에너지 대사 (Energy Metabolism)

생명의 특징 (attributes of living matter) Six most important life processes Metabolism ( 신진대사 ) Responsiveness ( 반응, adaptation 적응 ) Movement ( 동작 ) Differentiation ( 분화 ) Growth ( 성장 ) Reproduction ( 생식 )

If an organism is to survive Metabolism: obtain nutrient Adaptation: resist to unfavorable change in environment

Levels of Structural Organization ( 인체의 구조적 단계 ) 구조적 구성의 단계 (levels of structural organization ) Chemical level( 화학 수준 ) Cellular level( 세포 수준 ) Tissue level( 조직 수준 ) Organ level( 기관 수준 ) System level( 기관계 수준 ) Organism level( 개체 수준 )

유기체의 필수물질 (needs of organism) 생명의 유지 (Maintenance of Life) 유기체의 필수물질 (needs of organism) 물 water 영양분 food 산소 oxygen 열 heat 압력 pressure * 생명체의 생존은 이들 인자의 질과 양에 의존한다

단원 학습목표 : 인체의 에너지 대사에 통화자로서 ATP 를 이해하고, 대사율의 정의 및 측정법, 그리고 기초대사율의 정의 및 산출방법을 이해하여야 한다. 학습목표 : 1. 신체의 에너지 저장고로서 고에너지 인산결합을 하고 있는 물질을 나열한다. (A) 2. 신체의 대사에서 에너지원으로 사용되는 ATP 의 구조 및 ATP 의 분해로 방출되는 에너지량에 대하여 설명한다. (A) 3. 고에너지 화합물로서 A 조효소 (CoA) 의 작용을 설명한다. (A) 4. 염기성 해당과정과 호기성 해당과정의 개념을 구별한다. (A) 5. 음식물의 열량가를 계산한다. (B) 6. 음식물 성분에 따른 호흡상의 변화를 설명한다. (B) 7. 지방과 탄수화물 대사 사이의 호흡계수 (R.Q.:Respiratory Quotient) 및 조직, 기관 그리고 전신에 대한 호흡계수를 설명한다. (A) 8. 음식물 성분에 따른 호흡당량의 변화를 설명한다. (B) 9. 일상 혼식을 섭취할 때 산소소모량으로부터 에너지 소모량을 산출한다. (B) 10. 음식물의 특이동적 작용에 관해 설명한다. (B) 11. 산소소모량, 이산화탄소 생산량 및 요중질소배설량으로 부터 대사된 음식물의 양 및 에너지 소모량을 산출한다. (B) 12. 대사율을 정의하고 대사율의 측정에 사용되는 직접 및 간접 칼로리 측정법을 설명한다. (A) 13. 기초대사량을 정의하고 기초대사량의 측정시 필요한 조건을 열거한다. (A) 14. 산출된 기초대사량이 정상치 보다 높고 낮음을 백분율로 표현한다. (B) 15. 대사율에 영향을 미치는 인자들에 관해 설명한다. (A) 16. 각종 활동에 따른 에너지 소비량을 측정한다. (B)

강의내용 : 생체에서의 에너지 전환과 관련된 에너지 교환과 에너지 평형에 관해 설명한다. 실습내용 : 대사율의 측정에 사용되는 직접 및 간접 칼로리 측정법을 설명하고, 폐활량계를 이용하여 산소소모량을 측정하여 에너지 소모량을 계산한다. 기초대사량을 정의하고 기초대사량의 측정시 필요한 기본 조건을 나열한다.

Energy Balance

식물 – 태양에너지를 화학적인 결합에너지로 전환 잎, 과일, 뿌리, 씨앗 등의 형태로 저장 동물 - 탄수화물, 지방, 단백질 이용

에너지 저장, 운반 – 유기물과 인산기의 복합체 고 에너지 결합 (high energy bond) 융모운동, 근육수축, 신경전달, 선 (gland) 분비 등 체내에서 에너지가 사용될 수 있도록 만들어지고 쓰이 는 일련의 에너지 전환과정

동화작용 (anabolism) 식물의 탄소동화작용, 질소동화작용 등 단순한 분자  복잡한 분자 에너지를 공급하는 과정이 동시에 수반 생물체가 외부에서 물질을 섭 취하여 자체 구성물질로 변화 시키는 현상

이화작용 (catabolism)

이화작용과 동화작용 간의 에너지관계

영양 생명을 유지하기 위하여 외부로부터 음식물을 섭취 하여 활용하는 기전 영양소 - 생명현상의 에너지원으로 되는 것 탄수화물 : 에너지 공급원 단백질 : 체구성 성분 지방 : 체성분 소모의 저장과 보급 vitamin, 무기염류 : 생활기능의 조절

대사율 (metabolic rate) 생산된 에너지 = 신체활동 + 발열 + 에너지 저장 대사율 : 단위시간에 대사의 결과로 유리되는 에너지량 에너지 효과율 = 행한량 / 에너지 소모량 에너지원에서 ATP 를 만들 때 에너지원이 갖고 있는 에너지의 50% 는 열로 발산되고, ATP 를 이용하여 일을 할 때 다시 50% 는 열로 발산된다. 즉 흡수된 영양소가 일을 하는 데는 20-25% 의 에너지만 이용된다. 움직이지 않거나 먹지 않을 경우 모든 에너지는 발열형태

칼로리 (calorie, cal) 발열의 기본단위 1 그람의 물을 15 ℃에서 16 ℃로 1 도 올리는데 소요되는 발열단위 1 그람칼로리, 작은칼로리, 표준칼로리 생리학이나 의학 분야에서 1,000 칼로리에 해당하는 칼로리 (calorie, Kilocalorie, Kcal)

칼로리 측정 직접측정 (direct calorimeter) 물속에 들어있는 단열 통속에 음식물을 넣고 연소 시킬 때 유리되는 에너지를 직접 측정 직접 측정한 열량생체대사에 적용되는 열량 탄 수 화 물탄 수 화 물 4.1 kcal/g 단 백 질 5.3 kcal/g4.1kcal/g 지 방 9.3 kcal/g

칼로리 측정 간접측정 (indirect calorimeter) 물질이 산화될 때 물과 이산화탄소와 산소소모량을 측정 최종 산물 측정의 어려움에 비해 쉽게 측정가능 시간당 산소소모량은 에너지 발생량과 비례 분자량당 산소소모량이 물질마다 약간의 차이 산소소모량 1L 당 4.82Kcal 의 에너지가 유리

호흡계수 (respiratory quotient, RQ) 시간당 산소소모량에 따른 생산된 이산화탄소의 비율 탄수화물 ( 포도당 ) : C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O RQ = 6/6 = 1.00 지방 ( 트리팔미틴 ) : 2C 51 H 96 O O 2 → 102CO H 2 O RQ= 102/145 =0.703 단백질 : 산소와 아미노산 중의 탄소의 일부가 질소화합물의 형태로 배설되기에 계산 복잡 * 평균값 : 0.82 신체의 RQ 를 알면 어떤 에너지원을 주로 사용하였는지를 알 수 있다. RQ 가 1 에 가까우면 포도당을 주된 에너지원으로 사용하는 경우이며, RQ 가 0.7 에 가까우면 지방을 주된 에너지원으로 사용한 경우

대사율 측정 직접열량측정법 인체열량 측정계

대사율 측정 간접열량측정법 ( 산소소모량 측정 ) 항정상태에서 영양분의 산화로 유리되는 에너지는 일정량의 O 2 를 소모하고 CO 2 를 발생하는 사실을 이용 평균 식단을 섭취하는 사람의 호흡계수인 0.82 이용 산소 1L 소비할 때 4.82kcal 열량 발생 대사율 = 4.82 ☓ V O2 ·

Benedict-Roth 형 기초대사 측정기 폐쇄회로법 (closed circuit method)

개방회로법 (open circuit method) 일방판막을 통하여 공기를 흡식 일정기간 호식공기를 Douglas bag 이나 커다란 폐활량계 모음 호식공기 중의 산소함량과 흡식공기의 산소함량의 차이

측정기간 혹은 직전의 근육활동 운동시기, 운동 후 산소결핍을 보상하는 시기에도 증가 음식물 섭취 특이동활동 (specific dynamic action:SDA) SDA 는 체내에서 동화시키는 동안 필수적인 에너지 지출 대사율에 영향을 미치는 요인들

특이동활동 (specific dynamic action:SDA) 단백질 칼로리 값의 30%, ex) 25g x 4 = 100kcal 이중 30kcal 는 SDA 로 대사량 증가 탄수화물 16%, 지방 4% SDA 형태로 대사량 증가 탈아미노작용 (deamination) 같은 중간대사에 기인 (?)

외부온도 U 자 형태 - 외부온도가 체온보다 높거나 낮을 때 대사율 증가 기초대사율 (basal metabolic rate, BMR) 온도중립 상태일 때 안락한 외부온도와 안정된 상태 하에 식사 후 시간 지났을 때의 대사율 일반적 성인 남자의 BMR 은 하루 2,000kcal 대사율에 영향을 미치는 요인들

성별, 연령 연령별, 성별 기초대사 기준표 대사율에 영향을 미치는 요인들

신장, 체중 및 표면적 큰 동물 > 작은 동물 작은 동물에서 체중에 따른 비는 큰 동물에 비해 크다. 동물들에서 체표면적과 대사율은 일 치 열교환이 체표면적에서 일어나 기 때문 대사율에 영향을 미치는 요인들 인체의 체표면적 공식 S = x W x H S = 체표면적 (m 2 ) W = 체중 (kg) H = 신장 (cm)

대사율에 영향을 미치는 요인들 정서적 상태 불안과 긴장 - 증가 무기력하고 우울한 환자 - 낮음 체온 섭씨 1 도 증가 14% 증가 화씨 1 도 증가 7% 증가 갑상선호르몬의 농도 Epinephrine 혹은 norepinephrine 의 농도

인체의 기초대사율 측정 엄격한 표준 상태에서도 연령, 성, 키, 몸무게 등에 따라 다름 체표면적으로 환산하여 나타냄, Kcal/M 2 /hr 표준치와 비교하여 %BMR 로 나타냄 %BMR =x 100 측정한 BMR – 표준치 표준치

기초상태 (basal state) SDA 를 줄이기 위해서 최소한 12 시간 금식 정신적 안정을 위해 숙면을 취한 후 아침에는 육체적 안정을 위해 운동을 하지 않고 최소한 측정 전 30 분간 누워서 쉰 상태 실내온도는 20 ℃ 전후의 안락한 상태 BMR 은 약 1 kcal/kg/hr 70 kg 사람 하루 중 필요한 에너지는 약 1,680 kcal

각 온도에서 포화수증기압

인체의 체표면적 공식 S = x W x H 0.725

Body Surface Area (BSA) in meters squared ( ㎡ )

한국인 기초대사량