人間のエネルギー代謝

「人体は、食物の『燃料』に結合した化学エネルギーを放出できる『機械』です。この『燃料』とは、炭水化物、脂肪、タンパク質、アルコールです」（WHO）。

リストされているいずれかのソースを優先的に使用すると、エネルギー交換の規模とそれに伴う代謝の変化の点で異なる特徴があります。

食物エネルギー供給のさまざまな代謝源の特徴

指標	グルコース	パルミチン酸	タンパク質
発熱量、kcal:
1モル酸化あたり	673	2398	475
1gあたり酸化	3.74	9時30分	5.40
酸素消費量:
蛾	66.0	23.0	5.1
L	134	515	114
二酸化炭素排出量:
蛾	66.0	16.0	4.1
L	134	358	92
ATP生成量、モル：	36	129	23
ATP製品のコスト:
地獄	18.7	18.3	20.7
V/d	3.72	3.99	4.96
S/d	3.72	2.77	4.00
呼吸商	1.00	0.70	0.81
酸素1リットルあたりのエネルギー当量	5.02	4.66	4.17

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

エネルギー交換の段階

タンパク質、脂肪、炭水化物の構造の異化と合成にはそれぞれ特徴的な特徴と特定の形態がありますが、これらの異なる物質の変換には、根本的に共通の段階とパターンがいくつかあります。代謝中に放出されるエネルギーに関連して、エネルギー代謝は主に3つの段階に分けられます。

フェーズIでは、消化管内で栄養素の大きな分子がより小さな分子に分解されます。炭水化物は3つのヘキソース（グルコース、ガラクトース、フルクトース）、タンパク質は20種類のアミノ酸、脂肪（トリグリセリド）はグリセロールと脂肪酸、そしてより希少な糖（例えば、ペントースなど）を形成します。人間の一生の間に、平均して17.5トンの炭水化物、2.5トンのタンパク質、1.3トンの脂肪が体内を通過すると計算されています。フェーズIで放出されるエネルギーの量はわずかで、熱として放出されます。したがって、総エネルギーの約0.6%は多糖類とタンパク質の分解中に放出され、0.14%の脂肪は最終代謝産物への完全な分解中に生成されます。したがって、フェーズIにおける化学反応の重要性は、主に栄養素をエネルギーの実際の放出のために準備することにあります。

第二段階では、これらの物質は不完全燃焼によってさらに分解されます。このプロセスの結果、つまり不完全燃焼は予想外の結果です。25～30種類の物質のうち、二酸化炭素と水に加えて、α-ケトグルタル酸、オキサロ酢酸、そしてアセチルコエンザイムAの形態の酢酸という3種類の最終生成物のみが生成されます。量的には、アセチルコエンザイムAが優勢です。第二段階では、栄養素に含まれるエネルギーの約30%が放出されます。

第三段階、いわゆるクレブストリカルボン酸回路では、第二段階の3つの最終生成物が二酸化炭素と水に燃焼されます。この過程で、栄養素のエネルギーの60～70%が放出されます。クレブス回路は、炭水化物、タンパク質、脂肪の分解における一般的な最終経路です。これは交換における一種の結節点であり、様々な構造の変化が収束し、合成反応の相互遷移が可能になります。

段階 I (消化管での加水分解の段階) とは異なり、物質の分解の段階 II と III では、エネルギーが放出されるだけでなく、特別な種類のエネルギーも蓄積されます。

エネルギー交換反応

エネルギーの節約は、食物分解のエネルギーをマクロエネルギー化合物と呼ばれる特殊な化合物に変換することで実現されます。体内でこの化学エネルギーを運ぶのは様々なリン化合物であり、その中でリン酸残基の結合がマクロエネルギー結合を形成します。

エネルギー代謝における主要な役割は、アデノシン三リン酸の構造を持つピロリン酸結合にあります。この化合物の形で、タンパク質、脂肪、炭水化物の分解時に放出されるエネルギーの60～70%が体内で利用されます。エネルギーの利用（ATPの形での酸化）は生物学的に非常に重要です。なぜなら、このメカニズムにより、エネルギー放出の場所と時間と、臓器の機能における実際の消費を区別することが可能になるからです。24時間で体内で生成および分解されるATPの量は、ほぼ体重に等しいと計算されています。ATPからADPへの変換では、41.84～50.2 kJ、つまり10～12 kcalが放出されます。

代謝によって生成されるエネルギーは、基礎代謝、すなわち室温20℃での完全な安静状態における生命維持、成長（可塑性代謝）、筋肉の活動、そして食物の消化・吸収（食物の特定の動的作用）に消費されます。成人と小児では、代謝によって生成されるエネルギーの消費量に違いがあります。

[ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ]

BX

未熟な状態で生まれたすべての哺乳類と同様に、子供の場合、基礎代謝は 1 年半で最初に増加し、その後、絶対値では着実に増加し続け、体重の単位あたりでは同様に定期的に減少します。

基礎代謝率の計算には、多くの場合、計算方法が用いられます。計算式は通常、身長または体重のいずれかの指標に基づいています。

体重を用いた基礎代謝率の計算（kcal/日）。FAO/WHOの推奨

年	男の子	女の子
0～2歳	60.9 R-54	61 R - 51
3～9歳	22.7 R + 495	22.5 R + 499
10-17 »	17.5 R +651	12.2 R +746
17-30»	15.3 R +679	14.7 R + 496

食物から摂取したエネルギーは、基礎代謝、食物特有の動的作用、排泄に伴う熱損失、身体活動（運動活動）、そして成長のために分配されます。エネルギー分配の構造、すなわちエネルギー代謝においては、以下の2つが区別されます。

• 受け取ったエネルギー（食物から）＝蓄積したエネルギー＋消費したエネルギー。
• 吸収されたエネルギー = 受け取ったエネルギー - 排泄物とともに排出されたエネルギー。
• 代謝エネルギー = 受け取ったエネルギー - 維持（生命）と活動のエネルギー、つまり「基本コスト」。
• 主なコストのエネルギーは次の合計に等しくなります。
  • 基礎代謝率;
  • 体温調節;
  • 食品の温暖化効果（WEF）
  • 活動コスト
  • 新しい組織を合成するためのコスト。
• 沈着エネルギーとは、タンパク質と脂肪の沈着に費やされるエネルギーです。グリコーゲンの沈着量（1%）は微々たるものであるため、ここでは考慮しません。
• 蓄積されたエネルギー = 代謝されたエネルギー - 基本的な消費エネルギー。
• 成長のエネルギーコスト = 新しい組織の合成エネルギー + 新しい組織に蓄積されるエネルギー。

主な年齢による違いは、成長コストと、それほどではないが活動コストとの関係にあります。

1日あたりのエネルギー消費量（kcal/kg）の分布の加齢関連特徴

年	BX	SDDP	排泄による損失	活動	身長	合計
未熟	60	7	20	15	50	152
8週間	55	7	11	17	20	110
10ヶ月	55	7	11	17	20	110
4年	40	6	8	25	8-10	87-89
14歳	35	6	6	20	14	81
アダルト	25	6	6	10	0	47

ご覧のとおり、低体重の新生児や生後1年間の成長コストは非常に大きいです。当然のことながら、成人には全く影響はありません。新生児や乳児であっても、身体活動は大きなエネルギー消費を伴い、その表れとして乳房を吸ったり、落ち着きがなかったり、泣き叫んだりする様子が見られます。

子どもが落ち着きがない時はエネルギー消費量が20～60%増加し、泣き叫んでいる時は2～3倍に増加します。病気もエネルギー消費量を増加させます。特に体温の上昇に伴い、エネルギー消費量は増加します（1℃上昇すると代謝量は10～16%増加します）。

大人とは異なり、子供は成長（可塑性代謝）に多くのエネルギーを消費します。体重1g、つまり新しい組織を蓄積するには、約29.3kJ（7kcal）のエネルギーが必要であることが現在では証明されています。より正確な推定値は以下の通りです。

• 成長のエネルギー「コスト」 = 合成のエネルギー + 新しい組織への沈着のエネルギー。

未熟児や低体重児の場合、合成エネルギーは体重1g増加につき1.3～5kJ（0.3～1.2kcal）です。正期産児の場合、合成エネルギーは体重1g増加につき1.3kJ（0.3kcal）です。

成長にかかる総エネルギーコスト:

• 1年まで = 新しい組織1gあたり21kJ（5kcal）、
• 1年後 = 新しい組織1gあたり36.5〜50.4kJ（8.7〜12kcal）、または栄養素含有量の総エネルギーの約1%。

子どもの成長の激しさは時期によって異なるため、総エネルギー消費量に占める可塑性代謝の割合も異なります。最も成長が激しいのは子宮内発育期で、この時期にヒト胎児の質量は12億倍（1.02 x 10）増加します。生後数か月間は成長率が非常に高い状態が続きます。これは体重の顕著な増加によって証明されます。そのため、生後3か月の子どもでは、エネルギー消費量に占める「可塑性」代謝の割合は46%で、その後1年間は減少しますが、4歳以降、特に思春期前期には成長の激しさが増し、これも可塑性代謝の増加に反映されます。平均して、6歳から12歳までの子どもの成長には、エネルギー必要量の12%が費やされます。

成長のためのエネルギーコスト

年	体重（kg）	体重増加、g/日	エネルギー 値、 kcal/日	エネルギー 値、 kcal/(kg-日)	基礎代謝率の割合として
1ヶ月	3.9	30	146	37	71
3 »	5.8	28	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	28
1年	10.4	10	63	6	11
5年	17.6	5	32	2	4
14歳、女子	47.5	18	113	2	8
16歳の男子	54.0	18	113	2	7

[ 9 ], [ 10 ]

計算困難な損失のためのエネルギー消費

計算が難しい損失としては、脂肪、消化液、消化管壁や腺で産生された分泌物、便によるもの、上皮細胞の剥離、皮膚、髪、爪を覆う細胞の剥離、汗、そして女子の場合は思春期における月経血によるものなどがあります。残念ながら、小児におけるこの問題はほとんど研究されていません。1歳以上の小児では、エネルギー消費量の約8%を占めると考えられています。

[ 11 ]

活動と体温維持にかかるエネルギー消費

活動と体温維持にかかるエネルギー消費量は、子どもの年齢とともに変化します（5歳以降は、筋肉の活動として扱われます）。出生後30分で新生児の体温は約2℃低下し、大きなエネルギー消費を引き起こします。幼児の場合、臨界温度（28～32℃）以下の気温で体温を一定に保ち、活動するために、200.8～418.4 kJ/(kg・日)、または48～100 kcal/(kg・日)のエネルギーを消費しなければなりません。したがって、年齢を重ねるにつれて、体温と活動を維持するための絶対的なエネルギー消費量は増加します。

しかし、生後1年目の乳幼児では、体温を一定に保つためのエネルギー消費量は、体重が小さいほど少なくなります。その後、体重1kgあたりの体表面積が再び減少するため、エネルギー消費量は再び減少します。同時に、1歳を超える乳幼児では、歩いたり、走ったり、体育やスポーツを自主的に行うようになるため、活動（筋肉の働き）にかかるエネルギー消費量は増加します。

身体活動のエネルギーコスト

動きの種類	カロリー/分
低速でのサイクリング	4.5
中速でサイクリング	7.0
自転車を高速で運転する	11.1
ダンシング	3.3～7.7
フットボール	8.9
器具を使った体操	3.5
スプリントランニング	13.3～16.8
長距離走	10.6
アイススケート	11.5
中程度のスピードでのクロスカントリースキー	10.8～15.9
最高速度でのクロスカントリースキー	18.6
水泳	11.0～14.0

6〜12歳の子供の場合、身体活動に費やされるエネルギーの割合はエネルギー必要量の約25％であり、成人の場合は1/3です。

[ 12 ], [ 13 ]

食品の特定の動的作用

食物の特定の動的効果は、食事の性質によって異なります。タンパク質を多く含む食品ではより顕著で、脂肪や炭水化物ではそれほど顕著ではありません。2歳児では食物の特定の動的効果は7～8%、それ以上の年齢の子どもでは5%以上です。

実施コストとストレス克服

これは、通常の生活活動とエネルギー消費の自然な流れです。生活や社会適応のプロセス、教育やスポーツ、人間関係の構築など、これらすべてがストレスと追加のエネルギー消費を伴う可能性があります。平均すると、これは1日のエネルギー「配給量」の10%に相当します。同時に、急性疾患や重篤な疾患、あるいは怪我を患っている場合、ストレス消費量は著しく増加する可能性があり、食事量の計算においてこの点を考慮する必要があります。

ストレス時のエネルギー必要量の増加に関するデータは以下に示されています。

州	エネルギー 必要量の変化
体表面積の割合に応じて火傷の程度が異なります	+ 30...70%
人工呼吸器による多発外傷	+ 20...30%
重度の感染症と多発外傷	+ 10...20%
術後、軽度の感染症、骨折	0... + 10%

持続的なエネルギー不均衡（過剰または不足）は、あらゆる発達年齢および生物学的年齢指標において、体重と身長の変化を引き起こします。中程度のエネルギー欠乏（4～5%）でさえ、子供の発達遅延を引き起こす可能性があります。したがって、食物エネルギー供給は、適切な成長と発達のための最も重要な条件の1つとなります。この供給量の計算は定期的に行う必要があります。ほとんどの子供にとって、1日の食事に含まれる総エネルギーの推奨事項は、分析のベンチマークとして役立ちます。ただし、特別な健康状態または生活環境にある一部の子供の場合は、すべてのエネルギー消費成分の合計に基づいて個別に計算する必要があります。エネルギー消費量を計算する次の方法は、供給の一般的な年齢基準の使用例であり、これらの基準を個別に修正することができます。

基礎代謝量の算出方法

最長3年	3～10年	10～18歳
男の子
X = 0.249 kg - 0.127	X = 0.095 kg + 2.110	X = 0.074 kg + 2.754
女の子
X = 0.244 kg - 0.130	X = 0.085 kg + 2.033	X = 0.056 kg + 2.898

[ 14 ], [ 15 ]

追加費用

損害賠償 - 基礎代謝率が次のように乗算されます: 軽度の手術の場合 - 1.2 倍、骨格外傷の場合 - 1.35 倍、敗血症の場合 - 1.6 倍、火傷の場合 - 2.1 倍。

食品の特定の動的作用：基礎代謝率の 10% 増加。

身体活動: 寝たきりの場合 + 基礎代謝率の 10%、椅子に座っている場合 + 基礎代謝率の 20%、病院の病棟に入院している患者の場合 + 基礎代謝率の 30%。

発熱によるコスト: 体温の1日平均上昇1°Cごとに基礎代謝率が10～12%増加します。

体重増加: 最大 1 kg/週 + 1 日あたり 1260 kJ (300 kcal)。

人口の年齢に応じたエネルギー供給基準を設けることが認められています。多くの国がそのような基準を設けています。組織化された集団の食糧配給はすべて、この基準に基づいて策定されています。また、個々の食糧配給も、この基準に照らして審査されます。

幼児から11歳までの子供の栄養エネルギー値に関する推奨事項

	0～2ヶ月	3～5ヶ月	6～11ヶ月	1～3年	3～7歳	7～10年
エネルギー、合計、kcal	-	-	-	1540	1970	2300
エネルギー、kcal/kg	115	115	110	-	-	-

エネルギー標準化の推奨事項（kcal/（kg・日））

年齢、月齢	FAO/WHO（1985年）	国連（1996年）
0-1	124	107
1-2	116	109
2-3	109	111
3^	103	101
4-10	95-99	100
10～12歳	100-104	109
12-24	105	90

エネルギー代謝の計算と調整は、主要なエネルギーキャリア、すなわち主に炭水化物と脂肪の欠乏を解消することを目的としています。同時に、これらのキャリアを特定の目的に使用するには、多くの必須微量栄養素の供給を考慮し、調整する必要があります。したがって、カリウム、リン酸塩、ビタミンB群、特にチアミンとリボフラビン、場合によってはカルニチン、抗酸化物質などを処方することが特に重要です。この条件を遵守しないと、特に非経口的な集中的なエネルギー栄養によって生じる、生命に適さない状態を引き起こす可能性があります。