człowiek
Autor: Marta Żylicz | dodano: 2012-09-26
Co nas napędza

O metabolizmie słyszy się bardzo często, zwłaszcza w reklamach preparatów wspomagających odchudzanie. Co to właściwie jest, od czego zależy i gdzie zachodzi? 

W każdej żywej komórce – należącej do bakterii lub wchodzącej w skład złożonego organizmu roślinnego czy zwierzęcego – zachodzą reakcje, podczas których energia zostaje wytworzona albo zużyta. Te przemiany energii oraz wszelakie przekształcenia chemiczne nazywa się metabolizmem. Zachodzą one podczas wzrostu, rozmnażania, oddychania, poruszania się, wydzielania, wydalania itd. W królestwie zwierząt, do którego i my należymy, jedynym sposobem na zasilenie przemian metabolicznych jest zjedzenie innego organizmu. Zwierzęta nie potrafią bowiem wykorzystywać energii słonecznej, tak jak samożywne rośliny. Wszelka ich aktywność rozpoczyna się więc od zdobycia pokarmu. Po tym, jak kęs pożywienia trafi do przewodu pokarmowego, enzymy stopniowo rozkładają duże cząsteczki na mniejsze: białka na aminokwasy, tłuszcze na kwasy tłuszczowe, a węglowodany na cukry proste, np. glukozę.

Zdegradowane składniki odżywcze trafiają do krwiobiegu, by wraz z krwią dotrzeć do poszczególnych komórek całego ciała. Za sprawą komórkowych katalizatorów i cząsteczek regulatorowych energia tych związków może posłużyć do przeprowadzenia reakcji potrzebnych w danym momencie lub zostać zmagazynowana do dalszego użytku, np. w wątrobie, mięśniach czy tkance tłuszczowej. Przemiany, którym zostają poddane trafiające do komórek składniki odżywcze, dzielą się na kataboliczne i anaboliczne. W procesach katabolicznych metabolity pośrednie są degradowane do najprostszych związków nieorganicznych, takich jak dwutlenek węgla, woda i amoniak. Temu rozkładowi towarzyszy wytwarzanie energii, która zostaje „uwięziona” głównie w cząsteczkach adenozynotrifosforanu, czyli ATP. Ten stosunkowo prosty związek – obficie występujący we wszystkich organizmach na Ziemi – jest następnie wykorzystywany do zasilania procesów anabolicznych.

Te ostatnie zachodzą, kiedy komórka rośnie albo po prostu utrzymuje się przy życiu, podczas naprawy uszkodzonego DNA lub dowolnych struktur wewnątrzkomórkowych, a także gdy energia ma zostać zmagazynowana na dłużej. Wówczas produkty trawienia są znów przekształcane w bardziej złożone związki. Komórki potrafią pozyskiwać energię z rozkładu węglowodanów, tłuszczów i białek. Najbardziej nieodzownym paliwem dla organizmu jest należąca do węglowodanów glukoza (komórki mózgu „odżywiają się” praktycznie tylko tym cukrem), aminokwasy zaś najrzadziej służą jako źródło energii – zwykle do syntezy białek.

Na drobne kawałki
Około 15–20% glukozy wchłoniętej w jelitach dociera do mózgu. A tam nie ma „systemu magazynowania” – wszystko, co trafi do komórek mózgowych, te wykorzystują na bieżąco. Dlatego narząd ten jest taki wrażliwy na spadek poziomu glukozy we krwi: 10-minutowa przerwa w dostawie skutkuje utratą przytomności i grozi trwałym jego uszkodzeniem. Jeszcze więcej glukozy – bo aż 50% – znajdującej się we krwi po posiłku trafia do mięśni szkieletowych, z czego mniej więcej połowa zostaje zmagazynowana w postaci wielocukru zwanego glikogenem. Nie tylko mięśnie gromadzą ten związek chemiczny. Drugą taką „spiżarnię” stanowi wątroba – glikogen jest uwalniany do krwi, kiedy między posiłkami spada w niej poziom cukru.

Zwykle tylko znikoma ilość glukozy ulega przekształceniu w tłuszcz. Z kolei spożyte tłuszcze zostają zdegradowane do triacylogliceroli (nazwa tych związków wzięła się stąd, że składają się one z glicerolu i trzech kwasów tłuszczowych), które ze względu na nierozpuszczalność w wodzie mogą być transportowane wraz z krwią tylko w połączeniu z fragmentami białkowymi – tworzą wtedy lipoproteiny. Odpowiedni enzym w osoczu i w mięśniach rozkłada je na kwasy tłuszczowe i glicerol. Odwrotny proces zachodzi w adipocytach (komórkach tkanki tłuszczowej): powstają triacyloglicerole, które zostają zmagazynowane w postaci kropli tłuszczu. Procesy rozpadu i syntezy tłuszczów zachodzą w adipocytach nieustannie; w razie potrzeby wolne kwasy tłuszczowe są uwalniane do układu krążenia. Insulina hamuje ich uwalnianie do krwi, stymuluje zaś syntezę triacylogliceroli i zwiększa pobór glukozy przez adipocyty.

Sama tkanka tłuszczowa wydziela hormon leptynę, który sygnalizuje wystarczalność zasobów energetycznych: oddziałując na podwzgórze, zmniejsza apetyt. Gdy brakuje leptyny, organizm zaczyna oszczędzać energię, np. rezygnując ze wzrastania, termoregulacji czy podtrzymywania funkcji układu rozrodczego. Mniej więcej połowa kwasów tłuszczowych z diety zostaje wykorzystana w procesach anabolicznych, a połowa – katabolicznych. Aminokwasy wchłonięte w jelitach też są przekształcane w dwojaki sposób: mogą zostać wykorzystane do syntezy białka (w postaci, w której zostały zasymilowane lub po przekształceniu w inny aminokwas) albo zdegradowane. Białek potrzeba naprawdę dużo: typowa komórka zawiera od 10 do 20 tys. ich rodzajów – w sumie około 10 mld cząsteczek.

Nadmiarowe aminokwasy, niewykorzystane do syntezy, ulegają rozkładowi w wątrobie na szkielet węglowy i resztę aminową wydalaną następnie przez nerki w formie amoniaku. Natomiast szkielety węglowe zostają dalej rozłożone do metabolitów pośrednich, które mogą być później przekształcone w glukozę (aminokwasy glikogenne) lub tzw. ciała ketonowe (aminokwasy ketogenne). Metabolity pośrednie powstałe z rozpadu obu rodzajów aminokwasów czasami zostają zaprzęgnięte do produkcji kwasów tłuszczowych – dlatego białka w diecie też mogą się przyczyniać do odkładania niechcianych fałdek, choć w mniejszym stopniu niż węglowodany i tłuszcze (białka są mniej kaloryczne i rzadziej wykorzystywane w procesach katabolicznych  nych).

Organizm zazwyczaj zaspokaja około 10% potrzeb energetycznych dzięki spalaniu szkieletów węglowych aminokwasów. Przy niskim poziomie glukozy we krwi zwiększa się zużycie aminokwasów glikogennych. Jeśli kwasów tłuszczowych też brakuje we krwi, organizm zaczyna pożerać mięśnie, żeby sprostać zapotrzebowaniu na białko.

Szukanie winnego
Łatwo winić opieszały metabolizm za niechciane kilogramy, ale rzadko kiedy problemem są po prostu predyspozycje genetyczne. Z reguły człowiek tyje, jeśli energia dostarczona z pożywienia przekracza zapotrzebowanie organizmu. A zależy ono od masy człowieka (im większa, tym wyższe zapotrzebowanie na energię), wieku (koło trzydziestki tempo metabolizmu zaczyna powoli spadać), ilości tkanki tłuszczowej (komórki mięśniowe wymagają wielokrotnie większych dostaw energii niż komórki tkanki tłuszczowej), aktywności fizycznej (regularny ruch zwiększa tempo metabolizmu), temperatury otoczenia (niższa niż 22–23şC lub bardzo wysoka podnoszą energochłonność utrzymywania odpowiedniej ciepłoty ciała) oraz hormonów i uwarunkowań genetycznych.

Metabolizm ulega też zmianie np. w czasie infekcji – zapotrzebowanie energetyczne wzrasta wtedy ze względu na aktywność układu odpornościowego i konieczność odbudowy tkanek. Kobiety mają wolniejszą przemianę materii niż mężczyźni. Różnice pojawiają się już w pierwszych latach życia. Największe obserwuje się podczas dojrzewania (10%), potem stopniowo się zmniejszają do 5%. Wynika to z wyższej zawartości tkanki tłuszczowej: u pań stanowi ona z reguły 20–25% masy ciała, a u panów – 15–20%. Tempo metabolizmu kobiet zależy też od fazy cyklu menstruacyjnego: przemiany przebiegają najwolniej w trakcie menstruacji, a bezpośrednio przed nią są o 2–5% szybsze. Niejednokrotnie szukano różnic w tempie metabolizmu osób z różnych kontynentów. Stwierdzono na przykład, że Azjaci mają wolniejszy metabolizm od Europejczyków, a Afroamerykanie od białych Amerykanów.

Z kolei metabolizm mieszkańców okolic podbiegunowych uznano za wyraźnie podwyższony. Coraz częściej jednak wskazuje się na inne podłoże tych rozbieżności, mianowicie na tryb życia, stan odżywienia i warunki pomiaru tempa metabolizmu (np. temperatura przyjęta za neutralną – zapewniona podczas badania – czasami różni się od tej, do której ktoś przywykł, pomiary niekiedy wywołują stres, a dana osoba mogła poprzedniego dnia zjeść wyjątkowo dużo lub mało pożywienia). Obecnie uważa się, że ani rasa, ani klimat, ani też pora roku nie mają wpływu na podstawowe tempo metabolizmu. Ocenia się, że na metabolizm podstawowy przypada mniej więcej 65% całkowitego dobowego zużycia energii. Tempo metabolizmu podczas snu jest tylko nieznacznie niższe. Przemiana materii nie przebiega jednakowo w ciągu całego dnia. Tempo przemian jest najniższe wczesnym rankiem, a największe w godzinę do dwóch po każdym posiłku.

Organizm musi bowiem ogrzać jedzenie do temperatury ciała (jeśli było zimne), przetrawić i przetworzyć na inne związki. Białka pobudzają szybkość przemian w znacznie większym stopniu niż węglowodany czy tłuszcze. Dowiedziono, że dodatek niektórych ostrych przypraw, np. papryczki chili, chrzanu i musztardy do wysokokalorycznego posiłku wzmaga przemianę materii, jednak efekt ten prawdopodobnie wygasa w ciągu pół godziny. By metabolizm przyspieszył na dłuższy czas, potrzeba wysiłku fizycznego – to jedyny wydatek energetyczny organizmu, nad którym mamy kontrolę. Podczas ćwiczeń zapotrzebowanie mięśni może wzrosnąć nawet 50-krotnie – przy bardzo intensywnym wysiłku zużywają one nawet 3000 kJ (ponad 700 kcal) na godzinę (dla porównania: metabolizm podstawowy przeciętnego mężczyzny to 7100 kJ (1700 kcal) na dobę, a kobiety – 5900 kJ, czyli 1400 kcal), w dodatku regularna aktywność sprawia, że organizm „uczy się” zużywać energię szybciej nawet wtedy, gdy odpoczywa.

Dlatego najlepszą radą dla osób pragnących schudnąć jest ruch oraz dbałość o utrzymanie (lub wręcz zwiększenie) masy mięśniowej – zwłaszcza, że u każdego pochłania ona sporą część energii spoczynkowej. Rozmaite diety odchudzające bardzo często przynoszą odwrotny skutek. Głodzenie się prowadzi bowiem do degradacji mięśni, co pociąga za sobą spadek tempa metabolizmu. Poza tym długotrwale utrzymujące się niedobory kalorii też prowadzą do obniżenia tempa metabolizmu – organizm przestawia się na awaryjny tryb głodowy i maksymalną oszczędność energii.

Najgorzej jest, gdy ktoś regularnie nic nie je cały dzień, a wieczorem się najada: wówczas organizm „rzuca się” na wszystko, co dostanie i odkłada jak najwięcej na potem, przewidując dalszą głodówkę. Znaczenie ma też to, że układ trawienny najlepiej pracuje przed południem. Warto również wspomnieć, że niedostatek niektórych pierwiastków uniemożliwia właściwe funkcjonowanie wielu związków, w tym tych przyspieszających metabolizm, takich jak hormony tarczycy (dlatego np. niedostateczna ilość jodu w organizmie skutkuje spowolnieniem przemiany materii). Co ciekawe, nie jest prawdą, że osoby otyłe mają wolniejszy metabolizm niż szczupłe – otóż większe rozmiary ciała powodują, że jest on szybszy.

U osób z dużą nadwagą przemiany zachodzą na tak bardzo zwiększonych obrotach, że nawet drobna redukcja kalorii powoduje chudnięcie. Jeśli straci się sporo kilogramów tłuszczu i mięśni, organizm potrzebuje znacznie mniejszej liczby kalorii do podtrzymania funkcji życiowych. To tłumaczy, dlatego tak łatwo przytyć po odchudzaniu. Jeśli dwie osoby ważą 80 kg, przy czym dla jednej jest to stała masa ciała, a druga schudła ze 130 kg, to ta, która schudła, ograniczając kalorie, ma wolniejszy metabolizm i niższe zapotrzebowanie energetyczne.

Energochłonne obszary
Najwięcej energii potrzebuje mózg. Chociaż stanowi on u człowieka jedynie 2% wagi ciała, pochłania aż 20% tlenu i energii. Wbrew powszechnemu przekonaniu, jego aktywność metaboliczna utrzymuje się na stałym poziomie. Bez względu na to, czy odpoczywamy, czy jesteśmy pochłonięci aktywnością fizyczną lub umysłową, prawie nie ma różnic w poborze glukozy – jedynie okresowo zwiększa się dopływ krwi do pewnych obszarów mózgu, ale nie więcej niż o 5%, czemu nie towarzyszy zwiększony pobór tlenu (właśnie miejscowe zwiększenie dopływu krwi stanowi podstawę technik obrazowania mózgu).

Ogromną większość energii pochłania produkcja, gromadzenie i uwalnianie neurotransmiterów – związków powodujących wzbudzenie impulsu elektrycznego w sąsiadującej komórce – oraz przewodzenie tegoż impulsu i utrzymanie tzw. potencjału spoczynkowego dzięki odpowiedniemu rozmieszczeniu jonów wewnątrz i na zewnątrz neuronu. U pozostałych kręgowców zapotrzebowanie energetyczne mózgu waha się między 2 a 10%. Wprawdzie jego aktywność metaboliczna nie zależy od zachowań zwierzęcia i utrzymuje się na stale wysokim poziomie, ale różna jest relatywna wielkość tego narządu.

Wydaje się, że o tempie metabolizmu tkanki mózgowej ssaków decyduje liczba neuronów: naczelne mają ich więcej w przeliczeniu na wielkość mózgu czy całego ciała niż np. gryzonie. Mózg, wątroba, serce, nerki pochłaniają u człowieka przynajmniej 60% energii spoczynkowej, chociaż ich łączna waga nie przekracza 6% masy ciała. Sporo energii spoczynkowej – ok. 20% – zużywają też mięśnie szkieletowe, lecz one stanowią aż 40–50% masy ciała.

Regulacja na wielu poziomach
Tempo i rodzaj przemian metabolicznych u kręgowców są regulowane m.in. przez hormony występujące w krwi obwodowej. Wraz z innymi cząsteczkami wydzielanymi przez poszczególne struktury ciała tworzą one skomplikowaną sieć wzajemnych powiązań, a nadrzędną kontrolę nad działalnością narządów i tkanek – a zatem nad całym metabolizmem – sprawuje ośrodkowy układ nerwowy, a konkretnie podwzgórze we współpracy z przysadką mózgową. Wydzielane przez tarczycę tyroksyna i trójjodotyronina istotnie wpływają na reakcje zachodzące w organizmie. Dlatego zaburzenia w funkcjonowaniu tego gruczołu (które mogą mieć różne podłoże) mają tak daleko idące konsekwencje.

Podczas niedostatecznej produkcji hormonów tarczycy tempo metabolizmu ulega obniżeniu: spada produkcja energii cieplnej (marznie się), a chorzy odczuwają zmęczenie i senność, tyją mimo braku apetytu, mają zaburzenia koncentracji i pamięci. Z kolei nadmierna produkcja tyroksyny i trójjodotyroniny prowadzi do przyspieszenia przemiany materii, chudnięcia mimo dobrego apetytu, uczucia gorąca, potliwości, przyspieszonego rytmu serca i osłabienia. Niedoczynność tarczycy może też upośledzić funkcjonowanie nadnerczy – przylegających do nerek gruczołów, które wytwarzają hormony, takie jak adrenalina i noradrenalina, glikokortykoidy (np. kortyzol) oraz mineralokortykoidy (np. aldosteron). Podczas stresu czy w sytuacjach zagrożenia życia kortyzol hamuje m.in. produkcję białek, stymuluje zaś metabolizm glukozy i tłuszczów. Adrenalina i noradrenalina też sprzyjają mobilizacji organizmu: podwyższają poziom cukru we krwi na skutek wzmożonego rozpadu glikogenu w wątrobie i mięśniach oraz hamowania produkcji insuliny; stymulują one również rozpad tłuszczów i zwiększenie stężenia wolnych kwasów tłuszczowych w osoczu. Mineralokortykoidy mają natomiast ogromne znaczenie dla utrzymania prawidłowego poziomu wody i elektrolitów w organizmie, co też istotnie wpływa na ogólny metabolizm.

Do niewydolności nadnerczy może doprowadzić też np. długotrwały stres. Kolejny gruczoł – trzustka – wyznacza kierunek przekształceń metabolicznych zależnie od stężenia glukozy we krwi. Gdy po posiłku poziom tego cukru jest podwyższony, do krwi wydziela się hormon trzustki – insulina – i zielone światło dostają przemiany anaboliczne. Glukoza może więc być wykorzystana w rozmaitych procesach wewnątrz komórek. Kiedy natomiast krążącej we krwi glukozy jest mało, trzustka uwalnia glukagon, który ma działa nie przeciwstawne: prowadzi do mobilizacji rezerw i podniesienia poziomu cukru we krwi. Chorobą w znacznym stopniu zaburzającą metabolizm jest cukrzyca. Z cukrzycą typu I mamy do czynienia, kiedy zniszczeniu ulegną komórki trzustki wydzielające insulinę (najczęściej zdarza się to osobom poniżej 30 roku życia). Dochodzi wtedy do niedoboru insuliny.

Cukrzycy typu II można się nabawić wskutek braku ruchu i niezdrowej diety. Jeśli przez lata przesadzamy z rafinowanymi węglowodanami (białym pieczywem, ciastkami, dżemem), cukierkami czy słodzonymi napojami, komórki organizmu mogą się znieczulić na stale obecną insulinę. Poziom cukru pozostaje wówczas wysoki mimo wydzielania hormonu przez trzustkę. Po pewnym czasie może też dojść do uszkodzenia komórek trzustki i spadku produkcji insuliny. U cukrzyków, zarówno w typie I, jak i II, obserwuje się silne pragnienie, głód, utratę wagi, zmęczenie. Występuje u nich ryzyko poważnego spadku poziomu cukru we krwi (z powodu zażycia zbyt dużej dawki insuliny, głodu lub zbyt intensywnego wysiłku fizycznego) – osoba chora źle się wtedy czuje, ma nudności, może dostać drgawek, a nawet zemdleć lub wpaść w śpiączkę.

Cukrzycy zazwyczaj towarzyszy zwężenie naczyń krwionośnych, wskutek czego mózg jest bardziej narażony na zmniejszenie dopływu glukozy. Do schorzeń genetycznych wiążących się z upośledzonym metabolizmem należy np. nietolerancja fruktozy – cukru występującego przede wszystkim w owocach – i galaktozemia, czyli niezdolność trawienia cukru powstałego podczas rozpadu laktozy (galaktozy). Fenyloketonuria to niezdolność przekształcenia aminokwasu fenyloalaniny w aminokwas tyrozynę, skutkująca uszkodzeniem mózgu. Z kolei wrodzonym zaburzeniem metabolizmu samej tyrozyny jest bielactwo charakteryzujące się zmniejszeniem lub zahamowaniem produkcji melanin w komórkach barwnikowych. Istnieją też genetycznie uwarunkowane nieprawidłowości w przekształcaniu tłuszczów, takie jak rodzinna hipercholesterolemia.

Warto też pamiętać, że ogromne znaczenie dla właściwego funkcjonowania organizmu, a w szczególności procesów metabolicznych, mają makro i mikroelementy. Do tej pierwszej grupy zalicza się pierwiastki, których musimy dostarczyć w pożywieniu ponad 100 mg na dobę: m.in. fosfor, wapń, magnez, chlor, potas i sód, do drugiej natomiast takie, których potrzebujemy mniej niż 100 mg każdego dnia: m.in. żelazo, fluor, jod, miedź, chrom i cynk. Makro- i mikroelementy wchodzą w skład struktur organizmu (np. wapń, fosfor i fluor tworzą kości), biorą udział w przewodzeniu impulsów nerwowych (np. potas, sód, magnez), stanowią element enzymów (np. miedź, cynk) i hormonów (np. jod w tyroksynie), są częścią ważnych cząsteczek (np. żelazo w hemoglobinie, fosfor w ATP i DNA).

Dlatego nie wystarczy zapewnić organizmowi samego źródła energii w postaci cukrów, tłuszczów i białek – bez wspomnianych pierwiastków i tak nie będzie w stanie zrobić z nich wielkiego użytku. Znaczenie ma zatem odpowiednia dieta oraz prawidłowe działanie sieci hormonów i enzymów.

Więcej w specjalnym wydaniu miesięcznika „Wiedza i Życie" nr 05/2011 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
12/2018
11/2018
Kalendarium
Grudzień
10

W 1901 r. po raz pierwszy przyznano Nagrody Nobla.
Warto przeczytać
Anatomia człowieka. Atlas do kolorowania to wspaniała pomoc naukowa dla studentów medycyny i kierunków pokrewnych, uczniów szkół średnich i pragnących kształcić się w tych dziedzinach oraz wszystkich zainteresowanych anatomią.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Marta Żylicz | dodano: 2012-09-26
Co nas napędza

O metabolizmie słyszy się bardzo często, zwłaszcza w reklamach preparatów wspomagających odchudzanie. Co to właściwie jest, od czego zależy i gdzie zachodzi? 

W każdej żywej komórce – należącej do bakterii lub wchodzącej w skład złożonego organizmu roślinnego czy zwierzęcego – zachodzą reakcje, podczas których energia zostaje wytworzona albo zużyta. Te przemiany energii oraz wszelakie przekształcenia chemiczne nazywa się metabolizmem. Zachodzą one podczas wzrostu, rozmnażania, oddychania, poruszania się, wydzielania, wydalania itd. W królestwie zwierząt, do którego i my należymy, jedynym sposobem na zasilenie przemian metabolicznych jest zjedzenie innego organizmu. Zwierzęta nie potrafią bowiem wykorzystywać energii słonecznej, tak jak samożywne rośliny. Wszelka ich aktywność rozpoczyna się więc od zdobycia pokarmu. Po tym, jak kęs pożywienia trafi do przewodu pokarmowego, enzymy stopniowo rozkładają duże cząsteczki na mniejsze: białka na aminokwasy, tłuszcze na kwasy tłuszczowe, a węglowodany na cukry proste, np. glukozę.

Zdegradowane składniki odżywcze trafiają do krwiobiegu, by wraz z krwią dotrzeć do poszczególnych komórek całego ciała. Za sprawą komórkowych katalizatorów i cząsteczek regulatorowych energia tych związków może posłużyć do przeprowadzenia reakcji potrzebnych w danym momencie lub zostać zmagazynowana do dalszego użytku, np. w wątrobie, mięśniach czy tkance tłuszczowej. Przemiany, którym zostają poddane trafiające do komórek składniki odżywcze, dzielą się na kataboliczne i anaboliczne. W procesach katabolicznych metabolity pośrednie są degradowane do najprostszych związków nieorganicznych, takich jak dwutlenek węgla, woda i amoniak. Temu rozkładowi towarzyszy wytwarzanie energii, która zostaje „uwięziona” głównie w cząsteczkach adenozynotrifosforanu, czyli ATP. Ten stosunkowo prosty związek – obficie występujący we wszystkich organizmach na Ziemi – jest następnie wykorzystywany do zasilania procesów anabolicznych.

Te ostatnie zachodzą, kiedy komórka rośnie albo po prostu utrzymuje się przy życiu, podczas naprawy uszkodzonego DNA lub dowolnych struktur wewnątrzkomórkowych, a także gdy energia ma zostać zmagazynowana na dłużej. Wówczas produkty trawienia są znów przekształcane w bardziej złożone związki. Komórki potrafią pozyskiwać energię z rozkładu węglowodanów, tłuszczów i białek. Najbardziej nieodzownym paliwem dla organizmu jest należąca do węglowodanów glukoza (komórki mózgu „odżywiają się” praktycznie tylko tym cukrem), aminokwasy zaś najrzadziej służą jako źródło energii – zwykle do syntezy białek.

Na drobne kawałki
Około 15–20% glukozy wchłoniętej w jelitach dociera do mózgu. A tam nie ma „systemu magazynowania” – wszystko, co trafi do komórek mózgowych, te wykorzystują na bieżąco. Dlatego narząd ten jest taki wrażliwy na spadek poziomu glukozy we krwi: 10-minutowa przerwa w dostawie skutkuje utratą przytomności i grozi trwałym jego uszkodzeniem. Jeszcze więcej glukozy – bo aż 50% – znajdującej się we krwi po posiłku trafia do mięśni szkieletowych, z czego mniej więcej połowa zostaje zmagazynowana w postaci wielocukru zwanego glikogenem. Nie tylko mięśnie gromadzą ten związek chemiczny. Drugą taką „spiżarnię” stanowi wątroba – glikogen jest uwalniany do krwi, kiedy między posiłkami spada w niej poziom cukru.

Zwykle tylko znikoma ilość glukozy ulega przekształceniu w tłuszcz. Z kolei spożyte tłuszcze zostają zdegradowane do triacylogliceroli (nazwa tych związków wzięła się stąd, że składają się one z glicerolu i trzech kwasów tłuszczowych), które ze względu na nierozpuszczalność w wodzie mogą być transportowane wraz z krwią tylko w połączeniu z fragmentami białkowymi – tworzą wtedy lipoproteiny. Odpowiedni enzym w osoczu i w mięśniach rozkłada je na kwasy tłuszczowe i glicerol. Odwrotny proces zachodzi w adipocytach (komórkach tkanki tłuszczowej): powstają triacyloglicerole, które zostają zmagazynowane w postaci kropli tłuszczu. Procesy rozpadu i syntezy tłuszczów zachodzą w adipocytach nieustannie; w razie potrzeby wolne kwasy tłuszczowe są uwalniane do układu krążenia. Insulina hamuje ich uwalnianie do krwi, stymuluje zaś syntezę triacylogliceroli i zwiększa pobór glukozy przez adipocyty.

Sama tkanka tłuszczowa wydziela hormon leptynę, który sygnalizuje wystarczalność zasobów energetycznych: oddziałując na podwzgórze, zmniejsza apetyt. Gdy brakuje leptyny, organizm zaczyna oszczędzać energię, np. rezygnując ze wzrastania, termoregulacji czy podtrzymywania funkcji układu rozrodczego. Mniej więcej połowa kwasów tłuszczowych z diety zostaje wykorzystana w procesach anabolicznych, a połowa – katabolicznych. Aminokwasy wchłonięte w jelitach też są przekształcane w dwojaki sposób: mogą zostać wykorzystane do syntezy białka (w postaci, w której zostały zasymilowane lub po przekształceniu w inny aminokwas) albo zdegradowane. Białek potrzeba naprawdę dużo: typowa komórka zawiera od 10 do 20 tys. ich rodzajów – w sumie około 10 mld cząsteczek.

Nadmiarowe aminokwasy, niewykorzystane do syntezy, ulegają rozkładowi w wątrobie na szkielet węglowy i resztę aminową wydalaną następnie przez nerki w formie amoniaku. Natomiast szkielety węglowe zostają dalej rozłożone do metabolitów pośrednich, które mogą być później przekształcone w glukozę (aminokwasy glikogenne) lub tzw. ciała ketonowe (aminokwasy ketogenne). Metabolity pośrednie powstałe z rozpadu obu rodzajów aminokwasów czasami zostają zaprzęgnięte do produkcji kwasów tłuszczowych – dlatego białka w diecie też mogą się przyczyniać do odkładania niechcianych fałdek, choć w mniejszym stopniu niż węglowodany i tłuszcze (białka są mniej kaloryczne i rzadziej wykorzystywane w procesach katabolicznych  nych).

Organizm zazwyczaj zaspokaja około 10% potrzeb energetycznych dzięki spalaniu szkieletów węglowych aminokwasów. Przy niskim poziomie glukozy we krwi zwiększa się zużycie aminokwasów glikogennych. Jeśli kwasów tłuszczowych też brakuje we krwi, organizm zaczyna pożerać mięśnie, żeby sprostać zapotrzebowaniu na białko.

Szukanie winnego
Łatwo winić opieszały metabolizm za niechciane kilogramy, ale rzadko kiedy problemem są po prostu predyspozycje genetyczne. Z reguły człowiek tyje, jeśli energia dostarczona z pożywienia przekracza zapotrzebowanie organizmu. A zależy ono od masy człowieka (im większa, tym wyższe zapotrzebowanie na energię), wieku (koło trzydziestki tempo metabolizmu zaczyna powoli spadać), ilości tkanki tłuszczowej (komórki mięśniowe wymagają wielokrotnie większych dostaw energii niż komórki tkanki tłuszczowej), aktywności fizycznej (regularny ruch zwiększa tempo metabolizmu), temperatury otoczenia (niższa niż 22–23şC lub bardzo wysoka podnoszą energochłonność utrzymywania odpowiedniej ciepłoty ciała) oraz hormonów i uwarunkowań genetycznych.

Metabolizm ulega też zmianie np. w czasie infekcji – zapotrzebowanie energetyczne wzrasta wtedy ze względu na aktywność układu odpornościowego i konieczność odbudowy tkanek. Kobiety mają wolniejszą przemianę materii niż mężczyźni. Różnice pojawiają się już w pierwszych latach życia. Największe obserwuje się podczas dojrzewania (10%), potem stopniowo się zmniejszają do 5%. Wynika to z wyższej zawartości tkanki tłuszczowej: u pań stanowi ona z reguły 20–25% masy ciała, a u panów – 15–20%. Tempo metabolizmu kobiet zależy też od fazy cyklu menstruacyjnego: przemiany przebiegają najwolniej w trakcie menstruacji, a bezpośrednio przed nią są o 2–5% szybsze. Niejednokrotnie szukano różnic w tempie metabolizmu osób z różnych kontynentów. Stwierdzono na przykład, że Azjaci mają wolniejszy metabolizm od Europejczyków, a Afroamerykanie od białych Amerykanów.

Z kolei metabolizm mieszkańców okolic podbiegunowych uznano za wyraźnie podwyższony. Coraz częściej jednak wskazuje się na inne podłoże tych rozbieżności, mianowicie na tryb życia, stan odżywienia i warunki pomiaru tempa metabolizmu (np. temperatura przyjęta za neutralną – zapewniona podczas badania – czasami różni się od tej, do której ktoś przywykł, pomiary niekiedy wywołują stres, a dana osoba mogła poprzedniego dnia zjeść wyjątkowo dużo lub mało pożywienia). Obecnie uważa się, że ani rasa, ani klimat, ani też pora roku nie mają wpływu na podstawowe tempo metabolizmu. Ocenia się, że na metabolizm podstawowy przypada mniej więcej 65% całkowitego dobowego zużycia energii. Tempo metabolizmu podczas snu jest tylko nieznacznie niższe. Przemiana materii nie przebiega jednakowo w ciągu całego dnia. Tempo przemian jest najniższe wczesnym rankiem, a największe w godzinę do dwóch po każdym posiłku.

Organizm musi bowiem ogrzać jedzenie do temperatury ciała (jeśli było zimne), przetrawić i przetworzyć na inne związki. Białka pobudzają szybkość przemian w znacznie większym stopniu niż węglowodany czy tłuszcze. Dowiedziono, że dodatek niektórych ostrych przypraw, np. papryczki chili, chrzanu i musztardy do wysokokalorycznego posiłku wzmaga przemianę materii, jednak efekt ten prawdopodobnie wygasa w ciągu pół godziny. By metabolizm przyspieszył na dłuższy czas, potrzeba wysiłku fizycznego – to jedyny wydatek energetyczny organizmu, nad którym mamy kontrolę. Podczas ćwiczeń zapotrzebowanie mięśni może wzrosnąć nawet 50-krotnie – przy bardzo intensywnym wysiłku zużywają one nawet 3000 kJ (ponad 700 kcal) na godzinę (dla porównania: metabolizm podstawowy przeciętnego mężczyzny to 7100 kJ (1700 kcal) na dobę, a kobiety – 5900 kJ, czyli 1400 kcal), w dodatku regularna aktywność sprawia, że organizm „uczy się” zużywać energię szybciej nawet wtedy, gdy odpoczywa.

Dlatego najlepszą radą dla osób pragnących schudnąć jest ruch oraz dbałość o utrzymanie (lub wręcz zwiększenie) masy mięśniowej – zwłaszcza, że u każdego pochłania ona sporą część energii spoczynkowej. Rozmaite diety odchudzające bardzo często przynoszą odwrotny skutek. Głodzenie się prowadzi bowiem do degradacji mięśni, co pociąga za sobą spadek tempa metabolizmu. Poza tym długotrwale utrzymujące się niedobory kalorii też prowadzą do obniżenia tempa metabolizmu – organizm przestawia się na awaryjny tryb głodowy i maksymalną oszczędność energii.

Najgorzej jest, gdy ktoś regularnie nic nie je cały dzień, a wieczorem się najada: wówczas organizm „rzuca się” na wszystko, co dostanie i odkłada jak najwięcej na potem, przewidując dalszą głodówkę. Znaczenie ma też to, że układ trawienny najlepiej pracuje przed południem. Warto również wspomnieć, że niedostatek niektórych pierwiastków uniemożliwia właściwe funkcjonowanie wielu związków, w tym tych przyspieszających metabolizm, takich jak hormony tarczycy (dlatego np. niedostateczna ilość jodu w organizmie skutkuje spowolnieniem przemiany materii). Co ciekawe, nie jest prawdą, że osoby otyłe mają wolniejszy metabolizm niż szczupłe – otóż większe rozmiary ciała powodują, że jest on szybszy.

U osób z dużą nadwagą przemiany zachodzą na tak bardzo zwiększonych obrotach, że nawet drobna redukcja kalorii powoduje chudnięcie. Jeśli straci się sporo kilogramów tłuszczu i mięśni, organizm potrzebuje znacznie mniejszej liczby kalorii do podtrzymania funkcji życiowych. To tłumaczy, dlatego tak łatwo przytyć po odchudzaniu. Jeśli dwie osoby ważą 80 kg, przy czym dla jednej jest to stała masa ciała, a druga schudła ze 130 kg, to ta, która schudła, ograniczając kalorie, ma wolniejszy metabolizm i niższe zapotrzebowanie energetyczne.

Energochłonne obszary
Najwięcej energii potrzebuje mózg. Chociaż stanowi on u człowieka jedynie 2% wagi ciała, pochłania aż 20% tlenu i energii. Wbrew powszechnemu przekonaniu, jego aktywność metaboliczna utrzymuje się na stałym poziomie. Bez względu na to, czy odpoczywamy, czy jesteśmy pochłonięci aktywnością fizyczną lub umysłową, prawie nie ma różnic w poborze glukozy – jedynie okresowo zwiększa się dopływ krwi do pewnych obszarów mózgu, ale nie więcej niż o 5%, czemu nie towarzyszy zwiększony pobór tlenu (właśnie miejscowe zwiększenie dopływu krwi stanowi podstawę technik obrazowania mózgu).

Ogromną większość energii pochłania produkcja, gromadzenie i uwalnianie neurotransmiterów – związków powodujących wzbudzenie impulsu elektrycznego w sąsiadującej komórce – oraz przewodzenie tegoż impulsu i utrzymanie tzw. potencjału spoczynkowego dzięki odpowiedniemu rozmieszczeniu jonów wewnątrz i na zewnątrz neuronu. U pozostałych kręgowców zapotrzebowanie energetyczne mózgu waha się między 2 a 10%. Wprawdzie jego aktywność metaboliczna nie zależy od zachowań zwierzęcia i utrzymuje się na stale wysokim poziomie, ale różna jest relatywna wielkość tego narządu.

Wydaje się, że o tempie metabolizmu tkanki mózgowej ssaków decyduje liczba neuronów: naczelne mają ich więcej w przeliczeniu na wielkość mózgu czy całego ciała niż np. gryzonie. Mózg, wątroba, serce, nerki pochłaniają u człowieka przynajmniej 60% energii spoczynkowej, chociaż ich łączna waga nie przekracza 6% masy ciała. Sporo energii spoczynkowej – ok. 20% – zużywają też mięśnie szkieletowe, lecz one stanowią aż 40–50% masy ciała.

Regulacja na wielu poziomach
Tempo i rodzaj przemian metabolicznych u kręgowców są regulowane m.in. przez hormony występujące w krwi obwodowej. Wraz z innymi cząsteczkami wydzielanymi przez poszczególne struktury ciała tworzą one skomplikowaną sieć wzajemnych powiązań, a nadrzędną kontrolę nad działalnością narządów i tkanek – a zatem nad całym metabolizmem – sprawuje ośrodkowy układ nerwowy, a konkretnie podwzgórze we współpracy z przysadką mózgową. Wydzielane przez tarczycę tyroksyna i trójjodotyronina istotnie wpływają na reakcje zachodzące w organizmie. Dlatego zaburzenia w funkcjonowaniu tego gruczołu (które mogą mieć różne podłoże) mają tak daleko idące konsekwencje.

Podczas niedostatecznej produkcji hormonów tarczycy tempo metabolizmu ulega obniżeniu: spada produkcja energii cieplnej (marznie się), a chorzy odczuwają zmęczenie i senność, tyją mimo braku apetytu, mają zaburzenia koncentracji i pamięci. Z kolei nadmierna produkcja tyroksyny i trójjodotyroniny prowadzi do przyspieszenia przemiany materii, chudnięcia mimo dobrego apetytu, uczucia gorąca, potliwości, przyspieszonego rytmu serca i osłabienia. Niedoczynność tarczycy może też upośledzić funkcjonowanie nadnerczy – przylegających do nerek gruczołów, które wytwarzają hormony, takie jak adrenalina i noradrenalina, glikokortykoidy (np. kortyzol) oraz mineralokortykoidy (np. aldosteron). Podczas stresu czy w sytuacjach zagrożenia życia kortyzol hamuje m.in. produkcję białek, stymuluje zaś metabolizm glukozy i tłuszczów. Adrenalina i noradrenalina też sprzyjają mobilizacji organizmu: podwyższają poziom cukru we krwi na skutek wzmożonego rozpadu glikogenu w wątrobie i mięśniach oraz hamowania produkcji insuliny; stymulują one również rozpad tłuszczów i zwiększenie stężenia wolnych kwasów tłuszczowych w osoczu. Mineralokortykoidy mają natomiast ogromne znaczenie dla utrzymania prawidłowego poziomu wody i elektrolitów w organizmie, co też istotnie wpływa na ogólny metabolizm.

Do niewydolności nadnerczy może doprowadzić też np. długotrwały stres. Kolejny gruczoł – trzustka – wyznacza kierunek przekształceń metabolicznych zależnie od stężenia glukozy we krwi. Gdy po posiłku poziom tego cukru jest podwyższony, do krwi wydziela się hormon trzustki – insulina – i zielone światło dostają przemiany anaboliczne. Glukoza może więc być wykorzystana w rozmaitych procesach wewnątrz komórek. Kiedy natomiast krążącej we krwi glukozy jest mało, trzustka uwalnia glukagon, który ma działa nie przeciwstawne: prowadzi do mobilizacji rezerw i podniesienia poziomu cukru we krwi. Chorobą w znacznym stopniu zaburzającą metabolizm jest cukrzyca. Z cukrzycą typu I mamy do czynienia, kiedy zniszczeniu ulegną komórki trzustki wydzielające insulinę (najczęściej zdarza się to osobom poniżej 30 roku życia). Dochodzi wtedy do niedoboru insuliny.

Cukrzycy typu II można się nabawić wskutek braku ruchu i niezdrowej diety. Jeśli przez lata przesadzamy z rafinowanymi węglowodanami (białym pieczywem, ciastkami, dżemem), cukierkami czy słodzonymi napojami, komórki organizmu mogą się znieczulić na stale obecną insulinę. Poziom cukru pozostaje wówczas wysoki mimo wydzielania hormonu przez trzustkę. Po pewnym czasie może też dojść do uszkodzenia komórek trzustki i spadku produkcji insuliny. U cukrzyków, zarówno w typie I, jak i II, obserwuje się silne pragnienie, głód, utratę wagi, zmęczenie. Występuje u nich ryzyko poważnego spadku poziomu cukru we krwi (z powodu zażycia zbyt dużej dawki insuliny, głodu lub zbyt intensywnego wysiłku fizycznego) – osoba chora źle się wtedy czuje, ma nudności, może dostać drgawek, a nawet zemdleć lub wpaść w śpiączkę.

Cukrzycy zazwyczaj towarzyszy zwężenie naczyń krwionośnych, wskutek czego mózg jest bardziej narażony na zmniejszenie dopływu glukozy. Do schorzeń genetycznych wiążących się z upośledzonym metabolizmem należy np. nietolerancja fruktozy – cukru występującego przede wszystkim w owocach – i galaktozemia, czyli niezdolność trawienia cukru powstałego podczas rozpadu laktozy (galaktozy). Fenyloketonuria to niezdolność przekształcenia aminokwasu fenyloalaniny w aminokwas tyrozynę, skutkująca uszkodzeniem mózgu. Z kolei wrodzonym zaburzeniem metabolizmu samej tyrozyny jest bielactwo charakteryzujące się zmniejszeniem lub zahamowaniem produkcji melanin w komórkach barwnikowych. Istnieją też genetycznie uwarunkowane nieprawidłowości w przekształcaniu tłuszczów, takie jak rodzinna hipercholesterolemia.

Warto też pamiętać, że ogromne znaczenie dla właściwego funkcjonowania organizmu, a w szczególności procesów metabolicznych, mają makro i mikroelementy. Do tej pierwszej grupy zalicza się pierwiastki, których musimy dostarczyć w pożywieniu ponad 100 mg na dobę: m.in. fosfor, wapń, magnez, chlor, potas i sód, do drugiej natomiast takie, których potrzebujemy mniej niż 100 mg każdego dnia: m.in. żelazo, fluor, jod, miedź, chrom i cynk. Makro- i mikroelementy wchodzą w skład struktur organizmu (np. wapń, fosfor i fluor tworzą kości), biorą udział w przewodzeniu impulsów nerwowych (np. potas, sód, magnez), stanowią element enzymów (np. miedź, cynk) i hormonów (np. jod w tyroksynie), są częścią ważnych cząsteczek (np. żelazo w hemoglobinie, fosfor w ATP i DNA).

Dlatego nie wystarczy zapewnić organizmowi samego źródła energii w postaci cukrów, tłuszczów i białek – bez wspomnianych pierwiastków i tak nie będzie w stanie zrobić z nich wielkiego użytku. Znaczenie ma zatem odpowiednia dieta oraz prawidłowe działanie sieci hormonów i enzymów.