Jaki jest twój metabolizm?

W tym artykule skupimy się na zrozumieniu koncepcji metabolizmu i implikacji, jakie może on mieć we wspieraniu funkcji organizmu i składu ciała.

Nie będziemy natomiast poruszać tematów mało istotnych, takich jak na przykład ustalenie, czy metabolizm jest wysoki czy niski; w rzeczywistości nie jest możliwe odkrycie jego zakresu bez dokładnej analizy instrumentalnej. Istnieją jednak techniki pośredniego wykrywania wydatku podstawowego, opracowane na podstawie algorytmów produkowanych z dużym próbkowaniem, oraz kilka przydatnych sztuczek zwiększających zużycie energii (które zobaczymy poniżej). Mówiąc prościej, pomijając rzeczywiste patologie lub uwarunkowania parafizjologiczne, związek między niską przemianą materii a nadwagą nie istnieje; jest to raczej alibi.

Co to jest metabolizm?

Metabolizm odnosi się do wszystkich reakcji chemicznych, które podtrzymują życie organizmu. Trzy główne funkcje metabolizmu to:

• przekształcanie pożywienia w energię do wspierania procesów komórkowych
• przekształcanie składników pokarmowych i czynników odżywczych w składniki niezbędne do endogennej syntezy białek, lipidów, kwasów nukleinowych i niektórych węglowodanów
• eliminacja odpadów azotowych.

Mnogość reakcji, które wspierają te trzy funkcje metaboliczne, jest katalizowana przez enzymy, które umożliwiają organizmom wzrost i rozmnażanie, utrzymywanie różnych struktur i reagowanie na bodźce środowiskowe.

Słowo metabolizm może również odnosić się do sumy wszystkich reakcji chemicznych, które zachodzą w żywych organizmach, w tym trawienia i transportu substancji do i między różnymi komórkami; w tym przypadku zestaw procesów komórkowych nazywany jest „metabolizmem pośrednim”.

Rodzaje reakcji metabolicznych

Reakcje metaboliczne można sklasyfikować jako:

• Katabolizm: rozkład związków takich jak np. glukoza do pirogronianu w procesie oddychania komórkowego.
• Anaboliczny: budowa (synteza) związków takich jak np. białka, węglowodany, lipidy, kwasy nukleinowe. Zazwyczaj katabolizm uwalnia energię, a anabolizm ją zużywa.

Reakcje chemiczne metabolizmu są zorganizowane w szlaki metaboliczne, w których związek chemiczny jest przekształcany – poprzez serię kroków – w inny związek; każdy krok jest ułatwiany przez specyficzny enzym (kataliza).

Znaczenie enzymów dla metabolizmu

Enzymy (biologiczne katalizatory) odgrywają fundamentalną rolę w procesach metabolicznych, ponieważ umożliwiają przeprowadzenie reakcji, które w przeciwnym razie byłyby niemożliwe i wymagałyby użycia energii, łącząc je z innymi spontanicznymi reakcjami, które w zamian uwalniają energię. Enzymy pełnią rolę katalizatorów – pozwalają na szybszy przebieg reakcji – a także umożliwiają regulację szybkości danego etapu metabolicznego, na przykład w odpowiedzi na zmiany w środowisku komórkowym lub sygnały z innych komórek. Więcej na temat enzymów możesz dowiedzieć się z portalu Poradnik Zdrowie.

Metabolizm określa, co jest dla Ciebie dobre, a co złe

System metaboliczny danego organizmu decyduje o tym, które substancje pełnią rolę składników odżywczych, a które trujących. Na przykład, niektóre prokariota (komórki inne niż nasze) używają siarkowodoru jako substancji odżywczej, jednak gaz ten okazuje się być wysoce trujący dla zwierząt (a więc i dla ludzi).

Szlaki metaboliczne

Inną uderzającą cechą metabolizmu jest podobieństwo podstawowych szlaków metabolicznych między bardzo różnymi gatunkami. Na przykład zestaw kwasów karboksylowych, najlepiej znanych jako intermediaty w cyklu kwasu cytrynowego, jest obecny we wszystkich znanych organizmach, występując w skrajnie różnych gatunkach, takich jak jednokomórkowa bakteria Escherichia coli i ogromne organizmy wielokomórkowe, takie jak słonie. Te podobieństwa w szlakach metabolicznych wynikają prawdopodobnie z ich wczesnego pojawienia się w historii ewolucji i ich zachowania ze względu na niezwykłą efektywność.

Co decyduje o całkowitym zużyciu metabolicznym?

Całkowite zużycie metaboliczne jest określane przez:

• Podstawowa przemiana materii: na nią z kolei wpływa wiek (wzrost zwiększa procesy anaboliczne, a tym samym koszt energetyczny), ilość beztłuszczowej masy ciała, a zwłaszcza mięśni (mięśnie kosztują o wiele więcej kalorii niż inne tkanki), płeć (bo koreluje z ilością masy mięśniowej) itd.
• Poziom aktywności fizycznej
• Trawienie i metabolizowanie składników odżywczych (termogeneza wywołana dietą)
• Termoregulacja
• Nadmierne powysiłkowe zużycie tlenu (EPOC): jest to zużycie kalorii wywołane długiem tlenowym po wysiłku; jest tym większe, im wyższa i bardziej długotrwała była aktywność fizyczna.
• Choroby i patologie: np. nowotwory, które znacznie zwiększają wydatek energetyczny, lub niedoczynność tarczycy, która go zmniejsza.

Co to jest podstawowa przemiana materii?

Podstawowa przemiana materii organizmu jest miarą ilości energii zużywanej przez wszystkie niezbędne reakcje chemiczne. Dokładniej, podstawowa przemiana materii (BMR) to tempo zużycia energii w spoczynku w jednostce czasu u zwierząt endotermicznych (ciepłokrwistych).

Jak już powiedzieliśmy, podstawowa przemiana materii jest wynikiem algebraicznej sumy energii zużywanej na podstawowe procesy metaboliczne. Z drugiej strony, każdy organizm ma swoją własną podstawową przemianę materii, ponieważ jego właściwości fizjologiczne są różne.

Im większa liczba komórek, im większa ich aktywność, tym wyższy koszt podstawowy. Liczba komórek może być przypisana do cech antropometrycznych osoby badanej oraz do jednostki masy beztłuszczowej (zwłaszcza masy mięśniowej). Z kolei aktywność podstawna komórek jest w dużym stopniu regulowana przez działanie hormonów tarczycy, należy jednak zaznaczyć, że u zdrowego człowieka parametr ten nie może być modyfikowany i u każdego działa w mniej więcej identyczny sposób. Nie należy zapominać o anabolicznym czynniku wzrostu; w rzeczywistości, nawet w stanie spoczynku, komórki zużywają znacznie więcej energii na rozwój niż w warunkach utrzymania.

Różne badania wykazują, że podstawowa przemiana materii może różnić się w sposób bardziej niż decydujący u poszczególnych osób. Jedno z badań, w szczególności przeprowadzone na 150 dorosłych osobach reprezentatywnych dla populacji Szkocji, wykazało, że podstawowa przemiana materii wynosiła od minimum 1027 kilokalorii dziennie (kcal/dzień) do maksimum 2499 kcal/dzień; średnia wynosiła 1500 kcal/dzień. Statystycznie rzecz biorąc, badacze obliczyli, że 62,3% tej różnicy można przypisać dużym różnicom w beztłuszczowej masie ciała. Inne czynniki wyjaśniające tę zmienność to: masa tkanki tłuszczowej (6,7%), wiek (1,7%) i błąd eksperymentalny, w tym różnica między badanymi (2%). Pozostała część zmienności (26,7%) nie została uwzględniona, ani przez płeć, ani przez wielkość tkanki wysokoenergetycznych narządów, takich jak mózg.

Istotne różnice w podstawowej przemianie materii zaobserwowano również u osób z takim samym odsetkiem beztłuszczowej masy ciała. W innym badaniu, w którym porównywano osoby o tej samej masie beztłuszczowej, metabolizm wyższy niż 5% był 1,28-1,32 razy większy niż niższy niż 5%. Ponadto w pracy przedstawiono przypadek, w którym dwie osoby o tej samej masie ciała 43 kg miały BMR wynoszące 1075 kcal/d i 1790 kcal/d. Ta różnica 715 kcal / dieta jest w przybliżeniu równoważna przebiegnięciu 10 km. Jednak badanie to nie uwzględniało płci, wzrostu, stanu na czczo ani procentowej zawartości tłuszczu w organizmie badanych.

Pomiar podstawowej przemiany materii (Basal Metabolic Rate)

Podstawowa przemiana materii jest szacowana poprzez pomiar energii w jednostce czasu, takiej jak waty (dżule/sekundę), ml O2/min, dżule lub kalorie na godzinę na kg masy ciała [j lub c (h – kg)]. Ze względów praktycznych, w dziedzinie dietetyki, podstawowa przemiana materii jest obliczana w ciągu 24 godzin; we Włoszech stosuje się głównie jednostkę miary kilokalorii (kcal).

Prawidłowy pomiar podstawowej przemiany materii wymaga spełnienia szeregu sztywnych kryteriów. Należą do nich:

• Bycie w całkowicie niezakłóconym stanie fizycznym i psychicznym
• przebywanie w środowisku neutralnym termicznie
• Utrzymywać stan po wchłonięciu, nie poposiłkowy, ale też nie w warunkach przedłużonego postu.

U zwierząt bradimetabolicznych, takich jak ryby i gady, stosuje się równoważny termin standardowej przemiany materii (SMR). Podlega on tym samym kryteriom co BMR, ale bardzo ważną zmienną staje się temperatura, w której jest mierzony.

Co to jest elastyczność metaboliczna i z czym się wiąże?

Podstawowa przemiana materii jest cechą „elastyczną”, co oznacza, że może być odwracalnie dostosowywana u poszczególnych osób. Na przykład, niższe temperatury zewnętrzne powodują wyższe podstawowe tempo przemiany materii.

Istnieją dwie teorie, które wyjaśniają jak, szczególnie u ptaków, BMR jest regulowane w odpowiedzi na temperaturę:

• Model zmiennego maksimum (VMM): zgodnie z którym maksymalna przemiana materii w odpowiedzi na zimno (apex) wzrasta w zimie, podczas gdy ta, która może być utrzymana w nieskończoność pozostaje stałym ułamkiem tej pierwszej.
• Model zmiennej frakcji (VFM): zgodnie z którym metabolizm wierzchołka nie zmienia się, a metabolizm podtrzymywany byłby dużym ułamkiem tego samego.

Wzrost i spadek podstawowej przemiany materii przejawia się z dużym znaczeniem, zwłaszcza u niektórych zwierząt ciepłokrwistych, które mogą modyfikować swoje zwyczaje w zależności od pory roku (np. ptaki wędrowne). Dla człowieka to nie jest dokładnie to samo. Nie ma dużej elastyczności sezonowej, a wzrost spożycia kalorii spowodowany zmianami klimatycznymi można przypisać jedynie procesowi termoregulacji.

Istnieją jednak inne elementy, które wchodzą w skład zdolności do elastyczności metabolicznej człowieka, ale żaden z nich nie ma wrodzonego pochodzenia u tego gatunku. Duży wpływ mają nawyki i styl życia, na przykład poziom aktywności ruchowej i sposób odżywiania się.

Zwiększenie elastyczności metabolicznej zwiększa zdolność do adaptacji do określonych warunków, takich jak zwiększanie i zmniejszanie ilości spożywanych kalorii. Prowadzi to niewątpliwie do lepszej zdolności do wykorzystania składników odżywczych przyjmowanych z pożywieniem bez ich odkładania oraz większego potencjału do utleniania tłuszczów w warunkach ujemnego bilansu kalorycznego; ergo, przybierasz mniej na wadze, istnieje możliwość zbudowania większej masy beztłuszczowej (oczywiście w obecności odpowiedniego bodźca treningowego) i szybciej chudniesz.

Wpływ metabolizmu na masę ciała

Teraz dochodzimy do korelacji między metabolizmem a masą ciała, lub bardziej poprawnie między całkowitym wydatkiem energetycznym a równowagą między masą beztłuszczową i tłuszczową.

Masa mięśniowa, która jest częścią beztłuszczowej masy ciała, jest w dużej mierze odpowiedzialna za całkowity wydatek kaloryczny, zarówno w ruchu, jak i w spoczynku (podstawowa przemiana materii). Chociaż jest ona uwarunkowana przede wszystkim predyspozycjami osobniczymi, można ją zwiększyć poprzez specyficzne ćwiczenia ruchowe. Aktywność fizyczna zatem, oprócz bezpośredniego zwiększenia zużycia energii (ruch kosztuje kalorie), stymuluje również metabolizm bezpośrednio po wysiłku (EPOC). Trening ma zatem potrójny wpływ na optymalizację składu ciała.

Z drugiej strony, wysoki poziom masy tłuszczowej ma negatywny wpływ na równowagę metabolizmu (zwłaszcza na glikemię, lipemię i insulinemię), na skłonność do ogólnoustrojowych stanów zapalnych, na mechanizm apetytu i łaknienia itd. Krótko mówiąc, ci, którzy są grubi, częściej przybierają na wadze i chorują na zaburzenia metaboliczne, stany zapalne, patologie sercowo-krążeniowe (ale nie tylko), patologie stawów itp.

Sport, metabolizm i utrata wagi

Z drugiej strony, wiele osób nie traci na wadze mimo uprawiania sportu. Wynika to głównie z założenia zbyt wysokiego poziomu kaloryczności diety; hipotetyczna niska podstawowa przemiana materii nie ma z tym nic wspólnego.

Niemniej jednak, jak powiedzieliśmy powyżej, istnieją różnice międzyosobnicze w podstawowej przemianie materii, które są również bardzo istotne. Dlatego, biorąc za pewnik pełny stan zdrowia, dla tych, którzy niestety znaleźć się z niską podstawową przemianę materii, wszystko, co pozostaje jest:

• Obliczyć najbardziej odpowiednie spożycie kalorii z pożywienia (patrz bardziej szczegółowe artykuły na temat diet niskokalorycznych lub normokalorycznych)
• Kontynuować uprawianie sportu, stosując najbardziej odpowiednią strategię dla każdego przypadku
• Postaraj się poprawić swoją elastyczność metaboliczną.

W celu promowania właściwej równowagi między masą beztłuszczową a tłuszczową, konieczne jest, aby sport posiadał następujące cechy:

• ma odpowiednie obciążenie: określone przez objętość, intensywność i gęstość bodźców
• Musi być ciągły i systematyczny, zaplanowany i zaprogramowany, stale oceniany i modyfikowany.
• jest zrównoważony, przyjemny i subiektywnie odpowiedni
• Zapewnia znaczący bodziec aerobowy, który pozwala nam utlenić zapasy tłuszczu, ale także krótkotrwały bodziec anaerobowy ukierunkowany na siłę i hipertrofię, co pozwala nam budować masę mięśniową.

W tym sensie, jak już powiedzieliśmy, ruchowa aktywność fizyczna działa w sposób wielopłaszczyznowy na koszty energii i korzystnie wpływa na skład ciała.

Jak poprawić swoją elastyczność metaboliczną?

Po prostu zmieniając swoje nawyki. Spowolniony i/lub nieefektywny metabolizm jest wynikiem siedzącego i monotonnego trybu życia.

Jeśli nie jesz wszystkich posiłków, powinieneś zacząć od podzielenia ich na co najmniej 5-6 dziennie. Z kolei osoby, które jedzą zbyt często, powinny starać się zwiększyć odstępy przynajmniej między przekąskami.

Jeśli zmniejszając liczbę posiłków (w sumie do 5) odczuwasz ogromną chęć na jedzenie, zwłaszcza węglowodanów, oznacza to, że organizm przyzwyczaił się do dużej ilości glicydów w diecie. Jest to równoznaczne z niską efektywnością wykorzystania tłuszczów. Powinniśmy zatem zakasać rękawy i wymusić inny rozkład składników odżywczych, ograniczając ilość hydratów węglowych do 45-50 % całkowitej ilości kalorii.

Większość osób, którym nie udaje się schudnąć, ma za sobą długą historię stosowania niskokalorycznych diet. Jest to błędne z dwóch powodów. Pierwszym z nich jest to, że jeśli nie zadziałały, to z pewnością te style żywieniowe doprowadziły podmiot do wprowadzenia małych nieprawidłowych nawyków żywieniowych (np. jedzenie sałatki na obiad i dwóch pizz na kolację); należy to skorygować. Drugi dotyczy stosunku organizmu do habituacji. Po nieudanej próbie musi nastąpić okres utrzymania/odbudowy, ponieważ metabolizm (lub nieświadomie również umysł) ma tendencję do ewoluowania w kierunku oszczędzania energii. W takim przypadku należałoby go reedukować poprzez „zresetowanie” (cit) tych nawyków. Aby to zrobić, musisz zainwestować kilka miesięcy, a lepiej rok, podczas którego będziesz zwiększać kalorie stopniowo i małymi krokami. W tym przypadku organizm reaguje pozytywnie: dostosowuje się powoli, nie gromadząc znacznie więcej tłuszczu w tkance tłuszczowej. Jednocześnie dochodzi do swoistego „przyzwyczajenia” do nadmiaru energii. Po zakończeniu tej fazy można przystąpić do redukcji kalorii, po której z pewnością nastąpi znaczny i przede wszystkim „zdrowy” spadek wagi.

Wskazane jest prawidłowe rozłożenie tłuszczów i węglowodanów. W rzeczywistości, poprzez ograniczenie jednego lub drugiego makroskładnika do granic możliwości, metabolizm traci zdolność do ich prawidłowego wykorzystania. Oprócz tego, że jest szkodliwy dla każdego wyniku sportowego, każdy pojedynczy okres „niewłaściwego zachowania” odpowiada mało wydajnej reakcji metabolicznej i jest odpowiedzialny za odkładanie się tłuszczu.

Wreszcie, choć nie ma to wiele wspólnego z tematem tego artykułu, chcielibyśmy przypomnieć, że alkohol przyczynia się w sposób niebotyczny, by tak rzec, do zwiększenia spożycia kalorii w diecie. Pomyśl tylko, że nawet w niskokalorycznej diecie odchudzającej, która redukuje około 30% energii w stosunku do normalnej (czyli około -660 kcal w diecie 2200 kcal), wypicie dwóch piw blond 660 ml dziennie narusza bilans kaloryczny do tego stopnia, że zniweluje utratę wagi.

Bibliografia:

• Johnstone AM, Murison SD, Duncan JS, Rance KA, Speakman JR, Koh YO (2005). „Factors influencing variation in basal metabolic rate include fat-free mass, fat mass, age, and circulating thyroxine but not sex, circulating leptin, or triiodothyronine„. American Journal of Clinical Nutrition. 82 (5): 941–948
• Speakman JR, Król E, Johnson MS (2004). „The Functional Significance of Individual Variation in Basal Metabolic Rate„. Physiological and Biochemical Zoology. 77 (6): 900–915.