Jak obliczyć zapotrzebowanie organizmu na energię? [dla dietetyków]

 

 

Istnieje wiele kontrowersji odnośnie obliczania zapotrzebowania kalorycznego organizmu. Większość „znawców tematu” korzysta z wyliczeń z początku XX wieku, ze wzoru Harris’a i Benedict’a. Moim zdaniem nie ma sensu korzystanie z tak skomplikowanego wzoru, tylko do oszacowania zapotrzebowania kalorycznego, zwłaszcza u osób aktywnych fizycznie. Tak, dobrze to zapamiętaj! Obliczanie wartości energetycznej jest jedynie szacowaniem zapotrzebowania energetycznego, najwięcej zawsze powie Ci waga.

Dobowe zapotrzebowanie na energię to ilość energii dostarczona z pożywieniem w ciągu doby niezbędna do zrównoważenia wydatku energetycznego osoby zdrowej i prawidłowo odżywionej pozwalające na utrzymanie dobrego stanu zdrowia, prawidłowej masy i składu ciała, wykonywanie codziennych czynności życiowych, odpowiedniego poziomu aktywności fizycznej, a także potrzeb związanych z optymalnym wzrostem i rozwojem.

Jest kilka metod szacowania zapotrzebowania kalorycznego.

PPM związana jest z utrzymaniem niezbędnych do życia funkcji organizmu, procesy komórkowe, synteza, wydzielanie i metabolizm enzymów i hormonów, transport, utrzymanie temperatury ciała, utrzymanie pracy układu krążenia, oddechowego, mięśni i funkcjonowania mózgu. PPM mierzy się w stanie czuwania, w warunkach zupełnego spokoju fizycznego i psychicznego oraz komfortu cieplnego, po 12 godzinach bez jedzenia, co najmniej 8 godzinach snu i 3 dniowej diecie bezbiałkowej [IŻŻ 2012].

PPM oznacza najniższy stopień przemian energetycznych, jaki może osiągnąć w organizmie człowieka. Bada się ją w następujących warunkach: na czczo i w pozycji leżącej. Badany ma zapewniony całkowity spokój fizyczny i psychiczny oraz odpowiednie warunki mikroklimatyczne. Wytwarzana energia jest wykorzystywana na pokrycie prawidłowych funkcji życiowych. Jeżeli jeden z w/w warunków nie jest spełniony obserwujemy spoczynkową przemianę materii – SPM (ang. RMR).

SPM jest wyższa od PPM o około 10% [Gertig i Przysławski. Bromatologia].

 

PPM zależy od:

  1. Wzrostu i masy ciała (większe rozmiary ciała – większa PPM);
  2. Wieku (0 – 2 lat najwyższe PPM, 3 – 11,13 lat – PPM maleje; dojrzewanie – wzrost PPM, od 21 r.ż. maleje o średnio 2% na 10 lat);
  3. Płci (kobiety – ok. 7% niższa PPM z uwagi na wyższą zawartość tkanki tłuszczowej, której aktywność metaboliczne jest niższa);
  4. Stanu fizjologicznego (w II połowie ciąży PPM wzrasta o około 20 – 25%, w okresie karmienia piersią i menstruacji również wzrasta);
  5. Stanu odżywienia organizmu (niedożywienie – niższa PPM)
  6. Czynników genetycznych
  7. Aktywności układu endokrynnego (nadczynność tarczycy powoduje wzrost PPM o 80%, w przypadku niedoczynności występuje obniżenie o 30-40%);
  8. Stanu zdrowia (choroba, stany gorączkowe- wzrost o 12% / 1oC);
  9. Stanu psychicznego (stres i wstrząs powodują wzrost PPM);
  10. Przyjmowanych leków (β- blokery, amfetamina i fenyloetyloaminy obniżają PPM);
  11. Warunków klimatycznych (wysoka temp. otoczenia – mniejsza PPM);
  12. SDDP (swoiste dynamiczne działanie pożywienia)

 

Metody oznaczania PPM:

  1. Kalorymetria bezpośrednia – bezpośrednie zmierzenie ilości ciepła wytwarzanego przez organizm w jednostce czasu z uwzględnieniem ciepła zużytego na wyparowanie wody z płuc i skóry. Pomiar w komorze kalorymetrycznej wielkości małego pokoju. Jest to badanie typowo kliniczne.
  2. Kalorymetria pośrednia – wychodzi z założenia, że energia pochodzi z utleniania składników odżywczych (zużycie 1 dm3 tlenu dla spalenia białek, tłuszczów, węglowodanów daje 4,82 kcal). Wiąże się ze zużyciem tlenu i wydzieleniem CO2 w ilościach proporcjonalnych do wydatkowanej energii. Pomiar polega na określeniu objętości zużytego tlenu i objętości wydzielonego CO2 w jednostce czasu.
  3. Monitorowanie częstości tętna (określa się indywidualnie)
  4. Metoda podwójnie znakowanej wody – w Europie Zachodniej, USA
  5. Metody obliczeniowe:
  6. PPM wynosi 1 kcal * 1 godz * 1 kg masy ciała. Mnożąc przez 24 godziny otrzymujemy 1440 kcal dla osoby o masie ciała 60 kg (stosuje się wyłącznie dla osób dorosłych; dzieci 1,2 – 1,3 kcal\kg\godz)
  7. W stosunku do powierzchni ciała – jest to metoda dokładna – ilość energii na 1 m2 powierzchni skóry waha się od 50 kcal\godz u dzieci do 33 kcal\godz u osób dorosłych. Należy obliczyć powierzchnię skóry oraz jaka jest przemiana na 1 m2 dla określonego wieku, przeliczyć tę wartość na całą powierzchnię skóry i w stosunku dobowym.W fizjologii wysiłku fizycznego Jana Górskiego możemy znaleźć wartość PPM, która wynosi 1000 kcal/m2 powierzchni ciała. Powierzchnie skóry – normogram lub wzór Breitmana:  S = 0,0087 * (W + H) – 0,26

 

izz

Oryginalny wzór Harrisa i Benedicta

  • mężczyźni:                         PPM = 66,47 + 13,75 * W + 5 * H – 6,75 * A
  • kobiety:                              PPM = 665,09 + 9,56 * W + 1,85 * H – 4,64 * A

W – masa ciała [kg]

A – wiek [lata]

H – wysokość ciała [cm]

Obliczenia przeprowadzone jedną z metod wskazują, jaka powinna być PPM dla określonego człowieka, ale nie dają żadnego obrazu stanu faktycznego – w wielu przypadkach jest to wystarczające, ale chcąc oddać stan faktyczny trzeba by powrócić do kalorymetrii pośredniej i bezpośredniej.

 

Z uwagi na szacowanie zapotrzebowania kalorycznego organizmu, nie bawię się w skomplikowane wzory, których nie pamiętam. Korzystam ze wzoru Mifllina i St. Jeor z aktualizacją Frankenfielda. Różnica kaloryczności jest bardzo niewielka, więc nie ma sensu zmieniania metody obliczania zapotrzebowania. Często korzystam również z obliczeń szybkich uproszczonych – 1 kcal na kg m.c. / h lub standardowego przelicznika 25-35 kcal na kg m.c. /24 h

Mifflin St Jeor równanie:

P = \left ( \frac {10.0 m} {1 ~ \mbox {kg}} + \frac {6.25 h} {1 ~ \mbox {cm}} - \frac {5.0 a} {1 ~ \mbox {year}} + s \right ) \frac {\mbox {kcal}} {\mbox {day}}

  • m – masa ciała
  • h – wysokość ciała w cm
  • a – wiek
  • s – współczynnik „+5” dla mężczyzn, „−161”  dla kobiet
  • aktualizacja Frankenfield’a zakłada zwiększenie zapotrzebowania o 5%

 

Jeśli chodzi o sportowców to głównym czynnikiem warunkującym zapotrzebowanie energetyczne organizmu jest masa mięśniowa – można wykorzystać poniższy wzór do oszacowania zapotrzebowania kalorycznego.

The Katch-McArdle Formula (RMR):

 P = 370 + \left( {21.6 \cdot LBM} \right)

LBM – beztłuszczowa masa ciała w kilogramach (masa ciała bez tkanki tłuszczowej)

 

SDDP – strawienie i wchłonięcie pokarmu wymaga nakładu energii, pokarm białkowy wymaga zużycia 30% jego wartości kalorycznej, węglowodany 6% a tłuszcze 5%. Średnio dieta mieszana zwiększa przemianę materii o ok. 10% jest to tzw. swoiste dynamiczne działanie pokarmu.

Skład i ilość przyjętego pożywienia: białka powodują wzrost PPM o 25- 30%, tłuszcze o 14%, węglowodany o 6%; może wahać się od 5-30% [Bromatologia].

 

Obliczanie całkowitego wydatku energetycznego (lub inaczej całkowita przemiana materii CPM, ang. TEE) dla osoby nie będącej sportowcem, a jedynie prowadzącej aktywność fizyczną, obejmuje:

  • podstawową przemianę materii PPM (ang. BMR)
  • metabolizm pożywienia – swoiste dynamiczne działanie pokarmów SDDP (ang. TEF)
  • aktywność fizyczną (ang. PAL)

CPM = PPM X PAL+ (PPMxSDDP)

 

PAL – w raporcie WHO z 2004 r. zaproponowano wartości współczynnika PAL dla różnych poziomów aktywności fizycznej.

  • niska aktywność: 1,4-1,69
  • umiarkowana: 1,7-1,99
  • wysoka 2-2,4
  • wartości rekomendowane przez IŻŻ [2012]

 

Postępowanie w przypadku osoby będącej sportowcem: 

1. PPM – w zależności od masy mięśniowej, jeśli jest wysokie BMI

2. Aktywność fizyczna wyliczona z intensywności treningu i czasu trwania jednostki treningowej – PAL nie jest dobrym wskaźnikiem dla osób trenujących, dlatego warto skorzystać ze skal subiektywnego odczuwania zmęczenia (skala VAS 1-10 stopniowa lub skala Borga 6-19) lub ze skalibrowanych urządzeń pomiarowych, które od razu podają wartość spalonych kalorii

3. Uwzględnij w obliczeniach proces regeneracji (ok. 150 kcal po mocnej sesji treningowej)

 

Całkiem przydatne są kryteria ciężkości pracy [Celejowa], które pasują do mojej skali subiektywnego odczucia zmęczenia, wyliczone na kilogram masy ciała i na minutę wysiłku – pamiętaj, że to tylko szacowanie…:

12

Dzięki temu możemy oszacować wartość kaloryczną  wykonanej pracy podczas wysiłku fizycznego.

 

CPM = PPM + (PPM x SDDP) + wydatek energetyczny treningu + regeneracja*

* jeśli jest potrzeba

 

http://www.zywieniemistrzow.pl/kalkulator/

 

Ile białka ile węglowodanów ile tłuszczu?

 

 

Jak to wygląda za granicą? FAO/WHO

Używane skróty:

BMR – basal metabolic rate

RMR – resting metabolic rate

TEF – thermic effect of food

TEE – total energy expenditure lub TDEE – total daily energy expenditure

 

Components of energy requirements

Basal metabolism. This comprises a series of functions that are essential for life, such as cell function and replacement; the synthesis, secretion and metabolism of enzymes and hormones to transport proteins and other substances and molecules; the maintenance of body temperature; uninterrupted work of cardiac and respiratory muscles; and brain function. The amount of energy used for basal metabolism in a period of time is called the basal metabolic rate (BMR), and is measured under standard conditions that include being awake in the supine position after ten to 12 hours of fasting and eight hours of physical rest, and being in a state of mental relaxation in an ambient environmental temperature that does not elicit heat-generating or heat-dissipating processes. Depending on age and lifestyle, BMR represents 45 to 70 % of daily total energy expenditure, and it is determined mainly by the individual’s age, gender, body size and body composition.

Metabolic response to food. Eating requires energy for the ingestion and digestion of food, and for the absorption, transport, interconversion, oxidation and deposition of nutrients. These metabolic processes increase heat production and oxygen consumption, and are known by terms such as dietary-induced thermogenesis, specific dynamic action of food and thermic effect of feeding. The metabolic response to food increases total energy expenditure by about 10 % of the BMR over a 24-hour period in individuals eating a mixed diet.

Physical activity. This is the most variable and, after BMR, the second largest component of daily energy expenditure. Humans perform obligatory and discretionary physical activities. Obligatory activities can seldom be avoided within a given setting, and they are imposed on the individual by economic, cultural or societal demands. The term „obligatory” is more comprehensive than the term „occupational” that was used in the 1985 report (WHO, 1985).

Growth. The energy cost of growth has two components: 1) the energy needed to synthesize growing tissues; and 2) the energy deposited in those tissues. The energy cost of growth is about 35 percent of total energy requirement during the first three months of age, falls rapidly to about 5 % at 12 months and about 3 % in the second year, remains at 1 to 2 %  until mid-adolescence, and is negligible in the late teens.

Pregnancy. During pregnancy, extra energy is needed for the growth of the foetus, placenta and various maternal tissues, such as in the uterus, breasts and fat stores, as well as for changes in maternal metabolism and the increase in maternal effort at rest and during physical activity.

Lactation. The energy cost of lactation has two components: 1) the energy content of the milk secreted; and 2) the energy required to produce that milk. Well-nourished lactating women can derive part of this additional requirement from body fat stores accumulated during pregnancy.

 

In addition to those defined in the preceding sections, the following terms and abbreviations are used in this report. They are consistent with the definitions used in other related WHO and FAO documents (FAO, 2003; James and Schofield 1990; WHO, 1995).

Basal metabolic rate (BMR): The minimal rate of energy expenditure compatible with life. It is measured in the supine position under standard conditions of rest, fasting, immobility, thermoneutrality and mental relaxation. Depending on its use, the rate is usually expressed per minute, per hour or per 24 hours.

Doubly labelled water (DLW) technique: A method used to measure the average total energy expenditure of free-living individuals over several days (usually 10 to 14), based on the disappearance of a dose of water enriched with the stable isotopes 2H and 18O.

Energy requirement (ER): The amount of food energy needed to balance energy expenditure in order to maintain body size, body composition and a level of necessary and desirable physical activity, and to allow optimal growth and development of children, deposition of tissues during pregnancy, and secretion of milk during lactation, consistent with long-term good health. For healthy, well-nourished adults, it is equivalent to total energy expenditure. There are additional energy needs to support growth in children and in women during pregnancy, and for milk production during lactation.

Heart rate monitoring (HRM): A method to measure the daily energy expenditure of free-living individuals, based on the relationship of heart rate and oxygen consumption and on minute-by-minute monitoring of heart rate.

Total energy expenditure (TEE): The energy spent, on average, in a 24-hour period by an individual or a group of individuals. By definition, it reflects the average amount of energy spent in a typical day, but it is not the exact amount of energy spent each and every day.

Physical activity level (PAL): TEE for 24 hours expressed as a multiple of BMR, and calculated as TEE/BMR for 24 hours. In adult men and non-pregnant, non-lactating women, BMR times PAL is equal to TEE or the daily energy requirement.

Physical activity ratio (PAR): The energy cost of an activity per unit of time (usually a minute or an hour) expressed as a multiple of BMR. It is calculated as energy spent in an activity/BMR, for the selected time unit.

 

 

References

FAO. 2003. Food energy – methods of analysis and conversion factors. Report of a technical workshop. FAO Food and Nutrition Paper No. 77. Rome.

James, W.P.T. & Schofield, E.C. 1990. Human energy requirements. A manual for planners and nutritionists. Oxford, UK, Oxford Medical Publications under arrangement with FAO.

WHO. 1985. Energy and protein requirements: Report of a joint FAO/WHO/UNU expert consultation. WHO Technical Report Series No. 724. Geneva.

WHO. 1995. Physical status: The use and interpretation of anthropometry. Report of a WHO expert committee. WHO Technical Report Series No. 854. Geneva

O autorze:

Wojtek Zep