Probava i metabolizam
Anatomija probavnog sustava
Probavni sustav čovjeka sastoji se od:
- usne šupljine
- ždrijela i jednjaka
- želuca
- tankog crijeva
- debelog crijeva
U usnoj šupljini se zubima usitnjava hrana, a jezikom osjeća okus hrane. Žlijezde slinovnice dnevno luče oko 1-1,5 l sline čiji je glavni sastojak mukozni sekret koji podmazuje zalogaj koji tada lakše prolazi kroz ždrijelo i jednjak. Također se luči i enzim amilaza (ptijalin) pa počinje razgradnja škroba na jednostavnije šećere. Hrana dalje prolazi kroz ždrijelo i jednjak koji služe samo za transport i odlazi u želudac.
Želudac je pokriven nabranom sluznicom koja se rasteže kada hrana i tekućina dospiju u želudac. U sluznici želuca nalaze se žlijezde koje luče pepsinogen, želučanu kiselinu (HCl, solna kiselina) i zaštitnu sluz. Želučana kiselina prevodi pepsinogen u aktivni enzim pepsin, koji bjelančevine hidrolizira u peptone. Želučana kiselina ima zaštitnu ulogu jer visoka kiselost uništava mikroorganizme. Lipaza se u želucu luči malo i ne djeluje. Tanko crijevo dugo je 5-7 m, a prvi dio u kojem se odvija najveći dio probave zove se dvanaesnik (duodenum). Dnevno se u tankome crijevu stvori 2-3 l probavnog soka koji sadrži enzime i bikarbonate koji stvaraju lužnati medij pogodan za djelovanje enzima. U duodenumu se luči žuč (iz jetre) i sok gušterače koji s crijevnim sokom obavljaju probavu. Debelo crijevo dugo je 1,3 m, a sluznica nema resica. U debelom crijevu nema probave, događa se samo apsorpcija vode i nekih elektrolita. Njegova sluznica luči sluz koja štiti sluznicu od kemijskih i mehaničkih oštećenja i olakšava kretanje i lučenje fecesa (izmeta).
Kemijski i mehanički procesi probave
Probava (digestija) je niz reakcija mehaničkog i kemijskog karaktera koji pripremaju hranu do oblika koji se može apsorbirati iz probavnog trakta u krv. Kemijski i mehanički procesi su neophodni da bi se hranjive tvari razgradile u jednostavne spojeve, koje sluznica probavnoga trakta može resorbirati.
Od mehaničkih procesa važni su žvakanje, gutanje, probava u želucu te probava i apsorpcija u tankom crijevu. Žvakanje je usitnjavanje, drobljenje i mljevenje. To je proces mehaničke probave, naročito važan za namirnice bogate vlaknima, kao voće i povrće, čije stjenke treba pokidati kako bi organizam mogao iskoristiti hranu. Gutanje je potiskivanje zalogaja kroz ždrijelo i jednjak pri čemu je potreban oprez da hrana ne uđe u dišne putove. U želucu se hrana dugo zadržava, nastaje gusta kaša kao posljedica miješanja hrane sa želučanim sokom. Masna se hrana u želucu zadržava najduže pa dugo stvara osjećaj sitosti. Mlijeko se zadržava u želucu oko 1,5 sat; kruh, teletina, voće i povrće oko 2-3 sata; svinjetina oko 4, 5 sata, a vrhnje 5 sati. Hrana se, zatim, prebacuje u dvanaesnik i to najbrže hrana bogata ugljikohidratima. U tankom crijevu se odvijaju glavni procesi: miješanje probavnog sadržaja sa žuči, sokom gušterače i crijevnim sokom. U tankom je crijevu važna peristaltika – mišićna aktivnost koja vrlo sporo potiskuje sadržaj prema debelom crijevu. Put kroz tanko crijevo traje 8 – 10 sati. Neapsorbirani dio sadržaja potisne se u debelo crijevo.
Kemijske procese kataliziraju probavni enzimi koji se stvaraju u žlijezdama cijeloga probavnog trakta. Enzimi potiču i ubrzavaju probavne procese, ali ne postaju dio kemijskih reakcija, ne mijenjaju se (biokatalizatori). Za probavu hrane važne su tri skupine enzima:
- proteolitički (cijepaju bjelančevine na jednostavnije spojeve, peptide i zatim na aminokiseline )
- amilolitički (cijepaju škrob u maltozu, a disaharide na glukozu, fruktozu i galaktozu)
- lipolitički (cijepaju masti na glicerol i masne kiseline).
Jednostavni spojevi, nastali iz složenijih djelovanjem tih triju skupina enzima, apsorbiraju se kroz sluznicu resica tankoga crijeva u krvne i limfne kapilare i dalje u portalni krvni sustav , odnosno u limfni sustav.
Više o kemijskim i mehaničkim procesima probave možete saznati na poveznici:
URL: https://www.youtube.com/watch?v=LWfXeCVp7Wk
Metabolizam
Pod pojmom metabolizma podrazumijevaju se sve reakcije pretvorbe hranjivih tvari, apsorbiranih u krv, u sastavne dijelove tijela ili energiju. Nakon što se makronutrijenti u probavnom traktu razgrade na jednostavne spojeve ( monosaharide, aminokiseline, glicerol i masne kiseline) apsorbiraju se kroz stjenke tankog crijeva u krv koja ih cirkulacijom raznosi po tijelu u svaku stanicu. Masti i u njima topljivi vitamini idu direktno u stanice, a svi ostali idu portalnom venom u jetru gdje se pretvaraju u određene oblike, ovisno o potrebama organizma.
Reakcije metabolizma dijele se na dvije osnovne skupine: kataboličke reakcije ( katabolizam) i anaboličke reakcije ( anabolizam). Katabolizam je skup reakcija u kojima se složene molekule (monosaharidi, aminokiseline, glicerol i masne kiseline) razgrađuju do jednostavnih spojeva pri čemu se stvara energija. Anabolizam čini skup reakcija u kojima organizam iz jednostavnih molekula stvara složene molekule potrebne organizmu. U tim reakcijama energija se troši. Svaka reakcija u metabolizmu katalizirana je i regulirana specifičnim enzimima.
Reakcije razgradnje hrane i hranjivih tvari odvijaju se u tri stupnja. U prvom se stupnju polimerne makromolekule razgrađuju do jednostavnijih molekula (monomera) u procesima probave koje se zatim apsorbiraju u krvotok i ulaze u tjelesne stanice. U stanicama se monomerne jedinice razgrađuju do središnjeg spoja metabolizma acetil- koenzima A (acetil-CoA),određenim metaboličkim putovima, što predstavlja drugi stupanj razgradnje. Razgradnja se vrši u anaerobnim uvjetima. U trećem stupnju tzv. citratnom ciklusu ( ciklus limunske kiseline ili Krebsov ciklus), u nizu reakcija nastaju CO2 i H2O kao konačni produkti te se stvara energija u obliku energetski bogatog spoja ATP-a ( adenozin-trifosfat) koja je potrebna u anaboličkim reakcijama. Za ovaj stupanj reakcija potreban je kisik kojim se organizam opskrbljuje disanjem. Istovremeno s reakcijama razgradnje molekula, odvijaju se i reakcije biosinteze makromolekula (anabolizam). Metabolički putevi u organizmu su složeni, odvijaju se kroz niz biokemijskih procesa kao što su glikoliza, citratni ciklus i oksidacijska fosforilacija, ciklus uree i razgradnja ugljikovih okosnica, beta-oksidacija masnih kiselina i dr.
Energetske potrebe organizma
Potrebe za energijom
Energiju, koja je organizmu potrebna za rad organa, održavanje stalne tjelesne temperature i za obavljanje tjelesne aktivnosti, organizam dobiva iz hrane, pri čemu se jedan oblik energije pretvara u drugi oblik. Tako je mehanička energija potrebna za kontrakciju mišića, toplinska za održavanje tjelesne temperature, električna za rad mozga i živaca i dr. Energetske potrebe organizma izražavaju se u kilokalorijama (kcal) i kilodžulima ( kJ). Faktor pretvorbe je:
Energetske potrebe organizma moraju biti usklađene s energetskom potrošnjom, u protivnom dolazi do poremećaja energetske ravnoteže organizma. Ako je potrošnja energije veća od unosa energije putem hrane, javlja se pothranjenost, a ako je potrošnja energije u organizmu manja nego što je unos energije hranom dolazi do prekomjerne tjelesne težine i pretilosti. Oba stanja su nepovoljna i narušavaju zdravlje organizma, tako da prehrana treba biti usklađena s energetskim potrebama organizma.
Energetske potrebe čovjeka (potrebna količina energije) ovise o slijedećim faktorima:
- osnovnom ili bazalnom metabolizmu
- energetskoj potrošnji pri radu
- specifičnom dinamičkom djelovanju hrane
- utjecaju ostalih čimbenika
Energija bazalnog metabolizma
Energija bazalnog metabolizma (EBM) je energija koja je organizmu potrebna za rad organa i održavanje stalne tjelesne temperature. Ovisna je o tjelesnoj težini, dobi i spolu. Intenzitet metabolizma veći je u mladosti nego u zreloj dobi, a u starosti najmanji. Također je veći kod muškaraca nego kod žena. EBM se mjeri 14 sati nakon uzimanja posljednjeg obroka, 5 minuta nakon buđenja, u opuštenom stanju (Mandić, 2007.). Metoda mjerenja je direktna kalorimetrija koja mjeri količinu proizvedene topline u specijalnim kalorimetrijskim komorama u koje osoba uđe. Izračunava se formulama, najčešće Harris-Benedictovom formulom:
Često se koristi jednostavnija formula (Brokina formula):
Energija potrebna za rad
Dnevne energetske potrebe ovise o intenzitetu tjelesne aktivnosti tj. potrošnji energije kod obavljanja rada, ali i tijekom slobodnog vremena (oblačenje, čitanje, pranje, kuhanje i dr.). Energija potrebna za rad kreće se od 1,5 kcal do 20 kcal po kg u jednom satu. Kod izračuna dnevnih energetskih potreba treba uzeti u obzir i intenzitet tjelesne aktivnosti. Za točan izračun koriste se tablice potrošnje energije za pojedinu vrstu tjelesne aktivnosti ovisno o vremenu trajanja aktivnosti. Za jednostavniji izračun koristi se formula:
Potrošnja energije kod određene tjelesne aktivnosti može se izračunati i preko kalkulatora na internetskim stranicama, npr.:
URL: https://www.fitness.com.hr/fit/kalkulatori/kalkulator-potrosnje-kalorija.aspx
Specifično dinamičko djelovanje hrane
Specifično dinamičko djelovanje hrane (eng. specific dynamic action –SDA) ili termički efekt hrane je energija koja je potrebna organizmu za probavljanje hrane i apsorpciju hranjivih sastojaka. Najviše energije za probavu trebaju bjelančevine (30% povećavaju energetske potrebe), zatim ugljikohidrati (6% povećavaju energetske potrebe), a najmanje masti (4%). Prosječna uravnotežena prehrana povećava energetske potrebe za 10% pa to treba uzeti u obzir kod izračuna dnevnih energetskih potreba.
Utjecaj ostalih čimbenika na energetske potrebe
Na energetske potrebe, osim navedenog, utječe i dob, klima, genetski faktori, hormonski status, trudnoća i laktacija, farmakološki agensi, bolesti i dr.
Što se tiče dobi, kod dojenčeta se energetske potrebe određuju prema količini posisanog mlijeka. Kasnije se potrebe s godinama povećavaju. Poslije 10. godine počinje i razlikovanje po spolu. Između 40.–59. godine potrebe se smanjuju za 5% po dekadi, a poslije se za svaku dekadu umanjuju za još 10%.
Kao prosječna godišnja temperatura uzima se 10 °C pa se za svakih 10 °C ispod godišnjeg prosjeka potrebe povećavaju za 5%, a za svakih 10 °C iznad, potrebe se smanjuju za 5% .
Genetski faktor je često razlog da osobe iste starosti i spola, približno iste tjelesne mase i aktivnosti, imaju različite dnevne energetske potrebe (razlike do 10%). Hormonski status često utječe na povećanje ili smanjenje energetskih potreba npr.
kod hipotireoze ( smanjeno lučenje hormona štitnjače- tiroksina) EBM može biti manja za 50%, a kod hipertireoze ( pojačanog lučenja tiroksina) veća za 100% što znatno utječe na dnevne energetske potrebe. U slučaju bolesti, dnevne energetske potrebe povećavaju se za 10%. Kod djece u doba rasta i razvoja, dnevne energetske potrebe uvećavaju se za energiju potrebnu za optimalan rast i razvoj, što iznosi oko 35% ukupnih dnevnih energetskih potreba kod dojenčeta te kasnije pada na 3% i tako ostaje do kasne adolescencije.
Procjena stanja uhranjenosti
Već je rečeno, da energetske potrebe organizma trebaju biti usklađene senergetskom potrošnjom. U protivnom dolazi do poremećaja energetske ravnoteže. Jedan od pokazatelja uspostavljene ravnoteže je i održavanje stalne i odgovarajuće tjelesne mase.
Ako je energetski unos veći od potrošnje energije dolazi do pretilosti koja je danas jedan od najvećih globalnih javnozdravstvenih problema i već poprima razmjere epidemije. Problem je što je sve više djece pretilo, te izrastaju u pretile odrasle osobe s lošim prehrambenim navikama i sjedilačkim načinom života. Pretilost je podloga za razvoj kroničnih nezaraznih bolesti kao što su bolesti srca i krvnih žila, šećerna bolest tipa 2, respiratorne bolesti, bolesti lokomotornog sustava, a povezuje se i s pojavom mnogih karcinoma.
Najčešća metoda za procjenu stanja uhranjenosti odraslih je izračunavanje indeksa tjelesne mase ( ITM, BMI-body mass index):
Za procjenu stanja uhranjenosti koriste se i druge mjere kao što su opseg struka, opseg bokova, omjer bokova i struka i debljina kožnih nabora. Često se za procjenu vrše mjerenja posebnim vagama na principu bioelektrične impedancije (BIA).
PRIMJER IZRAČUNA:
Pomoću indeksa tjelesne mase potrebno je procijeniti stanje uhranjenosti odrasle osobe visoke 182 cm , tjelesne mase 95 kg.
Osoba ima prekomjernu tjelesnu težinu i zdravlje bi moglo biti ugroženo.
Napomena: za izračun se često koriste već programirani kalkulatori koji se mogu naći na internetskim stranicama:
URL: https://www.centarzdravlja.hr/alati/bmi-kalkulator/
Izračunavanje dnevnih energetskih potreba
Dnevne energetske potrebe izračunavaju se okvirno tako da se izračuna energija bazalnog metabolizma (EBM) prema Brokinoj formuli, zatim se uzme u izračun faktor tjelesne aktivnosti i k tome se pribroji specifično dinamičko djelovanje hrane (uvećanje energetskih potreba za 10 %). Ako osoba ima prekomjernu tjelesnu težinu ili pretilost, dnevne energetske potrebe treba umanjiti za 250-500 kcal radi redukcije tjelesne težine. Ako se radi o pothranjenoj osobi, izračunatim dnevnim energetskim potrebama treba dodati 250-500 kcal.
PRIMJER IZRAČUNA:
Potrebno je izračunati dnevne energetske potrebe osobe visoke 182 cm, tjelesne težine 95 kg koja ima umjeren intenzitet tjelesne aktivnosti (u obzir treba uzeti i stanje uhranjenosti osobe).
S obzirom na to da se radi o osobi prekomjerne tjelesne težine (na osnovu izračunatog indeksa tjelesne mase), od izračunatih dnevnih energetskih potreba treba oduzeti 250-500 kcal.
Dnevne energetske potrebe: 3050-3300 kcal.
ZADATAK:
Napomena: za izračun se često koriste već programirani kalkulatori koji se mogu naći na internetskim stranicama:
URL: https://www.centarzdravlja.hr/alati/dnevni-unos-kalorija/
Energetska i nutritivna vrijednost hrane
Energetska i nutritivna vrijednost hrane
Energetska vrijednost hrane je količina topline koju oslobađaju njeni sastavni
dijelovi prilikom sagorijevanja u kalorimetrijskim aparatima (kalorimetrijska bomba), odnosno u organizmu. Tako određena energija predstavlja ukupnu kemijsku energiju u hrani. Energetska vrijednost hrane izražava se u kilokalorijama (kcal) i kilodžulima (kJ) isto kao i energetske potrebe. Jedna kilokalorija je energija potrebna da se 1 litra vode zagrije za 1°C. Jedna kilokalorija odgovara količini rada koju treba utrošiti da se 1 kg podigne na visinu od 1 metra. Prihvaćeni faktor pretvorbe jedinica je:
Glavni izvori energije u organizmu su ugljikohidrati, masti i bjelančevine i njihovom metaboličkom razgradnjom dobiva se određena količina energije u organizmu. Energetski bogata hrana daje mnogo kalorija, dok niskokalorična hrana nije dobar izvor energije. Također treba znati da ukupna kemijska energija u hrani ( određena spaljivanjem u kalorimetrijskoj bombi) nije u potpunosti raspoloživa jer se svi hranjivi sastojci u potpunosti ne apsorbiraju u probavnom traktu, a i bjelančevine sadržane u hrani ne sagorijevaju u organizmu u potpunosti. Zato se za izračunavanje energetske vrijednosti hrane koriste sljedeći pretvorbeni faktori :
Energetska vrijednost hrane odgovara sumi energije koju daju ugljikohidrati, masti i bjelančevine koje se nalaze u hrani. Valja imati na umu da i etanol, kao sastojak u nekim namirnicama, također oslobađa znatnu količinu energije pa i to treba uzeti u obzir kod planiranja prehrane. 1 gram etanola daje 7 kcal energije.
Pod pojmom nutritivne (prehrambene) vrijednosti hrane podrazumijevaju se vrste i količine svih sastojaka u hrani koje utječu na sve funkcije u živom organizmu i samim time na zdravlje. Već je spomenuto da nutrijenti u hrani, osim što su važni za
dobivanje energije, važni su za izgradnju organizma te zaštitu od infekcija i bolesti. Nutritivno bogata hrana sadrži više vitamina, minerala, prehrambenih vlakana, fitokemikalija, polifenola i dr. , a manje jednostavnih šećera , tzv. „praznih kalorija“. Kod planiranja prehrane, važno je u jelovnik uvrstiti čim više nutritivno bogate hrane.
Izračun energetske vrijednosti hrane
Kod izračuna energetske vrijednosti hrane treba u obzir uzeti količinu svih sastojaka u hrani koji daju energiju (ugljikohidrati, masti, bjelančevine i etanol, ako hrana sadrži) i pretvorbene faktore za pojedine energetske tvari. Za preračunavanje energetske vrijednosti namirnica te jela i pića, iz njihova kemijskog sastava ili sirovina upotrijebljenih za njihovu pripremu koriste se zaokružene vrijednosti, a iskazuju se zbrojem energetske vrijednosti svih energetskih sastojaka u 100 g namirnice.
Do podataka o sastavu hrane može se doći na više načina. Jedan od načina je upotreba prehrambenih tablica npr. Kaić-Rak, A., Antonić, K., Tablice o sastavu namirnica i pića, Zavod za zaštitu zdravlja SR Hrvatske, Zagreb, 1990. Drugi način na koji se dolazi do podataka o sastavu hrane i energetskoj vrijednosti su deklaracije na samim proizvodima.
Tablice sastava hrane i energetskih vrijednosti dostupne su i na internetu pa se danas često koriste kod izračuna.
URL:http://tomislavgustin.com/tablica-kalorijske-i-nutritivne-vrijednosti-namirnica/
Najbrži način izračuna je korištenjem aplikacija za izračun na pametnim telefonima te korištenje kalkulatora za izračun na internetu, npr.:
URL: https://www.fitness.com.hr/fit/kalkulatori/Kalorijska-vrijednost-obroka.aspx
PRIMJER IZRAČUNA:
Potrebno je izračunati energetsku vrijednost crnog pšeničnog kruha koji u 100 g sadrži 48 g ugljikohidrata, 8,5 g bjelančevina i 1 g masti. Koliko energije se oslobađa u organizmu konzumacijom 30 g tog kruha ?
ZADATAK: Izračunaj energetsku vrijednost kiselog vrhnja ( 10% m.m.) koje u 100 g sadrži 4 g ugljikohidrata, 3 g bjelančevina i 10,5 g
masti. Koliko energije se oslobađa u organizmu konzumacijom 180 g kiselog vrhnja?
PRIMJERI PITANJA ZA PONAVLJANJE I PROVJERU ZNANJA
- Nabroji dijelove probavnog sustava i objasni mehaničke i kemijske procese u svakom dijelu!
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
- Za probavu hrane važne su tri skupine enzima:
a)______________________________________________________
b)______________________________________________________
c)______________________________________________________
- Anabolizam je skup reakcija u kojima se složene molekule ( monosaharidi,
aminokiseline, glicerol i masne kiseline ) razgrađuju do jednostavnih spojeva pri čemu se stvara energija:
TOČNO NETOČNO
- Navedi faktore o kojima ovise energetske potrebe organizma:
a)_______________________________________________________________
b)_______________________________________________________________
c)_______________________________________________________________
d)_______________________________________________________________
- Dopuni rečenice:
a)energija potrebna za rad organa i održavanje stalne tjelesne temperature
zove se _________________________________________________________________
b)energija potrebna za probavljanje hrane zove se ____________________________
___________________________________________________________________________________
c)kao prosječna godišnja temperatura uzima se 10° C pa se za svakih 10 °C
ispod godišnjeg prosjeka energetske potrebe povećavaju za___________%
d)energetske potrebe muškaraca su ______________ od energetskih potreba žena.
- Objasni pojam energetske ravnoteže u organizmu!
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
- Objasni što je indeks tjelesne mase ( ITM) i kako se određuje!
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
- Količina topline koju oslobađaju sastavni dijelovi hrane prilikom sagorijevanja
u kalorimetrijskim aparatima ( kalorimetrijska bomba) odnosno u organizmu
predstavlja __________________________________________________________ .
- Energetska vrijednost hrane iznosi 150 kcal. Izračunaj energetsku vrijednost u kJ!
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
- Najviše energije u organizmu daju bjelančevine, a najmanje masti:
TOČNO NETOČNO
- Etanol je sastojak nekih namirnica koji nema energetsku vrijednost:
TOČNO NETOČNO
- Za svoju probavu, najviše energije trebaju bjelančevine:
TOČNO NETOČNO
- Pojmovima s lijeve strane pridruži pojmove s desne strane:
ptijalin tanko crijevo
žuč želudac
pepsin katabolizam i anabolizam
Harris-Benedictova formula jetra
duodenum usta
metabolizam bazalni metabolizam
KAKO LAKŠE UČITI!
Nacrtaj umnu mapu probavnog sustava i metabolizma!