Przemiana materii – czym jest i jak ją przyspieszyć?

U wielu osób pojęcie przemiany materii przywodzi na myśli przemiany towarzyszące przyjmowaniu pokarmów i napojów lub skomplikowane schematy szlaków biochemicznych (które spędzają sen z powiek studentów kierunków medycznych). W rzeczywistości jednak zrozumienie przemian metabolicznych jest kluczem do zrozumienia mechanizmu życia, który to od ponad 150 lat pozostaje przedmiotem fascynacji biochemików.

Czym jest przemiana materii? Jak przyspieszyć przemianę materii i jakie są różnice pomiędzy przemianą materii a metabolizmem? 

Historyczne podejście do przemiany materii

Około 3,6 miliarda lat temu na Ziemi rozpoczęła się kaskada przemian, w wyniku których na naszej planecie rozkwitło życie. Zwolennicy teorii ewolucji wysuwają hipotezę, według której pierwsze reakcje i procesy metaboliczne zachodziły spontanicznie w pokrywającej powierzchnię ziemi tzw. zupie prebiotycznej. Z czasem jednak reakcje z zakresu chemii prebiotycznej zostały zastąpione przemianami zachodzącymi w żywych biologicznych systemach. Ogół reakcji chemicznych zachodzących w żywych organizmach odpowiedzialnych za zarządzanie i przemiany wszelkich zasobów molekularnych, budulcowych i energetycznych określany jest jako metabolizm, a termin ten wywodzi się z greckiego słowa, oznaczającego właśnie zmianę.

Pierwsze badania dotyczące przemian zachodzących w ludzkim organizmie prowadzano już w XIII stuleciu. Pionierem w tym obszarze był arabski lekarz Ibn al-Nafis, który m. in. jako pierwszy opisał, że krew tłoczona z prawej do lewego przedsionka serca przepływa przez płuca, gdzie „miesza się z powietrzem” oraz stwierdził, że „ciało i jego części znajdują się w stanie ciągłego rozkładu i odżywiania co powoduje, że nieuchronnie muszą zachodzić w nim nieustanne zmiany”. Niestety prace pomimo ogromnego wkładu w rozwój wiedzy medycznej odkrycia al-Nafisa nie były znane europejskim lekarzom.

Bardziej zaawansowane badania dotyczące metabolizmu rozpoczęły się u schyłku XVI wieku, a szczególnie znaczenia miały odkrycia Santorio Sanctoriusa, pochodzącego z terenów obecnej Słowenii profesora medycyny Uniwersytetu w Padwie. Zamieszczone w dziele Ars de statica medecina wyniki badań opartych pomiarach masy ciała wykonywanych przed i po spożywaniu posiłków i napojów, pracy, odpoczynku, wydalaniu czy współżyciu doprowadziły do wniosku, że większość przyjmowanego pokarmu ulegała w organizmie utracie, do czego przyczyniało się zjawisko określane mianem „niewyczuwalnej perspiracji”. 

Rozwój nauki i medycyny przełomu XIX i XX wieku przyniósł kolejne epokowe odkrycia w zakresie badań nad przemianą materii. Wśród najcenniejszych wskazać można: odkrycie enzymów przez Eduarda Buchnera, który m. in. w latach 1909-1911 zajmował stanowisko profesora chemii Uniwersytetu Wrocławskiego oraz opisanie cyklu kwasu cytrynowego przez Hansa Krebsa, za które to w 1953 roku uhonorowany on został Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny. 

Przemiana materii – co to?

W każdej sekundzie w naszych organizmach zachodzi niezliczona ilość reakcji biochemicznych, które obejmują zarówno syntezę jak i degradację złożonych makrocząsteczek. Stąd wyróżnić można reakcje anaboliczne, czyli biosyntezy i kataboliczne, w wyniku których dochodzi do degradacji makrocząsteczek do prostszych związków, takich jak dwutlenek węgla, woda i amoniak.  

Przemiana materii określana także jako metabolizm odnosi się do procesów biochemicznych, w wyniku których organizm wytwarza niezbędną do życia energię wykorzystywaną m. in. w procesach termoregulacji, oddychania, krążenia krwi, trawienia czy wzrostu i naprawy komórek. Mistrz i nauczyciel wspomnianego we wstępie Hansa Krebsa, profesor Franz Knoop stwierdził, że celem biochemii jest „przedstawienie schematu, który łączy w całość nieprzerwaną serię wszystkich reakcji począwszy od produktów spożywczych, aż do opuszczających organizm bezenergetycznych i bezwartościowych końcowych produktów utleniania”. Stąd też przemiana materii jest często przedstawiana jako skomplikowana sieć krzyżujących się szlaków metabolicznych, przypominająca mapę ulic zatłoczonego miasta z zaznaczonymi autostradami, ruchliwymi skrzyżowaniami, a także miejscami spowolnienia ruchu.

Podstawowa przemiana materii i ponadpodstawowa przemiana materii

Dla utrzymania niezbędnych procesów życiowych organizmu niezbędne jest zapewnienie pewnej minimalnej ilości energii. Badania dotyczące podstawowej przemiany materii zapoczątkowane zostały pionierską pracą Lavoisiera i Seguina z 1793 roku. Najogólniej podstawową przemianą materii można opisać jako minimalną ilości energii wymaganą do utrzymania podczas spoczynku wszelkich niezbędnych procesów fizjologicznych. Metabolizm podstawowy pochłania od 60% do 70% energii wykorzystywanej przez organizm i jednocześnie jest on osobniczo zróżnicowany.

Poza podstawową przemianą materii wyróżnić można:

1. Efekt termiczny przyjmowanych pokarmów, przez który wyrażany jest wydatek energetyczny związany z procesem trawienia i pożywienia przez organizm. Zazwyczaj stanowi on około 10% całkowitego wydatku energetycznego,
2. Efekt termiczny związany z ćwiczeniami oznaczający zwiększenie wydatku energetycznego podczas ćwiczeń fizycznych,
3. Efekt termiczny aktywności niezwiązanych z ćwiczeniami dotyczący wydatku energetycznego związanego z pozostałymi aktywności jak np.: utrzymanie i zmiany postawy czy chodzenie.

Czynniki wpływające na przemianę materii

Na przemianę materii organizmu wpływa wiele czynników. Wśród najistotniejszych wymienić można: 

1. Wiek – wraz z wiekem metabolizm staje się coraz wolniejszy; jest to jeden z powodów, dla których osoby starsze mają tendencję do tycia,
2. Masę mięśniową – im jest ona większa masa mięśniowa, tym większa przemiana materii,
3. Temperaturę otoczenia – niska temperatura otoczenia skutkuje zwiększeniem zapotrzebowania energetycznego co związane jest z koniecznością utrzymania właściwej temperatury ciała,
4. Aktywność fizyczną – podjęcie jakiejkolwiek aktywności wymaga energii; im bardziej aktywny tryb życia prowadzimy tym większy jest wydatek energetyczny, 
5. Zaburzenia hormonalne – niektóre choroby takie jak: zespół Cushinga czy niedoczynność tarczycy spowalniają tempo przemiany materii zwiększając tym samym ryzyko niekontrolowanego przyrostu masy ciała.

Ogólnie tempo przemiany materii różni się u poszczególnych osób. Chociaż czynniki genetyczne mogą przyczyniać się do występowania tych różnic, dotychczas nie wykazano jednoznacznie w jaki sposób uwarunkowania dziedziczne mogą wpływać na tempo przemiany materii, przyrost masy ciała i ryzyko rozwoju otyłości. Jednocześnie większość badań wskazuje, że osoby chorujące na otyłość mają wyższą całkowitą i spoczynkową przemianę materii w porównaniu do osób o prawidłowej masie ciała, a przemiana materii u osób, które w przeszłości zmagały się z problemem nadwagi lub otyłości jest średnio o 3–8% niższa w porównaniu do osób, u których nie występowały zaburzenia masy ciała.

Zbyt szybka przemiana materii, prowadząca do chudnięcia może być m.in. skutkiem nadczynności tarczycy, obserwowana jest także w przebiegu chorób nowotworowych. 

Jak przyspieszyć przemianę materii?

Tempo przemiany materii jest cechą wyraźnie zindywidualizowaną. Czy jednak istnieją sposoby pozwalające na przyspieszenie metabolizmu?

Większości źródeł jako odpowiedź na to pytanie wskazuje na konieczność redukcji masy ciała połączonej ze zwiększenie aktywności fizycznej. U podstaw tych zaleceń leży oczywisty fakt, że każdy ruch ciała wymaga energii, jednak bezpośredni wpływ ćwiczeń fizycznych na wydatek energetyczny organizmu jest stosunkowo niewielkie, jeśli umieścimy je w kontekście całkowitego dziennego zapotrzebowania na energię. Nie oznacza to jednak, że aktywność fizyczna nie wpływa na tempo przemiany materii. Wykonywane ćwiczenia, w tym także ćwiczenia wykonywane z obciążeniem, przynoszą korzyści energetyczne w innych obszarach dziennego „budżetu energetycznego”, a generowany w ten sposób efekt netto w bilansie energetycznym jest znacznie większy niż wydatek energetyczny wynikający bezpośrednio z wykonanych ćwiczeń. Jednocześnie wyniki wielu badań wskazują, że regularna aktywność fizyczna przyczynia się do zwiększenia poziomu metabolizmu podstawowego, który jak już wspomniano stanowi największą część dobowej przemiany materii.  

Również zmiana diety może wymiernie sprzyjać zwiększeniu tempa przemiany materii. Proces trawienia i wchłaniania dostarczanych wraz z pożywieniem substancji odżywczych związane jest z wydatkiem energetycznym określanym jako efekt termiczny przyjmowanych pokarmów. Chociaż wszystkie przyjmowane pokarmy i napoje powodują chwilowy wzrost tempa metabolizmu to efekt ten zależny jest od składu pokarmów. Dla przykładu znacznie większy efekt termiczny wywołuje spożycie posiłku bogatobiałkowego, w porównaniu z daniami obfitującymi w węglowodany czy tłuszcze. Szacuje się, że proteiny mogą zwiększyć tempo przemiany materii nawet o 30%, podczas gdy w przypadku węglowodanów i lipidów efekt jest nawet dziesięciokrotnie mniejszy.

Jednocześnie należy pamiętać by nawet w trakcie diety redukcyjnej wystrzegać głodzenia się, które może doprowadzić do spadku tempa metabolizmu. Efekt ten opisywany jako adaptacja metaboliczna stanowi naturalną reakcję i mechanizm obronny organizmu, który w ten sposób broni się przed potencjalnym wygłodzeniem i śmiercią. Stosowanie diety dostarczającej organizmowi poniżej 1000 kilokalorii na dobę prowadzi do znacznego spadku tempa przemiany materii, który to utrzymuje się nawet po zakończeniu diety.

Podsumowanie – FAQ

1. Przemiana materii a metabolizm – czym się różnią? 

Terminy metabolizm i przemiana materii opisują ogół reakcji biochemicznych zachodzących w organizmie; są one synonimami i mogą być stosowane wymiennie.

2. Czym jest spoczynkowa przemiana materii?

Spoczynkowa czy też podstawowa przemiana materii oznacza minimalną ilości energii niezbędną do utrzymania podczas spoczynku podstawowych procesów fizjologicznych.

3. Czy przemiana materii po 40. roku życia jest gorsza?

Jednym spośród czynników wpływających na tempo przemiany materii jest wiek, a metabolizm osób starszych staje się coraz wolniejszy. W zależności od stylu życia, zmiany te mogą dostrzec już nawet czterdziestolatkowie.  

dr n. o zdrowiu Piotr Choręza