สมดุลพลังงานและการจัดสรรสารอาหารหลัก
สมดุลพลังงานและการจัดสรรสารอาหารหลักเป็นสาขาหนึ่งของชีวเคมีโภชนาการที่เกี่ยวข้องกับวิธีการที่ร่างกายจับคู่พลังงานเคมีที่ได้รับในรูปของคาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีน กับพลังงานที่ใช้ไป และวิธีการที่ร่างกายตัดสินใจว่าจะใช้น้ำมันเชื้อเพลิงชนิดใดในการออกซิเดชันเทียบกับการจัดเก็บในแต่ละช่วงเวลา โดยเชื่อมโยงการใช้พลังงานทั่วร่างกาย การวัดการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงโดยการวัดแคลอรีทางอ้อม และการส่งสัญญาณระดับโมเลกุลที่รับรู้ความพร้อมของสารอาหารและเส้นทางของสารตั้งต้นระหว่างการออกซิเดชันและการจัดเก็บ
Definition
สมดุลพลังงานคือความสัมพันธ์ระหว่างการได้รับพลังงานกับการใช้พลังงานทั้งหมด; การจัดสรรสารอาหารหลักคือการจัดการทางเมตาบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีนที่ได้รับเข้าไปในกระบวนการออกซิเดชัน การจัดเก็บ และการสังเคราะห์ เมื่อรวมกันแล้วจะอธิบายว่าสิ่งมีชีวิตควบคุมการใช้เชื้อเพลิงอย่างไรเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานในขณะที่รักษาสารตั้งต้นที่เก็บไว้
Scope
สาขานี้จะนำผู้อ่านไปสู่การใช้พลังงานขณะพักและหลังมื้ออาหาร การเลือกและการเปลี่ยนเชื้อเพลิงเมตาบอลิซึม การออกซิเดชันและการจัดเก็บไขมัน และเส้นทางการรับรู้สารอาหารที่ประสานงานกระบวนการเหล่านี้ โดยถือเป็นกรอบอ้างอิงและกรอบการศึกษาเพื่อทำความเข้าใจเมตาบอลิซึมของเชื้อเพลิง ไม่ใช่คำแนะนำด้านอาหารทางคลินิก
Sub-topics
Core questions
- การใช้พลังงานรวมต่อวันถูกแบ่งออกเป็นการเผาผลาญขณะพัก ผลกระทบทางความร้อนของอาหาร และกิจกรรมได้อย่างไร?
- อะไรเป็นตัวกำหนดว่าร่างกายจะออกซิไดซ์เชื้อเพลิงชนิดใดขณะพัก หลังมื้ออาหาร และระหว่างออกกำลังกาย?
- ไขมันในอาหารถูกออกซิไดซ์เทียบกับการสะสมในเนื้อเยื่อไขมันได้อย่างไร และอะไรเป็นตัวควบคุมสมดุลนี้?
- เซลล์ตรวจจับสารอาหารส่วนเกินหรือขาดแคลนและปรับการเผาผลาญผ่านเซ็นเซอร์ระดับโมเลกุลใดบ้าง?
Key concepts
- การได้รับพลังงานเทียบกับการใช้พลังงานทั้งหมด
- อัตราการเผาผลาญขณะพัก
- ผลกระทบทางความร้อนของอาหาร
- การวัดแคลอรีทางอ้อมและอัตราส่วนการหายใจ
- การออกซิเดชันของสารตั้งต้นและการเลือกเชื้อเพลิง
- การออกซิเดชันของไขมันและการจัดเก็บไขมัน
- การรับรู้สารอาหาร (mTOR, AMPK)
Key theories
- วงจรกลูโคส-กรดไขมัน (Randle)
- การออกซิเดชันของกลูโคสและกรดไขมันยับยั้งซึ่งกันและกันในระดับของการแข่งขันของสารตั้งต้น ดังนั้นการจัดหาเชื้อเพลิงที่มีอยู่จะเปลี่ยนการออกซิเดชันระหว่างคาร์โบไฮเดรตและไขมัน; แนวคิดนี้เป็นพื้นฐานสำคัญในการทำความเข้าใจการเลือกเชื้อเพลิงและความไวของอินซูลิน
- ความยืดหยุ่นทางเมตาบอลิซึม
- การเผาผลาญที่ดีจะสลับระหว่างการออกซิเดชันของไขมันในภาวะอดอาหารและการออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตหลังจากการบริโภคคาร์โบไฮเดรตได้อย่างง่ายดาย; ความสามารถที่บกพร่องในการสลับนี้ (ความไม่ยืดหยุ่นทางเมตาบอลิซึม) มีความสัมพันธ์กับภาวะดื้ออินซูลิน
Mechanisms
การใช้พลังงานทั้งหมดประกอบด้วยอัตราการเผาผลาญขณะพัก ผลกระทบทางความร้อนของอาหาร และการใช้พลังงานที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรม; การออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีนสามารถแบ่งส่วนได้ในสิ่งมีชีวิตจากการแลกเปลี่ยนก๊าซโดยใช้การวัดแคลอรีทางอ้อมและอัตราส่วนการหายใจ ดังที่ Frayn (1983) ได้กำหนดไว้ เชื้อเพลิงชนิดใดที่เด่นกว่านั้นถูกควบคุมบางส่วนโดยการแข่งขันของสารตั้งต้นที่อธิบายโดยวงจรกลูโคส-กรดไขมัน (Randle et al., 1963) และความสามารถในการเปลี่ยนเชื้อเพลิงเมื่อได้รับอาหารและอดอาหารเรียกว่าความยืดหยุ่นทางเมตาบอลิซึม (Galgani et al., 2008) พฤติกรรมทั่วร่างกายเหล่านี้อยู่ภายใต้เส้นทางการรับรู้สารอาหารที่ตรวจจับกรดอะมิโน กลูโคส และประจุพลังงาน และปรับการไหลเวียนของกระบวนการสร้างและสลายตามลำดับ (Efeyan et al., 2015)
Clinical relevance
แนวคิดในสาขานี้เป็นพื้นฐานที่แพทย์และนักวิจัยใช้ในการตีความการใช้พลังงาน การใช้เชื้อเพลิง และการจัดการสารตั้งต้นในภาวะต่างๆ เช่น โรคอ้วน ภาวะดื้ออินซูลิน และโรคเมตาบอลิซึม โดยอธิบายกลไกทางสรีรวิทยาและชีวเคมีเพื่อการอ้างอิงทางการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการกำหนดอาหารหรือการรักษาเฉพาะบุคคล
History
การวัดการใช้พลังงานของมนุษย์โดยการวัดแคลอรีมีมาตั้งแต่ปลายศตวรรษที่สิบเก้าและต้นศตวรรษที่ยี่สิบ และวิธีการคำนวณการออกซิเดชันของสารตั้งต้นจากการแลกเปลี่ยนก๊าซทางการหายใจได้รับการรวบรวมในช่วงกลางศตวรรษที่ยี่สิบ Randle และคณะได้นำเสนอวงจรกลูโคส-กรดไขมันในปี 1963 โดยกำหนดการเลือกเชื้อเพลิงเป็นการแข่งขันของสารตั้งต้น การระบุเส้นทางการรับรู้สารอาหารในภายหลัง เช่น mTOR และ AMPK ได้ให้พื้นฐานระดับโมเลกุลว่าเซลล์ประสานสมดุลพลังงานและการจัดสรรอย่างไร
Key figures
- Keith Frayn
- Philip Randle
- Eric Ravussin
- David Sabatini
Related topics
Seminal works
- frayn-1983
- randle-1963
- galgani-2008
- efeyan-2015
Frequently asked questions
- ความแตกต่างระหว่างสมดุลพลังงานและการจัดสรรสารอาหารหลักคืออะไร?
- สมดุลพลังงานเกี่ยวข้องกับการจับคู่โดยรวมระหว่างพลังงานที่ได้รับกับพลังงานที่ใช้ไป ในขณะที่การจัดสรรสารอาหารหลักเกี่ยวข้องกับวิธีการที่เชื้อเพลิงเฉพาะ — คาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีน — ถูกส่งผ่านระหว่างการออกซิเดชันและการจัดเก็บเมื่อเข้าสู่ร่างกาย
- การใช้เชื้อเพลิงในร่างกายวัดได้อย่างไร?
- การวัดแคลอรีทางอ้อมจะวัดการใช้ออกซิเจนและการผลิตคาร์บอนไดออกไซด์; จากอัตราส่วนการหายใจและค่าการแลกเปลี่ยนก๊าซเหล่านี้ อัตราการออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตและไขมันสามารถประมาณได้ ดังที่ Frayn (1983) ได้ระบุไว้