Cân bằng năng lượng và phân bổ đại dưỡng chất
Cân bằng năng lượng và phân bổ đại dưỡng chất là lĩnh vực hóa sinh dinh dưỡng nghiên cứu cách cơ thể điều chỉnh năng lượng hóa học được hấp thụ dưới dạng carbohydrate, chất béo và protein để phù hợp với năng lượng tiêu hao, và cách cơ thể quyết định nhiên liệu nào sẽ được oxy hóa so với lưu trữ tại bất kỳ thời điểm nào. Nó liên kết sự tiêu hao năng lượng toàn cơ thể, phép đo sử dụng nhiên liệu bằng phương pháp đo nhiệt gián tiếp, và tín hiệu phân tử cảm nhận sự sẵn có của chất dinh dưỡng và định tuyến các chất nền giữa quá trình oxy hóa và lưu trữ.
Definition
Cân bằng năng lượng là mối quan hệ giữa lượng năng lượng nạp vào và tổng năng lượng tiêu hao; phân bổ đại dưỡng chất là sự sắp xếp chuyển hóa của carbohydrate, chất béo và protein đã hấp thụ giữa quá trình oxy hóa, lưu trữ và tổng hợp. Cùng nhau, chúng mô tả cách sinh vật điều hòa việc sử dụng nhiên liệu để đáp ứng nhu cầu năng lượng trong khi duy trì các kho dự trữ chất nền.
Scope
Lĩnh vực này định hướng người đọc về sự tiêu hao năng lượng khi nghỉ ngơi và sau bữa ăn, việc lựa chọn và chuyển đổi nhiên liệu trao đổi chất, quá trình oxy hóa và lưu trữ chất béo, và các con đường cảm nhận chất dinh dưỡng điều phối các quá trình này. Nó được coi là một tài liệu tham khảo và khuôn khổ giáo dục để hiểu về chuyển hóa nhiên liệu, không phải là hướng dẫn chế độ ăn uống lâm sàng.
Sub-topics
Core questions
- Tổng năng lượng tiêu hao hàng ngày được phân tách thành quá trình trao đổi chất khi nghỉ ngơi, hiệu ứng nhiệt của thức ăn và hoạt động như thế nào?
- Điều gì quyết định nhiên liệu nào cơ thể oxy hóa khi nghỉ ngơi, sau bữa ăn và trong khi tập thể dục?
- Chất béo trong chế độ ăn được oxy hóa so với được lắng đọng trong mô mỡ như thế nào, và điều gì điều hòa sự cân bằng?
- Thông qua các cảm biến phân tử nào mà các tế bào phát hiện sự dư thừa hoặc thiếu hụt chất dinh dưỡng và điều chỉnh quá trình trao đổi chất?
Key concepts
- Lượng năng lượng nạp vào so với tổng năng lượng tiêu hao
- Tỷ lệ trao đổi chất cơ bản
- Hiệu ứng nhiệt của thức ăn
- Đo nhiệt gián tiếp và chỉ số hô hấp
- Oxy hóa chất nền và lựa chọn nhiên liệu
- Oxy hóa chất béo và lưu trữ lipid
- Cảm nhận chất dinh dưỡng (mTOR, AMPK)
Key theories
- Chu trình glucose-axit béo (Randle)
- Quá trình oxy hóa glucose và axit béo ức chế lẫn nhau ở cấp độ cạnh tranh chất nền, do đó nguồn cung cấp nhiên liệu hiện có sẽ chuyển quá trình oxy hóa giữa carbohydrate và chất béo; khái niệm này là nền tảng cho phần lớn cách hiểu về lựa chọn nhiên liệu và độ nhạy insulin.
- Tính linh hoạt trao đổi chất
- Quá trình trao đổi chất khỏe mạnh dễ dàng chuyển đổi giữa quá trình oxy hóa chất béo ở trạng thái nhịn ăn và quá trình oxy hóa carbohydrate sau khi hấp thụ carbohydrate; khả năng suy giảm trong việc thực hiện chuyển đổi này (tính không linh hoạt trao đổi chất) có liên quan đến tình trạng kháng insulin.
Mechanisms
Tổng năng lượng tiêu hao bao gồm tỷ lệ trao đổi chất cơ bản, hiệu ứng nhiệt của thức ăn và năng lượng tiêu hao liên quan đến hoạt động; quá trình oxy hóa carbohydrate, chất béo và protein có thể được phân chia in vivo từ trao đổi khí bằng cách sử dụng phương pháp đo nhiệt gián tiếp và chỉ số hô hấp, như đã được Frayn (1983) chính thức hóa. Nhiên liệu nào chiếm ưu thế được điều chỉnh một phần bởi sự cạnh tranh chất nền được mô tả bởi chu trình glucose-axit béo (Randle et al., 1963), và khả năng chuyển đổi nhiên liệu khi ăn và nhịn ăn được gọi là tính linh hoạt trao đổi chất (Galgani et al., 2008). Nền tảng cho những hành vi toàn cơ thể này là các con đường cảm nhận chất dinh dưỡng phát hiện axit amin, glucose và điện tích năng lượng, đồng thời điều chỉnh dòng chảy đồng hóa và dị hóa tương ứng (Efeyan et al., 2015).
Clinical relevance
Các khái niệm trong lĩnh vực này là nền tảng để các nhà lâm sàng và nhà nghiên cứu diễn giải sự tiêu hao năng lượng, sử dụng nhiên liệu và xử lý chất nền trong các tình trạng như béo phì, kháng insulin và bệnh chuyển hóa. Chúng mô tả các cơ chế sinh lý và hóa sinh để tham khảo giáo dục và không phải là cơ sở để kê đơn hoặc điều trị chế độ ăn uống cá nhân.
History
Việc đo lường năng lượng tiêu hao của con người bằng phương pháp đo nhiệt có từ cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX, và các phương pháp tính toán quá trình oxy hóa chất nền từ trao đổi khí hô hấp đã được củng cố vào giữa thế kỷ XX. Randle và các đồng nghiệp đã giới thiệu chu trình glucose-axit béo vào năm 1963, định hình việc lựa chọn nhiên liệu như một sự cạnh tranh chất nền. Việc xác định sau này các con đường cảm nhận chất dinh dưỡng như mTOR và AMPK đã cung cấp cơ sở phân tử cho cách các tế bào điều phối cân bằng năng lượng và phân bổ.
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
- Sự khác biệt giữa cân bằng năng lượng và phân bổ đại dưỡng chất là gì?
- Cân bằng năng lượng liên quan đến sự phù hợp tổng thể giữa năng lượng nạp vào và năng lượng tiêu hao, trong khi phân bổ đại dưỡng chất liên quan đến cách các nhiên liệu cụ thể — carbohydrate, chất béo và protein — được định tuyến giữa quá trình oxy hóa và lưu trữ sau khi chúng đi vào cơ thể.
- Việc sử dụng nhiên liệu trong cơ thể được đo lường như thế nào?
- Phương pháp đo nhiệt gián tiếp đo lượng oxy tiêu thụ và lượng carbon dioxide sản xuất; từ chỉ số hô hấp và các giá trị trao đổi khí này, tốc độ oxy hóa carbohydrate và chất béo có thể được ước tính, như đã được Frayn (1983) trình bày.