Kam sa stráca hmotnosť?

Autor: Petrík Dátum: 19.6.2015 Zobrazenia: 1434 x

Kamarát prišiel so zaujímavou otázkou – Kam sa stratí hmotnosť z človeka po podaní fyzického výkonu? Väčšinou ľudia asi vedia alebo majú predstavu, že keď sa chcú zbaviť tukových zásob, musia obmedziť príjem potravy alebo zvýšiť energetický výdaj, napríklad športom. Kam sa ale v skutočnosti tuk stratí? Výstižne a jednoducho by sa dalo odpovedať – do vzduchu. :D Poďme sa teda pozrieť bližšie na to, ako to funguje. Ak Vás z chemických vzorcov a fyzikálnych zákonov bolieva hlava, tak skočte rovno na posledné odstavce, tam je to popísané trochu praktickejšie.


Obrázok: internet

V prvom rade si potrebujeme vysvetliť, akým spôsobom je vlastne uložená energia v potrave. Aby sme oprášili základné znalosti chémie a fyziky – podľa súčasnej úrovne poznania si všetku hmotu predstavujeme ako niečo, čo je zložené z atómov a molekúl. Atómy sa zas majú skladať z protónov, neutrónov a elektrónov a tie z ešte menších častíc. Či je táto predstava správna? Naozaj netuším, popisuje pozorované deje s dostatočnou presnosťou, ale o sto rokov sa možno na nej budeme smiať. Látky, ktoré sa skladajú len z atómov s rovnakým počtom protónov, nazývame prvky - napríklad uhlík, kyslík či dusík. Chemickými reakciami prvkov vznikajú zlúčeniny. Ale pritom vôbec nie je jedno, aké atómy sa v zlúčenine spoja za vzniku molekúl. Niektoré prvky sa zlučujú veľmi ochotne, napríklad sodík s chlórom za vzniku chloridu sodného – obyčajnej kuchynskej soli. Iné zase len veľmi-veľmi ležérne, napríklad zlato s kyslíkom. Všetko to záleží od rozloženia elektrónov v jednotlivých atómoch, niektoré prvky ich majú akoby navyše, iné majú zase deficit, preto si hľadajú svoje proťajšky, s ktorými by vytvorili stabilné elektrónové väzby. No a tu sa konečne dostávame k pointe – energia sa pri chemických pochodoch ukladá alebo získava práve z väzieb medzi elektrónmi.

A kde je ten súvis s potravou, ktorú prijímame? Väčšina objemu našich tiel je vytvorená zo 4 prvkov – kyslíka (O), uhlíka (C), vodíka (H) a dusíka (N). To isté platí aj o potrave. No a energia, ktorú naše telo získava z potravy, je vlastne energia uložená v elektrónových väzbách jednotlivých makronutrientov – sacharidov, tukov a bielkovín (prípadne etanolu). Napríklad molekula glukózy – hroznového cukru – je vytvorená zo 6 atómov uhlíka, 6 kyslíka a 12 vodíka. K nej ešte akoby prislúcha 6 ďalších atómov plynného kyslíka (v podobe 3 molekúl O2) – vysvetlím neskôr. Energia uložená v elektrónových väzbách molekuly glukózy a plynného kyslíka je však vyššia, ako keby boli všetky spomenuté atómy usporiadané v stave, v akom sa bežne na Zemi vyskytujú – t. j. 6 molekúl vody (H2O) a 6 molekúl oxidu uhličitého (CO2).

Takže máme k dispozícii základné zložky pre život založený na uhlíkovej báze – vodu a oxid uhličitý. Chceme z ich atómov vyskladať napríklad glukózu. Ale beda! Nepôjde to len tak samo od seba, pretože ako bolo vysvetlené, je energia uložená v glukóze vyššia. A túto energiu treba dodať. Odkiaľ? Obyčajne zo Slnka (tam zase prebieha jadrová fúzia, ale to už je na iný článok :D). A ako sa do tej glukózy energia dostane? V biliónoch biliónov tovární po celej Zemi – zvaných rastlinné bunky, v procese zvanom fotosyntéza. Celý proces, ktorý je základom života na Zemi, sa dá jednoducho popísať nasledovnou rovnicou:

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

Obrázok: internet

A keď je potrebné energiu uvoľniť – napríklad u rastliny v noci alebo u živočíchov - nastáva proces opačný:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

Pri sacharidoch, medzi ktoré patrí glukóza, ostáva v ich štruktúre viazaného ešte dosť veľa kyslíka. Zlúčeniny, z ktorých sa ho podarí viac vytesniť (chemický výraz je redukovať), dokážu uložiť viac energie – napríklad mastné kyseliny.

16 CO2 + 16 H20 → C15H31COOH + 23 O2

V mastných kyselinách sa dá preto uložiť viac energie na jednotku hmotnosti, preto sú tuky (ktoré pozostávajú z mastných kyselín a glycerolu) vhodným zásobným zdrojom pre živočíchy. Ešte viac energie sa dá uložiť v čistých uhľovodíkoch, akurát s nimi naše telo nevie pracovať. Veď sa skúste niekedy napiť benzínu alebo odhryznúť z polyetylénového obalu. :D Pri aminokyselinách je situácia ešte trochu zložitejšia, pretože v ich štruktúre sa vyskytuje aj dusík. Jeho zlúčeniny však telo nevie využívať v energetickom metabolizme a musí ho vylučovať v podobe močoviny. V procese syntézy aminokyselín sa zase dusík za dodania energie zabudováva.

Takže teraz už vieme, ako je vlastne uložená energia v našej potrave. Teraz sa poďme pozrieť na to, ako sa dá táto energia získať. Mimo tela jednoducho – zapálime to. :D Tuky a sacharidy teoreticky zhoria za prístupu kyslíka na oxid uhličitý a vodu, bielkoviny (aminokyseliny) navyše ešte aj na oxidy dusíka. Teoreticky ... Prakticky však vznikne aj kopa smradu a bordelu. :D Sú to všetko komplexné zlúčeniny a nehoria len tak ľahko, pri spaľovaní vznikajú nedokonale spálené medziprodukty. Dokonale spáliť by sa dali napríklad v uzavretej nádobe, do ktorej by sme nahnali dostatok kyslíka a zvonka ju ohrievali na vysoké teploty. Takto nejako funguje tzv. kalorimetria, ktorá nám umožňuje merať energiu obsiahnutú v potravinách. Týmto spôsobom bolo možné zistiť, že spálením 1 g sacharidov získame 17,2 kJ tepla, 1 g tukov 39,1 kJ a 1 g bielkovín 23,4 kJ (sú to priemerné hodnoty, záleží na konkrétnom zložení, napríklad na dĺžke reťazcov mastných kyselín v tuku).

V tele je to však o niečo náročnejšie. Aj keď sa navonok zdá, akoby sa to tam spaľovalo, proces je trochu zložitejší. Napríklad glukóza prechádza procesom glykolýzy, citrátovým cyklom, kde sa uvoľňuje oxid uhličitý a nakoniec oxidatívnou fosforyláciou, kde sa uvoľní voda. Výsledkom pre telo je resyntéza adenozíntrifosfátu, ktorý je akoby univerzálnym zdrojom energie pre bunkové pochody. Všetky procesy sú pod prísnou kontrolou, je možné ich zrýchľovať či spomaľovať podľa potreby, neprebiehajú živelne ako bežné horenie. Výsledná energia, ktorú telo môže získať, je tým však mierne ukrátená – pri sacharidoch je veľmi podobná ako v kalorimetri, u tukov je to zhruba 38,9 kJ/g oproti 39,1 kJ/g a u bielkovín 17,2 kJ/g oproti 23,4 kJ/g v kalorimetri. Pri metabolizme bielkovín ostáva časť energie viazaná v zlúčeninách dusíka.

Ľudské telo teda získava energiu oxidáciou sacharidov, tukov a bielkovín za prívodu kyslíka. Produktami sú potom oxid uhličitý a voda (plus močovina u bielkovín). Tu sa teda dostávame k vysvetleniu úvodnej otázky – kam sa stráca hmotnosť. Zoberme si trénovaného človeka, ktorý podáva výkon v tempe asi 60 – 70 percent svojho maximálneho tepu. Väčšinu energie pracujúceho kostrového svalstva hradia mastné kyseliny z tukového tkaniva, mierne sa potí. K celkovej spotrebe energie prispieva ešte bazálny metabolizmus – činnosť mozgu, spotreba červených krviniek, ... Svojou činnosťou tento človek vyvíja mechanický výkon povedzme 120 W. Pre predstavu – pri bežnom fungovaní človek vyvíja mechanický výkon niekoľkých desiatok wattov, pri náročných činnostiach ako rýchly beh, plávanie či bicyklovanie môže tento výkon v závislosti od trénovanosti dosiahnuť 100 – 200 W. Špičkoví cyklisti boli schopní dosahovať 300 – 400 W v rozsahu minút.


Obrázok: internet

Musíme však zobrať do úvahy aj účinnosť svalovej práce, ktorá dosahuje okolo 20 percent (tento údaj je veľmi závislý od trénovanosti či spôsobe zaťaženia – pri anaeróbnych výkonoch dokonca len okolo 5 percent). To znamená, že 80 percent energie z makronutrientov sa mení na teplo. Takže náš športovec so 120 W mechanického výkonu vydáva zároveň 480 W tepelného výkonudokopy 600 W musí byť hradené z palív v tele. Bežné varné kanvice majú okolo 2000 W, takže keby odvádzame všetko vznikajúce teplo do hrnca, môžeme kľudne variť. :) Poďme si to trochu spočítať. Výkon 600 W znamená, že za sekundu sa vykoná práca 600 J. Za hodinu to bude 3600 x 600 = 2 160 000 J = 2160 kJ = 516,25 kcal. Ak by bol celý výkon hradený tukmi, zodpovedalo by to asi 55 g, pri sacharidoch a bielkovinách dokonca 127 g. A kam sa táto hmota stratí? No predsa do vzduchu. Výsledné produkty sú oxid uhličitý a voda. Oxid uhličitý sa z tela stráca každým výdychom a voda potením a dýchaním v podobe vodnej pary (samozrejme potom aj močením a stolicou). Takže z pohľadu desiatok minút, keď človek pri výkone nepríjma vodu ani potravu a zároveň nevylučuje moč ani stolicu, pripomína auto – nasáva kyslík, ktorým oxiduje palivá a vylučuje oxid uhličitý a vodnú paru (keby autá spaľovali dokonale a palivá by boli bez aditív, tiež by produkovali len oxid uhličitý a vodu). Každou sekundou stráca hmotnosť výmenou za zisk energie. Úbytky na hmotnosti na palivách môžu dosiahnuť aj viac ako gram za minútu – čím je človek lepšie trénovaný, tým viac palív dokáže za minútu spáliť a viac vykrývať energetickú spotrebu tukom. A spaľovanie tuku je pre telo ideálne, pretože ho má najväčšie zásoby a najľahšie s ním dokáže dlhodobo hospodáriť. Tu sa dá odvodiť aj poznatok pre ľudí, ktorí chcú zhodiť nadbytočné tukové zásoby – obmedzenie príjmu potravy je len jednou miskou váh. Dá sa pristupovať aj z opačného konca a to zlepšením celkovej kondície - čo pokladám za zdravšiu variantu.


Obrázok: internet

Okrem úbytku hmotnosti na palivách samotných musíme brať do úvahy aj straty vody. Spomínaných 480 W tepelného výkonu sa predsa musí niekde vyžiariť – inak by sa náš pokusný človek veľmi rýchlo uvaril. Ľudské telo má jeden z najdokonalejších chladiacich systémov v zvieracej ríši – dokážeme sa potiť celým povrchom tela, a tým odvádzať obrovské množstvá odpadového tepla. Nie sme síce najrýchlejší bežci na planéte, ale po patričnom tréningu dokážeme na dlhých tratiach uštvať hocijakého iného tvora. Straty vody týmto spôsobom však výrazne presahujú vodu vyprodukovanú oxidáciou palív. Preto k výslednej strate hmotnosti treba ešte prirátať vodu stratenú potením, tá sa ale dá veľmi rýchlo doplniť naspať. Na rozdiel od spáleného tuku. :)

Už pri písaní tohto článku ma napadlo tristo ďalších súvislostí, o ktorých by sa dalo rozpísať ďalej. Tak dúfam, že sa mi podarilo vyčerpávajúco a zrozumiteľne zodpovedať prvotnú otázku a teším sa na ďalšie podnety, ktoré sú často prínosom aj pre mňa, lebo ma prinútia k ďalšiemu štúdiu.

Petrík
Zaujímavosti
Facebook
Instagram

katka.janurka
Instagram
Komentáre:
23-06-2015 15:40

vdaka za clanok, mam otazku mozno do dalsich clankov ... tiez sa stravujem da sa nazvat raw till 4, mam znamu, ktora sa stravuje tiez vegansky, no menej ovocia, zato vela olejov, klickov a orechov ... stale sa tak priatelsky hadame a ona mi tvrdi ze na fruitarianskej starve budem mat nedostatok myslim ze HDL omega tukov (myslim ze ona doplna rybimi tukmi (takze nie je 100% veganka) a ze v starobe to ovplyvni moju pamat ja som aj pozeral, co na to 801010 diet kniha, on tam spomina, ze vsetky potrebne tuky dostaneme z ovozelu a orechov, no neprilozil tam ziadny dokaz ja moc tuky teda v oblube nemam, tekute vobec, zato si davam vecer pomlety mak, sezam, lan, nejake tie orechy, avokado ... tak ak sa to da nejako vysvetlit, budem rad, vdaka :)
24-06-2015 13:02

Boris, ďakujem za podnet.

Aby som trochu ujasnil názvoslovie - HDL sú High Density Lipoproteins, sú to vlastne lipidy (medzi ktoré patrí aj cholesterol) zabalené v bielkoviných. Takto sa vytvoria častice, ktoré sú vhodné na transport krvou (pretože lipidy samy o sebe na to vhodné nie sú). A úlohou HDL častíc je transport cholesterolu z periférnych tkanív do pečene. Omega-3, 6 a 9 sa označujú nenasýtené mastné kyseliny, pričom číslo určuje polohu nenasýtenej väzby. Omega-3 a 6 nevie ľudské telo syntetizovať, preto ich musí prijať v strave. Omega-9 sa dá syntetizovať z omega-6, preto je podmienene esenciálna. Cholesterol telo z veľkej časti dokáže syntetizovať samo, menší podiel treba prijať v potrave.

Čo sa týka pokrytia príjmu týchto látok, zatiaľ nemám naštudovaný dostatok informácií. Určite sa tomu budem venovať, keď bude čas. Nemyslím si však, že spomenuté semiačka či avokádo boli nejak nedostatkové.
24-06-2015 16:24

tiez verim, ze stacia :) vdaka zatial
Informovať ma o nových komentároch
© 2018 by Janurky - Peter Janura, Katarína Janurová