20.1 Poznámky ke cvičení

Organismus člověka je otevřený systém v ustáleném stavu mezi příjmem a výdejem energie. Tento stav lze popsat pomocí tzv. bilanční rovnice:

příjem energie = výdej energie ± zásoba energie

Je-li příjem energie v daném časovém úseku nižší než výdej, dochází ke snižování zásob energie a k poklesu tělesné hmotnosti. Pokud příjem převyšuje výdej, je část energie uložena a hmotnost se zvyšuje. Cílem je vyvážená energetická bilance, kdy se příjem energie a její výdej rovnají.

Energii získává člověk z jednotlivých živin přijímaných v potravě. Transformaci energie chemických vazeb těchto živin na jiné, pro organismus využitelnější formy energie, nazýváme energetický metabolismus. Jeho konečný produkt v podobě sloučeniny acetylkoenzymu A je následně cyklicky degradován v Krebsově cyklu za vzniku redukovaných forem koenzymů oxidoreduktáz. Až jejich zpětná oxidace (reoxidace) v dýchacím řetězci povede ke vzniku tzv. makroergních sloučenin, které ve svých chemických vazbách uskladňují energii sloužící jako jediných zdroj pro životní děje probíhající v buňce. Nejvýznamnějším zástupcem makroergních sloučenin je adenosintrifosfát (ATP), přičemž jeden běh Krebsova cyklu povede k syntéze 12 molekul ATP.

Obecně je energie v organismu použita k udržení tělesných funkcí, štěpení a metabolizování potravy, pro termoregulaci, fyzickou aktivitu, imunitu apod.

Klasickou dosud často užívanou jednotkou energie je 1 kalorie (1 cal), definována jako množství energie nutné ke zvýšení teploty 1 g vody o 1 °C (dle standardů uváděno zvýšení z 14,5 na 15,5 °C). SI jednotkou energie (dle Mezinárodní soustavy jednotek) je 1 joule (1 J). Vztah pro vzájemný přepočet je následující: 1 cal ≈ 4,18 J. Pro představu pak hydrolýza jedné makroergní vazby u jednoho molu ATP povede k uvolnění přibližně 32 000 J energie.

Množství energie získané z potravy nezávisí jenom na jejím množství, ale taky skladbě, resp. zastoupení jednotlivých živin. Pro potřeby fyziologie výživy rozlišujeme u živin fyzikální a fyziologické spalné teplo (Tabulka 20-1).

Tabulka 20-1 Fyzikální a fyziologické spalné teplo základních živin v potravě.

Živina	Fyzikální spalné teplo (KJ/g)	Fyziologické spalné teplo (KJ/g)
Sacharidy	17	17
Lipidy	39	39
Proteiny	23	17

Fyzikální spalné teplo představuje množství energie uvolněné z živiny při její úplné oxidaci (spálení) v adiabatickém bombovém kalorimetru (Obrázek 20-1). Vzorek je v přístroji výbušně zapálen, přičemž produktem úplné oxidace (spálení) organických sloučenin je voda, oxid uhličitý a energie ve formě tepla. Fyziologické spalné teplo udává množství energie, které se z živiny uvolní při oxidaci v organismu. Tento typ oxidace je komplexní, pomalý a postupný proces, jímž se energie uvolňuje v malých použitelných množstvích. U sacharidů a lipidů je fyzikální a fyziologické spalné teplo prakticky totožné. Energie uvolněná v organismu z proteinů je však podstatně nižší než při spálení v kalorimetru. Hlavní příčinou tohoto rozdílu je neschopnost organismu plně oxidovat aminokyseliny, kdy kromě výše zmíněných produktů oxidace, vzniká také degradační produkt močovina (urea).

Bazální metabolický výdej (BME; basal metabolic expenditure) představuje nejmenší množství energie nutné pro pokrytí základních funkcí organismu za tzv. bazálních podmínek:

• osoba leží, je v tělesném a dušením klidu (nespí), nemá zvýšenou teplotu
• osoba je v termoneutrálním prostředí, to znamená v místnosti o teplotě, která minimalizuje nároky na termoregulaci
• osoba je 12 hodin po posledním příjmu potravy, přičemž poslední 3 dny byl omezen příjem bílkovin.

Na tuto hodnotu má vliv řada faktorů, např. věk, pohlaví, tělesný povrch, tělesná teplota a jiné. Podmínky pro určení hodnoty bazálního metabolismu jsou přísné a nelze je spolehlivě dodržet u řady nemocných. V praxi se proto většinou stanovuje klidový energetický výdej (REE; resting energy expenditure), kdy je osoba v tělesném klidu na lůžku a nejméně 2 hodiny po posledním jídle. Oproti bazálnímu metabolismu je tato hodnota přibližně o 10 % vyšší.

×

Aktuální energetický výdej (AEE; actual energy expenditure) je pak celková energie, kterou organismus vyžaduje k zajištění všech aktuálních energetických potřeb. Jeho hodnotu lze obdržet jako výsledek měření (metoda přímé a nepřímé kalorimetrie) nebo výpočtem.

Přímá kalorimetrie je založena na skutečnosti, že určitá část energie organismu se při biotransformacích mění na teplo. Změření tepelné energie vydané organismem do okolí pak přímo vypovídá o aktuální energetické spotřebně organismu. Sledovaný jedinec je umístěn do tepelně izolovaného prostoru, přičemž se zároveň měří spotřeba kyslíku, výdej oxidu uhličitého a množství dusíku vyloučeného močí a stolicí. Vytvářené teplo se měří přímo tak, že se zaznamenává celkové množství tepla odevzdaného chladícímu médiu (nejčastěji voda) cirkulujícímu v kalorimetru. Metoda je v případě humánního měření technicky náročná a v praxi se v této podobě téměř nevyužívá.

Nepřímá kalorimetrie představuje zjednodušení předešlé metody, kdy je energetický výdej vypočítán jen na základě spotřeby kyslíku (objem O₂) a výdeje oxidu uhličitého (objem CO₂). Jak je vidět v Tabulka 20-2, při spotřebě jednoho litru kyslíku organismem za účelem oxidace živin budou mít různé živiny různou energetickou výtěžnost. Pro zjednodušení se využívá hodnota tzv. středního energetického ekvivalentu kyslíku odpovídajícího smíšené stravě, kterého předpokladem je obsah základních živin v poměru 60 % sacharidy, 25 % lipidy, 15 % proteiny.

Tabulka 20-2 Hodnota energetického ekvivalentu kyslíku pro jednotlivé základní živiny a hodnota aproximovaná pro vyváženou smíšenou stravu.

	Sacharidy	Lipidy	Proteiny	Smíšená strava
Energetický ekvivalent kyslíku (kJ/l O2)	20,90	19,60	18,70	20,19

Metoda nepřímé kalorimetrie je v klinické praxi hojně využívána. Je základem pro stanovení bazálního metabolismu pro optimalizaci např. redukčních diet, ale i pro aktivní sportovce při optimalizaci tréninkových dávek (zátěžová spiroergometrie).

×

Ve cvičení bude metoda nepřímé kalorimetrie prováděna v uzavřeném systému Kroghova respirometru (Obrázek 20-2), vyšetřovaná osoba je tedy ventilačně izolována od okolního prostředí. Rezervoár respirometru je naplněn čistým kyslíkem, který vdechuje měřený subjekt. Oxid uhličitý obsažený ve vydechovaném vzduchu je v systému pohlcen vazbou na natronové vápno. Jeho koncentrace tedy nenarůstá a neovlivňuje výsledek měření.

---

Kontrolní otázky

Nepřímá kalorimetrie je založena na:

	měření vznikajícího tepla.
	měření spotřeby kyslíku.
	měření krevního tlaku během ergometrie.
	měření rychlosti metabolismu při katetrizaci.

Fyziologické a fyzikální spalné teplo se liší u:

	sacharidů.
	proteinů.
	lipidů.
	sacharidů, ale neliší se proteinů a tuků.

Bazální metabolismus je: (vyberte všechny správné odpovědi)

	energie, kterou organismus využije pro vitální funkce.
	energie, kterou organismus využije na fyzickou aktivitu.
	energie, kterou organismus využije na aktivitu v klidu.
	v podstatě neměřitelný, jeho hodnota je odhadnuta pomocí výpočtu.