Bazální metabolická rychlost (BMR) je množství energie vydané v klidu v neutrálně mírném prostředí, v postabsorpčním stavu (to znamená, že trávicí systém je neaktivní, což u lidí vyžaduje asi dvanáct hodin půstu). Uvolnění energie v tomto stavu je dostatečné pouze pro fungování životně důležitých orgánů, jako jsou srdce, plíce, mozek a zbytek nervového systému, játra, ledviny, pohlavní orgány, svaly a kůže. BMR se snižuje s věkem a se ztrátou štíhlé tělesné hmoty. Zvýšené kardiovaskulární cvičení a svalová hmota mohou zvýšit BMR. Nemoci, dříve konzumované potraviny a nápoje, teplota prostředí a hladina stresu mohou ovlivnit celkové energetické výdaje člověka a mohou ovlivnit jeho BMR.
BMR se měří za velmi omezujících okolností, když je člověk vzhůru, ale v naprostém klidu. Přesné měření BMR vyžaduje, aby sympatický nervový systém člověka nebyl stimulován. Častějším a úzce souvisejícím měřením, používaným za méně přísných podmínek, je klidová metabolická rychlost (RMR).
BMR a RMR se měří analýzou plynů pomocí přímé nebo nepřímé kalorimetrie, i když hrubý odhad lze získat pomocí rovnice s využitím věku, pohlaví, výšky a hmotnosti. Studie energetického metabolismu pomocí obou metod poskytují přesvědčivý důkaz platnosti respiračního kvocientu (R.Q.), který měří vlastní složení a využití sacharidů, tuků a bílkovin při jejich přeměně na jednotky energetického substrátu, které může tělo použít jako energii.
Nutriční a dietní úvahy
Bazální metabolická rychlost je obvykle zdaleka největší složkou celkového kalorického výdeje. Harrisovy-Benedictovy rovnice jsou však pouze přibližné a variace v BMR (odrážející různou tělesnou stavbu), v úrovni fyzické aktivity a v energii vynaložené v termogenezi ztěžují odhad dietní spotřeby jakýchkoli konkrétních individuálních potřeb pro udržení tělesné hmotnosti. Často se uvádí 2000 kilokalorií, které však nejsou ničím jiným než vodítkem.
Jak bazální metabolická rychlost, tak klidová metabolická rychlost se obvykle vyjadřují denní mírou výdeje energie. Raná práce vědců J. Arthura Harrise a Francise G. Benedicta ukázala, že přibližné hodnoty lze odvodit pomocí plochy tělesného povrchu (vypočítané z výšky a hmotnosti), věku a pohlaví, spolu s měřením kyslíku a oxidu uhličitého získaným z kalorimetrie. Studie také ukázaly, že odstraněním rozdílů mezi pohlavími, ke kterým dochází při hromadění tukové tkáně vyjádřením metabolické rychlosti na jednotku „tukové“ nebo libové tělesné hmotnosti, jsou hodnoty mezi pohlavími pro bazální metabolismus v podstatě stejné. Učebnice fyziologie cvičení mají tabulky, které ukazují konverzi výšky a plochy tělesného povrchu, jak souvisí s hmotností a bazálními metabolickými hodnotami.
Primárním orgánem odpovědným za regulaci metabolismu je hypotalamus. Hypotalamus se nachází na mozkovém kmeni a tvoří dno a část bočních stěn třetí komory mozku. Hlavní funkce hypotalamu jsou:
Všechny tyto funkce dohromady tvoří mechanismus přežití, který způsobuje, že udržujeme tělesné procesy, které měří BMR a RMR.
Existuje několik predikčních rovnic. Historicky nejpozoruhodnější byla Harrisova-Benedictova rovnice, která byla vytvořena v roce 1919.
Původní rovnice z Harris a Benedict jsou:
kde h = celková produkce tepla za 24 hodin v úplném klidu v kilokaloriích (kcal),
w = hmotnost v kilogramech, s = výška (výška) v centimetrech a a = věk v letech, přičemž rozdíl v BMR u mužů a žen je způsoben hlavně rozdíly v tělesné hmotnosti.
Byla to nejlepší predikční rovnice až donedávna, kdy MD Mifflin a ST St Jeor v roce 1990 vytvořili novou rovnici:
Během posledních 100 let se životní styl změnil a průzkum z roku 2005 ukázal, že je přibližně o 5% přesnější.
Například pětapadesátiletá žena o hmotnosti 59 kg a výšce 168 cm by měla BMR 1266 kcal denně nebo 52,8 kcal/h (61,3 wattů). To se počítá jako 655 + (9,6 x 59) + (1,8 x 168) – (4,7 x 55).
Pro výpočet denní kalorické potřeby se tato hodnota BMR vynásobí koeficientem s hodnotou mezi 1,2 a 1,9 v závislosti na úrovni aktivity dané osoby.
Online BMR kalkulačku pro metrické i nemetrické hodnoty naleznete na tomto odkazu
Kleiberův zákon vztahuje BMR na zvířata různých velikostí a pozorování ukazují, že BMR je úměrné 3/4 síly tělesné hmotnosti. Teplokrevná, studenokrevná a jednobuněčná zvířata se hodí na různé křivky.
Tento článek je označen od dubna 2008.
Přibližně 70% celkového energetického výdeje člověka je způsobeno bazálními životními procesy v orgánech těla (viz tabulka). Přibližně 20% energetického výdeje člověka pochází z fyzické aktivity a dalších 10% z termogeneze, neboli trávení potravy.[Jak odkazovat a odkaz na shrnutí nebo text] Všechny tyto procesy vyžadují příjem kyslíku spolu s koenzymy, které poskytují energii pro přežití (obvykle z makroživin, jako jsou sacharidy, tuky a bílkoviny) a vylučují oxid uhličitý, což vysvětluje Krebsův cyklus.
To, co umožňuje Krebsovu cyklu provádět metabolické změny tuků, sacharidů a bílkovin, je energie, kterou lze definovat jako schopnost nebo schopnost vykonávat práci. Rozdělení velkých molekul na menší molekuly spojené s uvolněním energie je katabolismus. Proces budování se nazývá anabolismus. Rozdělení bílkovin na aminokyseliny je příkladem katabolismu, zatímco tvorba bílkovin z aminokyselin je anabolický proces.
Exergonické reakce jsou reakce uvolňující energii a jsou obecně katabolické. Endergonické reakce vyžadují energii a zahrnují anabolické reakce a stahy svalů. Metabolismus je souhrnem všech katabolických, exergonických, anabolických, endergonických reakcí.
Adenosin trifosfát (ATP) je mezimolekula, která pohání exergonický přenos energie k přechodu na endergonické anabolické reakce používané při kontrakci svalů. To je to, co způsobuje, že svaly pracují, což může vyžadovat rozpad, a také se budují v klidovém období, které nastává během posilující fáze spojené s kontrakcí svalů. ATP se skládá z adeninu, dusíku obsahujícího bázi, ribózy, pětiuhlíkatého cukru (souhrnně nazývaného adenosin) a tří fosfátových skupin. ATP je molekula s vysokou energií, protože uchovává velké množství energie v chemických vazbách dvou konečných fosfátových skupin. Přerušení těchto chemických vazeb v Krebsově cyklu poskytuje energii potřebnou pro kontrakci svalů.
Protože poměr vodíku k atomům kyslíku je ve všech sacharidech vždy stejný jako ve vodě – tedy 2 ku 1 – veškerý kyslík spotřebovaný buňkami se použije k oxidaci uhlíku v molekule sacharidů za vzniku oxidu uhličitého. V důsledku toho se během úplné oxidace molekuly glukózy vytvoří šest molekul oxidu uhličitého a spotřebuje se šest molekul kyslíku.
Celková rovnice pro tuto reakci je:
Protože výměna plynů v této reakci je stejná, respirační kvocient sacharidů je jednota nebo 1,0:
Celková rovnice pro využití substrátu kyseliny palmitové je:
Tedy R.Q. pro kyselinu palmitovou je 0,696:
Bílkoviny se skládají z uhlíku, vodíku, kyslíku a dusíku uspořádaných různými způsoby tak, aby vytvořily velkou kombinaci aminokyselin. Na rozdíl od tuku nemá tělo žádné skladovací zásoby bílkovin. Všechny jsou obsaženy v těle jako důležité části tkání, krevních hormonů a enzymů. Strukturální složky těla, které obsahují tyto aminokyseliny, neustále procházejí procesem rozkladu a náhrady. Dechový kvocient pro metabolismus bílkovin lze demonstrovat chemickou rovnicí pro oxidaci albuminu:
C72H112N2O22S + 77 O2 → 63 CO2 + 38 H2O + SO3 + 9 CO(NH2)2
R.Q. pro albumin je 63 CO2/ 77 O2 = 0,818
Důvodem, proč je to důležité v procesu pochopení metabolismu bílkovin, je to, že tělo může smíchat tři makronutrienty a na základě mitochondriální hustoty může být stanoven preferovaný poměr, který určuje, kolik paliva je využito ve kterých balíčcích pro práci vykonanou svaly. Katabolismus bílkovin (rozpad) byl odhadnut, že dodá 10% až 15% celkové energetické potřeby během dvouhodinového tréninku. Pokud jsou však zásoby svalového glykogenu osoby nízké z předchozích cvičení, množství energie získané z katabolismu bílkovin by mohlo vzrůst z 15% na 45%. Tento proces by mohl vážně degradovat struktury bílkovin potřebné k udržení přežití, jako jsou kontraktilní vlastnosti bílkovin v srdci, buněčné mitochondrie, ukládání myoglobinu a metabolické enzymy ve svalech.
Tento článek je označen od října 2007.
Existuje několik společností, které testují veřejnost na respirační kvocient, který identifikuje srdeční frekvence přisuzované využití substrátu, který pomáhá při hubnutí. Existuje teorie, že pokud může člověk přesněji vědět, jaké množství energie ze sacharidů, tuků a bílkovin je potřeba k přežití, pak může člověk zvolit spotřební vzorce tak, aby efektivněji odpovídaly tomu, co tělo potřebuje pro každodenní aktivity. Důraz se tak posouvá od kalorického omezení, které zpomaluje BMR nebo RMR a způsobuje zmaření cílů v oblasti hubnutí, k využití substrátu, které se zaměřuje na to, co tělo potřebuje k tomu, aby zůstalo zdravé. Měřením vydechovaného oxidu uhličitého (VCO2) v ml/min a jeho dělením spotřebovaným kyslíkem (VO2) v ml/min můžete určit R.Q., který pak může být porovnán se srdeční frekvencí pro účely aplikace. Běžný Balkeho VO2 Max test by mohl pomoci odhadnout, jaké úrovně srdečního výdeje by mohlo být dosaženo při 15 minutové námaze s použitím následující rovnice: (((Celková ujetá vzdálenost ÷ 15) – 133) × 0,172) + 33,3. Pro 50letého muže, vážícího 150 liber (68 kg), stojícího 69¾ palců (177 cm), by to bylo 47 ml/kg/min, kdyby uběhl 3200 metrů za 15 min. Stejný test s použitím plynové analýzy by však odhalil přesnější informace, jako je vrchol VO2 51,8 ml/kg/min při anaerobním prahu 126 tepů za minutu, při 30,2 ml/kg/min a 58% VO2 max. To by bylo 1725 metrů za 15 minut podle Balkeho vzorce. Ale pouze plynová analýza by mohla určit hodnotu přesně pro účely úspěšného zhubnutí, pokud by to byl cíl. Takže pokud by člověk měl naměřené BMR nebo RMR 1610 kcal podle plynové analýzy a chodil by po trati 10 minut se srdeční frekvencí 94 tepů za minutu, spotřeboval by všech 25 gramů tuku v jedné čtvrtlibrovce se sýrem s předem stanoveným anaerobním prahem 126 tepů za minutu z vrcholu VO2 51,8 ml/kg/min. Tato analýza je přesně to, co chybí současnému režimu dietních programů, které zdůrazňují kalorické omezení, celkové hospodaření s kaloriemi z měřítka a RMR nebo BMR ze vzorců pomocí výšky, váhy, věku, úrovně aktivity. Tyto metody nedoceňují Krebsův cyklus a schopnost těla přizpůsobit se volbě životního stylu pomocí BMR a RMR úpravy. Měřením těla analýzou plynů jako hlavním determinantem BMR za přísných podmínek nalačno nebo RMR pomocí méně přísných opatření je člověk, který chce dosáhnout optimálnější úrovně kondice, přesněji nasměrován k efektivním vzorcům využití energie.
Důvodem, proč je důležité pochopit tento rozdíl s cvičením testování je, že je nezbytné vzít v úvahu, zda srdce je či není schopen poskytovat cvičení namáhané svaly s dostatkem kyslíku. Podmínky, jako je obezita bude mít vliv na schopnost vzorců přesně předpovídat externí práci, protože potřeba přesunout větší tělo změní náklady na kyslík během cvičení alespoň 5,8 ml / min pro každý kg tělesné hmotnosti.
Aerobní vs. anaerobní cvičení
Studie publikované v letech 1992 a 1997 ukazují, že úroveň aerobní kondice jedince nemá žádnou korelaci s úrovní klidového metabolismu. Obě studie konstatují, že úroveň aerobní kondice nezlepšuje prediktivní schopnost Fat Free Mass pro rychlost klidového metabolismu.
To naznačuje, že anaerobní cvičení může být účinnější při zvyšování klidové metabolické rychlosti (bazální metabolická rychlost). Anaerobní cvičení, jako je posilování, vytváří dodatečnou svalovou hmotu, což je hmotnost bez tuku. Dodatečná hmotnost bez tuku povede podle výše uvedených studií k vyšší klidové metabolické rychlosti. I když je aerobní cvičení prospěšné z kardiovaskulárních důvodů a také z přímého spalování kalorií, výše uvedené studie naznačují, že není užitečné pro zvýšení klidového metabolismu.
V roce 1926 Raymond Pearl navrhl, že dlouhověkost se mění inverzně s bazální metabolickou rychlostí (hypotéza o „míře života“). Podpora této hypotézy vychází ze skutečnosti, že savci s větší tělesnou velikostí mají delší maximální délku života a ze skutečnosti, že dlouhověkost octomilek se mění inverzně s okolní teplotou. Navíc lze prodloužit délku života housenek tím, že se zabrání fyzické aktivitě.
Poměr klidové metabolické rychlosti k celkovému dennímu výdeji energie se však může mezi jednotlivými druhy savců pohybovat mezi 1,6 až 8,0. U zvířat se také liší stupeň spojení mezi oxidativní fosforylací a produkcí ATP, množství nasyceného tuku v mitochondriálních membránách, množství opravy DNA a mnoho dalších faktorů, které ovlivňují maximální délku života.
Organismus Dlouhověkost a rychlost bazální metabolizace
V alometrickém škálování je maximální potenciální životnost (MPLS) přímo spojena s metabolickou rychlostí (MR), kde MR je rychlost dobíjení biomasy tvořené kovalentními vazbami podléhajícími zhoršování v průběhu času termodynamickým, entropickým tlakem. Metabolismus je v podstatě o redoxním spojování a nemá nic společného s termogenezí. Metabolická účinnost (ME) je pak vyjádřena jako účinnost tohoto spojování, tedy poměr ampér zachycených a použitých biomasou (W), k ampérům dostupným pro tento účel. MR se měří ve wattech, W se měří v gramech. Tyto faktory jsou kombinovány v silovém zákoně, v rozpracování Kleiberova zákona vztahujícího se k MR až W a MPLS, který se objevuje jako MR = W^ (4ME-1)/4ME. Když je ME 100%, MR = W^3/4, což je lidově známo jako čtvrtinové škálování výkonu, což je verze alometrického škálování založená na nereálných odhadech biologické účinnosti.
Rovnice odhaluje, že jak ME klesne pod 20%, pro W < jeden gram, MR/MPLS vzroste tak dramaticky, že W získá virtuální nesmrtelnost o 16%. Čím menší W má začít, tím dramatičtější je nárůst MR, jak se ME zmenšuje. Všechny buňky organismu se vejdou do tohoto rozsahu, tj. méně než jeden gram, a tak toto MR bude označováno jako BMR.
Rovnice ale odhaluje, že jak ME roste nad 25%, BMR se blíží nule. Rovnice také ukazuje, že pro všechny W > jeden gram, kde W je organizace všech BMR struktury organismu, ale také zahrnuje aktivitu struktury, jak ME roste nad 25%, MR/MPLS se spíše zvyšuje než snižuje, jak to dělá pro BMR. MR složené z organizace BMR se bude označovat jako FMR. Jak ME klesá pod 25%, FMR se spíše zmenšuje než zvyšuje, jak to dělá pro BMR.
Protiklad mezi FMR a BMR je to, co z energetického hlediska charakterizuje proces stárnutí biomasy W. ME pro organismus je stejné jako pro buňky, takže úspěch schopnosti organismu najít potravu (a snížit jeho ME) je klíčem k udržení BMR buněk hnaných, jinak, hladověním, k blížící se nule; a zároveň nižší ME snižuje FMR/MPLS organismu.
Metabolismus každého člověka je jedinečný díky jeho jedinečné fyzické výbavě a fyzickému chování. Pro některé je tak správa váhy velmi obtížným podnikem vyžadujícím sofistikované odborné znalosti. Existuje řada lékařských úprav přirozených lidských procesů, které mohou ovlivnit metabolismus člověka.
Menopauza ovlivňuje metabolismus, ale různými způsoby u různých lidí, takže hormony jsou někdy používány k minimalizaci účinků menopauzy. Trénink hmotnosti může mít delší dopad na metabolismus než aerobní trénink, ale v současné době nejsou psány žádné vzorce, které by mohly předpovědět délku a trvání zvýšeného metabolismu z trofických změn s anabolickým neuromuskulárním tréninkem. Operace žaludečního bypassu se používá ke snížení obsahové kapacity žaludku, snížení kalorického příjmu a snížení termogeneze. Protože operace výrazně snižuje kalorickou spotřebu, bude snižovat BMR a RMR v průběhu času stejným způsobem jako stárnutí, protože objem žaludku se snižuje. Žaludek spolu se zbytkem trávicího traktu je hlavním přispěvatelem k BMR a RMR. Celiakie, která snižuje schopnost žaludku trávit potravu, může také snižovat BMR a RMR. Celiakie je poměrně časté, vyskytuje se u 1% populace USA, s 2 miliony nediagnostikovaných.[Jak na odkaz a odkaz na shrnutí nebo text]
Kardiovaskulární implikace
Srdeční frekvence je určena prodlouženou míchou a částí ponů, dvou orgánů umístěných níže než hypothalamus na mozkovém kmeni. Srdeční frekvence je důležitá pro bazální metabolickou frekvenci a klidovou metabolickou frekvenci, protože pohání krevní zásobení a stimuluje Krebsův cyklus. Během cvičení, které dosahuje anaerobního prahu, je možné dodat substráty, které jsou žádoucí pro optimální využití energie. Anaerobní prah je definován jako úroveň využití energie při námaze srdeční frekvence, ke které dochází bez kyslíku během standardizovaného testu se specifickým protokolem pro přesnost měření, jako je protokol Bruce Treadmill (viz Metabolický ekvivalent). Při čtyřtýdenním až šestitýdenním cíleném tréninku se tělesné systémy mohou přizpůsobit vyšší perfuzi mitochondriální hustoty pro zvýšenou dostupnost kyslíku pro Krebsův cyklus, nebo trikarboxylový cyklus, nebo glykolitický cyklus. To zase vede k nižší klidové tepové frekvenci, nižšímu krevnímu tlaku a zvýšené klidové nebo bazální metabolické frekvenci.
Vědomí toho, co tělo spaluje v klidu nebo prostřednictvím cvičení, přináší (prostřednictvím sledování srdečního tepu) cílený program využití energie na základě metabolického výkonu. Klidový srdeční tep je korelován s klidovou metabolickou rychlostí díky jedinečnému příspěvku srdce k přežití. Měřením srdeční frekvence pak můžeme odvodit odhady toho, jaká úroveň využití substrátu ve skutečnosti způsobuje biochemický metabolismus v našem těle v klidu nebo při aktivitě. To zase může pomoci člověku udržet odpovídající úroveň spotřeby a využití studiem grafického znázornění anaerobního prahu. To lze potvrdit krevními testy a analýzou plynů za použití přímé nebo nepřímé kalorimetrie, aby se ukázal vliv využití substrátu. Měření bazální metabolické rychlosti a klidové metabolické rychlosti se stávají nezbytnými nástroji pro udržení zdravé tělesné hmotnosti.