Nhu cầu năng lượng khẩu phần ăn hợp lý

NHU CẦU NĂNG LƯỢNG KHẨU PHẦN ĂN HỢP LÝ Đào Thị Yến Phi * ĐỐI TƯỢNG Sinh viên năm thứ tư Khoa Sinh Học - Đại Học Khoa Học Tự Nhiên MỤC TIÊU BÀI HỌC Nắm vững khái niệm về năng lượng và các đơn vị đo năng lượng Nắm vững các khái niệm về chuỗi thức ăn trong tự nhiên, nguồn gốc của năng lượng và cách tạo năng lượng của các chất dinh dưỡng đa lượng trong cơ thể. Thực hiện được công việc tính toán nhu cầu năng lượng hàng ngày, phân bố năng lượng khẩu phần Nắm được nguyên tắc viết thực đơn, cách phân chia thực phẩm vào các bữa ăn trong ngày theo độ tuổi và nhu cầu năng lượng NỘI DUNG BÀI HỌC KHÁI NIỆM Năng lượng là nhiên liệu cần thiết cho quá trình sống, phát triển và vận động. Các chất sinh năng lượng sẽ tham gia vào các chu trình chuyển hóa khác nhau bên trong tế bào, thực chất là phản ứng oxy hóa các chất sinh năng lượng để tạo nên các chất chuyển hóa và kèm theo đó là các dạng năng lượng khác nhau, thường nhất là ở dạng nhiệt năng. Năng lượng này dùng làm cơ sở cho hoạt động tế bào, từ đó là cơ sở cho hoạt động của các cơ quan trong cơ thể. Nhu cầu năng lượng là số năng lượng cần thiết để đảm bảo quá trình sống, hoạt động và phát triển của cơ thể. Mỗi người, mỗi độ tuổi, mỗi giới tính, mỗi lọai hình lao động... đều có nhu cầu dinh dưỡng khác nhau, thậm chí cùng một độ tuổi, cùng một lọai hình lao động, cùng một giới tính... nhưng 2 cá thể khác nhau có thể đáp ứng khác nhau với cùng một chế độ dinh dưỡng. Sự khác nhau này là do : Năng lượng dành cho chuyển hoá cơ bản khác nhau Hoạt động hàng ngày khác nhau Di truyền về khả năng tăng trưởng và phát triển khác nhau Nhu cầu năng lượng cho tiêu hóa thức ăn khác nhau do khẩu phần ăn hàng ngày khác nhau. Vì vậy, tính nhu cầu năng lượng dựa trên các công thức lý thuyết đôi khi không cho kết quả chính xác về nhu cầu năng lượng của từng cá thể. Nhu cầu thực sự của cá thể phải được đánh giá dựa trên sự theo dõi lâu dài trong thực tế. Dù vậy, đối với các trường hợp bệnh lý cần can thiệp bằng dinh dưỡng, việc tính toán nhu cầu năng lượng hàng ngày rất cần thiết để có cơ sở ban đầu nhằm lập chế độ ăn điều trị cho bệnh nhân. * ThS. BS – Chủ Nhiệm Bộ Môn Dinh Dưỡng & ATTP – Đại Học Y Khoa Phạm Ngọc Thạch CÁC ĐƠN VỊ ĐO NĂNG LƯỢNG Năng lượng được đo bằng đơn vị calo hoặc đơn vị joul Đơn vị calo: do quá nhỏ nên hay dùng kilocalo, viết tắt là kcalo hay Calo. Đây là hệ thống đơn vị đo năng lượng được dùng thông dụng hiện nay trên thế giới. 1calo là số năng lượng cần thiết để làm 1g nước cất tăng 10C Đơn vị Joule: 4.184J = 1calo NGUỒN GỐC CỦA NĂNG LƯỢNG VÀ KHÁI NIỆM VỀ CHUỖI THỰC PHẨM TRONG TỰ NHIÊN Nguồn gốc của năng lượng Về mặt nguyên tắc, trong thiên nhiên không có gì tự sinh ra và mất đi. Năng lượng sinh học cũng không nằm ngoài quy luật này. Năng lượng được đưa vào để dự trữ bên trong cơ thể sinh vật, hoặc giải phóng từ dạng dự trữ thành nhiệt năng, động năng, cơ năng… để sử dụng cho sự sinh tồn và hoạt động của cơ thể sinh vật. Năng lượng sinh học trong thiên nhiên đều xuất phát từ một nguồn duy nhất: năng lượng mặt trời. Trong tất cả cơ thể sinh vật, quá trình tổng hợp (đồng hóa) đồng thời với việc đưa năng lượng vào dạng dự trữ, và quá trình phân giải (dị hóa) đồng thời cũng giải phóng năng lượng khỏi dạng dự trữ. Các loài thực vật, thông qua quá trình quang hợp với sự hiện diện của diệp lục tố, là những sinh vật có khả năng sử dụng năng lượng mặt trời để tạo thành năng lượng cho chính mình. Năng lượng được tạo ra sau khi sử dụng cho nhu cầu của thực vật, sẽ được dự trữ lại dưới dạng tinh bột, chất béo thực vật và chất đạm thực vật. Thực chất, quá trình dự trữ này chủ yếu là để dành năng lượng cho sự tái tạo và sinh tồn, tức là cho quá trình tạo thành cá thể mới của loài (ví dụ khoai tây dự trữ năng lượng trong rễ tạo thành củ khoai và củ khoai là nơi chứa mầm khoai tây để tạo thành cây khoai tây mới, hoặc bầu bí dự trữ năng lượng trong quả để nuôi các hạt, và các hạt này chứa các mầm tạo thành dây bầu bí mới) Động vật không có khả năng dùng năng lượng từ ánh sáng mặt trời để tạo thành năng lượng cho chính mình, mà phải sử dụng năng lượng đã được thực vật tổng hợp và tích lũy. Những loài động vật ăn thực vật sẽ sử dụng năng lượng dự trữ của thực vật làm năng lượng cho hoạt động, đồng thời sẽ tích lũy năng lượng dự trữ dưới dạng glycogen, chất béo động vật và đạm động vật để dành cho sinh tồn của chính mình. Các động vật ăn thịt động vật, đến phiên mình, lại sử dụng năng lượng dự trữ của động vật theo chu trình tương tự. Các loài động vật ăn cả thực vật và động vật (trong đó có loài người) có cấu trúc cơ thể để sử dụng cả nguồn năng lượng của thực vật và động vật. Chuỗi thực phẩm trong tự nhiên Những sinh vật tiến hóa càng cao thì cấu trúc cơ thể càng giảm khả năng tự tổng hợp năng lượng cho chính mình và càng có khuynh hướng sử dụng các dạng năng lượng dự trữ từ các sinh vật khác trong tự nhiên. Sự phụ thuộc có hệ thống này tạo thành một chuỗi thực phẩm trong tự nhiên. Sơ đồ 1 : Chuỗi thực phẩm trong tự nhiên SỰ TẠO THÀNH NĂNG LƯỢNG BÊN TRONG CƠ THỂ Các chất tạo năng lượng bên trong cơ thể Thực phẩm sau khi được tiêu hóa thành các dưỡng chất sẽ được hấp thu vào máu qua thành ruột. Các đơn vị chất dinh dưỡng được hấp thu gồm có glucose, acide amine, glycerol, acide béo, phosphorlipit, sterol, vitamin, khoáng chất, nước… Chỉ có 4 đơn vị chất dinh dưỡng có thể tham gia vào các chu trình tạo năng lượng bên trong tế bào là glucose, acide béo, glycerol, acid amin. Ngoài ra, acid lactic, một sản phẩm chuyển hóa của quá trình oxy hóa trong điều kiện yếm khí và keton, một sản phẩm chuyển hóa của chất béo, cũng có thể tham gia tạo năng lượng. Quá trình dị hóa chất dinh dưỡng (catabolism) sinh năng lượng xảy ra trong tế bào chất. Tất cả các đơn vị chất dinh dưỡng đều được phân ly thành pyruvate trước khi đưa vào chu trình TCA (tricarboxylic acid) để hoàn tất quá trình oxy hóa chất hữu cơ và tạo năng lượng. Có thể tóm tắt sơ đồ chuyển hóa bên trong tế bào để tạo thành năng lượng như sau: Glucose Glycerol Amino acide Pyruvate ATP Fatty acide Acetyl CoA TCA cycle CO2 H2O NH3 Năng lượng Sơ đồ 2: Quá trình tạo năng lượng trong tế bào Các dạng dự trữ của năng lượng bên trong cơ thể người Năng lượng còn lại sau khi đã cung cấp đủ cho nhu cầu của cơ thể sẽ được dự trữ lại dưới 2 dạng chính là glycogen và acid béo. Chất đạm cũng có thể được sử dụng để sinh năng lượng nhưng không được xem là dạng dự trữ năng lượng mà được xem là thành phần cấu trúc của cơ thể. Vì vậy khi cơ thể phải dùng đến chất đạm trong cấu trúc của cơ thể làm năng lượng sinh tồn, người ta nói lúc đó cơ thể “tự ăn thịt mình” Glycogen là dạng dự trữ năng lượng của glucose. Glycogen được tạo thành và dự trữ trong tế bào gan, và tế bào cơ vân. Tuy nhiên khi cơ thể cần glucose, gan là cơ quan chính tái tạo glucose để cung cấp cho các cơ quan trong toàn cơ thể, trong khi glycogen ở cơ được phân giải chỉ để sử dụng bên trong tế bào cơ. Triglyceride của cơ thể được tế bào gan tổng hợp và đưa về dự trữ trong các tế bào mỡ, tập trung ở các mô mỡ. Gan có thể tổng hợp triglyceride từ tất cả các chất sinh năng lượng. Vì vậy, khi ăn nhiều chất bột đường, chất đạm, dự trữ mỡ của cơ thể cũng tăng. Dự trữ glucose trong cơ thể thường ít, trong khi dự trữ chủ yếu là mỡ lại có thể gia tăng vô hạn, do tế bào gan và cơ có giới hạn trong khi các tế bào mỡ có khả năng sinh sản riêng biệt và gia tăng tùy theo năng lượng dự trữ của cơ thể. Giải phóng năng lượng dự trữ và cơ chế sinh tồn khi thiếu năng lượng Khi cơ thể không được cung cấp năng lượng, glycogen được phân giải đầu tiên để duy trì đường huyết ổn định, nhằm bảo đảm hoạt động của tế bào não và tế bào hồng cầu ( hai loại tế bào này chỉ sử dụng glucose làm năng lượng hoạt động. Tế bào cơ cũng dùng glucose nhưng có thể sử dụng glucogen tự dự trữ). Khi glycogen cạn kiệt, cơ thể bắt đầu huy động mỡ dự trữ và chất đạm (protein cấu trúc cơ thể) để sinh năng lượng. Chất đạm là nguyên liệu chính để tạo glucose nuôi dưỡng tế bào não, trong khi mỡ dự trữ không tạo thành glucose mà tạo ketone, chủ yếu tạo năng lượng cung cấp cho các tế bào khác. Vì vậy, khi nhịn ăn kéo dài, cơ thể sẽ bị giảm cả khối cơ và khối mỡ cùng lúc, chứ thường không giảm mỡ đơn thuần. Glucose Glycogen Glucose Tb não/hồng cầu Fat Body Fat Keton Tb khác Protein Body Protein Glucose Sơ đồ 3: Dự trữ năng lượng trong cơ thể và giải phóng năng lượng dự trữ NHU CẦU NĂNG LƯỢNG Nhu cầu năng lượng cho chuyển hóa cơ bản: Chuyển hóa cơ bản (BEE: Basal Energy Expenditure – BMR: Basic Metabolic Rate) là phần năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của cơ thể ở trạng thái hoạt động tối thiểu. Phần năng lượng tối thiểu này dùng để cung cấp cho hoạt động của hệ tim mạch, hô hấp, chuyển hóa, bài tiết… khi cơ thể ở trạng thái không hoạt động thể lực lẫn tinh thần (ngủ sâu) Nhu cầu năng lượng cho chuyển hóa cơ bản có thể được đo bằng các máy móc chuyên dụng, hoặc ước tính bằng các công thức theo trọng lượng cơ thể và chiều cao. Các cách đo chuyển hóa cơ bản: Các phương pháp này cho kết quả khá chính xác, nhưng phức tạp nên chỉ thực hiện trong những phòng thí nghiệm chuyên biệt và chỉ sử dụng trong nghiên cứu Phương pháp trực tiếp: Đo nhiệt lượng cơ thể tạo thành trong một khoảng thời gian nhất định. Phương pháp gián tiếp: Đo lượng Oxy tiêu thụ để tính ra năng lượng tạo thành. Cân tính BMR theo cơ chế điện trở : Dựa trên cơ sở là các tế bào cơ, mỡ, xương… có mức điện trở khác nhau. Cân hoạt động theo nguyên tắc đo khối lượng các nhóm cơ, mỡ, nước, xương sau đó tính năng lượng cần cho mỗi nhóm tế bào. Phương pháp này không xâm lấn, khá chính xác, được dùng nhiều hiện nay. Công thức ước tính BMR theo trọng lượng và chiều cao English BMR Formula Women: BMR = 655 + (4.35 x weight in pounds) + (4.7 x height in inches) - (4.7 x age in years)Men: BMR = 66 + (6.23 x weight in pounds) + (12.7 x height in inches) - (6.8 x age in year) Metric BMR Formula Women: BMR = 655 + (9.6 x weight in kilos) + (1.8 x height in cm) - (4.7 x age in years)Men: BMR = 66 + (13.7 x weight in kilos) + (5 x height in cm) - (6.8 x age in years) Tuy nhiên, công thức này phức tạp và khó nhớ, thường dùng cho thống kê, nghiên cứu hơn là tính nhu cầu năng lượng trong thực tế. Công thức sau đơn giản, dễ nhớ nên thường được sử dụng hơn trong tính toán năng lượng khẩu phần, đương nhiên mức độ chính xác sẽ kém hơn BEE = 1kcalo/kg/giờ (hay 24kcal/kg/ngày) Nhu cầu năng lượng cho hoạt động, vận động Hoạt động và vận động của cơ thể gồm 2 phần khác nhau: Vận động hàng ngày (làm việc và sinh hoạt): [E1] Công thức Harris Benedict Hoạt động thụ động : BMR x 1.2 Hoạt động nhẹ: BMR x 1.375 Hoạt động trung bình: BMR x 1.55 Hoạt động năng động: BMR x 1.725 Hoạt động rất tích cực: BMR x 1.9 Vận động tích cực (tập luyện thể dục thể thao): [E2] Tùy thuộc vào trọng lượng cơ thể, môn thể thao, thời gian tập, cường độ tập… mỗi ngày để tính ra năng lượng cần dùng (tham khảo thêm bảng Các hình thức vận động và năng lượng tiêu hao). Tuy nhiên, có thể ước lượng mức tiêu hao năng lượng trung bình mỗi giờ cho các môn thể thao theo các mức độ như sau Nặng (cử tạ, tennis, thể hình, bóng đá…): 400kcalo/giờ Trung bình (chạy bộ, bơi lội, cầu lông, bóng chuyền…): 300kcalo/giờ Nhẹ (đi bộ, dưỡng sinh, thái cực quyền…): 200kcalo/giờ Nhu cầu năng lượng cho tăng trưởng Chỉ có ở trẻ em và thanh thiếu niên trước tuổi trưởng thành. Nhu cầu năng lượng cho tiêu hóa thức ăn và chuyển hóa chất dinh dưỡng Không nhiều so với tổng nhu cầu năng lượng cho chuyển hóa cơ bản và năng lượng cho vận động, vì vậy thường được dùng trong nghiên cứu về thực phẩm hơn là để tính toán năng lượng khẩu phần CÁCH TÍNH NHU CẦU NĂNG LƯỢNG Nhu cầu năng lượng cho người lớn: E = E1 + E2 Nhu cầu năng lượng ở trẻ em Trẻ nhỏ lứa tuổi mẫu giáo nhà trẻ : công thức tính năng lượng theo tuổi E = 1000 + 100n (n là số tuổi của trẻ) Công thức này chỉ tính ước lượng trong trường hợp cần tính nhanh nhu cầu năng lượng hàng ngày, không chính xác nên thường không dùng khi tính năng lượng để thiết kế khẩu phần dinh dưỡng Công thức Harris Benedict Cân nặng Nhu cầu năng lượng Nhu cầu nước <10 kg 100 kcal/kg 100 ml/kg 10 – 20 kg 1000 + 50 kcal mỗi kg trên 10 1000 + 50 ml mỗi kg trên 10 >20 kg 1500 + 20 kcal mỗi kg trên 20 1500 + 20 ml mỗi kg trên 20 Tất cả tính toán nhu cầu năng lượng trên đây đều cho con số ước lượng chứ không hoàn toàn chính xác do nhu cầu năng lượng khác nhau giữa các cá thể khác nhau. Vì vậy cần theo dõi việc cung cấp năng lượng có đúng cho nhu cầu hàng ngày hay không bằng cách theo dõi cân nặng. Ở người lớn, tăng cân liên tục hàng tháng chứng tỏ việc cung cấp năng lượng vượt quá nhu cầu và ngược lại. Ở trẻ em, theo dõi cân nặng theo độ tuổi bằng biểu đồ tăng trưởng là phương pháp thông dụng nhất, đơn giản nhất, có thể áp dụng ngay tại gia đình và cho kết quả đánh giá suy dinh dưỡng tương đối chính xác. Tuy nhiên biểu đồ tăng trưởng không thể dùng đánh giá tình trạng thừa dinh dưỡng vì không đánh giá được sự phát triển chiều cao của trẻ, vì vậy để đánh giá tình trạng thừa dinh dưỡng thường người ta phải sử dụng bảng chỉ số cân nặng theo chiều cao. THIẾT LẬP KHẨU PHẦN ĂN Phân bố năng lượng cho các bữa ăn trong ngày Trẻ em : Bữa sáng 30%, bữa trưa 35%, bữa tối 25%, bữa phụ 10% Người lớn : Bữa sáng 30%, bữa trưa 40%, bữa tối 25%, bữa phụ 5% Phân bố các chất dinh dưỡng đa lượng sinh năng lượng. Người lớn : Chất bột đường - chất đạm - chất béo = 60 - 15 - 25 (%) Trẻ lớn: Chất bột đường - chất đạm - chất béo = 55 - 15 - 30 (%) Trẻ nhỏ : Chất bột đường - chất đạm - chất béo = 50 - 15 - 35 (%) Phân bố các chất không sinh năng lượng trong danh mục khuyến nghị Vitamin B1 : 1,5mg / 1000kaclo Canxi : 600 – 1000mg/ ngày Chất xơ : 30g/ngày Nguyên tắc thiết lập thực đơn Xác định nhu cầu năng lượng Phân bổ năng lượng từ các chất dinh dưỡng đa lượng. Tính toán lượng thực phẩm đa lượng Tính toán lượng rau, trái cây và sữa Phân bố các bữa ăn trong ngày Dự trù món ăn và phương pháp chế biến. BÀI THỰC HÀNH TÍNH NHU CẦU CHẤT DINH DƯỠNG ĐA LƯỢNG TRONG KHẨU PHẦN HÀNG NGÀY Ví dụ: Tính lượng chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết cho một người trưởng thành cân nặng 50kg, làm việc văn phòng, có tập chạy bộ 2 giờ mỗi ngày. Xác định nhu cầu năng lượng : Nhu cầu năng lượng cho chuyển hóa cơ bản : 24 x 50 = 1200kcalo/ngày Nhu cầu cho hoạt động hàng ngày: E1 = 1200 x 1,375 = 1650 kcalo/ngày Nhu cầu cho tập luyện : E2 = 300(kcalo/g) x 2(g/ngày) = 600 kcalo/ngày Vậy, tổng nhu cầu năng lượng hàng ngày: E = E1 + E2 = 2250kcalo/ngày Phân bổ năng lượng từ các chất dinh dưỡng đa lượng Người lớn : Đường (G) - Đạm (P) – Béo (L) = 60 - 15 - 25 (%) Chất bột đường : 2250 x 60% = 1350kcalo/ngày Chất đạm : 2250 x 15% = 337.5 kcalo/ngày Chất béo : 2250 x 25% = 562.5 kcalo/ngày . Tính toán lượng thực phẩm đa lượng có năng lượng Chất bột đường 1350 : 4 = 337.5g/ngày Chất đạm : 337.5 : 4 = 84.375g/ngày Chất béo : 562.5 : 9 = 62.5g/ngày Lượng thực phẩm đa lượng không năng lượng (dựa theo bảng nhu cầu khuyến nghị về dinh dưỡng cho từng quốc gia) Nước : 2-3 lít/ngày Chất xơ: 30g/ngày Canxi: 800mg/ngày …