(2) Päivittäisen energiankulutuksen osatekijät

1. Energia, Energy

Sisältö kpl 2.

Tässä selvitellään mitä on EE, BEE, REE, SEE, BMR, DIT, PAl, PAEE, FM, FFM, MJ, kJ 

http://www.slv.se/upload/NNR5/NNR%202012%20Energy.pdf

2. Päivittäisen energiankulutuksen osatekijät, Components of daily energy expenditure (EE)

2.1. Energian tarpeen määrittelyt, Definitions of energy requirement

2.2. Perusenergiantarve, Basal energy expenditure (BEE)

2.3. Ravinnon aiheuttama lämmönkehitys, Diet-induced thermogenesis (DIT)

2.4. Fyysinen aktiviteetti, Physical activity (PAL)

2.Päivittäisen energiankulutuksen osatekijät

 Components of daily energy expenditure (EE)

2.1. Energiantarpeen määrittely, Definitions of energy requirement

Perusperiaatteena energiantarpeen viitearvojen määrittelyssä on energiatasapaino, sellainen fysiologinen tila, jossa päivittäinen energiansaanti vastaa energiankulutusta (EE) ja kehon paino ja kehon koostumuksesta laskettu energiapitoisuus säilyvät muuttumatta.

The basic principle for energy requirement reference values is energy balance, i.e. a physiological state in which daily energy intake equals energy expenditure (EE), and both body weight and energy content (defined by body composition) are unchanged.

Joillekuille, nimittäin niille, jotka ovat huomattavasti yli- tai alipainoisia, suositeltu energian saanti voi olla vastaavasti pienempi tai suurempi kuin energian kulutus tiettynä  ajanjaksona, mutta pitkän tähtäimen päämääränä on energiatasapaino, myös aliravitsemuksen ja lihavuuden hoidossakin. 

 

For some people, namely those who are markedly over-or underweight, the recommended energy intake may be smaller or larger than energy expenditure for a prescribed time period, but long-term energy balance is the ultimate goal even in treatment of undernourishment and obesity.

Sentakia NNR suositukset määrittelevät aikuisten energiantarpeen sellaisena. joka kattaa tietyn painoisen, tietyn koostumuksellisen ja tiettyä aktiviteettia ylläpitävän yksilön energiankulutuksen ja pitää  hyvää terveyttä yllä. 

 

The NNR therefore define energy requirement in adults as the energy intake needed to cover energy expenditure in individuals with body weight, body composition and physical activity compatible with good health.

Lisäksi energiantarve  vaikuttuu lasten kasvua ja kehitystä ylläpitävistä energiatarpeista, raskauden aikana kudosten rakentumiseen tarvittavasta energiasta  ja imeytyksen aikana maidon tuottamiseen tarvittavasta energiasta (FAO 2004). Mutta koska kehon energiavarasot ovat hyvin laajat ( ainakin 30 kertaa sen, mitä yhdessä päivässä kuluu energiaa),niin  aivan lyhyellä ajanjaksolla kuten 1- 4 päivän aikana ei ole varsinaista "tarvetta" energiansaantiin ja EE voi olla lyhyen aikaa kuitenkin tasapainossa

In addition, energy requirement is affected by the energy needed to support growth and development in children, energy for the deposition of tissues during pregnancy

and energy for the production of milk during lactation (FAO 2004).

However, because body energy stores are very large (at least 30 times daily energy expenditure), there is no need for energy intake and EE to be equal over short periods, such as 1-4 days (1).

Energian tarpeet perustuvat tietoon päivittäisestä energiankulutuksesta. Nykyään on kultaisena standardina kaksoismerkatulla vedellä (DLW) tehdyt tutkimukset energiankulutuksen määrittelemiseksi non-invasiivisesti (verettömällä tekniikalla)  ja tavallista aktiviteettia haittaamatta. Tekniikassa käytetään kahta stabiilia vesi-isotooppia (2H- vetyä ja 18 O -happea), joita annetaan suun kautta ja  sitten mitataan niitä  virtsasta päivien aikana. Muita menetelmiä ovat keinotekoinen päiväkirjametodi, sydämen tahdin monitorointi, akselerometri, säkkiinpuhallus menetelmä  (epäsuora kalorimetria) , joita tarvitaan päivittäisen energiankulutuksen osatekijöiden kuvaamisessa.

Energy requirements are based on data of daily energy expenditure. The doubly labelled water (DLW) technique is now the ‘gold standard’ method for determining energy expenditure in a way that is both non-invasive and does not constrain normal activity pattern

(2). The technique uses two stable isotopes of water (2H and 18O) given orally, which are measured in urine over a period of days (2). Other methods, such as the factorial (diary) method, heart rate monitors, the accelerometer and the ventilated hood method (indirect calorimetry) are needed to describe components of daily energy expenditure.

Päivittäinen energiankulutus (EE) voidaan jakaa seuraaviin osatekijöitihin:

The daily energy expenditure (EE) can be divided into the following components:

• Lepoenergia (perusaineenvaihduntaan kuluma energia) Resting (or basal) energy expenditure (REE or BEE)
• Ravinnon aiheuttama lämmönkehitys, Diet-induced thermogenesis (DIT)
• Fyysisen aktiivisuuden aiheuttama energiankulutus, Energy expenditure caused by physical activity (PAEE)

Energian kulutuksen perusyksikkö on kilojoule (kJ) tai MJ, megajoule, joka on 1000 kJ aikayksikössä, tavallisimmin MJ/ pv. Yksi kilojoule vastaa 0,24 kcal tai päinvastoin: 1 kcal on 4,184 kJ, pyöristettynä 4,2 kJ. Kirjallisuus käyttää vielä kilokaloreita.

The basic unit of energy expenditure is kJ (or MJ = 1000 kJ) per time unit (usually MJ/day). 1 kJ equals 0.24 kcal (or 1 kcal = 4.184 kJ), a unit which is still often used in the literature.

Yksilöillä, joilla on samanlainen fyysisen aktiivisuuden taso (PAL), päivittäinen energiankulutus (EE) on vahvasti suhteessa kehonpainoon ja erityisesti rasvattomaan osaan kehon painosta (FFM). Kehon rasvamassa (FM) osoittaa myös positiivista korrelaatiota päivittäiseen energian kulutukseen, mutta käyrä kaltevuus  ( EE lisääntymä rasvamassakiloa FM kohden) ei ole niin jyrkkä kuin rasvatonta kehonpainokiloa (FFM )kohden. 

In individuals with approximately equal physical activity level, daily EE is strongly related to

body mass and particularly to fat free mass (FFM = body mass –fat mass) (3). Fat mass (FM) also shows a positive correlation with daily EE, but the slope (increase in EE per kg FM) is less steep than for FFM (3).

 

On kuitenkin variaatiota perusaineenvaihdunnassa (BEE) ja se selittyy rasvattoman aition heterogeenisestä koostumuksesta. Siis BEE- käyrän kaltevuus  FFM:n suhteen  (siis lihas-aition) suhteen) on matalampi, kun FFM on suurempi ja päinvastoin. Jyrkkyys on suurempi, jos FFM on matala. 

However there is a variation in BEE, explained by the heterogeneous composition of the FFM compartment.  

Thus, the slope of BEE against FFM is lower at high FFM and, conversely, higher at low FFM(4). 

Elinten metabolinen tahti on suurempi kuin luurankolihasten ja rasvan metabolinen tahti, koska elinmassassa on suurempi oksidatiivinen kapasiteetti. Aikuisilla 70 - 80 % perusaineenvaihdunnan energiasta (BEE) on peräisin elimistä, jotka käsittävät 5 % kehon painosta.

Päivittäinen energiankulutus( EE) on miehillä suurempi kuin naisilla, mutta ero katoaa, kun tarkistuslasku on tehty sukupuolesta johtuvan kehokoostumuksen eron suhteen.

 Hyvin kylmä tai kuuma ympäristö, geneettiset erot, hormonistatus ( esim kilpirauhashormoni ja kasvuhormoni), sympaattinen aktiivisuus, psykologinen tila, lääkeaineet ja monet taudit voivat joko lisätä tai vähentää päivittäistä energiankulutusta (EE), lähinnä vaikuttamalla lepoenergian osuuteen (  REE ,  Resting Energy Expenditure).

Organ metabolic rate is much higher than skeletal muscle and fat metabolic rate because of higher oxidative capacity in organ mass.

In adults 70 - 80 % of BEE is derived from organs that comprise 5 % of the body weight

(5). Daily EE is also higher in men than in women, but the difference disappears after adjustment for the sex difference in body composition. 

 Very cold or hot environments, genetic differences, hormonal status (e.g. concentrations of thyroid and growth hormone), sympathetic activity, psychological state, pharmacological agents and several disease states may increase or decrease daily EE, mainly by affecting REE (6, 7).

2.2. Perusenergiankulutus, Basal energy expenditure

Perusenergiankulutus (BEE) tai perusaineenvaihdunta PAV (BMR, Basic metabolic rate ) on sellaista energiankulumista, mitä tapahtuu yksilön levätessä paikallaan fyysisessä ja henkisessä lepotilassa lämpöneutraalissa ympäristössä 12 tuntia ennen ateriaa. 

 

Basal energy expenditure (BEE) or basal metabolic rate (BMR) is

defined as the energy expenditure of an individual lying at physical and mental rest in a thermoneutral environment, about 12 hours after the previous meal.

Lepoenergian kulutus (REE) mitataan lievemmin vaatimuksin kuin PAV, perusaineenvaihdunta (BEE), sentakia katsotaan, että REE on 5% suurempi kuin BEE. 

 

Resting energy expenditure (REE) is measured in less rigorous conditions than BEE. Therefore, REE is considered to be approximately 5 % higher than BEE.

Keskimääräinen energiankulutus unen aikana on hieman  alempi kuin valvetuntien aikana. Sentakia unen aikainen energiankulutus (SEE) on noin 10% alempi kuin BEE. Kuitenkin pienistä systemaattisista  eroista huolimatta SEE, BEE ja REE ovat hyvin vahvasti keskenään korreloivia ja niitä usein käytetään toistensa sijasta. 

 

The mean EE during sleep is slightly lower than during waking hours (3). Therefore,

sleeping energy expenditure (SEE) is about 10 % lower than BEE. However, despite small systematic differences SEE, BEE and REE are very strongly inter-correlated and they are often used interchangeably.

Vahvin määräävä tekijä perusaineenvaihdunnassa (BEE) on rasvaton kehonmassa (FFM) , mikä selittää 80 %:iin  asti yksilöitten välisiä variaatioita. Näitten parametrien välinen suhde näyttää olevan lineaarinen ainakin, mitä tulee aikuisten FFM-arvojen ( rasvattoman kehomassan)  normaalialueeseen (40 - 100 kg). Jollain tietyllä FFM arvolla yksilöitten väliset  erot vastaavat 2.1 MJ energiaa, mikä viittaa mahdolliseen REE -eron  suuruusluokkaan kahden sellaisen yksilön kesken, joilla on sama FFM -arvo ( rasvaton kehonmassa). Geneettinen variaatio, kehon koostumus, hormonipitoisuuksien variaatio, energiatasapaino ja fyysinen kunto ovat tekijöitä, joiden on havaittu selittävän perusaineenvaihduntaan kuluvan energiamäärän (BEE)   variaatiota, kun on tehty tarkistuslasku FFM:n suhteen.

The strongest determinant of BEE is FFM, which explains up to 80 % of the inter-individual

variation (3,7). The relationship between these parameters seems to be linear, at least within a normal range of adult FFM (40-100 kg). The inter-individual variation at a given FFM is about 2.1 MJ, indicating the possible magnitude of difference in REE between two individuals with a similar FFM. Genetic variation, body composition, variation in hormone concentrations, energy balance and physical fitness are factors that have been found to explain the variation in BEE after adjustment for FFM (6-9).

2.3. Ravinnon aiheuttama lämmönkehitys, Diet-induced thermogenesis (DIT)

Ravinnon aiheuttama lämmönkehittyminen (DIT) tai dieetin aiheuttama energiankulutus voidaan määritellä energian kulutuksen (EE) noususta perusaineenvaihdunnan (BEE) tasosta jaettuna ravinnon sisältämällä energialla. Tämä aterian jälkeinen ( postprandiaalinen) lämmönnousu kestää useita tunteja, mutta 90% tästä DIT:istä havaitaan neljän ensimmäisen tunnin kuluessa ateriasta. Arvellaan, että DIT on 10% päivittäisestä energiankulutuksesta yksilöillä, jotka ovat energiatasapainossa ja käyttävät keskimääräistä sekaravintoa. 

Kuitenkin rasvoista DIT on vain 5% niitten energiasisällöstä, kun taas DIT on lähes 20% proteiinien energiasisällöstä. Hiilihydraateista DIT on tavallisesti noin 10%, mutta voi olla jopa 20%, jos hiilihydraatit ovat sellaisia, että ne konvertoituvat suoraan rasvoiksi kehossa (de novo lipogenesis):  tämä on prosessi, mitä täällä Pohjolassa tapahtuu vähemmässä määrin, kun nautitaan tyypillistä Pohjoismaista ravintoa.

Diet-induced thermogenesis (DIT) or diet-induced EE can be defined as the increase in EE

above BEE divided by the energy content of the food ingested (15). The postprandial rise in EE lasts for several hours, but about 90 % of DIT is observed within 4 h of the meal. DIT is assumed to be 10 % of daily EE in individuals in energy balance consuming an average mixed diet. However, DIT of fats is only 5 % of their energy content, whereas DIT of proteins is approximately 20 % of energy content. DIT of carbohydrates is normally around 10 % of energy content, but may be up to 20 % if carbohydrates are directly converted to fat (de novo lipogenesis), a process that normally only occurs to a minor degree in individuals consuming diets typical for the Nordic countries (16).

2.4. Fyysinen aktiivisuus, Physical activity

Fyysinen aktiivisuus on mitä tahansa sellaista liikuntaa,  missä kehon lihaksisto suorittaa kontraktioita, jotka nostavat energian kulutusta (EE) suuremmaksi kuin  lepotason energiankulutus (REE). Treenaukset ovat fyysisen aktiivisuuden ala-kategoriaa: treenaus on tahdonalaista, harkittua fyysistä aktiivisuutta, jota tehdään odotetun positiivisen vaikutuksensa takia, mikä kohentaa psykofyysistä ja/tai sosiaalista hyvinvointia. Päivittäisen fyysisen aktiivisuuden taso (PAL) määritellään kokonaisenergiankulutuksella (EE) jaettuna perusaineenvaihdunnan tarvitseman energian (BEE) (eli lepoenergian REE) määrällä.

 Tämäntapainen fyysisen aktiivisuuden määrällinen mittaus perustuu olettamukseen päivittäisen energiankulutuksen muodostumiseen fyysisestä aktiivisuudesta ja kehon koosta. Päivittäinen fyysinen aktiivisuus ja sen aiheuttama energiankulutus EE) voidaan jaotella ammattityön aktiivisuuteen ja vapaa-ajan aktiivisuuteen. Vapaa-ajanaktiivisuus on jaettavissa edelleen treenauksiin ja muunlaisiin intensiteetiltään eriasteisiin  vapaa-ajan aktiivisuuksiin. 

 Inaktiviteetti tarkoittaa tilaa,  joka on sellaista  energiankulutusta(EE) mikä lähenee lepoenergian tasoa (REE);  arkikielellä tämä tarkoittaa  istuskelemista tai valveillaan lepäämistä. Fyysisen aktiivisuuden ja terveyden välisestä liittymästä on erikseen lukukappaleessa 10, NNR 5.

 

Physical activity is defined as any body movement achieved by contraction of skeletal muscles that increases EE above resting levels (17).

Exercise is a subcategory of physical activity: exercise is voluntary, deliberate physical activity performed because of anticipated positive consequences on physical, psychological and/or social well-being. The daily physical activity level (PAL) is defined as total EE divided by BEE (or REE). This way of quantifying physical activity is based on the assumption that the variation in daily EE is based on physical activity and body size. Daily physical activity (and physical activity induced EE) can be divided into occupational and leisure activity. The latter can be further divided into exercise and non-exercise activity, with different grades of intensity. Inactivity means a state with EE close to REE, which in everyday life means sitting or lying while awake. The associations between physical activity and health are described in detail in Chapter 10.

Suomennos 3.4. 2013