توازن الطاقة

في علم الأحياء، يعد توازن الطاقة ، أو التحكم في توازن الطاقة ، عملية بيولوجية تتضمن التنظيم المنسق لتوازن تناول الطعام (تدفق الطاقة) ونفقات الطاقة (تدفق الطاقة). ^[1]^[2]^[3] يلعب الدماغ البشري، وخاصة منطقة ما تحت المهاد ، دورًا محوريًا في تنظيم توازن الطاقة وتوليد الشعور بالجوع من خلال دمج عدد من الإشارات الكيميائية الحيوية التي تنقل المعلومات حول توازن الطاقة. ^[2]^[3]^[4] يتم تحويل خمسين بالمائة من الطاقة من عملية التمثيل الغذائي للجلوكوز على الفور إلى حرارة. ^[5]

يعد الحفاظ على توازن الطاقة جانبًا مهمًا من جوانب الطاقة الحيوية .

تعريف

في الولايات المتحدة، يتم التعبير عن الطاقة البيولوجية باستخدام وحدة الطاقة السعرات الحرارية بحرف كبير C (أي كيلو كالوري)، وهو ما يعادل الطاقة اللازمة لزيادة درجة حرارة 1 كيلوغرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية (حوالي 4.18 كيلو جول ). ^[6]

يمكن قياس توازن الطاقة من خلال التفاعلات الحيوية باستخدام المعادلة التالية: ^[1]

كمية الطاقة المتناولة (من الطعام والسوائل) = الطاقة المنفقة (من خلال العمل والحرارة المولدة) + التغير في الطاقة المخزنة ( تخزين الدهون والجليكوجين في الجسم)

ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن الطاقة لا يمكن إنشاؤها ولا تدميرها. ولكن يمكن تحويل الطاقة من شكل من أشكال الطاقة إلى آخر. لذلك، عندما يتم استهلاك سعرة حرارية من طاقة الطعام، يحدث أحد التأثيرات الثلاثة المحددة داخل الجسم: قد يتم تخزين جزء من تلك السعرات الحرارية على شكل دهون في الجسم أو دهون ثلاثية أو جليكوجين ، ونقلها إلى الخلايا وتحويلها إلى طاقة كيميائية في شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP - إنزيم مساعد ) أو مركبات ذات صلة، أو تبدد على شكل حرارة . ^[1]^[5]^[7]

طاقة

المدخل

يقاس تناول الطاقة بكمية السعرات الحرارية المستهلكة من الطعام والسوائل. ^[1] يتم تعديل تناول الطاقة عن طريق الجوع، والذي يتم تنظيمه في المقام الأول من قبل منطقة تحت المهاد ، ^[1] والاختيار، والذي يتم تحديده من خلال مجموعات من هياكل الدماغ المسؤولة عن التحكم في التحفيز (أي التكييف الإجرائي والتكييف الكلاسيكي ) والتحكم المعرفي في سلوك الأكل. ^[8]^[9] يتم تنظيم الجوع جزئيًا من خلال عمل هرمونات الببتيد والنيوروببتيدات العصبية (على سبيل المثال، الأنسولين ، واللبتين ، والجريلين ، والنيوروببتيد Y ، من بين أمور أخرى) في منطقة تحت المهاد . ^[1]^[10]

النفقات

إن إنفاق الطاقة هو في الأساس مجموع الحرارة الداخلية المنتجة والعمل الخارجي. والحرارة الداخلية المنتجة هي في الأساس مجموع معدل الأيض الأساسي (BMR) والتأثير الحراري للطعام . ويمكن تقدير العمل الخارجي عن طريق قياس مستوى النشاط البدني (PAL). ^{[ بحاجة لمصدر ]}

عدم التوازن

نظرية نقطة الضبط ، التي تم تقديمها لأول مرة في عام 1953، افترضت أن كل جسم لديه وزن ثابت مبرمج مسبقًا، مع آليات تنظيمية للتعويض. تم تبني هذه النظرية بسرعة واستخدامها لشرح الفشل في تطوير إجراءات فعالة ومستدامة لفقدان الوزن. وجدت مراجعة منهجية أجريت عام 2019 لتدخلات متعددة لتغيير الوزن على البشر، بما في ذلك اتباع نظام غذائي وممارسة الرياضة والإفراط في تناول الطعام، "أخطاء طاقة" منهجية، وفقدان أو اكتساب السعرات الحرارية غير المعوضة، لجميع هذه الإجراءات. يوضح هذا أن الجسم لا يمكنه التعويض بدقة عن الأخطاء في تناول الطاقة / السعرات الحرارية، على عكس ما تفترضه نظرية نقطة الضبط، وربما يفسر كل من فقدان الوزن وزيادة الوزن مثل السمنة . أجريت هذه المراجعة على دراسات قصيرة المدى، وبالتالي لا يمكن استبعاد مثل هذه الآلية على المدى الطويل، حيث لا يوجد دليل حاليًا على هذا الإطار الزمني. ^[11]^[12]

التوازن الإيجابي

التوازن الإيجابي هو نتيجة لكون كمية الطاقة المتناولة أعلى مما يتم استهلاكه في العمل الخارجي ووسائل الجسم الأخرى لإنفاق الطاقة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

الأسباب الرئيسية التي يمكن الوقاية منها هي:

الإفراط في تناول الطعام مما يؤدي إلى زيادة تناول الطاقة
نمط الحياة المستقرة ، مما يؤدي إلى انخفاض إنفاق الطاقة من خلال العمل الخارجي

يؤدي التوازن الإيجابي إلى تخزين الطاقة على شكل دهون و/أو عضلات ، مما يتسبب في زيادة الوزن . ومع مرور الوقت، قد يتطور الوزن الزائد والسمنة ، مع المضاعفات الناتجة عن ذلك.

الرصيد السلبي

التوازن السلبي هو نتيجة لكون كمية الطاقة المتناولة أقل من ما يستهلكه الجسم في العمل الخارجي ووسائل إنفاق الطاقة الأخرى.

السبب الرئيسي هو قلة الأكل بسبب حالة طبية مثل انخفاض الشهية أو فقدان الشهية العصبي أو مرض الجهاز الهضمي أو بسبب بعض الظروف مثل الصيام أو عدم القدرة على الوصول إلى الطعام. يمكن أن يكون فرط نشاط الغدة الدرقية سببًا أيضًا.

متطلبات

تعتمد متطلبات الطاقة الطبيعية، وبالتالي تناول الطاقة الطبيعي، بشكل أساسي على العمر والجنس ومستوى النشاط البدني (PAL). وقد أعدت منظمة الأغذية والزراعة (الفاو) التابعة للأمم المتحدة تقريرًا مفصلاً عن متطلبات الطاقة البشرية. ^[13] هناك طريقة أقدم ولكنها مستخدمة بشكل شائع ودقيقة إلى حد ما وهي معادلة هاريس بنديكت .

ومع ذلك، هناك دراسات جارية حاليًا لإظهار ما إذا كان تقييد السعرات الحرارية إلى أقل من القيم الطبيعية له تأثيرات مفيدة، وعلى الرغم من أنها تظهر مؤشرات إيجابية في الرئيسيات غير البشرية ^[14]^[15] فإنه لا يزال من غير المؤكد ما إذا كان تقييد السعرات الحرارية له تأثير إيجابي على طول العمر للبشر والرئيسيات الأخرى. ^[14]^[15] يمكن النظر إلى تقييد السعرات الحرارية على أنه تحقيق توازن الطاقة عند تناول وإنفاق أقل، وبهذا المعنى، فهو ليس اختلالًا في الطاقة بشكل عام، باستثناء اختلال التوازن الأولي حيث لم يتطابق الإنفاق المنخفض بعد مع انخفاض المدخول.

المجتمع والثقافة

كان هناك جدل حول رسائل توازن الطاقة التي تقلل من أهمية تناول الطاقة التي تروج لها مجموعات صناعة الأغذية. ^[16]

انظر أيضا

مراجع

^ abcdef Frayn KN (2013). "الفصل 11: توازن الطاقة وتنظيم وزن الجسم". التنظيم الأيضي: منظور بشري (الطبعة الثالثة). جون وايلي وأولاده. ص 329-349. رقم ISBN 9781118685334تم الاسترجاع بتاريخ 9 يناير 2017 .
^ ab Malenka RC, Nestler EJ, Hyman SE (2009). Sydor A, Brown RY (ed.). علم الأعصاب الجزيئي: أساس لعلم الأعصاب السريري (الطبعة الثانية). نيويورك: McGraw-Hill Medical. ص 179، 262-263. ISBN 9780071481274. يتم تنظيم الخلايا العصبية الأوركسينية بواسطة وسطاء طرفيين يحملون معلومات حول توازن الطاقة، بما في ذلك الجلوكوز واللبتين والجريلين. ... وفقًا لذلك، يلعب الأوركسين دورًا في تنظيم توازن الطاقة والمكافأة، وربما بشكل عام في العاطفة. ... يتضمن تنظيم توازن الطاقة التنسيق الدقيق بين تناول الطعام ونفقات الطاقة. أظهرت التجارب في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين أن آفات الوطاء الجانبي (LH) قللت من تناول الطعام؛ وبالتالي، فإن الدور الطبيعي لهذه المنطقة من الدماغ هو تحفيز التغذية وتقليل استخدام الطاقة. على النقيض من ذلك، فإن آفات الوطاء الإنسي، وخاصة النواة البطنية الوسطى (VMH) ولكن أيضًا PVN والنواة الوطائية الظهرية الوسطى (DMH)، زادت من تناول الطعام؛ وبالتالي، فإن الدور الطبيعي لهذه المناطق هو قمع التغذية وزيادة استخدام الطاقة. ولكن اكتشاف الشبكات المعقدة من الببتيدات العصبية وغيرها من النواقل العصبية التي تعمل داخل منطقة تحت المهاد ومناطق أخرى من المخ لتنظيم تناول الطعام ونفقات الطاقة بدأ على نحو جدي في عام 1994 مع استنساخ جين اللبتين (ob، في إشارة إلى السمنة). والواقع أن هناك الآن اهتماماً هائلاً بآليات التغذية الأساسية نظراً للنسب الوبائية للسمنة في مجتمعنا، والزيادة في عدد ضحايا اضطرابات الأكل وفقدان الشهية العصبي والشره المرضي. ومن المؤسف أنه على الرغم من التقدم الهائل في علم الأعصاب الأساسي للتغذية، فإن فهمنا لأسباب هذه الحالات وقدرتنا على التدخل سريرياً لا يزال محدوداً.
^ ab Morton GJ, Meek TH, Schwartz MW (2014). "علم الأعصاب لتناول الطعام في الصحة والمرض". Nat. Rev. Neurosci . 15 (6): 367–378. doi :10.1038/nrn3745. PMC 4076116. PMID 24840801. ومع ذلك، في الأفراد العاديين، يكون وزن الجسم ومحتوى الدهون في الجسم مستقرين تمامًا بمرور الوقت ^2,3 بسبب عملية بيولوجية تسمى "توازن الطاقة" والتي تطابق تناول الطاقة مع الإنفاق على مدى فترات طويلة من الزمن. يتألف نظام توازن الطاقة من الخلايا العصبية في منطقة تحت المهاد المتوسطة القاعدية ومناطق أخرى من الدماغ ⁴ والتي تعد جزءًا من دائرة عصبية تنظم تناول الطعام استجابةً للمدخلات من الإشارات الخلطية التي تدور بتركيزات متناسبة مع محتوى الدهون في الجسم ^4-6 . ... إن المفهوم الناشئ في علم الأعصاب المتعلق بتناول الطعام هو أن الدوائر العصبية موجودة والتي عادة ما يتم تثبيطها، ولكن عندما يتم تنشيطها استجابة لمحفزات طارئة أو مرهقة فإنها قد تتغلب على التحكم في توازن الطاقة. إن فهم كيفية تفاعل هذه الدوائر مع نظام توازن الطاقة أمر أساسي لفهم التحكم في تناول الطعام وقد يؤثر على تطور الاضطرابات في كلا طرفي طيف وزن الجسم.
^ Farr OM, Li CS, Mantzoros CS (2016). "تنظيم الجهاز العصبي المركزي للأكل: رؤى من تصوير الدماغ البشري". Metab. Clin. Exp . 65 (5): 699–713. doi :10.1016/j.metabol.2016.02.002. PMC 4834455. PMID 27085777 .
^ ab Kevin G. Murphy & Stephen R. Bloom (14 ديسمبر 2006). "هرمونات الأمعاء وتنظيم توازن الطاقة". Nature . 444 (7121): 854–859. Bibcode :2006Natur.444..854M. doi :10.1038/nature05484. PMID 17167473. S2CID 1120344.
^ ديفيد هاليداي، روبرت ريسنيك، جيرل ووكر، أساسيات الفيزياء، الطبعة التاسعة، جون وايلي وأولاده، 2011، ص 485
^ Field JB (1989). "Exercise and deficient carbohydrate storage and taking as causes of hypoglycemia". Endocrinol. Metab. Clin. North Am . 18 (1): 155–161. doi :10.1016/S0889-8529(18)30394-3. PMID 2645124.
^ Ziauddeen H، Alonso-Alonso M، Hill JO، Kelley M، Khan NA (2015). "السمنة والأساس العصبي المعرفي لمكافأة الطعام والتحكم في تناوله". Adv Nutr . 6 (4): 474–86. doi :10.3945/an.115.008268. PMC 4496739. PMID 26178031 .
^ وينجارتن إتش بي (1985). "التحكم في تناول الطعام من خلال التحفيز: الآثار المترتبة على نظرية الجوع المكونة من عاملين". الشهية . 6 (4): 387-401. doi :10.1016/S0195-6663(85)80006-4. PMID 3911890. S2CID 21137202.
^ Klok MD, Jakobsdottir S, Drent ML (يناير 2007). "دور اللبتين والجريلين في تنظيم تناول الطعام ووزن الجسم لدى البشر: مراجعة". Obes Rev. 8 ( 1): 21–34. doi : 10.1111/j.1467-789X.2006.00270.x . PMID 17212793. S2CID 24266123.
^ Levitsky, DA; Sewall, A; Zhong, Y; Barre, L; Shoen, S; Agaronnik, N; LeClair, JL; Zhuo, W; Pacanowski, C (1 فبراير 2019). "قياس عدم دقة تناول الطاقة لدى البشر للتعويض عن الأخطاء الطاقية المفروضة: تحدٍ للسيطرة الفسيولوجية على تناول الطعام البشري". Appetite . 133 : 337–343. doi :10.1016/j.appet.2018.11.017. PMID 30476522. S2CID 53712116.
^ هاريس، آر بي (ديسمبر 1990). "دور نظرية نقطة الضبط في تنظيم وزن الجسم". مجلة FASEB . 4 (15): 3310–8. doi : 10.1096/fasebj.4.15.2253845 . PMID 2253845. S2CID 21297643.
^ متطلبات الطاقة البشرية (روما، 17-24 أكتوبر 2001)
^ ab Anderson RM, Shanmuganayagam D, Weindruch R (2009). "تقييد السعرات الحرارية والشيخوخة: دراسات على الفئران والقرود". Toxicol Pathol . 37 (1): 47–51. doi :10.1177/0192623308329476. PMC 3734859. PMID 19075044 .
^ ab Rezzi S, Martin FP, Shanmuganayagam D, Colman RJ, Nicholson JK, Weindruch R (مايو 2009). "التحولات الأيضية الناتجة عن تقييد السعرات الحرارية على المدى الطويل التي تم الكشف عنها في الرئيسيات غير البشرية". Exp. Gerontol . 44 (5): 356–62. doi :10.1016/j.exger.2009.02.008. PMC 2822382. PMID 19264119 .
^ O'Connor, Anahad (2015-08-09). "Coca-Cola Funds Scientifics Who Shift Blame for Obesity Away From Bad Diets". Well . تم الاسترجاع في 2018-03-24 .

روابط خارجية

مخطط تنظيم مخازن الدهون والجوع [1]
حاسبة احتياجات الطاقة اليومية

Original text

Rate this translation

Your feedback will be used to help improve Google Translate

[MetaReg2013-1] Frayn KN (2013). "الفصل 11: توازن الطاقة وتنظيم وزن الجسم". التنظيم الأيضي: منظور بشري (الطبعة الثالثة). جون وايلي وأولاده. ص 329-349. رقم ISBN 9781118685334تم الاسترجاع بتاريخ 9 يناير 2017 .

[NHM-energy_balance-2] Malenka RC, Nestler EJ, Hyman SE (2009). Sydor A, Brown RY (ed.). علم الأعصاب الجزيئي: أساس لعلم الأعصاب السريري (الطبعة الثانية). نيويورك: McGraw-Hill Medical. ص 179، 262-263. ISBN 9780071481274. يتم تنظيم الخلايا العصبية الأوركسينية بواسطة وسطاء طرفيين يحملون معلومات حول توازن الطاقة، بما في ذلك الجلوكوز واللبتين والجريلين. ... وفقًا لذلك، يلعب الأوركسين دورًا في تنظيم توازن الطاقة والمكافأة، وربما بشكل عام في العاطفة. ... يتضمن تنظيم توازن الطاقة التنسيق الدقيق بين تناول الطعام ونفقات الطاقة. أظهرت التجارب في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين أن آفات الوطاء الجانبي (LH) قللت من تناول الطعام؛ وبالتالي، فإن الدور الطبيعي لهذه المنطقة من الدماغ هو تحفيز التغذية وتقليل استخدام الطاقة. على النقيض من ذلك، فإن آفات الوطاء الإنسي، وخاصة النواة البطنية الوسطى (VMH) ولكن أيضًا PVN والنواة الوطائية الظهرية الوسطى (DMH)، زادت من تناول الطعام؛ وبالتالي، فإن الدور الطبيعي لهذه المناطق هو قمع التغذية وزيادة استخدام الطاقة. ولكن اكتشاف الشبكات المعقدة من الببتيدات العصبية وغيرها من النواقل العصبية التي تعمل داخل منطقة تحت المهاد ومناطق أخرى من المخ لتنظيم تناول الطعام ونفقات الطاقة بدأ على نحو جدي في عام 1994 مع استنساخ جين اللبتين (ob، في إشارة إلى السمنة). والواقع أن هناك الآن اهتماماً هائلاً بآليات التغذية الأساسية نظراً للنسب الوبائية للسمنة في مجتمعنا، والزيادة في عدد ضحايا اضطرابات الأكل وفقدان الشهية العصبي والشره المرضي. ومن المؤسف أنه على الرغم من التقدم الهائل في علم الأعصاب الأساسي للتغذية، فإن فهمنا لأسباب هذه الحالات وقدرتنا على التدخل سريرياً لا يزال محدوداً.

[Homeostatic_control_of_energy_balance-3] Morton GJ, Meek TH, Schwartz MW (2014). "علم الأعصاب لتناول الطعام في الصحة والمرض". Nat. Rev. Neurosci . 15 (6): 367–378. doi :10.1038/nrn3745. PMC 4076116. PMID 24840801. ومع ذلك، في الأفراد العاديين، يكون وزن الجسم ومحتوى الدهون في الجسم مستقرين تمامًا بمرور الوقت ^2,3 بسبب عملية بيولوجية تسمى "توازن الطاقة" والتي تطابق تناول الطاقة مع الإنفاق على مدى فترات طويلة من الزمن. يتألف نظام توازن الطاقة من الخلايا العصبية في منطقة تحت المهاد المتوسطة القاعدية ومناطق أخرى من الدماغ ⁴ والتي تعد جزءًا من دائرة عصبية تنظم تناول الطعام استجابةً للمدخلات من الإشارات الخلطية التي تدور بتركيزات متناسبة مع محتوى الدهون في الجسم ^4-6 . ... إن المفهوم الناشئ في علم الأعصاب المتعلق بتناول الطعام هو أن الدوائر العصبية موجودة والتي عادة ما يتم تثبيطها، ولكن عندما يتم تنشيطها استجابة لمحفزات طارئة أو مرهقة فإنها قد تتغلب على التحكم في توازن الطاقة. إن فهم كيفية تفاعل هذه الدوائر مع نظام توازن الطاقة أمر أساسي لفهم التحكم في تناول الطعام وقد يؤثر على تطور الاضطرابات في كلا طرفي طيف وزن الجسم.

[Hunger_-_CNS_energy_homeostasis-4] Farr OM, Li CS, Mantzoros CS (2016). "تنظيم الجهاز العصبي المركزي للأكل: رؤى من تصوير الدماغ البشري". Metab. Clin. Exp . 65 (5): 699–713. doi :10.1016/j.metabol.2016.02.002. PMC 4834455. PMID 27085777 .

[Nature2006KMSB-5] Kevin G. Murphy & Stephen R. Bloom (14 ديسمبر 2006). "هرمونات الأمعاء وتنظيم توازن الطاقة". Nature . 444 (7121): 854–859. Bibcode :2006Natur.444..854M. doi :10.1038/nature05484. PMID 17167473. S2CID 1120344.

[6] ديفيد هاليداي، روبرت ريسنيك، جيرل ووكر، أساسيات الفيزياء، الطبعة التاسعة، جون وايلي وأولاده، 2011، ص 485

[pmid2645124-7] Field JB (1989). "Exercise and deficient carbohydrate storage and taking as causes of hypoglycemia". Endocrinol. Metab. Clin. North Am . 18 (1): 155–161. doi :10.1016/S0889-8529(18)30394-3. PMID 2645124.

[Cognitive_control_of_eating_behavior-8] Ziauddeen H، Alonso-Alonso M، Hill JO، Kelley M، Khan NA (2015). "السمنة والأساس العصبي المعرفي لمكافأة الطعام والتحكم في تناوله". Adv Nutr . 6 (4): 474–86. doi :10.3945/an.115.008268. PMC 4496739. PMID 26178031 .

[Stimulus_control_of_eating_behavior-9] وينجارتن إتش بي (1985). "التحكم في تناول الطعام من خلال التحفيز: الآثار المترتبة على نظرية الجوع المكونة من عاملين". الشهية . 6 (4): 387-401. doi :10.1016/S0195-6663(85)80006-4. PMID 3911890. S2CID 21137202.

[Ghrelin_and_Leptin_review-10] Klok MD, Jakobsdottir S, Drent ML (يناير 2007). "دور اللبتين والجريلين في تنظيم تناول الطعام ووزن الجسم لدى البشر: مراجعة". Obes Rev. 8 ( 1): 21–34. doi : 10.1111/j.1467-789X.2006.00270.x . PMID 17212793. S2CID 24266123.

[11] Levitsky, DA; Sewall, A; Zhong, Y; Barre, L; Shoen, S; Agaronnik, N; LeClair, JL; Zhuo, W; Pacanowski, C (1 فبراير 2019). "قياس عدم دقة تناول الطاقة لدى البشر للتعويض عن الأخطاء الطاقية المفروضة: تحدٍ للسيطرة الفسيولوجية على تناول الطعام البشري". Appetite . 133 : 337–343. doi :10.1016/j.appet.2018.11.017. PMID 30476522. S2CID 53712116.

[12] هاريس، آر بي (ديسمبر 1990). "دور نظرية نقطة الضبط في تنظيم وزن الجسم". مجلة FASEB . 4 (15): 3310–8. doi : 10.1096/fasebj.4.15.2253845 . PMID 2253845. S2CID 21297643.

[13] متطلبات الطاقة البشرية (روما، 17-24 أكتوبر 2001)

[Anderson09-14] Anderson RM, Shanmuganayagam D, Weindruch R (2009). "تقييد السعرات الحرارية والشيخوخة: دراسات على الفئران والقرود". Toxicol Pathol . 37 (1): 47–51. doi :10.1177/0192623308329476. PMC 3734859. PMID 19075044 .

[pmid19264119-15] Rezzi S, Martin FP, Shanmuganayagam D, Colman RJ, Nicholson JK, Weindruch R (مايو 2009). "التحولات الأيضية الناتجة عن تقييد السعرات الحرارية على المدى الطويل التي تم الكشف عنها في الرئيسيات غير البشرية". Exp. Gerontol . 44 (5): 356–62. doi :10.1016/j.exger.2009.02.008. PMC 2822382. PMID 19264119 .

[16] O'Connor, Anahad (2015-08-09). "Coca-Cola Funds Scientifics Who Shift Blame for Obesity Away From Bad Diets". Well . تم الاسترجاع في 2018-03-24 .