معدل الأيض وطاقة الجسم

بشكل عام فإن ما نحتاجه من السعرات الحرارية يحتسب بواسطة معادلات عديدة ترتكز معظمها على الوزن (الكتلة بالكيلوغرام او الرطل) وعلى النشاط الرياضي الذي نتبعه. وينص المبدأ التقليدي على أن تناول كمية أقل من حاجتنا للسعرات الحرارية سيؤدي لنقصان الوزن، أما تناول عدد من السعرات يفوق ما نحتاجه سيؤدي إلى زيادة الوزن. وينطبق هذا المبدأ على غالبية الأشخاص، غير أنه قد يتقاطع مع عوامل أخرى تزيد أو تخفض من حدة زيادة او نقص الوزن بالاعتماد على نشاط الهورمونات أو على وجود حالات مرضية معينة.

وإن لمعدل الأيض الأساسي ثلاث أجزاء: الفعاليات الجسدية، معدل الأيض الإستراحي (Resting Metabolic Rate) والثابت الحراري للطعام.

إن الفعاليات الجسدية؛ سواء أكانت تمريناً مجهداً كالهرولة، أو النشاطات اليومية كالكتابة أو طي الملابس أو حتى النقر بالأنامل على المنضدة، فهي الجزء الوحيد المسيطر عليه من الأجزاء الثلاثة من معدل الأيض، وإن أكبر مستهلك للطاقة من بين جميع ما نقوم به من انشطة غالباً ما يتمثل بمعدل الأيض الإستراحي (RMR)، فهو مسؤول عمّا نسبته (60-75)% من مجمل الإستهلاك اليومي للسعرات الحرارية، أما الهضم والإمتصاص والتخزين فتدعى بالثابت الحراري، وهو أقل الأجزاء إستهلاكاً. وسيتم تناول هذه الأجزاء بشيء من التفصيل.

معدل الأيض الإستراحي

إن الجسد يحرق السعرات الحرارية ليلاً ونهاراً، حتى مع عدم فعل أي نشاط سوى النوم أو مشاهدة التلفاز. وإن أغلب إستهلاك السعرات الحرارية اليومي يتوزع على التنفس، تدوير الدم، المحافظة على حرارة الجسد، ونقل المركبات داخل وخارج الخلايا إضافة إلى بقية الفعاليات الجسدية العديدة. وتسمى بمجملها إستهلاك الطاقة الإستراحي (resting energy expenditure – REE)، وهو مقياس طبي لمعدل الأيض الإستراحي، ويعتمد على عدة أمور:-

التركيب الجسدي: إن لكتلة الجسد الصافية (بلا دهون) (Lean body mass) التأثير الأكبر على إستهلاك الطاقة الإستراحي (REE). وتشمل الماء، العظام، العضلات الهيكلية والأعضاء الأخرى كالكبد والدماغ والقلب. تمثل هذه الأعضاء معظم استهلاك الطاقة الاستراحي.
فالكبد على سبيل المثال؛ مسؤول عما يقارب (29%) من إستهلاك الطاقة الإستراحي، أما العضلات الهيكلية فتكون في حالة الراحة مسؤولة عن نسبة قليلة من الإستهلاك تقارب (18%). إن التمارين العضلية تؤدي لزيادة معدل الأيض، لكن ليس بالقدر الذي يظنه الناس عنها. فلخلق زيادة كبيرة في إستهلاك الطاقة الإستراحي، يلزم الفرد زيادة كبيرة في نسبة العضلات الهيكلية (زيادة في كتلة الجسد الصافية). وإن بناء العضلات وإدامتها سيزيد من استهلاك السعرات الحرارية أثناء الاستراحة من قبل العضلات.

وبينما تظهر بعض الدراسات زيادة في معدل الأيض الإستراحي (RMR) (أو مجمل إستهلاك الطاقة اليومي) لبرامج التدريب الهوائية (aerobic) أو تمارين المقاومة [4],[11] فالعديد من الدراسات الأخرى أظهرت عدم وجود فارق[2][6][7][8][12][13][17] ، أو أنها وجدت تأثيراً محدوداً على الذكور فقط [10].

بالإضافة إلى تَبَيُّن عدم وجود فوارق ملحوظة على معدل الأيض الإستراحي بين الأشخاص الذين يقومون بمستويات وأنواع مختلفة من التمارين الهوائية[1]. وأن الدراسات التي إقترحت زيادة في معدل الأيض الإستراحي كانت تجرى غالباً على الأفراد الكبار في السن، حيث أن تمارين المقاومة تخفف تأثير العمر في تناقص الكتلة العضلية. بالإضافة لذلك، فإن معدل الأيض الإستراحي يزيد جزئياً مع زيادة استهلاك السعرات، والذي يحدث غالباً مع زيادة التمارين.

وبشكل عام، فإن التمارين الرياضية تساهم في زيادة النشاط الأيضي واستهلاك السعرات، كما أن التمارين الهوائية تكون أكثر إستهلاكاً للسعرات من تمارين المقاومة، ومن العوامل المؤثرة أيضاً على استهلاك السعرات الحرارية:-

حجم الجسد: بشكل عام؛ كل ما زادت المساحة السطحية للجسد، كلما زاد معدل أيضه.

العمر: إن معدل إستهلاك الطاقة الإستراحي هو الأعظم في مراحل النمو كبدايات الطفولة والمراهقة. ويهبط معدل الطاقة بما نسبته (2% – 3%) لكل 10 سنوات من بدايات سن البلوغ. إن الخسارة في كتلة الجسد الصافية (LBM) المرافقة لزيادة السن غير مؤثرة عن الهبوط التام في إستهلاك الطاقة.
الجنس: إن للذكور معدل إستهلاك طاقة استراحي (REE) أكبر مما لدى الإناث لنفس السن والوزن، بسبب الاختلاف في التركيب الجسدي، فالكتلة العضلية أكبر لدى الذكور مما عند الإناث.
عوامل أخرى: إن الدورة الشهرية عند المرأة تساهم في زيادة استهلاك الطاقة عن النساء، (مفسرة بشكل جزئي زيادة الوزن المفاجئة المرافقة لسن اليأس). كذلك فإن الإصابة بالحمى أو الإرتفاع الشديد لحرارة الجسد يزيد من إستهلاك الطاقة.

إن معدل الأيض الأساسي (The basal metabolic rate – BMR) هو مقدار الطاقة المطلوبة للمحافظة على النشاطات الأيضية حينما يكون الفرد ساكناً مسترخياً في بيئة محددة الحرارة لا يرتجف فيها ولا يتعرّق، ودون أن يتناول طعاماً لمدة 12 ساعة على الأقل، وبما أن هذه الظروف صعبة التحقق، يرى العلماء حساب معدل الطاقة الإستراحي (RMR) بدلاً عنه، والذي يقاس غالباً بعد ثلاث أو أربع ساعات من تناول الطعام أو النشاط الرياضي وبمعايير أخرى أقل صرامة، لذا فإن معدل الأيض الاستراحي أعلى من معدل الأيض الأساسي.

التأثير الحراري للأطعمة (Thermic Effect of Food – TEF)

ويعرّف بأنه الزيادة الحاصلة في معدل الأيض الأساسي (BMR) نتيجة لمعالجة الطعام لغرض الإستهلاك والخزن. وهو أحد عناصر الأيض بجانب معدل الأيض الإستراحي (RMR) والأنشطة الحركية.[18]

إن إستهلاك الطعام يتطلب استهلاكاً للطاقة، فالهضم والإمتصاص والأيض وخزن الطاقة والعناصر الغذائية تستهلك ما تقارب نسبته (10%) من مجمل إستهلاك الطاقة. وإن تركيب الوجبة يحدد تأثيرها الحراري، فالوجبات الكبيرة لها تأثير حراري أكبر من الوجبات الصغيرة، وللبروتينات تأثير حراري أكبر من الكاربوهيدرات، وللأخيرة تأثير حراري أكبر من الدهون. بصيغة أخرى؛ فإن إستهلاك البروتين يستهلك سعرات حرارية أكثر من تناول الكاربوهيدرات أو الدهون.

لذا فإن زيادة محتوى البروتين في وجبة ما يستهلك بضع سعرات إضافية دون تقليل عدد السعرات الإجمالي في الوجبة، وبهذه الطريقة فإن من يستهلك 2000 سعرة يومياً سيتمكن من حرق 23 سعرة إضافية.[19]

النشاط البدني

يعتبر النشاط البدني أكثر عنصر متفاوت من عناصر إستهلاك الطاقة اليوميّ، فهو عند معظم الأشخاص مسؤول عمّا تقارب نسبته الربع من مجمل الطاقة المستهلكة، وقد يقل لما دون (10%) لمن هو طريح الفراش وقد يزيد حتى يبلغ (50%) للرياضيين أو أصحاب الأعمال المجهدة.

وبعكس المعدل الطاقة الإستراحي (RMR) الذي يتناسب مع الكتلة الصافية للجسد (LBM)، فإن إستهلاك السعرات الحرارية في التمارين الرياضية يعتمد على وزن الجسد الكلي، فمثلاً؛ إن قام شخصان أحدهما وزنه 50 كيلوغرام والآخر وزنه 100 كيلوغرام بالمشي نفس المسافة وبنفس السرعة فإن الشخص الأعلى وزناً سيستهلك ضعف عدد السعرات الحرارية من رفيقه الأقل وزناً. كما أن أخصائيي الرياضات والباحثين يقدّرون إستهلاك السعرات في التمارين الرياضية بالمكافئ الأيضي (metabolic equivalents – MET). إن المكافئ الأيضي للجلوس باسترخاء هو 1.0 MET أو تقريبا سعرة واحدة لكل كيلوغرام من الجسد لكل ساعة (1kcal/kg/hr). أخذاً بهذه القيمة تقاس بقية الأنشطة الرياضية وتتراوح حسب شدتها، فالمشي -على سبيل المثال- بمستوى الأرض وبسرعة 3 ميل\ساعة (سرعة المشي الطبيعية) له ما قيمته 3.3 MET، ومعنى ذلك ان المشي يستهلك 3.3 أضعاف الطاقة المستهلكة حين الجلوس.

كلفة الطاقة للأنشطة الحركية

كما ذكر سابقاً؛ فإن الأنشطة المختلفة لها كلف مختلفة من الإستهلاك للطاقة، فعلى سبيل المثال؛ إن لفتاة تزن 63.6 كيلوغرام إستهلاكاً يقدر بـ(63.6) حين جلوسها بإسترخاء لمدة ساعة واحدة، أما حينما تقوم بالسير بسرعة 3 أميال بالساعة لنفس المدة (والذي له مكافئ أيضي يساوي 3.3)، فإنها تستهلك عدد سعرات ما يقارب 210 سعرة (63.6 x 3.3).

الأنشطة والمكافِئات الأيضية [20] (METs)

الجلوس: 1.0

تنظيف المنزل: 3.0

المشي: 3.3

الرياضات المائية: 4.0

الهرولة (بسرعة 5 ميل\الساعة): 8.0

الأنشطة غير الرياضية

رغم أن التمارين الرياضية كالجري وكرة القدم ورفع الأثقال تحرق قدراً كبيراً من السعرات الحرارية، إلا أن ذلك لا يعني الاستهانة باستهلاك السعرات في بقية الأنشطة اليومية الإعتيادية كتعديل وضعية الجلوس، تنظيف الأسنان أو حتى النقر بالأنامل. ففي دراسة صغيرة، توصل باحثون إلى أن الأشخاص النحيفين قليلي النشاط يكونون أكثر نشاطاً لمدة 152 دقيقة يومياً مقارنة بأقرانهم البدينين قليلي النشاط أيضاً.

فالأنشطة غير الرياضية كهذه مسؤولة عن حرق ما يقارب 350 سعرة يومياً، وهي الكمية الموجودة في 3 أو 4 قطع حلوى كاملة، أما خلاصة حديث فهي: قاطع الجلوس.

حساب إستهلاك الطاقة

إن الحساب المباشر والمختبري لكمية السعرات الحرارية يتم بقياس كمية الحرارة المنبعثة من الأشخاص في غرفة صغيرة وشديدة التعقيد. وهو دقيق بما يكفي لحساب الطاقة المستهلكة داخل الغرفة فقط، لكنه ليس مقياساً لكمية السعرات المستهلكة في الحياة الطبيعية، بالإضافة لكونها طريقة مكلفة جداً.

كما يمكن حساب السعرات الحرارية عن طريق (المياه مضاعفة الوسم)؛ وهي المياه التي يتم فيها استبدال كل من الهيدروجين والأوكسجين بشكل جزئي أو كليّ لأغراض التتبع (أي أنها تم وسمها) من خلال نظير غير معتاد لهذه العناصر. يمكن حساب الأيض من الداخل من الأكسجين والخارج من ثنائي أوكسيد الكاربون، من خلال حساب نسبة الانخفاض في تركيز المياه مضاعفة الوسم، المستهلكة نتيجة التنفس، وهذه الطريقة مكلفة أيضاً.

لكن هنالك طرق غير مباشرة في حساب القدر المستهلك من السعرات الحرارية من خلال قياس كمية الأوكسجين المستهلكة ونسبة غاز ثاني أوكسيد الكاربون المنتجة في عملية التنفس.

تقدير استهلاك الطاقة

الطريقة الأبسط والأقل كلفة لتقدير السعرات المستهلكة من قبل الفرد تتم من خلال معادلات مشتقة عملياً، كل معادلة مبنية عن طريق حساب الإستهلاك لمجموعة من الأفراد. وبحسب الأدلة التحليلية من مكتبة أكاديمية التغذية والحميات (Academy of Nutrition and Dietetics) فإن معادلة (Mifflin-St. Jeor) لها الدقة الأعلى في حساب معدل الإيض الإستراحي (RMR)، وتعتمد على الوزن والطول والعمر، وهي كالتالي:

للرجال: 99.9 × الوزن + 6.25 × الإرتفاع – 4.92 × العمر + 5

للنساء: 99.9 × الوزن + 6.25 × الإرتفاع – 4.92 × العمر – 161

ولتقدير الإستهلاك اليومي الكلي للطاقة، يتم ضرب الناتج في معامل حسب معدل النشاط اليومي وهو ما بين 1.3 لقليلي النشاط جداً، إلى 1.9 لشديدي النشاط.

كما توفر بعض المواقع حساباً مباشراً لكمية هذه، كموقع (calculator.net)، الذي يوفر أيضاً مقترحات بخصوص النظام الغذائي الذي يغطي هذه الحاجة.

المصدر:

Jason R. Karp and Wayne L. Westcott “The Resting Metabolic Rate .Debate“, published at: December 2006

المصادر الواردة في المقال:

Broeder, C.E., K.A. Burrhus, L.S. Svanevik and J.H. Wilmore. The effects of aerobic fitness on resting metabolic rate. American Journal of Clinical Nutrition 55: 795-801, 1992a.
Broeder, C.E., K.A. Burrhus, L.S. Svanevik and J.H. Wilmore. The effects of either high-intensity resistance or endurance training on resting metabolic rate. American Journal of Clinical Nutrition 55: 802-810, 1992b.
Brooks, G.A., T.D. Fahey, T.P. White and K.M. Baldwin. Exercise Physiology: Human Bioenergetics and Its Applications. Mayfield: Mountain View, Calif., 2000.
Dolezal, B.A., and J.A. Potteiger. Concurrent resistance and endurance training influence basal metabolic rate in nondieting individuals. Journal of Applied Physiology 85(2): 695-700, 1998.
Donnelly, J.E., J.M. Jakicic, N. Pronk, B.K. Smith, E.P. Kirk, D.J. Jacobsen and R. Washburn. Is resistance training effective for weight management? Evidence-Based Preventive Medicine 1(1): 21-29, 2003.
Frey-Hewitt, B., K.M. Vranizan, D.M. Dreon and P.D. Wood. The effect of weight loss by dieting or exercise on resting metabolic rate in overweight men. International Journal of Obesity 14(4): 327-334, 1990.
Geliebter, A., M.M. Maher, L. Gerace, B. Gutin, S.B. Heymsfield and S.A. Hashim. Effects of strength or aerobic training on body composition, resting metabolic rate, and peak oxygen consumption in obese dieting subjects. American Journal of Clinical Nutrition 66: 557-563, 1997.
Kraemer, W.J., J.S. Volek, K.L. Clark, S.E. Gordon, S.M. Puhl, L.P. Koziris, J.M. McBride, N.T. Triplett-McBride, M. Putukian, R.U. Newton, K. Hakkinen, J.A. Bush and W.J. Sebastianelli. Influence of exercise training on physiological and performance changes with weight loss in men. Medicine and Science in Sports and Exercise 31(9): 1320-1329, 1999.
Laforgia, J., R.T. Withers, N.J. Shipp and C.J. Gore. Comparison of energy expenditure elevations after submaximal and supramaximal running. Journal of Applied Physiology 82(2): 661-666, 1997.
Lemmer, J.T., F.M. Ivey, A.S. Ryan, G.F. Martel, D.E. Hurlbut, J.E. Metter, J.L. Fozard, J.L. Fleg and B.F. Hurley. Effect of strength training on resting metabolic rate and physical activity: Age and gender comparisons. Medicine and Science in Sports and Exercise 33(4): 532-541, 2001.
Poehlman, E.T., and E. Danforth Jr. Endurance training increases metabolic rate and norepinephrine appearance rate in older individuals. American Journal of Physiology Endocrinology and Metabolism261: E233-E239, 1991.
Poehlman, E.T., W.F. Denino, T. Beckett, K.A. Kinaman, I.J. Dionne, R. Dvorak and P.A. Ades. Effects of endurance and resistance training on total daily energy expenditure in young women: A controlled randomized trial. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism 87(3): 1004-1009, 2002.
Taaffe, D.R., L. Pruitt, J. Reim, G. Butterfield and R. Marcus. Effect of sustained resistance training on basal metabolic rate in older women. Journal of the American Geriatrics Society 43(5): 465-471, 1995.
Treuth, M.S., G.R. Hunter and M. Williams. Effects of exercise intensity on 24-hour energy expenditure and substrate oxidation. Medicine and Science in Sports and Exercise 28(9): 1138-1143, 1996.
Volek, J.S., J.L. Van Heest and C.E. Forsythe. Diet and exercise for weight loss: A review of current issues. Sports Medicine 35(1): 1-9, 2005.
Weinsier, R.L., Y. Schutz and D. Bracco. Reexamination of the relationship of resting metabolic rate to fat-free mass and to the metabolically active components of fat-free mass in humans. American Journal of Clinical Nutrition 55: 790-794.
Wilmore, J.H., P.R. Stanforth, L.A. Hudspeth, J. Gagnon, E.W. Daw, A.S. Leon, D.C. Rao, J.S. Skinner and C. Bouchard. Alterations in resting metabolic rate as a consequence of 20 weeks of endurance training: The HERITAGE Family Study. American Journal of Clinical Nutrition 68: 66-71, 1998.
Denzer, CM; JC Young (September 2003). “The effect of resistance exercise on the thermic effect of food“. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism.