vastaavat ikäkaudet ovat 12-13, 14 ja 19 vuotta. Tänä aikana ravinnontarve on pojilla suurempi kuin minään muuna ajanjaksona. Tytöille vain raskaus- ja imetysaika asettavat ravinnolle yhtä suuria vaatimuksia. Energian tarve vaihtelee tavallisimmin koulu- ja murrosikäisillä pojilla 8 ja 12 MJ:n välillä ja tytöillä se on vastaavasti 8-10 MJ/vrk (Peltosaari ja Raukola 1998). Vanheneminen muuttaa kehon koostumusta tavalla, joka altistaa ravitsemushäiriöille ja toiminnallisille muutoksille. Veden osuus elimistössä vähenee ja luuston mineraalipitoisuus pienenee. Rasvakudoksen suhteellinen osuus lisääntyy, ja rasvattoman kudoksen, pääasiassa lihaskudoksen määrä, vähenee noin 15 prosenttia kolmannen ja kahdeksannen vuosikymmenen välillä. Tämä pienentää perusaineenvaihduntaa noin kaksi prosenttia 10 vuotta kohden (Räihä 1999). Jos PAV-nopeus suhteutetaan rasvattoman kudoksen määrään, perusaineenvaihduntanopeus ei muutu vanhetessa (Yki-Järvinen 1999).

Sukupuoli

Naisilla rasvattoman kudoksen suhteellinen ja absoluuttinen määrä on pienempi kuin miehillä, ja tämän vuoksi myös PAV-nopeus on pienempi. Jos PAV-nopeus suhteutetaan rasvattoman kudoksen määrään, ei sukupuolten välillä ole eroa (Yki-Järvinen 1999).

Lämpötila

Terve henkilö pystyy säilyttämään kehonsa lämpötilan vakiona ympäristön lämpötilan vaihteluista huolimatta. Lämpimässä kehon lämpötila ja PAV-nopeus suurenevat, kunnes hikoilu lisääntyy, mikä lisää energian häviämistä lämpönä ja pyrkii normalisoimaan lämpötilan. Kylmässä kehon lämpötila ja PAV laskevat, kunnes lihasvärinä lisääntyy ja palauttaa kehon lämpötilan ja perusaineenvaihduntanopeuden normaaliksi.

Uni- ja valvetila

Unessa PAV-nopeus on noin 10 prosenttia pienempi kuin valveilla (Yki-Järvinen 1999). Heräämiseen liittyvä sympaattisen hermoston aktiivisuuden lisääntyminen on ainakin yksi eroa selittävät tekijä.

Kilpirauhashormonit

Kilipirauhasen follikkelisolut tuottavat kahta hormonia, tyroksiinia (T4) ja trijodityroniinia (T3). Hypertyreoosissa (kilpirauhasen liikatoiminta) PAV-nopeus kiihtyy, hypotyreoosissa (kilpirauhasen vajaatoiminta) hidastuu. PAV:n muutokset kilpirauhassairauksissa välittyvät trijodityroniinin (T3) kautta.

Katekoliamiinit

Sympaattisen hermoston aktivoituminen lisää katekoliamiinien (adrenaliini ja noradrenaliini) eritystä, jonka seurauksena mm. sydämen syke ja hapen sekä energian kulutus lisääntyvät. Vaikutus välittyy b -adrenergisten reseptorien kautta. Psyykkisen stressiin liittyvä sympatikotonia ja tätä seuraava energiankulutuksen suureneminen häiritsevät merkittävästi PAV:n mittausta.

Kuukautiskierto

Kuukautiskierto jaetaan kolmeen vaiheeseen, joista kaksi, kuukautisvuoto ja proliferaatiovaihe (kohdun limakalvon kasvuvaihe), on ennen ovulaatiota. Kolmas vaihe, sekreetiovaihe eli kohdun limakalvon eritysvaihe, on ovulaation jälkeen. Levossa ja rentoutuneena peräsuolilämpö vaihtelee 0,5-1,0 ° C vuorokauden aikana ja on keskimäärin 37 ° C. Naisten ruumiinlämpö on noin 0,5 ° C korkeampi kuukautiskierron loppupuoliskolla munasolun irtoamisesta kuukautisten alkamiseen. Lämmönnousu johtuu pääosin progesteronista, ja se suurentaa perusaineenvaihduntanopeutta noin 5-10 prosenttia (Yki-Järvinen 1999).

Lääkkeet

Sympatomimeetit, jotka vaikuttavat osittain tai kokonaan b 1-reseptorien välityksellä (esim. dopamiini, dobutamiini, isoprenaliini, noradrenaliini, adrenaliini) suurentavat, ja b 1-selektiiviset salpaajat ja epäselektiiviset beetasalpaajat pienentävät PAV-nopeutta. Perusaineenvaihduntaa lievästi suurentavia ja lämmöntuottoa lisääviä metyyliksantiineja ja efedriiniä on laihdutukseen tarkoitetuissa käsikauppavalmisteissa, mutta Rissasen (1998a) mukaan niiden osoitettu teho ja käyttö Suomessa on vähäistä.

Tupakka

Yli 10-15 savukkeen polttaminen päivässä suurentaa perusaineenvaihduntaa jopa 10 prosenttia (Fogelholm ja Kaartinen 1998). Lihavuus on silti kohtuullisesti tupakoivilla lähes yhtä yleistä kuin tupakoimattomilla ja liikapainoisuuden yhteys on viite haitallisten elintapojen kasaantumisesta (Rissanen 1998b).

Ravitsemustila

Ranskalaisen Michel Montignacin kirjassa Syön hyvin ja siksi laihdun väitetään, että kalorien vähentämiseen perustuva laihdutusteoria jää varmasti 20. vuosisadan suurimmaksi "tieteelliseksi ankaksi". Tätä perusteltiin mm. siten, että kuinka keskitysleirivangit saattoivat säilyä hengissä lähes viisi vuotta vain 700-800 kalorilla päivässä (kalorilla tarkoitetaan ilmeisesti kilokaloria). Montignac ihmetteli myös miksi suursyömärit, jotka ahmivat 4 000-5 000 kaloria päivässä, eivät ole lihavampia. Mikäli kaloriteoria olisi oikea, heidän pitäisi Montignacin mukaan muutaman vuoden päästä painaa 400-500 kiloa. Nämä väitteet ovat kuitenkin täysin järjettömiä. Laihduttamisen yhteydessä perusaineenvaihdunnan energiankulutus pienenee kahdesta syystä. Osa muutoksesta aiheutuu rasvattoman kehonosan eli proteiinien menetyksestä. Lisäksi energiarajoitus sinänsä pienentää perusaineenvaihduntaa. Jos esimerkiksi 100 kiloa painava henkilö laihtuu 10 kiloa, perusaineenvaihdunta on laihdutuksen lopussa noin 10 prosenttia lähtötilannetta pienempi, vaikka rasvatonta kehonosaa on menetetty vain 4-5 prosenttia (Fogelholm ja Kaartinen 1998).. Myös ylimääräinen energiansaanti lisää PAV-nopeutta, joskin tärkein syy PAV:in nopeutumiseen on rasvakudoksen ja rasvattoman kudoksen määrän suureneminen. Runsas hiilihydraattien käyttö lisää rasvattoman kudoksen määrään suhteutettua PAV-nopeutta. Ilmiö selittyy osittain sillä, että aluksi glykogeeniksi varastoituneen hiilihydraatin muuttuminen rasvaksi kuluttaa energiaa. Energiaa ei voida luoda eikä hävittää, mutta sitä voidaan siirtää paikasta toiseen tai sen muotoa voidaan muuttaa. Kaikki elimistössä tapahtuvat reaktiot noudattavat samoja fysiikan lakeja kuin elotonkin luonto. Kun ihminen on energiatasapainossa, kehon energiasisältö ei muutu. Energiatasapainon edellytyksenä on, että päivittäinen energian saanti on yhtä suurta kuin kulutus. Jos energiaa saadaan enemmän tai vähemmän kun sitä kuluu, muuttuu myös kehon energiasisältö. Positiivisessa energiatasapainossa ylimääräinen energia varastoituu, negatiivisessa taas lisäenergia otetaan varastoista. Montignacin kirjan esimerkkiruokavalioista laskettu päivittäinen energiamäärä on 1200 kcal:n paikkeilla eli mahdollinen laihtuminen perustuu energiavajaukseen.

Henkinen työ

Hermo- ja aivosolujen energiankulutus on lepotilassa lähes yhtä suuri kuin lihassoluilla ruumiillisen ponnistelun aikana. Keskushermoston toimintojen osuus onkin noin 20 prosenttia perusaineenvaihdunnasta (Peltosaari ja Raukola 1998). Henkinen ponnistelu ei erityisemmin lisää energiankulutusta. Esimerkiksi tenttiään lukevien opiskelijoiden aivosolujen toiminnan kiihtyminen aiheuttaa noin 3-4 prosentin nousun elimistön energiataloudessa (Peltosaari ja Raukola 1998).

Raskaus

Raskaudenaikainen painonnousu edellyttää ravinnon saannin lisäämistä. Energiasaannin lisätarpeeksi on teoreettisesti arvioitu 80 000 kcal (335 MJ). Päivittäisen lisäenergiantarve on WHO:n suosituksen mukaan 285 kcal/vrk (1,2 MJ/vrk). Englannissa suosituksena on 1 MJ/vrk.

Imetys

Imettäminen lisää mekaanista lihastyötä. Energia-aineenvaihduntaa kiihdyttää eniten kuitenkin se työ, jota elimistön on tehtävä maidon muodostamiseksi, sen ravintoaineiden valmistamiseksi ja maidon erittämiseksi. Äidinmaito sisältää energiaa noin 240 kJ/100 ml. Kun 80 prosenttia ravinnon energiasta voi muuttua maitorauhasissa maidoksi, 8 dl maitomäärän muodostaminen vaatiin noin 2,4 MJ lisätarpeen (Peltosaari ja Raukola 1998). Osa tarvittavasta energiasta voidaan saada raskauden aikana elimistöön muodostuneesta rasvavarastosta.

Aterian aiheuttama energian kulutus

Myös ruoan nauttiminen vaikuttaa energiankulutukseen. Aterioiden aiheuttama energian kulutus (engl. dietary induced thermogenesis, thermic effect of food, specific dynamic action of food) selittää noin 10 prosenttia vuorokauden energiankulutuksesta (Yki-Järvinen 1999). Energiankulutuksen vilkastuminen johtuu ruoansulatusentsyymien erittymisestä, ravintoaineiden aktiivisesta imeytymisestä ja kuljetuksesta eri puolille elimistöä sekä ravintoaineiden varastoitumisesta. Nämä voidaan jakaa varastointikustannuksiin (engl. obligatory) ja muihin (engl. regulatory tai facultative) kustannuksiin. Rasvalla on pienin vaikutus energiankulutukseen aterian jälkeen. Fogelholmin ja Kaartisen (1998) mukaan rasvan energiasta 5 prosenttia kuluu rasvan aineenvaihduntaan ja Yki-Järvisen (1999) mukaan 3 prosenttia. Hiilihydraatit suurentavat energiankulutusta tavallisina päiväannoksina (200-500 g/vrk) noin 10 prosenttia. Jos hiilihydraatit varastoituvat rasvana, mikä tapahtuu vasta hyvin suurilla kerta-annoksilla (yli 500 g yhdellä aterialla), lepotilan energiankulutus suurenee jopa 20 prosenttia (Fogelholm ja Kaartinen 1999). Proteiinien vaikutus energiankulutukseen on tavallisessa ruokavaliossa merkittävin. Fogelholmin ja Kaartisen (1998) mukaan noin 20 prosenttia proteiinin sisältämästä energiasta kuluu vilkastuneessa aineenvaihdunnassa ja Yki-Järvisen (1999) mukaan noin 30 prosenttia. McArdlen ym. (1996) arvio sijoittuu edellä mainittujen lukujen väliin eli noin 25 prosenttiin. Osa aterian aiheuttamasta energiankulutuksen lisäyksestä on välttämätöntä ja johtuu ravintoaineiden hajottamiseen, imeytymiseen kuljetukseen ja varastointiin kuluvasta energiasta. Varastointikustannukset voidaan laskea, jos tunnetaan niihin kuluva ATP-määrä ja ravintoaineen täydellisen hapettumisen tuottama ATP-määrä. Esimerkiksi glukoosin varastointi glykogeenina kuluttaa noin 5,3 prosenttia glukoosin energiasta (Yki-Järvinen 1999). Kaksi moolia ATP:a kuluu ja 38 tuotetaan glukoosin hapettuessa täydellisesti. Annettaessa glukoosia suoneen selittävät glukoosin varastointikustannuksen noin 2/3 glukoosin aiheuttamasta energian kulutuksen lisääntymisestä (Yki-Järvinen 1999). Jos kyky varastoida glukoosia on heikentynyt, kuten esimerkiksi lihavilla henkilöillä, pienenee glukoosin aiheuttama energiankulutuksen lisäys vastaavasti. Proteiinien aiheuttama energiankulutuksen lisäys on noin 5,5 moolia ATP:tä/1 mooli aminohapposeosta eli 25 prosenttia nautitun valkuaisainemäärän energiasta. Se selittyy ATP:n kulumisella proteiinisynteesiin, urean tuottoon ja glukoneogeneesiin. Rasvojen aiheuttamat varastointikustannukset ovat hyvin alhaiset, ja niitä on kokeellisesti vaikea mitata. Noin 1/3 aterian aiheuttamasta energiankulutuksen lisäyksestä oletetaan johtuvan sympaattisen hermoston aktivoitumisesta aterian aikana (Yki-Järvinen 1999). Eräillä lihavilla saattaa olla tavallista pienempi aterian aiheuttama lämmöntuotto. Fogelholmin ja Kaartisen (1998) mukaan tutkimustulokset ovat kuitenkin ristiriitaisia, eikä asiasta ole täyttä varmuutta. Koska aterian aiheuttaman lämmöntuoton suuruus on noin 200-300 kcal (800-1 200 kJ) vuorokaudessa, erot samanpainoisten välillä ovat jokatapauksessa pieniä (Fogelholm ja Kaartinen 1998).

Tietoja kirjoittajasta
Anssi 862d4f530a9d46e6c824cce920a52ef174642bf091692d4c7461e331d9c9cff9
Anssi Manninen Anssi Manninen on oululainen liikuntalääketieteilijä, joka on erikoistunut tutkimaan urheilijoiden ravitsemusta ja suorituskykyä parantavia aineita. kaikki kirjoitukset