Mục tiêu
1. Trình bày được các dạng, nhu cầu, vai trò và điều hoà chuyển hoá của carbohydrat, lipid và protein.
2. Trình bày được các dạng năng lượng trong cơ thể, các nguyên nhân tiêu hao năng lượng và điều hoà chuyển hoá năng lượng.
Nội dung
Cơ thể tồn tại và phát triển được là nhờ có quá trình thay cũ đổi mới xảy ra liên tục. Bản chất của quá trình này chính là quá trình chuyển hoá. Nhờ quá trình chuyển hoá mà cơ thể luôn được cung cấp các nguyên liệu cần thiết cho cấu trúc tế bào và năng lượng để tế bào hoạt động.
1. Chuyển hoá chất
Chuyển hoá chất là những quá trình hoá học xảy ra trong cơ thể nhằm duy trì sự sống và phát triển của cơ thể. Chuyển hoá chất trong cơ thể bao gồm chuyển hoá carbohydrat, chuyển hoá lipid, chuyển hoá protein, chuyển hoá nước, các chất khoáng và vitamin. Trong bài này, chúng ta chỉ đề cập tới chuyển hoá carbohydrat, lipid và protein đồng thời tập trung giới thiệu về các dạng, vai trò, nhu cầu và điều hoà chuyển hoá chứ không đề cập đến các phản ứng hoá học xảy ra trong từng loại chuyển hoá vì nội dung này được giới thiệu trong chương trình môn Hoá sinh.
1.1. Chuyển hoá carbohydrat
1.1.1. Các dạng carbohydrat trong cơ thể
Sản phẩm cuối cùng của chuyển hoá carbohydrat trong ống tiêu hoá là các monosaccarid như glucose, fructose, galactose trong đó glucose chiếm 80%. Trong cơ thể, carbohydrat tồn tại dưới 3 dạng:
Dạng dự trữ: Đó là glycogen, tập trung chủ yếu ở gan và cơ.
Dạng vận chuyển: Đó là glucose, fructose, galactose... ở dạng tự do trong máu và trong các dịch cơ thể, trong đó glucose là chủ yếu và chiếm 90 - 95%.
Dạng kết hợp: Carbohydrat có thể kết hợp với các chất lipid hoặc protein thành dạng glycolipid hoặc glycoprotein và tham gia vào thành phần cấu tạo của tế bào ở các mô trong cơ thể.
1.1.2. Vai trò của carbohydrat đối với cơ thể
Carbohydrat có nhiều tác dụng sinh học và vai trò quan trọng:
- Carbohydrat có vai trò cung cấp và dự trữ năng lượng:
Carbohydrat là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu của cơ thể, 70% năng lượng của khẩu phần ăn là do carbohydrat cung cấp.
Khi thoái hoá, glucose sẽ cung cấp rất nhiều năng lượng cho tế bào hoạt động. Năng lượng được tạo ra qua quá trình thoái hoá glucose phần lớn được tập trung vào các liên kết phosphat giàu năng lượng trong phân tử ATP để cho các tế bào sử dụng, một phần năng lượng được tỏa ra dưới dạng nhiệt. Phân giải hoàn toàn một phân tử glucose sẽ tạo ra 38 ATP và giải phóng 420 Kcal dưới dạng nhiệt.
Glycogen là dạng dự trữ carbohydrat của mọi tế bào nhưng chủ yếu là ở tế bào gan và cơ. Khi tế bào cơ hoạt động, sự tiêu hao năng lượng đòi hỏi phải được cung cấp một lượng lớn glucose, ngoài nguồn glucose do máu mang đến, trong tế bào cơ có sự phân giải mạnh glycogen dự trữ của nó để tạo glucose cho hoạt động co cơ.
Các tế bào não chỉ có thể lấy năng lượng từ nguồn carbohydrat.
- Carbohydrat có vai trò trong tạo hình của cơ thể:
Trong cơ thể, ngoài vai trò dự trữ và cung cấp năng lượng, carbohydrat còn tham gia vào cấu tạo nhiều thành phần của cơ thể. Ví dụ như:
+ Các protein xuyên màng của màng tế bào có bản chất là glycoprotein
+ Các ribose có trong cấu trúc nhân của các tế bào
+ Các condromucoid là thành phần cơ bản của mô sụn, thành động mạch, da, van tim, giác mạc.
+ Aminoglycolipid tạo nên chất stroma của hồng cầu.
+ Cerebrosid, aminoglycolipid là thành phần chính tạo vỏ myêlin của các sợi thần kinh, tạo chất trắng của mô thần kinh.
+ Một số hormon như FSH, LH, TSH có bản chất là glycoprotein.
- Carbohydrat tham gia vào các hoạt động chức năng của cơ thể:
Thông qua việc tham gia vào các thành phần cấu tạo của cơ thể, carbohydrat có vai trò trong rất nhiều chức năng của cơ thể như chức năng bảo vệ, chức năng miễn dịch, chức năng sinh sản, chức năng dinh dưỡng và chuyển hoá. Carbohydrat còn tham gia vào quá trình tạo hồng cầu, có vai trò trong hoạt động của hệ thần kinh, làm nhiệm vụ lưu giữ và thông tin di truyền qua các tế bào và các thế hệ thông qua RNA và DNA.
1.1.3. Nhu cầu carbohydrat đối với cơ thể
Carbohydrat chiếm 2% trọng lượng khô của cơ thể. ở người trưởng thành bình thường nặng 50 kg, carbohydrat toàn cơ thể nặng khoảng 0,3 đến 0,5 kg.
Nhu cầu carbohydrat thường không được quy định trực tiếp mà dựa vào nhu cầu năng lượng và tỷ lệ năng lượng giữa ba loại chất dinh dưỡng sinh năng lượng để tính ra. Theo tài liệu của Viện dinh dưỡng Việt Nam, nhu cầu năng lượng cho trẻ em từ 1 - 3 tuổi là 1300 Kcal/ngày, cho người trưởng thành nam giới là 2300 – 2500 Kcal/ngày và nữ giới là 2100 – 2300 Kcal/ngày. Đối với phụ nữ có thai trong 3 tháng cuối thì nhu cầu năng lượng phải cộng thêm là 350 Kcal/ngày, phụ nữ đang cho con bú trong 6 tháng đầu thì nhu cầu năng lượng phải cộng thêm là 550 Kcal/ngày. Trong tổng số nhu cầu năng lượng được tính ra Kcal/ngày thì năng lượng do protein cung cấp chiếm 12 - 15%, năng lượng do lipid cung cấp chiếm 15 - 20%, phần còn lại là do carbohydrat cung cấp (khoảng 70%).
Carbohydrat được cung cấp cho cơ thể thông qua nguồn thức ăn. Các chất nhiều carbohydrat thường được dùng như gạo tẻ, gạo nếp, ngô...
1.1.4. Điều hoà chuyển hoá carbohydrat
Điều hoà chuyển hoá carbohydrat theo hai cơ chế thể dịch và thần kinh
- Cơ chế thể dịch điều hoà chuyển hoá carbohydrat:
Cơ chế thể dịch điều hoà chuyển hoá carbohydrat chủ yếu thông qua các hormon. Chính vì vậy nên cơ chế điều hoà này còn được gọi là sự điều hoà bằng nội tiết.
+ Hormon làm giảm đường huyết là insulin của tuyến tụy nội tiết.
+ Các hormon làm tăng đường huyết gồm GH của tuyến yên, T3 và T4 của tuyến giáp, cortisol của vỏ thượng thận, adrenalin của tủy thượng thận và glucagon của tuyến tụy nội tiết.
Tác dụng cụ thể lên chuyển hoá carbohydrat của các hormon nói trên sẽ được trình bày ở bài - Sinh lý nội tiết.
- Cơ chế điều hoà thần kinh:
Nhiều thực nghiệm đã chứng minh ảnh hưởng của hệ thần kinh đối với chuyển hoá carbohydrat như cắt bỏ não hoặc phá hủy sàn não thất IV gây tăng đường huyết. Nhịn đói, stress, xúc cảm mạnh có tác động lên chuyển hoá carbohydrat thông qua vùng dưới đồi. Người ta cũng gây được phản xạ có điều kiện có ảnh hưởng lên chuyển hoá carbohydrat. Khi nồng độ glucose trong máu giảm sẽ tác dụng trực tiếp lên vùng hypothalamus kích thích thần kinh giao cảm làm tăng bài tiết adrenalin và noradrenalin gây tăng đường huyết.
1.2. Chuyển hoá lipid
1.2.1. Các dạng lipid trong cơ thể
Sản phẩm cuối cùng của lipid trong ống tiêu hoá là acid béo, monoglycerid, diglycerid, phospholipid (ít nhiều đã bị phân hủy), các sterol...
Trong cơ thể, lipid tồn tại dưới 3 dạng:
- Lipid ở dạng vận chuyển: Đó là các acid béo, các phospholipid và một số lipid khác. Lipid vận chuyển trong máu dưới dạng các lipoprotein. Có 4 loại lipoprotein đó là: + Lipoprotein tỷ trọng rất thấp (Very Low Density Lipoprotein Cholesterol - VLDLC). +Lipoprotein tỷ trọng trung gian (Intermediate Density Lipoprotein Cholesterol - IDLC). + Lipoprotein tỷ trọng thấp (Low Density Lipoprotein Cholesterol - LDLC). + Lipoprotein tỷ trọng cao (High Density Lipoprotein Cholesterol - HDLC).
Trong 4 loại loại lipoprotein thì loại LDLC có liên quan đến bệnh xơ vữa mạch.
- Lipid ở dạng kết hợp: Lipid có thể kết hợp với carbohydrat hoặc protein và chúng tham gia vào thành phần cấu tạo của tế bào ở các mô, các cơ quan trong cơ thể.
- Lipid ở dạng dự trữ: Đó là các triglycerid còn gọi là mỡ trung tính được đưa đến và dự trữ ở các mô mỡ.
1.2.2. Vai trò của lipid đối với cơ thể
- Lipid là nguồn cung cấp và dự trữ năng lượng lớn nhất của cơ thể. ở người bình thường lipid có thể chiếm tới 40% trọng lượng cơ thể, chủ yếu là triglycerid. Khi thoái hoá các acid béo trong triglycerid lại cung cấp rất nhiều năng lượng (9,3 Kcal/1 gam triglycerid), nhưng năng lượng này không được cung cấp trực tiếp mà phải qua nhiều khâu trung gian mới tạo thành được ATP.
- Lipid tham gia vào cấu trúc tế bào và mô, ví dụ như:
+ Màng tế bào và màng các bào quan trong tế bào được cấu tạo bởi thành phần chính là các lipid.
+ Các lipid phức tạp là phospholipid như sphingomyêlin là thành phần quan trọng trong cấu trúc thần kinh, đặc biệt lớp vỏ myêlin của sợi trục thần kinh.
+ Cephalin là thành phần chủ yếu của của thromboplastin, một chất rất cần cho quá trình đông máu. Lecithin là thành phần quan trọng của lớp surfactant của phế nang. Cholesterol là thành phần chính của các hormon steroid, là nguyên liệu chính tạo ra acid mật và muối mật. Lipid là dung môi hoà tan nhóm vitamin tan trong dầu (các vitamin A, D, E, K), giúp cho sự hấp thu các vitamin này vào cơ thể.
- Lipid tham gia vào các hoạt động chức năng của cơ thể: Thông qua việc tham gia vào các thành phần cấu tạo của cơ thể, lipid có vai trò trong rất nhiều chức năng của cơ thể.
+ Tham gia vào quá trình đông máu do lipid tham gia vào thành phần cấu tạo của một số chất gây đông máu.
+ Tham gia vào chức năng dẫn truyền các xung động thần kinh do tham gia cấu tạo vỏ myêlin.
+ Tham gia vào hoạt động của một số tuyến nội tiết do tham gia vào thành phần cấu tạo của một số hormon.
+ Tham gia vào quá trình tiêu hoá do tham gia cấu tạo muối mật.
+ Cholesterol lắng đọng trong lớp sừng của da ngăn cản sự thấm nước qua da.
Tuỳ thuộc lipid tham gia vào thành phần cấu tạo nào của tế bào, của mô và cơ quan mà nó có thể tham gia các hoạt động chức năng khác nhau.
1.2.3. Nhu cầu lipid đối với cơ thể
Lipid là nguồn thức ăn không thể thiếu của cơ thể, đặc biệt là các lipid chứa các acid béo không no có nhiều dây nối đôi.
Nhu cầu lipid cần phải cung cấp hàng ngày nếu tính gián tiếp theo tỷ lệ nhu cầu năng lượng trong tổng số nhu cầu năng lượng được tính ra Kcal/ngày do ba loại chất dinh dưỡng sinh năng lượng tạo ra thì năng lượng do lipid cần cung cấp chiếm 18 - 25 %.
Lipid được cung cấp cho cơ thể chủ yếu thông qua nguồn thức ăn. Thức ăn cung cấp lipid cho cơ thể có thể từ mỡ động vật và dầu thực vật. Tuy nhiên, lipid được cung cấp từ thức ăn có nguồn gốc là động vật thường chứa nhiều acid béo bão hoà (acid béo no), nên khi ăn thường xuyên một lượng lipid quá cao có nguồn gốc là động vật sẽ tăng tạo cholesterol ở gan, tăng cholesterol máu. Hàm lượng cholesterol máu cao sẽ gây sự lắng đọng những tinh thể cholesterol ở lớp nội mạc và lớp cơ trơn dưới nội mạc của mạch máu. Muối Ca2+ lắng đọng, ngưng tụ cùng cholesterol và lipid khác của cơ thể, biến động mạch thành một ống xơ cứng, không đàn hồi (xơ cứng mạch). Thành động mạch bị thoái hoá dễ vỡ và tại nơi xơ cứng dễ hình thành cục máu đông gây tắc mạch. Bởi vậy, chúng ta nên ăn lipid có nguồn gốc là thực vật, chứa nhiều acid béo không bão hoà (acid béo không no) sẽ ít làm tăng cholesterol máu, để tránh nguy cơ hình thành các mảng xơ vữa phát triển trong thành động mạch.
Ngoài nguồn lipid được cung cấp trực tiếp từ thức ăn, lipid trong cơ thể còn được tổng hợp từ carbohydrat và protein. Khi ăn một lượng lớn carbohydrat, một phần chúng được thoái hoá tạo năng lượng cho cơ thể hoạt động, một phần chuyển thành glycogen dự trữ, phần lớn chuyển thành triglycerid dự trữ ở mô mỡ. Nhiều acid amin cũng được chuyển thành acetyl CoA để tổng hợp acid béo, trường hợp này gặp ở những người ăn quá nhiều protein.
1.2.4. Điều hoà chuyển hoá lipid
Điều hoà chuyển hoá lipid ở mức toàn cơ thể theo hai cơ chế:
- Cơ chế thần kinh: Nhiều thực nghiệm chứng minh vùng dưới đồi có liên quan đến quá trình điều hoà chuyển hoá các chất, trong đó có lipid. Các stress nóng, lạnh, cảm xúc đều có liên quan đến hoạt động của hệ thống nội tiết làm ảnh hưởng đến quá trình chuyển hoá lipid.
- Cơ chế thể dịch: Thực hiện thông qua tác dụng của các hormon.
+ Các hormon làm tăng thoái hoá lipid: Adrenalin của tủy thượng thận, glucagon của tụy nội tiết, GH của tuyến yên, T3 và T4 của tuyến giáp và cortisol của vỏ thượng thận.
+ Hormon làm tăng tổng hợp lipid: Insulin của tụy nội tiết.
Tác dụng cụ thể của các hormon sẽ được trình bày ở bài - Sinh lý nội tiết.
1.3. Chuyển hoá protein
1.3.1. Các dạng protein trong cơ thể
Sản phẩm cuối cùng của tiêu hoá protein là các acid amin và một ít dipeptid và tripeptid. Trong cơ thể, protein tồn tại dưới các dạng:
Dạng vận chuyển: Đó là các acid amin tự do dưới dạng các ion ở trong máu và các dịch của cơ thể. Ngoài ra, protein còn được vận chuyển dưới dạng albumin, globulin và fibrinogen. Albumin, fibrinogen và 80% globulin được tổng hợp tại gan, 20% globulin được tạo ra ở các mô bạch huyết. Hàm lượng các protein vận chuyển trong máu luôn ổn định và có vai trò quan trọng đối với cơ thể, nếu vì một lý do nào đó gây thiếu hụt protein trong máu sẽ dẫn tới tình trạng bệnh lý.
Protein ở dạng tham gia cấu tạo cơ thể: Đó là các protein tham gia cấu tạo của nhiều thành phần cơ thể, ví dụ như các protein xuyên màng trong cấu trúc của màng tế bào, các protein cấu trúc tế bào của các mô, đặc biệt là các mô cơ, các protein huyết tương (albumin, globulin, fibrinogen), các protein tham gia tạo nên các hormon, enzym, các acid amin tham gia cấu tạo vòng porphyrin trong nhân hem của hồng cầu...
Protein dự trữ: Protein không có dạng dự trữ riêng. Tuy nhiên những protein có ở trong tế bào của các mô (đặc biệt là gan và cơ), ngay cả các protein của huyết tương, có thể được coi là những kho dự trữ acid amin của tế bào. Khi cần thiết các protein này dễ dàng bị thủy phân bởi các enzym thủy phân protein có trong tế bào để giải phóng ra những acid amin nội sinh, các acid amin này chuyển ra ngoài tế bào, vào máu, tới gan để tiếp tục thoái hoá tạo ra một số chất trung gian có chức năng đối với tế bào, đặc biệt tạo ra các tiền chất cho các thành phần của tế bào.
1.3.2. Vai trò của protein đối với cơ thể
Protein có nhiều vai trò quan trọng đối với cơ thể.
- Protein cũng là nguồn cung cấp năng lượng của cơ thể: Trong 20 acid amin khi bị khử amin thì 18 acid amin có cấu trúc hoá học cho phép chuyển thành glucose và 19 acid amin có thể chuyển thành acid béo. Các glucose và acid béo này khi thoái hoá sẽ giải phóng ra năng lượng, một phần được tích luỹ trong ATP, một phần được tỏa ra dưới dạng nhiệt.
- Protein có vai trò trong cấu trúc và tạo hình của cơ thể: Đây là vai trò chính của protein. Protein tham gia vào thành phần cấu tạo của tất cả tế bào trong các mô, đặc biệt là các tế bào cơ, cấu tạo của các acid nhân tế bào (cấu tạo của các DNA và các RNA). Protein của huyết tương gồm các albumin, globulin và fibrinogen là các protein được tổng hợp từ gan.
- Protein có vai trò tham gia vào các hoạt động chức năng của cơ thể: Thông qua việc tham gia vào các thành phần cấu tạo của cơ thể, protein có vai trò trong rất nhiều hoạt động chức năng của cơ thể, ví dụ như:
+ Protein có vai trò quyết định đặc tính di truyền của cá thể và loài.
+ Protein có vai trò trong tạo áp suất keo của huyết tương nhờ chức năng của albumin.
+ Protein có vai trò trong miễn dịch nhờ chức năng của các globulin.
+ Protein có vai trò trong cầm máu và đông máu nhờ tác dụng của các yếu tố đông máu như fibrinogen và các protein đông máu khác.
+ Protein có vai trò trong hoạt động của các enzym khi nó tham gia vào thành phần cấu tạo của các enzym.
1.3.3. Nhu cầu protein đối với cơ thể
Nhu cầu protein cần phải cung cấp hàng ngày, nếu tính gián tiếp theo tỷ lệ nhu cầu năng lượng trong tổng số nhu cầu năng lượng được tính ra Kcal/ngày do ba loại chất dinh dưỡng sinh năng lượng tạo ra thì năng lượng do protein cần cung cấp chiếm 12 – 15 %.
Để đảm bảo duy trì nồng độ acid amin trong máu là 35 – 65 mg% và để bù lại " sự mất bắt buộc" của protein (cho sự đổi mới tế bào, cho sự hằng định nội môi...) diễn ra trong cơ thể, tối thiểu mỗi ngày cơ thể phải được cung cấp khoảng 30 gam protein. Tuy nhiên, người ta cho rằng tốt nhất mỗi ngày cung cấp khoảng 60 - 75 gam thì bảo đảm và an toàn hơn.
Trong 20 loại acid amin để cấu tạo nên protein trong cơ thể thì có 10 loại acid amin cơ thể không tự tổng hợp được (nên được gọi là 10 acid amin cần thiết). Bởi vậy, nhu cầu cung cấp protein hàng ngày cho cơ thể cần phải cung cấp protein có chứa đủ 10 loại acid amin cần thiết.
Protein được cung cấp cho cơ thể thông qua nguồn thức ăn. Các loại thực phẩm chứa nhiều protein thường được dùng như thịt lợn, thịt bò, cua, tôm, cá...
Khi cơ thể không được cung cấp protein, một phần protein của cơ thể (protein của mô) bị thoái hoá thành acid amin, khoảng 20 đến 30 gam mỗi ngày. Đó là lượng protein bị mất đi bắt buộc. Khi cơ thể bị suy kiệt protein, protein của huyết tương sẽ là nguồn thay thế rất nhanh protein của mô. Toàn bộ protein huyết tương được đưa vào tế bào nhờ cơ chế ẩm bào. Tại tế bào, các protein được phân giải thành acid amin, vào máu và được đưa đến các tế bào để sử dụng.
Khi cơ thể bị đói, đầu tiên cơ thể sử dụng năng lượng từ phân giải carbohydrat hoặc lipid dự trữ, khi nguồn carbohydrat và lipid bị cạn kiệt, cơ thể phải phân giải protein của tế bào thành acid amin đưa vào máu.
Cung cấp protein cho cơ thể không đủ sẽ dẫn đến rối loạn chuyển hoá protein. Phản ứng của cơ thể với tình trạng thiếu protein có thể chia làm 3 giai đoạn:
(1) Giai đoạn mất tức thời: Tiêu hao protein giảm, protein dự trữ của cơ thể bị huy động, nhờ đó mà hằng tính nội môi vẫn giữ được ổn định. (2) Giai đoạn thích nghi tích cực: Tiêu hao protein tiếp tục giảm đi nữa, tiêu hao cho đổi mới tế bào cũng giảm, protein dự trữ tiếp tục được huy động, nhưng ngược lại các enzym tiêu hoá của dịch vị, dịch tụy tăng lên, hệ số hấp thu protein của thức ăn tăng, nhờ đó mà hằng tính nội môi vẫn được duy trì gần như bình thường. (3) Giai đoạn mất thích nghi: Tình trạng thiếu protein ngày càng nặng thêm, khả năng tiêu hoá và hấp thu cũng giảm dẫn tới hằng tính nội môi không duy trì được và xuất hiện tình trạng bệnh lý mà lâm sàng gọi là suy dinh dưỡng protein năng lượng. Tình trạng này tạo thành vòng xoắn bệnh lý có thể dẫn tới tử vong. Bởi vậy, việc phát hiện suy dinh dưỡng ngay từ giai đoạn nhẹ là rất quan trọng.
1.3.4. Điều hoà chuyển hoá protein
- Cơ chế thần kinh tác động lên chuyển hoá protein cũng giống như đối với chuyển hoá carbohydrat và lipid là tác động đến vùng dưới đồi hoặc tác động đến các tuyến nội tiết do các stress nóng, lạnh, cảm xúc...
- Cơ chế thể dịch là cơ chế chính điều hoà chuyển hoá protein, đó là thông qua tác dụng của một số hormon:
+ Một số hormon có tác dụng tăng cường quá trình vận chuyển acid amin từ huyết tương vào tế bào để tổng hợp protein của tế bào ở các mô như hormon insulin, GH, hormon sinh dục, T3, T4 trong thời kỳ đang phát triển.
+ Một số hormon như cortisol, T3, T4 (thời kỳ trưởng thành) lại có tác dụng ngược lại, đó là tăng cường thoái hoá protein ở các mô.
Tác dụng cụ thể của các hormon nói trên sẽ được trình bày ở bài - Sinh lý nội tiết.
2. Chuyển hoá năng lượng
2.1. Các dạng năng lượng trong cơ thể
Trong cơ thể có 5 dạng năng lượng, trong đó có 4 dạng năng lượng sinh công và một dạng năng lượng không sinh công.
- Năng lượng sinh công hoá học (hoá năng): Hoá năng là năng lượng giữ cho các nguyên tử, các nhóm chức hoá học có vị trí không gian nhất định đối với nhau trong phân tử. Năng lượng sẽ được giải phóng khi cấu trúc phân tử bị phá vỡ. Mức độ năng lượng được giải phóng khác nhau tuỳ theo từng loại liên kết. Hoá năng gặp ở những nơi nào có các phân tử hoá học, do đó nó tồn tại ở khắp cơ thể, dưới nhiều hình thức:
+ Hoá năng của những chất tạo hình.
+ Hoá năng của những chất dự trữ.
+ Hoá năng của những chất bảo đảm các hoạt động chức năng của cơ thể.
+ Hoá năng của các hợp chất giàu năng lượng. Hình thức hoá năng này cực kỳ quan trọng vì là khâu trung gian của chuyển hoá năng lượng trong cơ thể.
+ Hoá năng của những chất bài tiết.
- Năng lượng sinh công cơ học (động năng): Là năng lượng để di dời vật chất từ nơi này đến nơi khác, năng lượng này được lấy từ ATP. Động năng gặp ở mọi nơi trong cơ thể như năng lượng để thay đổi tư thế, vị trí cơ thể, năng lượng để vận chuyển máu...
- Năng lượng sinh công thẩm thấu: Là năng lượng sinh ra do sự vận chuyển vật chất qua màng tế bào và duy trì sự chênh lệch nồng độ các chất hai bên màng tế bào, do đó tạo ra hiện tượng thẩm thấu với một số chất khác (nước).
- Năng lượng sinh công điện (điện năng): Điện năng sinh ra do sự vận chuyển thành dòng của các ion qua màng tế bào và duy trì sự chênh lệch nồng độ các ion giữa hai bên màng. Nó có ý nghĩa rất quan trọng với các tế bào thần kinh, tế bào cơ khi hưng phấn. Khi đó tế bào thực hiện một công điện.
- Năng lượng không sinh công (nhiệt năng): Nhiệt năng được sinh ra trực tiếp từ hoá năng tế bào. 80% hoá năng sinh các loại công được biến thành nhiệt (như vậy, hiệu suất sử dụng là 20%). Tế bào sống không có bộ máy sử dụng nhiệt để sinh công. Tuy vậy, nhiệt năng cần thiết để duy trì nhiệt độ cơ thể tối thuận cho các phản ứng chuyển hoá trong cơ thể diễn ra bình thường. Nhiệt năng luôn được tạo ra, khiến cho thân nhiệt luôn có xu hướng tăng lên. Khi thân nhiệt vượt quá 42°C thì các protein bị biến tính, nhất là các enzym, do vậy nhiệt năng còn là dạng năng lượng phải được thường xuyên loại trừ khỏi cơ thể.
2.2. Các nguyên nhân tiêu hao năng lượng
Những nguyên nhân làm cho cơ thể tiêu tốn năng lượng bao gồm: Tiêu hao năng lượng cho sự duy trì cơ thể, tiêu hao năng lượng cho phát triển cơ thể và tiêu hao năng lượng cho sinh sản.
2.2.1. Tiêu hao năng lượng cho sự duy trì cơ thể
Tiêu hao năng lượng cho sự duy trì cơ thể là số năng lượng cần thiết để cho cơ thể tồn tại và hoạt động bình thường, không thay đổi thể trọng, không sinh sản. Năng lượng tiêu hao cho duy trì cơ thể gồm tiêu hao do chuyển hoá cơ sở, do vận cơ, do điều nhiệt và do tiêu hoá.
2.2.1.1. Tiêu hao năng lượng do chuyển hoá cơ sở
- Định nghĩa chuyển hoá cơ sở: Chuyển hoá cơ sở (CHCS) là mức chuyển hoá năng lượng cần thiết cho cơ thể tồn tại trong điều kiện cơ sở: Không vận cơ, không tiêu hoá, không điều nhiệt. Chuyển hoá cơ sở chiếm hơn 1/2 năng lượng để duy trì cơ thể.
- Đơn vị đo chuyển hoá cơ sở: Chuyển hoá cơ sở được tính theo:
+ Kcal/m2 da/giờ (tính theo đơn vị này, chuyển hoá cơ sở không thay đổi theo trọng lượng cơ thể, nghề nghiệp, nên thuận tiện cho chẩn đoán và điều trị).
+ KJ/m2 da/giờ (tính theo hệ mới "SI" từ 1-1-1978).
- Các yếu tố ảnh hưởng tới chuyển hoá cơ sở:
+ Tuổi: Tuổi càng cao thì CHCS càng giảm. Tuy nhiên, ở tuổi dậy thì và trước dậy thì CHCS giảm ít hơn.
+ Giới: Với cùng một lớp tuổi thì CHCS ở nam cao hơn nữ. Điều này có thể liên quan với tỷ lệ mỡ trong cơ thể hoặc với các hormon sinh dục.
+ Nhịp ngày - đêm: CHCS cao nhất lúc 13 - 16 giờ trong ngày, thấp nhất lúc 1 - 4 giờ sáng.
+ Theo chu kỳ kinh nguyệt và ở phụ nữ có thai: Nửa sau chu kỳ kinh nguyệt và khi có thai CHCS cao hơn bình thường (do tác dụng của progesteron).
+ Ngủ CHCS giảm.
+ Tình trạng bệnh lý:
• Sốt làm tăng CHCS. Khi thân nhiệt tăng 1° C thì CHCS tăng lên 10%.
• Bệnh tuyến giáp: Ưu năng tuyến giáp làm tăng CHCS và ngược lại.
• Suy dinh dưỡng protein năng lượng: Giảm CHCS.
2.2.1.2. Tiêu hao năng lượng do vận cơ
Khi vận cơ, hoá năng tích trữ trong cơ (ATP) sẽ bị mất đi dưới dạng công và nhiệt, trong đó 25% chuyển thành công cơ học của sự co cơ, 75% còn lại tỏa ra dưới dạng nhiệt. Đơn vị tính năng lượng tiêu hao trong vận cơ là: Kcal/Kg thể trọng/1 phút.
Vận cơ làm tiêu hao năng lượng chung của cơ thể. Sự tiêu hao năng lượng này thay đổi theo mức độ lao động thể lực của mỗi nghề, vì vậy mức tiêu hao năng lượng trong vận cơ thường được dùng làm cơ sở để xác định khẩu phần ăn cho từng loại nghề nghiệp.
Trong vận cơ, các yếu tố ảnh hưởng tới tiêu hao năng lượng bao gồm:
- Cường độ vận cơ: Cường độ vận cơ càng lớn thì tiêu hao năng lượng càng lớn. Đây là cơ sở để phân loại lao động thể lực thành loại nhẹ, trung bình, nặng và cực nặng.
- Tư thế vận cơ: Năng lượng tiêu hao không chỉ do tạo ra công mà còn do các cơ phải co để giữ cho cơ thể ở những tư thế nhất định trong lúc vận cơ. Số cơ co càng nhiều thì tiêu hao năng lượng càng lớn. Tư thế càng thoải mái dễ chịu thì số cơ co càng ít và năng lượng tiêu hao càng ít. Đây là cơ sở để chế tạo những công cụ lao động phù hợp với kích thước thân thể của người lao động.
- Mức độ thông thạo: Càng thông thạo công việc thì tiêu hao năng lượng cho vận cơ càng thấp, vì càng thông thạo thì số cơ co không cần thiết càng bớt đi.
2.2.1.3. Tiêu hao năng lượng do điều nhiệt
Điều nhiệt là hoạt động của cơ thể nhằm duy trì thân nhiệt ở mức hằng định, không thay đổi nhiều theo nhiệt độ môi trường bên ngoài. Và như vậy, nó đảm bảo cho tốc độ các phản ứng hoá học trong cơ thể diễn ra bình thường, cũng tức là đảm bảo mức chuyển hoá của cơ thể không bị thay đổi.
Trong môi trường lạnh, tiêu hao năng lượng phải tăng lên để bù cho số nhiệt năng đã bị khuếch tán ra môi trường xung quanh. Trong môi trường nóng, lúc đầu tiêu hao năng lượng tăng lên do hoạt động của bộ máy điều nhiệt, nhưng sau đó giảm xuống do giảm quá trình chuyển hoá của cơ thể trong môi trường nóng.
2.2.1.4. Tiêu hao năng lượng do tiêu hoá
Ăn để cung cấp năng lượng cho cơ thể, nhưng bản thân việc ăn lại làm cho tiêu hao năng lượng của cơ thể tăng lên. Năng lượng tiêu hao thêm là kết quả của việc chuyển hoá các sản phẩm đã được hấp thu - đó là tác dụng động lực đặc hiệu (Specific Dynamic Action: SDA) của thức ăn.
Tác dụng động lực đặc hiệu của thức ăn được tính bằng tỷ lệ phần trăm của mức tiêu hao năng lượng so với tiêu hao năng lượng trước khi ăn. Tác dụng động lực đặc hiệu của thức ăn thay đổi theo từng chất dinh dưỡng:
- Protein làm tiêu hao năng lượng tăng thêm 30% - SDA là 30.
- Lipid làm tiêu hao năng lượng tăng thêm 14% - SDA là 14.
- Carbohydrat làm tiêu hao năng lượng tăng thêm 6% - SDA là 6.
- Chế độ ăn hỗn hợp làm tiêu hao năng lượng tăng thêm 10% - SDA là 10.
2.2.2. Tiêu hao năng lượng cho phát triển cơ thể
Khi cơ thể phát triển có sự tăng chiều cao và trọng lượng, tức là tăng kích thước và số lượng tế bào. Như vậy, cơ thể phải tổng hợp được các thành phần của các chất tạo hình và dự trữ, có nghĩa là cơ thể phải sử dụng và biến đổi một phần hoá năng của thức ăn thành hoá năng của các chất tạo hình và dự trữ.
Tiêu hao năng lượng cho sự phát triển cơ thể thường gặp khi:
- Cơ thể đang trưởng thành.
- Cơ thể đang phục hồi sau ốm.
- Luyện tập thân thể.
- Bổ sung cho các mô biến đổi nhanh chóng như: Tế bào máu, niêm mạc ruột non, da...
Năng lượng tiêu hao để tăng thêm 1 gam thể trọng là 3 Kcal.
2.2.3. Tiêu hao năng lượng cho sinh sản
Trong thời kỳ mang thai và nuôi con, mức tiêu hao năng lượng của các bà mẹ tăng lên do một số lý do sau:
- Tạo và nuôi thai phát triển trong cơ thể người mẹ.
- Tăng khối lượng máu tuần hoàn, tăng khối lượng các cơ quan của mẹ, dự trữ để bài tiết sữa sau đẻ (tất cả bằng 60.000 Kcal cho một lần mang thai).
- Đẻ, tổng hợp và bài tiết sữa khi cho con bú.
2.3. Điều hoà chuyển hoá năng lượng
2.3.1. Điều hoà ở mức tế bào
Nhu cầu năng lượng trong từng tế bào luôn được điều hoà thông qua cơ chế điều hoà ngược. Yếu tố điều hoà là ADP. Khi hàm lượng ADP trong tế bào càng cao thì tốc độ phản ứng sinh năng lượng càng tăng, khi hàm lượng này giảm thì tốc độ chuyển hoá năng lượng cũng giảm. Kết quả là, trong điều kiện bình thường, hàm lượng ATP trong tế bào được duy trì ở mức nhất định, đảm bảo cho tế bào hoạt động bình thường.
2.3.2. Điều hoà ở mức cơ thể
- Cơ chế thần kinh:
+ Kích thích sợi thần kinh giao cảm gây tăng chuyển hoá năng lượng (CHNL).
+ Vùng dưới đồi là trung tâm cao cấp của hệ thần kinh thực vật, có các trung tâm điều nhiệt nên cũng ảnh hưởng tới CHNL.
- Cơ chế thể dịch:
+ Hormon tuyến giáp làm tăng oxy hoá ở các ty thể nên làm tăng CHNL.
+ Hormon tủy thượng thận làm tăng phân giải glycogen thành glucose, tăng phân giải glucose, do đó thúc đẩy sử dụng năng lượng dự trữ từ nguồn glycogen, nên làm tăng CHNL.
+ Hormon vỏ thượng thận làm tăng biến đổi protein (acid amin) thành carbohydrat, mà carbohydrat là nguồn năng lượng trực tiếp.
+ Hormon của tuyến tụy: Glucagon làm tăng phân giải glycogen ở gan thành glucose. Insulin làm tăng thiêu đốt glucose ở các tế bào. Tổng hợp tác dụng của cả hai hormon này là làm tăng sử dụng năng lượng được dự trữ dưới dạng glycogen.
+ GH của tuyến yên làm giảm quá trình thiêu đốt glucose và huy động năng lượng dự trữ dưới dạng lipid ở các mô mỡ.
+ Các hormon sinh dục: Testosteron và estrogen làm tăng đồng hoá protein, do đó làm tăng tích luỹ năng lượng (testosteron mạnh hơn estrogen). Progesteron làm tăng CHNL.
Nhờ các cơ chế điều hoà trên, bình thường năng lượng ăn vào luôn luôn bằng năng lượng tiêu hao cho tất cả các nguyên nhân.
-------
St
Comments
Post a Comment