Tiêu hao năng lượng và nhu cầu dinh dưỡng
1. Tiêu hao năng lượng
Trong suốt cuộc sống, cơ thể chúng ta liên tục đổi mới và thực hiện các phản ứng sinh hóa để xây dựng tế bào và mô mới. Quá trình này đòi hỏi năng lượng, và nguồn năng lượng chính đến từ thức ăn dưới dạng protein, lipid (chất béo) và glucid (carbohydrate).
- Cơ thể cần năng lượng cho các hoạt động sống, được cung cấp từ protein, lipid, glucid trong thức ăn.
- Đơn vị năng lượng: Kilocalorie (Kcal) và Joule (Jun).
- 1 Kcal = 4.184 Kilojun
Các nhà khoa học sử dụng hai đơn vị chính để đo lường năng lượng:
- Kilocalorie (Kcal): Đây là lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của 1 lít nước lên 1°C. Trong dinh dưỡng học, Kcal thường được sử dụng để biểu thị giá trị năng lượng của thực phẩm.
- Joule (Jun): Đây là đơn vị năng lượng trong hệ đo lường quốc tế (SI). Một Joule được định nghĩa là công thực hiện khi một lực 1 Newton tác dụng lên một vật làm nó di chuyển một khoảng cách 1 mét.
Để chuyển đổi giữa hai đơn vị này, ta có công thức: 1 Kcal = 4.184 Kilojun
- Đo năng lượng thức ăn bằng Bom calori.
Để xác định hàm lượng năng lượng trong thực phẩm, người ta sử dụng một thiết bị gọi là Bom calori. Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc đốt cháy hoàn toàn một lượng thực phẩm nhất định trong môi trường kín, sau đó đo lượng nhiệt tỏa ra. Lượng nhiệt này tương ứng với năng lượng chứa trong thực phẩm.
- Quá trình sinh nhiệt:
- Gluxit, protein, lipid + O2 -> Nhiệt năng + H2O + CO2
Quá trình sinh nhiệt từ thức ăn có thể được mô tả bằng phương trình tổng quát sau:
Gluxit, protein, lipid + O2 → Nhiệt năng + H2O + CO2
Trong đó:
- Gluxit (carbohydrate), protein và lipid (chất béo) là các chất dinh dưỡng đa lượng có trong thức ăn.
- O2 là oxy, cần thiết cho quá trình đốt cháy.
- Nhiệt năng là năng lượng được giải phóng dưới dạng nhiệt.
- H2O là nước.
- CO2 là carbon dioxide.
Quá trình này tương tự như quá trình đốt cháy nhiên liệu, trong đó các chất dinh dưỡng được oxy hóa để tạo ra năng lượng, nước và carbon dioxide.
- Năng lượng tạo ra trong cơ thể thấp hơn so với Bom calori do:
- Thức ăn không tiêu hóa hết.
- Chất không được đốt cháy hoàn toàn.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng năng lượng thực tế mà cơ thể nhận được từ thức ăn thường thấp hơn so với kết quả đo được trong bom calori. Điều này là do:
Không phải tất cả thức ăn đều được tiêu hóa và hấp thụ hoàn toàn: Một phần thức ăn có thể không được tiêu hóa hết và bị thải ra ngoài theo phân.
Một số chất không được đốt cháy hoàn toàn: Ví dụ, protein có thể không được đốt cháy hoàn toàn thành CO2 và H2O, mà tạo ra các sản phẩm phụ như urê và axit uric, sau đó được thải ra ngoài theo nước tiểu.
Giá trị sinh nhiệt của các chất:
- Protein: 4 Kcal/g
- Carbohydrate: 4 Kcal/g
- Lipid: 9 Kcal/g
- Rượu: 7 Kcal/g
Giá trị năng lượng sinh ra từ các chất dinh dưỡng đa lượng (protein, carbohydrate, lipid) và rượu (nếu có) được gọi là giá trị sinh nhiệt. Các giá trị này được biểu thị bằng đơn vị Kcal/g hoặc KJ/g:
- Protein: 4 Kcal/g (17 KJ/g)
- Carbohydrate: 4 Kcal/g (17 KJ/g)
- Lipid (chất béo): 9 Kcal/g (38 KJ/g)
- Rượu (Ethanol): 7 Kcal/g (29 KJ/g)
Như vậy, chất béo cung cấp nhiều năng lượng nhất trên mỗi gram, trong khi protein và carbohydrate cung cấp lượng năng lượng tương đương nhau.
- Xác định năng lượng tiêu hao:
- Phương pháp trực tiếp: Đo nhiệt lượng tỏa ra.
- Phương pháp gián tiếp: Đo lượng oxy tiêu thụ.
- 1 lít oxy tương đương 4.82 Kcal.
- Thương số hô hấp (RQ) phụ thuộc vào chất đốt cháy.
- Gluxit: RQ = 1.0
- Lipid: RQ = 0.71
- Protein: RQ = 0.81
- Hỗn hợp: RQ = 0.8-0.85
Có hai phương pháp chính để xác định năng lượng tiêu hao của cơ thể:
- Phương pháp trực tiếp: Phương pháp này đo trực tiếp lượng nhiệt mà cơ thể tỏa ra trong một khoảng thời gian nhất định. Người ta thường sử dụng một phòng kín đặc biệt (calorimeter) để đo lượng nhiệt này. Tuy nhiên, phương pháp này phức tạp và tốn kém, ít được sử dụng trong thực tế.
- Phương pháp gián tiếp: Phương pháp này dựa trên việc đo lượng oxy (O2) mà cơ thể tiêu thụ và lượng carbon dioxide (CO2) mà cơ thể thải ra. Từ đó, người ta có thể tính toán được lượng năng lượng mà cơ thể đã sử dụng. Phương pháp này phổ biến hơn vì đơn giản và dễ thực hiện hơn.
Thương số hô hấp (Respiratory Quotient - RQ) là tỷ lệ giữa lượng CO2 thải ra và lượng O2 tiêu thụ trong quá trình chuyển hóa năng lượng. Giá trị RQ cho biết loại nhiên liệu nào đang được cơ thể sử dụng để tạo ra năng lượng:
- Gluxit (carbohydrate): RQ = 1.0
- Lipid (chất béo): RQ = 0.71
- Protein: RQ = 0.81
- Chế độ ăn hỗn hợp: RQ thường dao động từ 0.8 đến 0.85
2. Chuyển hóa cơ sở
- Năng lượng tiêu hao khi nghỉ ngơi, nhịn đói, ở nhiệt độ thích hợp.
- Duy trì các chức năng sống: tuần hoàn, hô hấp, bài tiết, tiêu hóa…
Chuyển hóa cơ sở (Basal Metabolic Rate - BMR) là lượng năng lượng tối thiểu mà cơ thể cần để duy trì các chức năng sống cơ bản trong trạng thái nghỉ ngơi hoàn toàn. Các điều kiện để đo BMR bao gồm:
- Nghỉ ngơi hoàn toàn: Người được đo phải nằm yên, không vận động.
- Nhịn đói: Người được đo phải nhịn ăn ít nhất 12 giờ trước khi đo.
- Nhiệt độ môi trường thích hợp: Môi trường không quá nóng hoặc quá lạnh.
BMR được sử dụng để duy trì các chức năng sống thiết yếu như:
Tuần hoàn máu
Hô hấp
Bài tiết
Tiêu hóa
Duy trì nhiệt độ cơ thể
Duy trì hoạt động của não và hệ thần kinh
Gan (27%), não (19%), tim, thận, cơ (18%).
Các cơ quan khác nhau trong cơ thể tiêu thụ năng lượng với tỷ lệ khác nhau. Gan và não là hai cơ quan tiêu thụ nhiều năng lượng nhất, chiếm tỷ lệ lớn trong tổng năng lượng chuyển hóa cơ sở.
- Yếu tố ảnh hưởng:
- Hệ thần kinh trung ương.
- Hệ nội tiết (giáp trạng tăng, tuyến yên giảm).
- Tuổi (trẻ em cao hơn).
- Giảm ở người lớn tuổi do giảm khối nạc, tăng khối mỡ.
- Người trưởng thành: 1kcal/kg cân nặng/giờ.
- Phụ nữ mang thai: tăng 20%.
- Thiếu dinh dưỡng: giảm.
- Cấu trúc cơ thể: khối nạc > khối mỡ.
- Sốt: tăng 7% cho mỗi 1°C.
- Nhiệt độ môi trường.
- Tác dụng động lực đặc hiệu của thức ăn (đạm > béo > đường).
Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến chuyển hóa cơ sở, bao gồm:
Hệ thần kinh trung ương: Tình trạng hoạt động của hệ thần kinh có thể ảnh hưởng đến tốc độ chuyển hóa cơ sở.
Hệ nội tiết: Các hormone từ tuyến giáp (ví dụ, thyroxine) có thể làm tăng chuyển hóa cơ sở, trong khi các hormone từ tuyến yên có thể làm giảm.
Tuổi: Chuyển hóa cơ sở thường cao hơn ở trẻ em và giảm dần theo tuổi tác.
Thành phần cơ thể: Người có nhiều cơ bắp (khối nạc) thường có chuyển hóa cơ sở cao hơn người có nhiều mỡ.
Giới tính: Nam giới thường có chuyển hóa cơ sở cao hơn nữ giới.
Tình trạng dinh dưỡng: Thiếu dinh dưỡng hoặc đói ăn có thể làm giảm chuyển hóa cơ sở.
Mang thai: Phụ nữ mang thai thường có chuyển hóa cơ sở tăng lên, đặc biệt là trong những tháng cuối thai kỳ.
Sốt: Khi cơ thể bị sốt, chuyển hóa cơ sở có thể tăng lên đáng kể.
Nhiệt độ môi trường: Nhiệt độ môi trường quá cao hoặc quá thấp có thể ảnh hưởng đến chuyển hóa cơ sở.
Tác dụng nhiệt của thức ăn (TEF): Quá trình tiêu hóa, hấp thụ và chuyển hóa thức ăn làm tăng nhẹ chuyển hóa cơ sở trong một thời gian ngắn. Protein có tác dụng nhiệt cao nhất, tiếp theo là carbohydrate và chất béo.
Công thức tính chuyển hóa cơ sở theo cân nặng: Xem bảng.
Có nhiều công thức khác nhau để ước tính chuyển hóa cơ sở dựa trên cân nặng, chiều cao, tuổi và giới tính. Một trong những công thức phổ biến nhất là công thức Harris-Benedict:
Đối với nam giới:
BMR = 88.362 + (13.397 x cân nặng kg) + (4.799 x chiều cao cm) - (5.677 x tuổi năm)
Đối với nữ giới:
BMR = 447.593 + (9.247 x cân nặng kg) + (3.098 x chiều cao cm) - (4.330 x tuổi năm)
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các công thức này chỉ là ước tính và có thể không chính xác đối với tất cả mọi người.
3. Lao động thể lực
- Năng lượng tiêu hao tăng theo cường độ lao động.
- Phụ thuộc thể trọng, tuổi, môi trường, sự khéo léo.
Ngoài năng lượng cần thiết cho chuyển hóa cơ sở, cơ thể còn tiêu hao năng lượng cho các hoạt động thể lực. Lượng năng lượng tiêu hao này phụ thuộc vào:
Cường độ lao động: Lao động càng nặng thì tiêu hao càng nhiều năng lượng.
Thời gian lao động: Thời gian lao động càng dài thì tiêu hao càng nhiều năng lượng.
Thể trọng: Người có thể trọng lớn hơn thường tiêu hao nhiều năng lượng hơn.
Tuổi: Trẻ em và thanh thiếu niên thường tiêu hao nhiều năng lượng hơn người lớn tuổi.
Môi trường: Môi trường nóng hoặc lạnh có thể làm tăng tiêu hao năng lượng.
Sự khéo léo và thành thục: Người làm việc khéo léo và thành thục thường tiêu hao ít năng lượng hơn.
Phân loại lao động:
- Nhẹ: hành chính, trí óc, nội trợ, giáo viên.
- Trung bình: xây dựng, nông dân, nghề cá, quân nhân, sinh viên.
- Nặng: nông nghiệp, công nghiệp nặng, mỏ, vận động viên.
- Đặc biệt: nghề rừng, nghề rèn.
Để ước tính nhu cầu năng lượng hàng ngày, người ta thường phân loại các loại hình lao động thể lực thành các nhóm sau:
- Lao động nhẹ: Các công việc văn phòng, hành chính, trí óc, nội trợ, giáo viên…
- Lao động trung bình: Các công việc xây dựng, nông nghiệp, nghề cá, quân nhân, sinh viên…
- Lao động nặng: Các công việc nông nghiệp nặng, công nghiệp nặng, khai thác mỏ, vận động viên thể thao…
- Lao động đặc biệt: Các công việc trong rừng, nghề rèn…
4. Tính nhu cầu năng lượng cả ngày
- Dựa vào chuyển hóa cơ sở và hoạt động thể lực.
- Sử dụng hệ số theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO).
- Công thức: Nhu cầu năng lượng cả ngày = Chuyển hóa cơ sở x Hệ số lao động.
Để tính toán nhu cầu năng lượng hàng ngày, bạn cần:
- Tính chuyển hóa cơ sở (BMR): Sử dụng các công thức ước tính BMR như công thức Harris-Benedict (đã nêu ở trên).
- Xác định mức độ hoạt động thể lực: Chọn mức độ hoạt động phù hợp với công việc và lối sống của bạn (ví dụ: ít vận động, vận động nhẹ, vận động vừa phải, vận động nhiều, rất vận động).
- Sử dụng hệ số hoạt động (Activity Factor): Nhân BMR với hệ số hoạt động tương ứng để tính tổng nhu cầu năng lượng hàng ngày.
Bảng hệ số hoạt động (tham khảo):
- Ít vận động: Ngồi nhiều, ít hoặc không tập thể dục (hệ số 1.2)
- Vận động nhẹ: Tập thể dục nhẹ nhàng 1-3 ngày mỗi tuần (hệ số 1.375)
- Vận động vừa phải: Tập thể dục vừa phải 3-5 ngày mỗi tuần (hệ số 1.55)
- Vận động nhiều: Tập thể dục cường độ cao 6-7 ngày mỗi tuần (hệ số 1.725)
- Rất vận động: Tập thể dục rất nặng hoặc làm các công việc thể chất nặng nhọc hàng ngày (hệ số 1.9)
Công thức tính nhu cầu năng lượng hàng ngày:
Tổng nhu cầu năng lượng = BMR x Hệ số hoạt động
5. Duy trì cân nặng nên có
- Trẻ em: tăng cân là phát triển bình thường.
- Người trưởng thành: duy trì ổn định, tránh béo phì.
Ở trẻ em, tăng cân là một dấu hiệu quan trọng của sự phát triển khỏe mạnh và dinh dưỡng đầy đủ. Tuy nhiên, ở người trưởng thành, việc duy trì cân nặng ổn định là quan trọng hơn. Cả thừa cân và thiếu cân đều có thể gây ra những vấn đề sức khỏe.
- Chỉ số BMI (Body Mass Index):
- BMI = Cân nặng (kg) / (Chiều cao (m))^2
- WHO khuyến nghị: 18.5 - 25.
- Người Việt Nam (26-40 tuổi): 19.72 ± 2.81 (nam), 19.75 ± 3.41 (nữ).
Chỉ số khối cơ thể (Body Mass Index - BMI) là một công cụ đơn giản và phổ biến để đánh giá cân nặng của một người so với chiều cao của họ. BMI được tính bằng công thức:
BMI = Cân nặng (kg) / (Chiều cao (m))^2
Phân loại BMI theo WHO:
- Dưới 18.5: Thiếu cân
- 18.5 - 24.9: Cân nặng bình thường
- 25 - 29.9: Thừa cân
- 30 trở lên: Béo phì
BMI là một công cụ hữu ích để đánh giá cân nặng, nhưng nó không phải là một chỉ số hoàn hảo. BMI không phân biệt giữa khối lượng cơ và khối lượng mỡ, và nó có thể không chính xác đối với những người có nhiều cơ bắp (ví dụ: vận động viên).
