U prva četiri dijela bloga prodiskutirana je i zaokružena tema važnosti hrane kao izvora energije za naš metabolizam na staničnoj razini te kemija tri energetska sustava koji nas pokreću. Preostaje razjasniti koliko energije zapravo sadržava hrana i kako se ona izražava i računa?
Hrana koju jedemo sadrži potencijalnu energiju, energiju koja je uskladištena u fizičkim sustavima i može se pretvoriti/iskoristiti kao rad iliti kinetička energija. Kao što je spomenuto u prethodnim blogovima, kemijske veze u našoj hrani velik su izvor potencijalne energije.
Kad se probavom te veze razbiju, možemo tu energiju transferirati u proizvodnju ATP-a i posljedično dobiti mogućnost za izvršavanje rada našeg metabolizma i našeg kretanja.
Kako se energija mjeri i izražava?
U fizici standardna jedinica potencijalne energije jest Joule (J) – mjerna jedinica iz SI sustava za rad (W), energiju (E) i toplinu (Q). Definira se kao rad obavljen (energija utrošena) djelovanjem sile od jednog newtona (1N = 1/9.81 kg) na putu duljine jednog metra.
Unatoč standardima u fizici, u nutricionizmu se kao standardna mjerna jedinica tradicionalno koristi – kalorija. Kalorija je mjerna jedinica za energiju. Određena je kao toplina potrebna da se jedan gram vode pri tlaku od jedne atmosfere (p = 101325 Pa =1 atm) ugrije za 1 °C.
Termokemijska kalorija iznosi 1 cal = 4,184 J. Zbog energetskih vrijednosti nutrijenata, najčešće se na deklaracijama prehrambenih proizvoda, a i u izračunima kao mjerna jedinica koriste “velike” ili kilokalorije, KCal, 1000x veća mjerna jedinica od kalorije. U dijelu literature se kcal navodi velikim početnim slovom Cal.
Kao primjer, obrok od 700 kcal iliti 700 Cal sadrži 2928800 Joulea (2928.8 kJ) potencijalne energije:
Zašto se baš kalorije koriste u izračunima vezanima uz nutrijente i nutricionizam?
Zapravo, znanstvenici mjere energiju prehrambenim namirnicama spaljivanjem hrane u kalorimetrima (uređaj nalik na hermetički zatvorenu pećnicu). Električna energija zapali hranu i kako ona izgara zagrijava zrak u komori kalorimetra koji se tad prema zakonima fizike širi u cijev koja je spojena s posudom s vodom izvan komore.
Promjena u temperaturi vode znanstvenicima daje vrijednost u cal/kcal hrane koja je spaljena, prema definiciji kalorije.
Količina energije koju hrana sadrži direktno rezultira s promjenom temperature vode i sa znanstvenog stajališta ispravno je koristiti jedinicu kalorija u nutricionizmu. Standardni kalorimetar za određivanje energetske vrijednosti hrane izgleda ovako:
Različiti nutrijenti i tvari oslobađaju različite količine topline. Nekoliko primjera koliku energiju sadrže neke od često korištenih namirnica/tvari određenih kalorimetrom:
- 1 gram masti: 9.44 kcal
- 1 gram škroba: 4.18 kcal
- 1 gram glukoze: 3.94 kcal
- 1 gram proteina: 5.65 kcal
- 1 gram alkohola: 7.09 kcal
Uvriježena je teorija da tri makronutrijenta proteini, ugljikohidrati i masti oslobađaju redom 4, 4 i 9 kcal po gramu, taj podatak donekle stoji za ljudsko tijelo.
Gore navedene vrijednosti su znanstveni podaci dobiveni eksperimentalnim mjerenjima u kalorimetru, naše tijelo ne funkcionira poput znanstvenog stroja, puno je sofisticiranije i kompleksnije, kao uostalom i svi biološki sustavi. Mnogi faktori utječu na probavu, apsorpciju i korištenje nutrijenata.
Dio energije se također gubi prilikom izlučivanja produkata probave. Dio potencijalne energije sadržane u kemijskim vezama proteina se može izgubiti prilikom procesa deaminacije i izlučivanja produkata.
Dakle, dio energije ostaje zarobljen u dušičnim vezama proteina (aminokiselina) i biva izbačen iz organizma uriniranjem.
Na slici je prikazana struktura molekule aminokiseline iz koje se većina energije kemijskim procesima pretvara u kemijske specije koje nakon probave konzumirane hrane sudjeluju u energetskim procesima (glukoza, acetil CoA i ketoni), ali dio energije ostaje vezan u kemijskim vezama unutar amino funkcionalne skupine.
Metabolizmom amino skupina prelazi u kemijski spoj amonijak odnosno kasnije u ureu u kojem obliku biva eliminiran iz našeg organizma. To je jedan od razloga zašto se okvirno računa da proteini oslobađaju okvirno 4 kcal po gramu, a ne eksperimentalno određenih 5.65 kcal.
Iz ovog primjera vidimo kako može doći do određenog gubitka energije, ali sveukupno gledajući naše tijelo je fenomenalan i fascinantan stroj.
Vrlo veliki dio energije koji je unesen u organizam biva sačuvan i transferiran u proizvodnju ATP-a, brojka iznosi preko 90%. Niti jedan motor niti sofisticirani stroj izumljen do današnjeg dana nema niti blizu toliko iskorištenje goriva kao što radi naše tijelo. Za usporedbu, najefikasniji automobili imaju iskorištenje goriva u svojim motorima na tridesetak posto!
Faktori koji utječu na energetsku vrijednost nutrijenata
Osim navedenih bioloških faktora navedenih u ovom blogu, puno je vanjskih faktora koji mogu dovesti do pogrešnih podataka i izračuna energetskih vrijednosti nutrijenata. Iako je većina namirnica znanstveno analizirana, teško je vjerovati da je baš svaka od njih spaljena u kalorimetru i da se izračunala prava vrijednost oslobođene energije.
Većina vrijednosti koje čitamo na deklaracijama su aproksimacije. Na primjer, otporna vlakna i složeni ugljikohidrati sigurno u organizmu ne oslobađaju energiju koju oslobode spaljivanjem u kalorimetru. Neke vrijednosti na deklaracijama su zastarjele i neprecizne, ovisno o znanstvenoj metodi kojom su dobivene.
Proizvodi variraju među sobom u sastavu. Nemoguće je definirati svaku pošiljku nekog prirodnog izvora hrane, međusobno se biološki razlikuju i nemaju identičnu nutritivnu sliku.
Također, uvjeti u okolišu u kojem je biljka/životinja rasla ili se uzgajala su dinamični, mijenjaju se i utjecat će na nutrijente i energiju koju oni sadrže. Vrlo je upitno čime su životinje hranjene, koliko je namirnica dugo uskladištena i je li došla na stol odmah ili za koji dan.
Sve su to faktori koji kombinirano utječu na nutrijente i energiju uskladištenu u njima, i uzevši sve navedeno u obzir – namirnice mogu odstupati do 25% u realnosti naspram onog što stoji na deklaraciji navedenog proizvoda.
Istraživanja su također pokazala kako neka zamrznuta hrana sadrži do 8% više kalorija od napisanog na deklaraciji, a u restoranima hrana zbog načina pripremanja zna odstupati do 18% od vrijednosti koje su navedene u meniju.
Zaključak
Izvan laboratorija, mi ne možemo znati koliko kalorija i nutrijenata smo apsorbirali, iskoristili i/ili izbacili iz organizma. Ne znamo točan nutritivni i energetski sastav naše hrane te koliko smo energije potrošili kroz metabolizam i kretanje.
Računanje kalorija je vremenski dugotrajno i može biti iznimno neprecizno stoga striktno i pedantno brojanje kalorija iz puno razloga nije najsretnije rješenje i strategija kod slaganja nutricionističkih planova i jelovnika.
Iako znamo koliko kalorija unosimo u tijelo (bar mislimo da znamo prema specifikacijama proizvoda), vrlo je teško odrediti koliko kalorija ćemo apsorbirati i iskoristiti prije svega jer dio energije sigurno gubimo u procesu probave.
Uz sve navedeno, i zdravlje i funkcija našeg probavnog trakta, uključujući bakterije u njemu, može utjecati na količinu apsorbirane energije iz hrane.
Uzevši sve navedeno u obzir, kad govorimo o konzumaciji hrane, zbilja nema potrebe komplicirati. Keep it simple, smislenije od brojanja kalorija/grama/zalogaja definitivno je fokusirati se na osnove:
- da li jedemo dovoljno neprerađene hrane (voća, povrća, grahorica, mesa , ribe, morskih i orašastih plodova) i time ispunjavamo naše osnovne potrebe za makro i mikro nutrijentima?
- da li pijemo dovoljno vode i da li smo izbacili zašećerene sokove i napitke iz naših kuhinja?
- da li jedemo prebrzo, u hodu i/ili nesvjesno?
- da li koristimo hranu da se obračunamo sa vlastitim negativnim mislima i emocijama?
- Hrana je bitna i esencijalna za naše živote, ali nikad ne smije postati preokupacija, uživajte i budite prisutni u svakom zalogaju i obroku.
Reference
- Berardi J. et al. The Essentials of Sport and Exercise Nutrition Third edition, Published by Precision nutrition; 2018
- Axen K, Axen KV. Illustrated Principles of Exercise Physiology. 1st ed. NJ: Prentice Hall; 2001.
- Baechle TR, Earle RW. Essentials of Strength Training and Conditioning. 2nd ed. National Strength Training Association. Human Kinetics, 2000
- Borer KT, Exercise endocrinology, 2nd ed. Human kinetics, 2003.
- Flatt JP. The biochemistry of energy expenditure, In Bray GA (ed.) Recent Advances in Obesity Research. London: Newman; 1978:211
- Groff JL, Gropper SS. Advanced Nutrition and Human Metabolism, 3rd ed. Delmar publishers, Inc.; 1999.
