Энергетический баланс и распределение макронутриентов

Энергетический баланс и распределение макронутриентов — это область нутриционной биохимии, изучающая, как организм соотносит химическую энергию, поступающую в виде углеводов, жиров и белков, с расходуемой энергией, а также как он определяет, какое топливо окислять или запасать в каждый конкретный момент. Она связывает общие энергетические затраты организма, измерение использования топлива методом непрямой калориметрии и молекулярную сигнализацию, которая воспринимает доступность питательных веществ и направляет субстраты между окислением и запасанием.

Definition

Энергетический баланс — это соотношение между потреблением энергии и общими энергетическими затратами; распределение макронутриентов — это метаболическое использование поступивших углеводов, жиров и белков между окислением, запасанием и синтезом. Вместе они описывают, как организм регулирует использование топлива для удовлетворения энергетических потребностей, поддерживая при этом запасы субстратов.

Scope

Эта область ориентирует читателя в вопросах энергетических затрат в покое и после приема пищи, выбора и переключения метаболических топлив, окисления и запасания жиров, а также путей восприятия питательных веществ, которые координируют эти процессы. Она рассматривается как справочная и образовательная основа для понимания метаболизма топлива, а не как клиническое диетическое руководство.

Sub-topics

• Окисление жиров и накопление липидов
• Чувствительность к питательным веществам и сигнализация mTOR/AMPK
• Скорость основного обмена и термический эффект пищи
• Использование субстратов и метаболическая гибкость

Core questions

• Как общие суточные энергетические затраты раскладываются на основной обмен, термический эффект пищи и активность?
• Что определяет, какое топливо организм окисляет в покое, после еды и во время физической нагрузки?
• Как пищевой жир окисляется по сравнению с отложением в жировой ткани, и что регулирует этот баланс?
• Через какие молекулярные сенсоры клетки обнаруживают избыток или дефицит питательных веществ и корректируют метаболизм?

Key concepts

• Потребление энергии против общих энергетических затрат
• Основной обмен
• Термический эффект пищи
• Непрямая калориметрия и дыхательный коэффициент
• Окисление субстратов и выбор топлива
• Окисление жиров и накопление липидов
• Восприятие питательных веществ (mTOR, AMPK)

Key theories

Цикл глюкоза-жирные кислоты (цикл Рэндла)

Окисление глюкозы и жирных кислот взаимно ингибируют друг друга на уровне конкуренции субстратов, так что преобладающее поступление топлива смещает окисление между углеводами и жирами; эта концепция лежит в основе большей части понимания выбора топлива и чувствительности к инсулину.

Метаболическая гибкость

Здоровый метаболизм легко переключается между окислением жиров в состоянии голодания и окислением углеводов после приема углеводов; нарушенная способность к такому переключению (метаболическая негибкость) связана с инсулинорезистентностью.

Mechanisms

Общие энергетические затраты включают основной обмен, термический эффект пищи и затраты, связанные с активностью; окисление углеводов, жиров и белков может быть разделено in vivo по газообмену с использованием непрямой калориметрии и дыхательного коэффициента, как это формализовано Фрейном (Frayn, 1983). Преобладание того или иного топлива частично регулируется конкуренцией субстратов, описанной циклом глюкоза-жирные кислоты (Randle et al., 1963), а способность переключать топливо при питании и голодании называется метаболической гибкостью (Galgani et al., 2008). В основе этих общеорганизменных процессов лежат пути восприятия питательных веществ, которые обнаруживают аминокислоты, глюкозу и энергетический заряд, и соответствующим образом регулируют анаболический и катаболический потоки (Efeyan et al., 2015).

Clinical relevance

Концепции этой области лежат в основе того, как клиницисты и исследователи интерпретируют энергетические затраты, использование топлива и обработку субстратов при таких состояниях, как ожирение, инсулинорезистентность и метаболические заболевания. Они описывают физиологические и биохимические механизмы для образовательных целей и не являются основой для индивидуального назначения диеты или лечения.

History

Измерение энергетических затрат человека методом калориметрии восходит к концу XIX — началу XX веков, а методы расчета окисления субстратов по газообмену были консолидированы к середине XX века. Рэндл и его коллеги представили цикл глюкоза-жирные кислоты в 1963 году, рассматривая выбор топлива как конкуренцию субстратов. Более позднее выявление путей восприятия питательных веществ, таких как mTOR и AMPK, дало молекулярную основу для понимания того, как клетки координируют энергетический баланс и распределение.

Key figures

• Keith Frayn
• Philip Randle
• Eric Ravussin
• David Sabatini

Seminal works

• frayn-1983
• randle-1963
• galgani-2008
• efeyan-2015

Frequently asked questions

В чем разница между энергетическим балансом и распределением макронутриентов?

Энергетический баланс касается общего соответствия между потребляемой и расходуемой энергией, тогда как распределение макронутриентов касается того, как конкретные виды топлива — углеводы, жиры и белки — направляются между окислением и запасанием после их поступления в организм.

Как измеряется использование топлива в организме?

Непрямая калориметрия измеряет потребление кислорода и выработку углекислого газа; по дыхательному коэффициенту и этим значениям газообмена можно оценить скорости окисления углеводов и жиров, как это изложено Фрейном (Frayn, 1983).