Spoczynkowe tempo metabolizmu

Spoczynkowe tempo metabolizmu ( RMR ) to metabolizm całego ciała ssaków (i innych kręgowców) w okresie ścisłych i stałych warunków spoczynku , określonych przez kombinację założeń fizjologicznej homeostazy i równowagi biologicznej . RMR różni się od podstawowego tempa metabolizmu (BMR) ponieważ pomiary BMR muszą zapewniać całkowitą równowagę fizjologiczną, podczas gdy warunki pomiaru RMR można zmieniać i definiować poprzez ograniczenia kontekstowe. Dlatego BMR mierzy się w nieuchwytnym „idealnym” stanie ustalonym, podczas gdy pomiar RMR jest bardziej dostępny i dlatego reprezentuje większość, jeśli nie wszystkie pomiary lub szacunki dziennego wydatku energetycznego.

Kalorymetria pośrednia to badanie lub kliniczne zastosowanie związku między respirometrią a bioenergetyką , gdzie pomiar szybkości zużycia tlenu, czasami produkcji dwutlenku węgla, a rzadziej produkcji mocznika , jest przekształcany na wskaźniki wydatku energetycznego, wyrażone jako stosunek pomiędzy i ) energię oraz ii) ramy czasowe pomiaru . Na przykład, po analizie zużycia tlenu przez człowieka, jeśli w 5-minutowym pomiarze u wypoczętej osoby oszacowano 5,5 kilokalorii energii, wówczas spoczynkowe tempo metabolizmu wynosi = 1,1 kcal/min.

Kompleksowe omówienie czynników zakłócających pomiary BMR zostało zaprezentowane już w 1922 r. w Massachusetts przez profesora inżynierii Franka B. Sanborna, w którym opisy wpływu jedzenia, postawy, snu, aktywności mięśni i emocji dostarczają kryteriów oddzielenia BMR od RMR.

Kalorymetria pośrednia

Technologie przedkomputerowe

W latach osiemdziesiątych XVIII wieku dla Francuskiej Akademii Nauk Lavoisier , Laplace i Seguin badali i opublikowali związki między bezpośrednią kalorymetrią a wymianą gazów oddechowych u ssaków. 100 lat później, w XIX wieku, dla Uniwersytetu Wesleyan w Connecticut profesorowie Atwater i Rosa dostarczyli wystarczających dowodów na transport azotu, dwutlenku węgla i tlenu podczas metabolizmu aminokwasów, glukozy i kwasów tłuszczowych u ludzi, co dodatkowo potwierdza wartość kalorymetrii pośredniej w określaniu bioenergetyki wolno żyjących ludzi. Praca Atwatera i Rosy umożliwiła także obliczenie wartości kalorycznej żywności, co ostatecznie stało się kryteriami przyjętymi przez USDA przy tworzeniu biblioteki kalorii żywności.

Na początku XX wieku na Uniwersytecie Oksfordzkim badacz fizjologii Claude Gordon Douglas opracował niedrogą i mobilną metodę zbierania wydychanego powietrza (częściowo w ramach przygotowań do eksperymentów, które mają zostać przeprowadzone na Pike's Peak w Kolorado). W tej metodzie osoba badana wydycha powietrze do prawie nieprzepuszczalnego worka o dużej objętości przez zarejestrowany okres czasu. Mierzona jest cała objętość, analizowana jest zawartość tlenu i dwutlenku węgla oraz obliczane są różnice w stosunku do wdychanego powietrza „z otoczenia” w celu określenia szybkości pobierania tlenu i wydzielania dwutlenku węgla.

Do oszacowania wydatku energetycznego z wydychanych gazów opracowano kilka algorytmów. Jeden z najczęściej stosowanych został opracowany w 1949 roku na Uniwersytecie w Glasgow przez fizjologa JB de V. Weira. Jego skrócone równanie do szacowania tempa metabolizmu zostało napisane przy współczynniku wymiany gazowej wynoszącym objętość/czas, bez azotu z moczu, i umożliwiło włączenie współczynnika konwersji czasu wynoszącego 1,44 w celu ekstrapolacji na 24-godzinny wydatek energetyczny z „kcal na minutę” do „kcal dziennie.” Weir w swoich eksperymentach zastosował metodę Douglasa Baga i na poparcie zaniedbania wpływu metabolizmu białek w normalnych warunkach fizjologicznych i wzorców odżywiania się ~12,5% kalorii białkowych napisał:

„...W rzeczywistości , jeśli procent [spożytych kalorii białkowych] mieści się w przedziale od 10 do 14, maksymalny błąd w użyciu [równania] jest mniejszy niż 1 na 500”.

Przegląd związku tlenu i dwutlenku węgla z wydatkami energetycznymi człowieka

Komputerowo wspomagane pomiary RMR

We wczesnych latach siedemdziesiątych technologia komputerowa umożliwiła przetwarzanie danych na miejscu, analizę w czasie rzeczywistym, a nawet graficzne wyświetlanie zmiennych metabolicznych, takich jak O ₂ , CO ₂ i przepływ powietrza, zachęcając w ten sposób instytucje akademickie do testowania dokładności i precyzji na nowe sposoby. Kilka lat później w tej dekadzie zadebiutowały systemy zasilane bateryjnie. Na przykład demonstrację systemu mobilnego z cyfrowym wyświetlaczem zarówno skumulowanego, jak i ostatniego zużycia tlenu w 1977 r. zaprezentowano w Proceedings of the Physiological Society. Wraz ze spadkiem kosztów produkcji i obliczeń w ciągu następnych kilku dekad, różne uniwersalne metody kalibracji służące do przygotowywania i porównywania różnych modeli w latach 90. zwróciły uwagę na wady lub zalety różnych projektów. Oprócz niższych kosztów, zmienna metaboliczna CO ₂ był często ignorowany, promując zamiast tego skupienie się na modelach kontroli wagi i treningu fizycznym wykorzystujących zużycie tlenu. W nowym tysiącleciu mniejsze kalorymetry pośrednie „wielkości komputera stacjonarnego” były dystrybuowane z dedykowanymi komputerami osobistymi i drukarkami oraz wyposażonymi w nowoczesne oprogramowanie oparte na systemie Windows.

Używać

Pomiary RMR są zalecane przy szacowaniu całkowitego dziennego wydatku energetycznego (TEE). Ponieważ BMR są ograniczone do wąskich ram czasowych (i rygorystycznych warunków) po przebudzeniu, częściej przeprowadza się pomiar RMR w luźniejszych warunkach. W przeglądzie zorganizowanym przez USDA większość publikacji dokumentowała specyficzne warunki pomiarów spoczynkowych, w tym czas od ostatniego spożycia pokarmu lub aktywności fizycznej; w tym kompleksowym przeglądzie oszacowano, że RMR jest o 10–20% wyższe niż BMR ze względu na termiczny efekt karmienia i resztkowe oparzenia spowodowane czynnościami wykonywanymi w ciągu dnia.

Zależność między spoczynkową przemianą materii a wydatkiem energetycznym

Pomijając termochemię, tempo metabolizmu i wielkość wydatku energetycznego mogą zostać błędnie zamienione, na przykład przy opisie RMR i REE.

Wytyczne kliniczne dotyczące warunków pomiarów spoczynkowych

Akademia Żywienia i Dietetyki (AND) zapewnia wytyczne kliniczne dotyczące przygotowania pacjenta do pomiarów RMR w celu złagodzenia ewentualnych czynników zakłócających wynikających z karmienia, stresującej aktywności fizycznej lub narażenia na używki, takie jak kofeina lub nikotyna:

W ramach przygotowań pacjent powinien pościć przez 7 godzin lub dłużej i pamiętać o unikaniu środków pobudzających i stresogennych, takich jak kofeina, nikotyna, oraz ciężkiej aktywności fizycznej, takiej jak celowe ćwiczenia.

Przez 30 minut przed wykonaniem pomiaru osoba powinna leżeć na wznak, bez wykonywania ruchów fizycznych, czytania i słuchania muzyki. Atmosfera powinna ograniczać stymulację poprzez utrzymywanie stałej ciszy, słabego oświetlenia i stałej temperatury. Warunki te utrzymują się na etapie pomiaru.

Co więcej, prawidłowe użycie dobrze utrzymanego kalorymetru pośredniego obejmuje osiągnięcie naturalnego i równomiernego wzorca oddychania w celu określenia zużycia tlenu i szybkości wytwarzania dwutlenku węgla w powtarzalnych warunkach spoczynku. Kalorymetria pośrednia jest uważana za złoty standard w pomiarze RMR. Kalorymetry pośrednie są zwykle stosowane w warunkach laboratoryjnych i klinicznych, ale postęp technologiczny przenosi pomiar RMR do warunków życia swobodnego.

Zastosowanie REE w kontroli wagi

Długoterminowa kontrola wagi jest wprost proporcjonalna do kalorii wchłoniętych podczas karmienia; niemniej jednak niezliczone czynniki niekaloryczne odgrywają również biologicznie znaczącą rolę (nie omówione tutaj) w szacowaniu spożycia energii. Przy liczeniu wydatku energetycznego najdokładniejszą metodą szacowania głównej części całkowitego dziennego wydatku energetycznego (TEE) jest pomiar spoczynkowy (RMR), co pozwala uzyskać najbliższe przybliżenia podczas planowania i przestrzegania planu spożycia kalorii. Dlatego zdecydowanie zaleca się oznaczanie REE za pomocą kalorymetrii pośredniej w celu osiągnięcia długoterminowej kontroli masy ciała, co jest wnioskiem wyciągniętym i podtrzymanym dzięki trwającym badaniom obserwacyjnym prowadzonym przez szanowane instytucje, takie jak USDA , AND (poprzednio ADA), ACSM i na arenie międzynarodowej przez WHO .

Często koreluje z tempem metabolizmu i 24-godzinnym wydatkiem energii

Wydatek energetyczny jest skorelowany z wieloma czynnikami wymienionymi w kolejności alfabetycznej.

• Wiek: Oprócz epidemiologicznie skorelowanych tendencji starzenia się, obniżonej aktywności fizycznej i utraty beztłuszczowej masy mięśniowej, zmniejszona aktywność komórkowa (jej starzenie się) może również przyczyniać się do obniżenia REE.

Pracuj nad gatunkami innymi niż ludzie

RMR jest regularnie stosowany w ekologii do badania reakcji jednostek na zmiany warunków środowiskowych.

Pasożyty z definicji mają negatywny wpływ na swoich żywicieli, dlatego oczekuje się, że mogą mieć wpływ na RMR żywiciela. Stwierdzono różne skutki zakażenia pasożytami na RMR żywiciela. Większość badań wskazuje na wzrost RMR w przypadku infekcji pasożytniczej, ale inne nie wykazują żadnego efektu lub nawet zmniejszają RMR. Nadal nie jest jasne, dlaczego obserwuje się taką zmienność kierunku zmian RMR w przypadku zakażenia pasożytami.

Linki zewnętrzne

• Media związane ze spoczynkowym tempem metabolizmu w Wikimedia Commons