Metabolismo energético humano

“O corpo humano é uma ‘máquina’ que pode liberar energia química ligada ao ‘combustível’ dos alimentos; esse ‘combustível’ são carboidratos, gorduras, proteínas e álcool” (OMS).

O uso preferencial de qualquer uma das fontes listadas tem características diferentes em termos da magnitude da troca de energia e mudanças metabólicas associadas.

Características de várias fontes metabólicas de fornecimento de energia alimentar

Indicadores	Glicose	Palmitato	Proteína
Liberação de calor, kcal:
Por 1 mol oxidado	673	2398	475
Por 1 g oxidado	3,74	9h30	5,40
Consumo de oxigênio:
Mariposa	66,0	23.0	5.1
Eu	134	515	114
Produção de dióxido de carbono:
Mariposa	66,0	16.0	4.1
Eu	134	358	92
Produção de ATP, mols:	36	129	23
Custo dos produtos ATP:
Inferno	18,7	18.3	20,7
V/d	3,72	3,99	4,96
S/d	3,72	2,77	4,00
Quociente respiratório	1,00	0,70	0,81
Equivalente de energia por 1 litro de oxigênio utilizado	5.02	4,66	4.17

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Estágios de troca de energia

Embora a dissimilação e a síntese de proteínas, gorduras e carboidratos apresentem características e formas específicas, há uma série de estágios e padrões fundamentalmente comuns na transformação dessas diferentes substâncias. Em relação à energia liberada durante o metabolismo, o metabolismo energético pode ser dividido em três estágios principais.

Na fase I, grandes moléculas de nutrientes são decompostas em moléculas menores no trato gastrointestinal. Os carboidratos formam 3 hexoses (glicose, galactose, frutose), as proteínas formam 20 aminoácidos, as gorduras (triglicerídeos) formam glicerol e ácidos graxos, além de açúcares mais raros (por exemplo, pentoses, etc.). Calculou-se que, em média, 17,5 toneladas de carboidratos, 2,5 toneladas de proteínas e 1,3 toneladas de gorduras passam pelo corpo humano durante sua vida. A quantidade de energia liberada na fase I é insignificante e é liberada como calor. Assim, cerca de 0,6% da energia total é liberada durante a quebra de polissacarídeos e proteínas, e 0,14% das gorduras, que são formadas durante sua quebra completa nos produtos metabólicos finais. Portanto, a importância das reações químicas na fase I consiste principalmente na preparação de nutrientes para a liberação real de energia.

Na fase II, essas substâncias sofrem uma decomposição adicional por combustão incompleta. O resultado desses processos – combustão incompleta – parece inesperado. Das 25 a 30 substâncias, além de CO₂ e H₂O, apenas três produtos finais são formados: ácido α-cetoglutárico, ácido oxaloacético e ácido acético na forma de acetil coenzima A. Quantitativamente, a acetil coenzima A predomina. Na fase II, cerca de 30% da energia contida nos nutrientes é liberada.

Na fase III, o chamado ciclo do ácido tricarboxílico de Krebs, os três produtos finais da fase II são queimados em dióxido de carbono e água. Nesse processo, 60-70% da energia dos nutrientes é liberada. O ciclo de Krebs é o caminho final geral da quebra de carboidratos, proteínas e gorduras. É uma espécie de ponto nodal na troca, onde as transformações de várias estruturas convergem e a transição mútua de reações sintéticas é possível.

Diferentemente do estágio I - os estágios de hidrólise no trato gastrointestinal - nas fases II e III da decomposição de substâncias, não apenas a energia é liberada, mas também um tipo especial de acúmulo dela.

Reações de troca de energia

A conservação de energia é alcançada pela conversão da energia da decomposição dos alimentos em uma forma especial de compostos químicos chamados compostos macroérgicos. Os transportadores dessa energia química no corpo são vários compostos de fósforo, nos quais a ligação do resíduo de ácido fosfórico é a ligação macroérgica.

O principal papel no metabolismo energético pertence à ligação pirofosfato com a estrutura do ácido adenosina trifosfato. Na forma deste composto, 60 a 70% de toda a energia liberada durante a quebra de proteínas, gorduras e carboidratos é utilizada no corpo. O uso de energia (oxidação na forma de ATP) é de grande importância biológica, pois este mecanismo permite separar o local e o tempo de liberação de energia do seu consumo real durante o funcionamento dos órgãos. Calculou-se que, em 24 horas, a quantidade de ATP formada e decomposta no corpo é aproximadamente igual ao peso corporal. A conversão de ATP em ADP libera 41,84-50,2 kJ, ou 10-12 kcal.

A energia gerada pelo metabolismo é gasta no metabolismo básico, ou seja, na manutenção da vida em estado de repouso completo a uma temperatura ambiente de 20°C, no crescimento (metabolismo plástico), no trabalho muscular e na digestão e assimilação dos alimentos (ação dinâmica específica dos alimentos). Existem diferenças no gasto de energia gerada pelo metabolismo em adultos e crianças.

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BX

Em uma criança, como em todos os mamíferos nascidos imaturos, há um aumento inicial no metabolismo basal por volta de 1 ano e meio, que então continua a aumentar de forma constante em termos absolutos e diminui regularmente por unidade de massa corporal.

Frequentemente, métodos de cálculo são utilizados para calcular a taxa metabólica basal. As fórmulas geralmente são orientadas para indicadores de comprimento ou peso corporal.

Cálculo da taxa metabólica basal usando o peso corporal (kcal/dia). Recomendações da FAO/OMS

Idade	Meninos	Garotas
0-2 anos	60,9 R-54	61 R - 51
3-9 anos	22,7 R + 495	22,5 R + 499
10-17 »	17,5 R +651	12,2 R +746
17-30»	15,3 R +679	14,7 R + 496

A energia total recebida com os alimentos é distribuída para garantir o metabolismo básico, a ação dinâmica específica dos alimentos, a perda de calor associada à excreção, a atividade física (motora) e o crescimento. Na estrutura da distribuição de energia, ou seja, o metabolismo energético, distingue-se entre:

• Energia recebida (dos alimentos) = Energia depositada + Energia utilizada.
• Energia absorvida = Energia recebida - Energia excretada com os excrementos.
• Energia metabolizada = Energia recebida - Energia de manutenção (vida) e atividade, ou "custos básicos".
• A energia dos custos principais é igual à soma:
  • taxa metabólica basal;
  • termorregulação;
  • efeito de aquecimento dos alimentos (WEF);
  • custos de atividade;
  • custos de síntese de novos tecidos.
• Energia de deposição é a energia gasta na deposição de proteína e gordura. O glicogênio não é considerado, pois sua deposição (1%) é insignificante.
• Energia depositada = Energia metabolizada - Energia de gasto básico.
• Custo energético do crescimento = Energia de síntese de novos tecidos + Energia depositada no novo tecido.

As principais diferenças de idade estão na relação entre os custos do crescimento e, em menor grau, da atividade.

Características relacionadas à idade da distribuição do gasto energético diário (kcal/kg)

Idade	BX	SDDP	Perdas de excreção	Atividade	Altura	Total
Prematuro	60	7	20	15	50	152
8 semanas	55	7	11	17	20	110
10 meses	55	7	11	17	20	110
4 anos	40	6	8	25	8-10	87-89
14 anos de idade	35	6	6	20	14	81
Adulto	25	6	6	10	0	47

Como você pode ver, os custos de crescimento são muito significativos para um recém-nascido de baixo peso e durante o primeiro ano de vida. Naturalmente, eles simplesmente não existem em um adulto. A atividade física gera um gasto energético significativo, mesmo em recém-nascidos e bebês, que se expressam em sucção, inquietação, choro e gritos.

Quando uma criança está inquieta, o gasto energético aumenta em 20 a 60%, e quando grita, em 2 a 3 vezes. As doenças exigem um gasto energético próprio. Elas aumentam especialmente com o aumento da temperatura corporal (para um aumento de 1°C, o aumento do metabolismo é de 10 a 16%).

Ao contrário dos adultos, as crianças gastam muita energia no crescimento (metabolismo plástico). Já foi estabelecido que, para acumular 1 g de massa corporal, ou seja, novo tecido, é necessário gastar aproximadamente 29,3 kJ, ou 7 kcal. A seguinte estimativa é mais precisa:

• "Custo" energético do crescimento = Energia de síntese + Energia de deposição em novo tecido.

Em um bebê prematuro e de baixo peso, a energia de síntese é de 1,3 a 5 kJ (0,3 a 1,2 kcal) por 1 g de peso corporal. Em um bebê a termo, 1,3 kJ (0,3 kcal) por 1 g de novo peso corporal.

Custo energético total do crescimento:

• até 1 ano = 21 kJ (5 kcal) por 1 g de tecido novo,
• após 1 ano = 36,5-50,4 kJ (8,7-12 kcal) por 1 g de novo tecido, ou cerca de 1% da energia total do conteúdo nutricional.

Como a intensidade do crescimento em crianças varia em diferentes períodos, a participação do metabolismo plástico no gasto energético total é diferente. O crescimento mais intenso ocorre no período intrauterino de desenvolvimento, quando a massa do embrião humano aumenta 1 bilhão e 20 milhões de vezes (1,02 x 109). A taxa de crescimento permanece bastante elevada nos primeiros meses de vida. Isso é evidenciado por um aumento significativo no peso corporal. Portanto, em crianças nos primeiros 3 meses, a participação do metabolismo "plástico" no gasto energético é de 46%; depois, no primeiro ano, diminui, mas a partir dos 4 anos, e especialmente no período pré-púbere, observa-se um aumento na intensidade do crescimento, o que se reflete novamente no aumento do metabolismo plástico. Em média, 12% da necessidade energética é gasta no crescimento em crianças de 6 a 12 anos.

Custos de energia para o crescimento

Idade	Peso corporal, kg	Ganho de peso, g/dia	Valor energético , kcal/dia	Valor energético, kcal/(kg-dia)	Como uma porcentagem da taxa metabólica basal
1 mês	3.9	30	146	37	71
3 »	5.8	28	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	28
1 ano	10.4	10	63	6	11
5 anos	17,6	5	32	2	4
14 anos, meninas	47,5	18	113	2	8
16 anos, meninos	54,0	18	113	2	7

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Consumo de energia para perdas difíceis de contabilizar

Perdas difíceis de contabilizar incluem perdas de gordura, sucos digestivos e secreções produzidas na parede do trato digestivo e glândulas pelas fezes, pela esfoliação de células epiteliais, pela queda de células de revestimento da pele, cabelo, unhas, pelo suor e, ao atingir a puberdade, nas meninas, pelo sangue menstrual. Infelizmente, esse problema em crianças tem sido pouco estudado. Acredita-se que, em crianças com mais de um ano, represente cerca de 8% do gasto energético.

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Gasto energético na atividade e manutenção da temperatura corporal

A proporção do gasto energético em atividades e manutenção da temperatura corporal varia com a idade da criança (após os 5 anos, isso se enquadra no conceito de trabalho muscular). Nos primeiros 30 minutos após o nascimento, a temperatura corporal do recém-nascido diminui em quase 2°C, o que causa um gasto energético significativo. Em crianças pequenas, o corpo da criança é forçado a gastar 200,8-418,4 kJ/(kg • dia), ou 48-100 kcal/(kg • dia), para manter uma temperatura corporal constante em um ambiente abaixo da temperatura crítica (28-32°C) e atividade. Portanto, com a idade, o gasto energético absoluto para manter a temperatura corporal e a atividade constantes aumenta.

No entanto, a parcela do gasto energético para manter a temperatura corporal constante em crianças no primeiro ano de vida é menor quanto menor a criança. Nesse caso, o gasto energético diminui novamente, visto que a superfície corporal por 1 kg de peso corporal diminui novamente. Ao mesmo tempo, o gasto energético para atividade (trabalho muscular) aumenta em crianças com mais de um ano de idade, quando a criança começa a andar, correr, praticar educação física ou esportes de forma independente.

Custo energético da atividade física

Tipo de movimento	Calorias/minuto
Ciclismo em baixa velocidade	4.5
Ciclismo em velocidade média	7.0
Andar de bicicleta em alta velocidade	11.1
Dança	3,3-7,7
Futebol	8.9
Exercícios de ginástica em aparelhos	3,5
Corrida de velocidade	13,3-16,8
Corrida de longa distância	10.6
Patinagem no gelo	11,5
Esqui cross-country em velocidade moderada	10,8-15,9
Esqui cross-country em velocidade máxima	18,6
Natação	11,0-14,0

Em crianças de 6 a 12 anos, a parcela de energia gasta em atividade física é de aproximadamente 25% da necessidade energética, e em adultos - 1/3.

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Ação dinâmica específica dos alimentos

O efeito dinâmico específico dos alimentos varia de acordo com a natureza da dieta. É mais pronunciado com alimentos ricos em proteínas e menos com gorduras e carboidratos. Em crianças do segundo ano de vida, o efeito dinâmico específico dos alimentos é de 7 a 8%, em crianças mais velhas, mais de 5%.

Custos de implementação e superação do estresse

Esta é uma direção natural da atividade vital normal e do gasto energético. O processo de vida e adaptação social, a educação e o esporte, a formação de relacionamentos interpessoais – tudo isso pode ser acompanhado de estresse e gasto energético adicional. Em média, isso representa 10% a mais da "ração" energética diária. Ao mesmo tempo, em doenças ou lesões agudas e graves, o nível de gasto de estresse pode aumentar significativamente, e isso deve ser levado em consideração no cálculo da ração alimentar.

Dados sobre o aumento das necessidades energéticas durante o estresse são apresentados a seguir.

Estados	Mudança na necessidade energética
Queimaduras dependendo da porcentagem de superfície corporal queimada	+ 30...70%
Lesões múltiplas com ventilação mecânica	+ 20...30%
Infecções graves e traumas múltiplos	+ 10...20%
Pós-operatório, infecções leves, fraturas ósseas	0... + 10%

Um desequilíbrio energético persistente (excesso ou deficiência) causa alterações no peso corporal e no comprimento em todos os índices de desenvolvimento e idade biológica. Mesmo uma deficiência energética moderada (4-5%) pode causar atraso no desenvolvimento de uma criança. Portanto, o suprimento energético alimentar torna-se uma das condições mais importantes para o crescimento e desenvolvimento adequados. O cálculo desse suprimento deve ser realizado regularmente. Para a maioria das crianças, as recomendações para a energia total da dieta diária podem servir como referência para análise; para algumas crianças com condições especiais de saúde ou condições de vida, é necessário um cálculo individual com base na soma de todos os componentes que consomem energia. Os seguintes métodos para calcular o gasto energético podem servir como um exemplo do uso de padrões gerais de suprimento por idade e da possibilidade de alguma correção individual desses padrões.

Método de cálculo para determinação da taxa metabólica basal

Até 3 anos	3-10 anos	10-18 anos
Meninos
X = 0,249 kg - 0,127	X = 0,095 kg + 2,110	X = 0,074 kg + 2,754
Garotas
X = 0,244 kg - 0,130	X = 0,085 kg + 2,033	X = 0,056 kg + 2,898

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Despesas adicionais

Compensação de danos - a taxa metabólica basal é multiplicada: para cirurgias menores - por 1,2; para trauma esquelético - por 1,35; para sepse - por 1,6; para queimaduras - por 2,1.

Ação dinâmica específica dos alimentos: + 10% da taxa metabólica basal.

Atividade física: acamado + 10% da taxa metabólica basal; sentado em cadeira + 20% da taxa metabólica basal; paciente internado em enfermaria + 30% da taxa metabólica basal.

Custos da febre: para cada 1°C de aumento médio diário da temperatura corporal +10-12% da taxa metabólica basal.

Ganho de peso: até 1 kg/semana + 1260 kJ (300 kcal) por dia.

É aceito estabelecer padrões de fornecimento de energia para a população em função da idade. Muitos países possuem esses padrões. Todas as rações alimentares de grupos organizados são desenvolvidas com base neles. As rações alimentares individuais também são verificadas em relação a eles.

Recomendações sobre o valor energético da alimentação para crianças de tenra idade e até aos 11 anos

	0-2 meses	3-5 meses	6-11 meses	1-3 anos	3-7 anos	7 a 10 anos
Energia total, kcal	-	-	-	1540	1970	2300
Energia, kcal/kg	115	115	110	-	-	-

Recomendações para padronização energética (kcal/(kg • dia))

Idade, meses	FAO/OMS (1985)	ONU (1996)
0-1	124	107
1-2	116	109
2-3	109	111
3^	103	101
4-10	95-99	100
10-12	100-104	109
12-24	105	90

O cálculo e a correção do metabolismo energético visam eliminar deficiências dos principais transportadores de energia, ou seja, principalmente carboidratos e gorduras. Ao mesmo tempo, o uso desses transportadores para os fins especificados só é possível considerando e corrigindo o fornecimento de muitos micronutrientes complementares fundamentalmente necessários. Assim, é especialmente importante prescrever potássio, fosfatos, vitaminas do complexo B, especialmente tiamina e riboflavina, às vezes carnitina, antioxidantes, etc. O não cumprimento dessa condição pode causar condições incompatíveis com a vida, que surgem justamente com a nutrição energética intensiva, especialmente a parenteral.