Całkowita przemiana materii

Jak mierzy się całkowitą przemianę materii?

Wzorcem oceny zapotrzebowania energetycznego człowieka w warunkach codziennego życia stała się metoda podwójnie znakowanej wody, opisana w 1955 roku i stosowana u ludzi od 1982 roku. Badany wypija odmierzoną dawkę wody z ciężkim wodorem (²H) i ciężkim tlenem (¹⁸O). Wodór opuszcza organizm tylko z wodą, tlen z wodą i z dwutlenkiem węgla, więc różnica w tempie wypłukiwania obu izotopów wyznacza ilość wytworzonego dwutlenku węgla. Próbki krwi, śliny lub moczu pobiera się na początku i na końcu okresu obserwacji trwającego 1–3 tygodnie.

W przeliczeniu na energię jeden litr CO₂ odpowiada 21,1 kJ przy spalaniu samych węglowodanów, 27,8 kJ przy spalaniu samego tłuszczu i 23,5 kJ przy typowej diecie zachodniej. Iloraz oddechowy wyliczony ze składu diety wprowadza błąd nie większy niż ±2%. W badaniach walidacyjnych z równoczesnym pomiarem w komorze oddechowej dokładność metody mieściła się w granicach 2%, przy współczynniku zmienności 2–12%.

Optymalny okres obserwacji obejmuje od jednego do trzech biologicznych okresów półtrwania izotopów. Biologiczny okres półtrwania ¹⁸O wynosi od 3 dni u małych dzieci i bardzo aktywnych dorosłych do około 10 dni u bardzo mało aktywnych osób starszych. Typowa obserwacja trwa zatem tydzień u dzieci i sportowców dyscyplin wytrzymałościowych, 2 tygodnie u dorosłych i 3 tygodnie u osób starszych. U czterech kolarzy w Tour de France okres półtrwania izotopów mieścił się w przedziale 2,25–3,80 dnia, a wydatek mierzono w kolejnych odcinkach 7, 8 i 7 dni³. Ograniczeniami metody są długi okres obserwacji i pracochłonna analiza próbek.

Czy zapis jedzenia pozwala ocenić całkowitą przemianę materii?

Pomiary podwójnie znakowaną wodą wykazały, że samoopis spożycia i aktywności fizycznej jest niedokładny: w większości badań deklarowane spożycie energii wypada niżej niż zmierzona CPM. Według zestawienia dziewięciu badań, przytoczonego w przeglądzie systematycznym z 2017 roku, niedoszacowanie spożycia u sportowców może sięgać 10–45% CPM i rośnie wraz z zapotrzebowaniem energetycznym⁴.

Jaki zakres ma całkowita przemiana materii?

Dobowy wydatek mieści się w granicach od około 1,2 × PPM u osób niechodzących do 4,5 × PPM u wyczynowych sportowców dyscyplin wytrzymałościowych⁵. Te dwie grupy autorzy pracy analizującej 574 pomiary u osób w wieku 2–95 lat z krajów zamożnych ocenili osobno, poza głównym zbiorem danych. CPM rosła z masą ciała i wzrostem, a malała z wiekiem. Kobiety wydatkowały średnio o 11% mniej energii niż mężczyźni o tej samej masie, wzroście i wieku.

Nowsza baza objęła 6 421 osób z 29 krajów⁶. Wielkość ciała, przede wszystkim beztłuszczowa masa ciała, wyjaśniała 83% zmienności dobowego wydatku. Przy uwzględnieniu masy beztłuszczowej i masy tłuszczowej płeć nie wpływała na CPM. Wykładnik zależności CPM od masy beztłuszczowej jest mniejszy od 1, dlatego wydatek przeliczony na kilogram masy wypada niżej u osób większych i nie wyrównuje różnic w wielkości ciała.

PAL jako iloraz CPM i wydatku spoczynkowego wyrównuje różnice w wielkości i składzie ciała. W danych z Maastricht od 358 kobiet i 490 mężczyzn PAL mieścił się w wąskim przedziale i nie różnił się między płciami. Według konsultacji ekspertów Organizacji Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa, Światowej Organizacji Zdrowia i Uniwersytetu Narodów Zjednoczonych (FAO/WHO/UNU) z 2004 roku PAL 1,40–1,69 oznacza siedzący lub lekki tryb życia. Zakres 1,70–1,99 odpowiada trybowi umiarkowanie aktywnemu lub aktywnemu, a 2,00–2,40 bardzo aktywnemu.

Ile kalorii dziennie wydatkuje sportowiec?

Przegląd systematyczny 121 badań z 3 244 pomiarami u sportowców różnych dyscyplin, poziomów i grup wieku podaje CPM z 75 badań: od 1 939 do 10 070 kcal na dobę⁷. Ogółem mężczyźni mieli wyższą CPM niż kobiety, a największą zmienność wykazywały dyscypliny wytrzymałościowe.

W sportach zespołowych z kontaktem fizycznym pomiar podwójnie znakowaną wodą dał u rugbistów CPM 3 862,3–5 783,9 kcal na dobę, u piłkarzy 2 859–3 586 kcal, a u koszykarzy 4 006–4 921 kcal⁸. Zawodniczki piłki nożnej na międzynarodowym zgrupowaniu wydatkowały 2 693 kcal na dobę. W angielskiej akademii piłkarskiej najwyższej kategorii zawodnicy do lat 18 mieli CPM 3 586 kcal na dobę, wyższą niż grupy do lat 15 (3 029 kcal) i do lat 12–13 (2 859 kcal). Autorzy badania upatrywali prawdopodobnej przyczyny tych różnic w budowie ciała, spoczynkowej przemianie materii oraz obciążeniu treningowym i meczowym.

Osoby niebędące sportowcami osiągają PAL najwyżej 2,5. Zawodowi sportowcy dyscyplin wytrzymałościowych mogą dochodzić do około 4,0 i utrzymywać taki poziom przez kilka tygodni. Najwyższy utrzymywany wydatek wyrażony jako wielokrotność PPM zależy jednak od czasu trwania wysiłku⁹. W przytoczonych przez autorów badaniach triatlon trwający 11 godzin dawał 9,4 × PPM, a ultramaraton trwający 25 godzin 8,5 × PPM. Przy wysiłkach trwających od pół dnia do ponad 250 dni najwyższy utrzymywany wydatek malał wraz z czasem i stabilizował się poniżej 3 × PPM. Autorzy znaleźli dowody na granicę podaży energii przez przewód pokarmowy na poziomie około 2,5 × PPM. Wyższy wydatek wymaga czerpania z zapasów energii organizmu.

Czy CPM zmienia się w sezonie i pod wpływem treningu?

Średnia CPM wytrzymałościowców w przeglądzie systematycznym była równa 4 345 ± 1 062 kcal na dobę w okresie przygotowawczym i 9 869 ± 4 129 kcal w okresie startowym. Większość badań z okresu startowego dotyczyła jednak zawodów ultrawytrzymałościowych. Najwyższą wartość, 13 862 kcal na dobę, osiągnęli biegacze w ultramaratonie 24-godzinnym.

Uczestnicy biegu przez Stany Zjednoczone pokonywali około maratonu dziennie, 6 dni w tygodniu, przez 14–20 tygodni. W pierwszym tygodniu ich CPM była równa 6 202 kcal na dobę. U trzech biegaczy z pomiarem spoczynkowej przemiany materii CPM w ostatnim tygodniu była o około 20% niższa i wyniosła 4 906 kcal. Iloraz CPM i spoczynkowej przemiany spadł u nich z 3,76 do 2,81.

U pięciu młodych zawodowych rugbistów CPM była wyższa w okresie przygotowawczym, z większym obciążeniem treningowym i meczowym, niż w trakcie sezonu: 4 385,8 wobec 3 862,3 kcal na dobę. U koszykarzy juniorskiej kadry narodowej było odwrotnie: CPM w okresie startowym przewyższała wartość sprzed sezonu, 4 243,1 wobec 3 810 kcal.

Zestawienie ośmiu badań z pomiarem PAL przed programem treningowym i po nim podaje wartość wyjściową około 1,5 u osób starszych i około 1,75 u młodszych. Trening podnosił PAL u osób młodszych, u starszych nie. U młodszych średnie wartości dochodziły do około 2,0, a żadne badanie nie podało indywidualnego PAL powyżej 2,5. Brak wzrostu PAL po treningu autor przeglądu tłumaczy wyrównawczym ograniczeniem ruchu poza treningiem. Jako możliwą przyczynę takiego ograniczenia wskazuje ujemny bilans energii: gdy trening łączono z dietą o ograniczonej energii, PAL nie wzrastał.

Najczęstsze pytania

Czy kobiety mają niższą CPM niż mężczyźni?

Tak, średnio o 11% przy tej samej masie, wzroście i wieku. W nowszej bazie różnica znikała jednak po uwzględnieniu masy beztłuszczowej i masy tłuszczowej.

Jak długo trwa pomiar metodą podwójnie znakowanej wody?

Od tygodnia do 3 tygodni. Tydzień wystarcza zwykle u dzieci i wytrzymałościowców, u dorosłych obserwacja trwa 2 tygodnie, a u osób starszych 3 tygodnie.

Jaki najwyższy wydatek energii może utrzymać człowiek?

9,4 × PPM w 11-godzinnym triatlonie i 8,5 × PPM w 25-godzinnym ultramaratonie, według badań przytoczonych w przeglądzie. W wysiłkach trwających od pół dnia do ponad 250 dni utrzymywany wydatek stabilizował się poniżej 3 × PPM.

Czy trening zawsze podnosi PAL?

Nie. W zestawieniu ośmiu badań trening podnosił PAL u osób młodszych, a u starszych nie, a przy diecie o ograniczonej energii PAL nie wzrastał.

Zobacz też: Metabolizm, Podstawowa przemiana materii, Współczynnik aktywności fizycznej (PAL), Termogeneza poposiłkowa.

Artykuły: Jak obliczyć zapotrzebowanie kaloryczne.