Homeostaza energetyczna - Energy homeostasis

W biologii homeostaza energetyczna lub homeostatyczna kontrola bilansu energetycznego jest procesem biologicznym, który obejmuje skoordynowaną homeostatyczną regulację przyjmowania pokarmu (dopływ energii) i wydatkowania energii (odpływ energii). Ludzki mózg, szczególnie podwzgórze , odgrywa kluczową rolę w regulowaniu homeostazy energetycznej i generowaniu poczucia głodu poprzez integrację szeregu sygnałów biochemicznych, które przekazują informacje o bilansie energetycznym. Pięćdziesiąt procent energii z metabolizmu glukozy jest natychmiast przekształcane w ciepło.

Homeostaza energetyczna jest ważnym aspektem bioenergetyki .

Definicja

W USA energię biologiczną wyraża się za pomocą jednostki energii Calorie przez duże C (czyli kilokalorii), która jest równa energii potrzebnej do podniesienia temperatury 1 kilograma wody o 1 °C (około 4,18 k J ).

Bilans energetyczny, poprzez reakcje biosyntetyczne , można zmierzyć następującym równaniem:

Pobór energii (z pożywienia i płynów) = Energia wydatkowana (poprzez pracę i wytworzone ciepło) + Zmiana zmagazynowanej energii ( magazynowanie tłuszczu i glikogenu )

Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że energii nie można ani stworzyć, ani zniszczyć. Ale energię można przekształcić z jednej formy energii w inną. Tak więc, gdy spożywana jest kaloria energii żywnościowej, w organizmie występuje jeden z trzech szczególnych efektów: część tej kalorii może być przechowywana w postaci tkanki tłuszczowej , trójglicerydów lub glikogenu , przenoszona do komórek i przekształcana w energię chemiczną w postaci trifosforan adenozyny (ATP – koenzym ) lub związki pokrewne lub rozpraszane w postaci ciepła .

Energia

Wlot

Spożycie energii mierzone jest ilością kalorii spożywanych z pożywienia i płynów. Pobór energii jest modulowany przez głód, który jest regulowany głównie przez podwzgórze , oraz wybór, który jest determinowany przez zestawy struktur mózgowych odpowiedzialnych za kontrolę bodźców (tj. warunkowanie instrumentalne i warunkowanie klasyczne ) oraz poznawczą kontrolę zachowań związanych z jedzeniem. Głód jest regulowany częściowo przez działanie pewnych hormonów peptydowych i neuropeptydów (np. między innymi insuliny , leptyny , greliny i neuropeptydu Y ) w podwzgórzu .

Wydatek

Wydatki energetyczne to głównie suma wytworzonego ciepła wewnętrznego i pracy zewnętrznej. Wytwarzane ciepło wewnętrzne jest z kolei głównie sumą podstawowej przemiany materii (BMR) i termicznego efektu pożywienia . Pracę zewnętrzną można oszacować mierząc poziom aktywności fizycznej (PAL).

Brak równowagi

Teoria Set-Point , wprowadzona po raz pierwszy w 1953 roku, zakładała, że ​​każde ciało ma zaprogramowaną stałą wagę, z mechanizmami regulacyjnymi do kompensacji. Teoria ta została szybko przyjęta i wykorzystana do wyjaśnienia niepowodzeń w opracowywaniu skutecznych i trwałych procedur odchudzania. W 2019 r. systematyczny przegląd wielu interwencji dotyczących zmiany masy ciała u ludzi, w tym diety , ćwiczeń i przejadania się, wykazał systematyczne „błędy energetyczne”, nierekompensowaną utratę lub przyrost kalorii we wszystkich tych procedurach. Pokazuje to, że organizm nie jest w stanie precyzyjnie zrekompensować błędów w przyjmowaniu energii/kalorii, wbrew hipotezom Teorii Set-Point i potencjalnie wyjaśniającym zarówno utratę wagi, jak i przyrost masy ciała, takie jak otyłość . Przegląd ten przeprowadzono na badaniach krótkoterminowych, dlatego nie można wykluczyć takiego mechanizmu w perspektywie długoterminowej, ponieważ obecnie brakuje dowodów na ten okres.

Saldo dodatnie

Dodatni bilans jest wynikiem spożycie energii jest wyższe niż to, co jest spożywane w pracach zewnętrznych i innych cielesnych pomocą wydatku energetycznego.

Główne przyczyny, którym można zapobiec, to:

• Przejadanie się , co skutkuje zwiększonym spożyciem energii
• Siedzący tryb życia , skutkujący zmniejszeniem wydatku energetycznego poprzez pracę zewnętrzną

Dodatnia równowaga powoduje gromadzenie energii w postaci tłuszczu i/lub mięśni , co powoduje przyrost masy ciała . Z czasem może rozwinąć się nadwaga i otyłość , z wynikającymi z tego powikłaniami.

Saldo ujemne

Ujemny bilans jest wynikiem mniejszego spożycia energii niż ta, która jest zużywana w pracy zewnętrznej i innych cielesnych środkach wydatkowania energii.

Główną przyczyną jest niedojadanie spowodowane stanem chorobowym, takim jak zmniejszony apetyt , jadłowstręt psychiczny , choroba układu pokarmowego lub z powodu pewnych okoliczności, takich jak post lub brak dostępu do pożywienia. Przyczyną może być również nadczynność tarczycy .

Wymóg

Normalne zapotrzebowanie na energię, a tym samym normalne spożycie energii, zależy głównie od wieku, płci i poziomu aktywności fizycznej (PAL). Organizacja Narodów Zjednoczonych ds . Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) opracowała szczegółowy raport na temat zapotrzebowania na energię człowieka. Starszą, ale powszechnie stosowaną i dość dokładną metodą jest równanie Harrisa-Benedicta .

Jednak obecnie trwają badania mające na celu wykazanie, czy ograniczenie kalorii poniżej normalnych wartości ma korzystny wpływ i chociaż wykazują pozytywne wskazania u naczelnych innych niż ludzie, nadal nie jest pewne, czy ograniczenie kalorii ma pozytywny wpływ na długowieczność ludzi i innych naczelnych . Ograniczenie kalorii może być postrzegane jako osiągnięcie bilansu energetycznego przy niższym spożyciu i wydatku, i w tym sensie nie jest ogólnie brakiem równowagi energetycznej, z wyjątkiem początkowego braku równowagi, w którym zmniejszony wydatek nie zrównał się jeszcze ze zmniejszonym spożyciem.

Społeczeństwo i kultura

Pojawiły się kontrowersje dotyczące komunikatów bilansu energetycznego, które bagatelizują spożycie energii promowane przez grupy przemysłu spożywczego.

Zobacz też

• Dynamiczny budżet energetyczny
• Bilans energetyczny Ziemi

Bibliografia

Linki zewnętrzne

• Schemat regulacji zapasów tłuszczu i głodu [1]
• Kalkulator dziennego zapotrzebowania na energię