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인간의 에너지 대사

기사의 의료 전문가

내분비학자
, 의학 편집인
최근 리뷰 : 04.07.2025

"인체는 음식이라는 '연료'에 결합된 화학 에너지를 방출할 수 있는 '기계'입니다. 이 '연료'는 탄수화물, 지방, 단백질, 알코올입니다."(WHO)

나열된 어떤 원천을 우선적으로 사용하느냐에 따라 에너지 교환의 규모와 관련된 대사 변화 측면에서 각기 다른 특징이 있습니다.

다양한 식품 에너지 공급원의 대사적 특징

지표

포도당

팔미테이트

단백질

열 방출량, kcal:

1몰 산화당

673

2398

475

1g 산화당

3.74

9시 30분

5.40

산소 소비량:

나방

66.0

23.0

5.1

134

515

114

이산화탄소 생산:

나방

66.0

16.0

4.1

134

358

92

ATP 생산, 몰:

36

129

23

ATP 제품 비용:

지옥

18.7

18.3

20.7

V/d

3.72

3.99

4.96

S/d

3.72

2.77

4.00

호흡수

1.00

0.70

0.81

산소 1리터당 에너지 당량

5.02

4.66

4.17

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에너지 교환의 단계

단백질, 지방, 탄수화물 구조의 분해와 합성은 특징적인 특징과 특정 형태를 가지고 있지만, 이러한 다양한 물질의 변환에는 근본적으로 공통적인 여러 단계와 패턴이 존재합니다. 대사 과정에서 방출되는 에너지와 관련하여 에너지 대사는 세 가지 주요 단계로 구분할 수 있습니다.

1단계에서는 영양소의 큰 분자가 위장관에서 더 작은 분자로 분해됩니다. 탄수화물은 3개의 헥소스(포도당, 갈락토스, 과당), 단백질(20개의 아미노산), 지방(트리글리세리드)(글리세롤과 지방산), 그리고 더 희귀한 당(예: 펜토스 등)을 형성합니다. 평균적으로 인체는 평생 동안 탄수화물 17.5톤, 단백질 2.5톤, 지방 1.3톤을 통과하는 것으로 계산되었습니다. 1단계에서 방출되는 에너지의 양은 미미하며 열로 방출됩니다. 따라서 총 에너지의 약 0.6%는 다당류와 단백질이 분해되는 동안 방출되고, 지방은 최종 대사 산물로 완전히 분해되는 동안 0.14%가 생성됩니다. 따라서 1단계에서 화학 반응의 중요성은 주로 실제 에너지 방출을 위한 영양소를 준비하는 데 있습니다.

2단계에서 이러한 물질들은 불완전 연소로 인해 더욱 분해됩니다. 이러한 과정의 결과인 불완전 연소는 예상치 못한 것처럼 보입니다. 25~30가지 물질 중 CO₂와 H₂O 외에 최종 생성물은 α-케토글루타르산, 옥살로아세트산, 그리고 아세틸 코엔자임 A 형태의 아세트산 세 가지뿐입니다. 정량적으로는 아세틸 코엔자임 A가 우세합니다. 2단계에서는 영양소에 포함된 에너지의 약 30%가 방출됩니다.

3단계는 소위 크렙스 트리카르복실산 회로라고 불리는데, 2단계의 세 가지 최종 생성물이 이산화탄소와 물로 연소됩니다. 이 과정에서 영양소 에너지의 60~70%가 방출됩니다. 크렙스 회로는 탄수화물, 단백질, 지방 분해의 일반적인 최종 경로입니다. 이는 다양한 구조의 변형이 수렴하고 합성 반응의 상호 전환이 가능한 교환 과정의 일종의 결절점입니다.

1단계(위장관에서의 가수분해 단계)와는 달리, 2단계와 3단계 물질 분해에서는 에너지가 방출될 뿐만 아니라 특별한 형태의 에너지가 축적됩니다.

에너지 교환 반응

에너지 보존은 음식 분해 에너지를 거대에너지 화합물(macroergic compound)이라는 특수한 형태의 화합물로 전환함으로써 달성됩니다. 체내에서 이 화학 에너지의 운반체는 다양한 인 화합물이며, 이 화합물의 인산 잔기의 결합이 거대에너지 결합입니다.

에너지 대사에서 주요 부분은 아데노신 삼인산(ATP) 구조를 갖는 피로인산 결합입니다. 이 화합물의 형태로 단백질, 지방, 탄수화물 분해 시 방출되는 에너지의 60~70%가 체내에서 사용됩니다. 에너지 사용(ATP 형태의 산화)은 생물학적으로 매우 중요한데, 이 메커니즘을 통해 에너지가 방출되는 장소와 시간, 그리고 기관 기능 중 실제 소비되는 시간을 구분할 수 있기 때문입니다. 24시간 동안 체내에서 생성되고 분해되는 ATP의 양은 체중과 거의 같다고 계산되었습니다. ATP가 ADP로 전환될 때 41.84~50.2 kJ, 즉 10~12 kcal이 방출됩니다.

대사의 결과로 생성되는 에너지는 기본 대사, 즉 20°C의 주변 온도에서 완전한 휴식 상태로 생명을 유지하는 데, 성장(가소성 대사), 근육 활동, 그리고 음식의 소화 및 동화(음식의 특정 동적 작용)에 사용됩니다. 성인과 어린이의 대사로 생성되는 에너지 소비에는 차이가 있습니다.

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비엑스

모든 미성숙한 포유류와 마찬가지로 어린이의 경우 기초 대사량이 1년 반 동안 처음 증가한 후, 절대적인 수치로 꾸준히 증가하고 신체 질량 단위당 감소하는 것도 마찬가지입니다.

기초대사량을 계산하는 데는 종종 계산 방법이 사용됩니다. 공식은 일반적으로 키나 몸무게를 나타내는 지표에 맞춰져 있습니다.

체중(kcal/일)을 이용한 기초대사량 계산. FAO/WHO 권고사항

나이

소년들

소녀들

0~2세

60.9 R-54

61 R - 51

3~9세

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

음식과 함께 섭취된 총 에너지는 기초 대사, 음식의 특정 동적 작용, 배설과 관련된 열 손실, 신체(운동) 활동 및 성장을 위해 분배됩니다. 에너지 분배 구조, 즉 에너지 대사는 다음과 같이 구분됩니다.

  • (음식으로부터) 받은 에너지 = 저장된 에너지 + 사용된 에너지.
  • 흡수된 에너지 = 받은 에너지 - 배설물로 배출된 에너지.
  • 대사 에너지 = 섭취 에너지 - 유지(생명)와 활동 에너지, 또는 "기본 비용"입니다.
  • 주요 비용의 에너지는 다음 합계와 같습니다.
    • 기초대사율
    • 체온 조절;
    • 식품의 온난화 효과(WEF)
    • 활동 비용
    • 새로운 조직을 합성하는 데 드는 비용.
  • 축적 에너지는 단백질과 지방의 축적에 소모되는 에너지입니다. 글리코겐은 축적량(1%)이 미미하므로 고려하지 않습니다.
  • 축적된 에너지 = 대사된 에너지 - 기본 소비 에너지.
  • 성장에 필요한 에너지 비용 = 새로운 조직을 합성하는 데 필요한 에너지 + 새로운 조직에 저장되는 에너지.

연령별 주요 차이점은 성장 비용과 활동(이보다 덜하지만) 간의 관계에 있습니다.

일일 에너지 소비량(kcal/kg) 분포의 연령별 특징

나이

비엑스

SDDP

배설 손실

활동

조기

60

7

20

15

50

152

8주

55

7

11

17

20

110

10개월

55

7

11

17

20

110

4년

40

6

8

25

8-10

87-89

14세

35

6

6

20

14

81

성인

25

6

6

10

0

47

보시다시피, 저체중 신생아와 생후 첫 1년 동안 성장 비용은 매우 큽니다. 물론 성인에게는 이러한 비용이 전혀 없습니다. 신체 활동은 신생아와 영아에게도 상당한 에너지 소비를 유발하는데, 그 이유는 젖을 빠는 행동, 불안, 울음, 비명과 같은 행동이 그 예입니다.

아이가 가만히 있지 못할 때는 에너지 소비가 20~60% 증가하고, 울부짖을 때는 2~3배 증가합니다. 질병은 스스로 에너지 소비를 요구합니다. 특히 체온이 상승하면 에너지 소비가 증가합니다(1°C 상승 시 신진대사율은 10~16% 증가).

성인과 달리 아이들은 성장(가소성 대사)에 많은 에너지를 소모합니다. 체중 1g, 즉 새로운 조직을 축적하는 데 약 29.3kJ, 즉 7kcal이 필요하다는 것이 현재 밝혀졌습니다. 다음 추정치가 더 정확합니다.

  • 성장에 드는 에너지 "비용" = 합성 에너지 + 새로운 조직에 축적되는 에너지.

미숙아, 저체중아의 경우, 합성 에너지는 체중 1g 증가분당 1.3~5kJ(0.3~1.2kcal)입니다. 만삭아의 경우, 체중 1g 증가분당 1.3kJ(0.3kcal)입니다.

성장의 총 에너지 비용:

  • 최대 1년 = 새 조직 1g당 21kJ(5kcal)
  • 1년 후 = 새로운 조직 1g당 36.5-50.4kJ(8.7-12kcal) 또는 영양소 함량 총 에너지의 약 1%.

아이들의 성장 강도는 시기에 따라 다르기 때문에 총 에너지 소비에서 가소성 대사가 차지하는 비중도 다릅니다. 가장 급격한 성장은 자궁 내 발달 시기에 발생하며, 이때 인간 배아의 질량은 10억 2천만 배(1.02 x 109) 증가합니다. 생후 첫 몇 달 동안에도 성장률은 상당히 높게 유지됩니다. 이는 체중의 상당한 증가로 입증됩니다. 따라서 생후 첫 3개월 동안의 아이들의 경우 에너지 소비에서 "가소성" 대사가 차지하는 비중은 46%이며, 그 후 첫해에는 감소하지만, 4세부터, 특히 사춘기 이전에는 성장 강도가 증가하며, 이는 다시 가소성 대사 증가로 나타납니다. 평균적으로 6~12세 아동의 경우 에너지 필요량의 12%가 성장에 소비됩니다.

성장을 위한 에너지 비용

나이

체중, kg

체중 증가량(g/일)

에너지
값,
kcal/일

에너지
값,
kcal/(kg-day)

기초대사율의 백분율로

1개월

3.9

30

146

37

71

3 »

5.8

28

136

23

41

6 »

8.0

20

126

16

28

1년

10.4

10

63

6

11

5년

17.6

5

32

2

4

14세, 여자아이들

47.5

18

113

2

8

16세, 남자

54.0

18

113

2

7

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계산하기 어려운 손실에 대한 에너지 소비

설명하기 어려운 손실에는 대변, 상피세포 박리, 피부, 머리카락, 손톱의 세포 탈락, 땀, 그리고 여아의 사춘기 생리혈로 인한 지방, 소화액, 소화관 및 분비선 벽에서 생성되는 분비물 손실이 포함됩니다. 안타깝게도 아동의 경우 이러한 손실은 거의 연구되지 않았습니다. 1세 이상 아동의 경우 에너지 소비량의 약 8%를 차지하는 것으로 알려져 있습니다.

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활동과 체온 유지에 필요한 에너지 소모

활동 및 체온 유지에 필요한 에너지 소비량은 아이의 연령에 따라 달라집니다(5세 이후에는 근육 활동 개념에 포함). 신생아의 경우, 출생 후 첫 30분 동안 체온이 거의 2°C까지 떨어지면서 상당한 에너지 소비가 발생합니다. 어린아이의 경우, 임계 온도(28~32°C) 이하의 주변 온도에서 일정한 체온을 유지하고 활동하기 위해 200.8~418.4 kJ/(kg•day) 또는 48~100 kcal/(kg•day)의 에너지가 소모됩니다. 따라서 나이가 들면서 일정한 체온을 유지하고 활동하기 위한 절대적인 에너지 소비량은 증가합니다.

그러나 생후 1년차 아동의 경우 일정한 체온 유지에 필요한 에너지 소비량은 아동의 체구가 작을수록 낮습니다. 이후 체중 1kg당 체표면적이 감소함에 따라 에너지 소비량은 다시 감소합니다. 동시에, 1세 이상 아동은 걷기, 달리기, 체육 또는 스포츠를 독립적으로 하기 시작하면서 활동(근육 운동)에 필요한 에너지 소비량이 증가합니다.

신체 활동의 에너지 비용

운동 유형

칼로리/분

저속 자전거 타기

4.5

중간 속도로 자전거 타기

7.0

고속으로 자전거 타기

11.1

댄스

3.3-7.7

축구

8.9

기구를 이용한 체조 연습

3.5

스프린트 달리기

13.3-16.8

장거리 달리기

10.6

아이스 스케이팅

11.5

중간 속도의 크로스컨트리 스키

10.8-15.9

최대 속도로 크로스컨트리 스키를 타다

18.6

수영

11.0-14.0

6~12세 어린이의 경우 신체 활동에 소모되는 에너지 비율은 에너지 필요량의 약 25%이고, 성인의 경우 1/3입니다.

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음식의 특정 동적 작용

음식의 구체적 역동적 효과는 식단의 특성에 따라 달라집니다. 단백질이 풍부한 음식에서는 그 효과가 더 뚜렷하고, 지방과 탄수화물에서는 그 효과가 덜합니다. 생후 2세 아동의 경우 음식의 구체적 역동적 효과는 7~8%, 그 이상의 아동의 경우 5% 이상입니다.

구현 비용 및 스트레스 극복

이는 정상적인 생활 활동과 에너지 소비의 자연스러운 방향입니다. 삶과 사회적 적응, 교육과 스포츠, 대인 관계 형성 등 모든 과정은 스트레스와 추가적인 에너지 소비를 동반할 수 있습니다. 평균적으로 이는 일일 에너지 "배급량"의 10%에 해당합니다. 동시에, 급성 및 중증 질병이나 부상의 경우 스트레스 소비 수준이 상당히 증가할 수 있으며, 이는 식량 배급량을 계산할 때 고려해야 할 사항입니다.

스트레스를 받는 동안 에너지 요구량이 증가하는 것에 대한 데이터는 아래와 같습니다.


에너지
요구량 의 변화

화상은 신체 표면의 화상 비율에 따라 다릅니다.

+ 30...70%

기계적 환기를 통한 다발성 부상

+ 20...30%

심각한 감염 및 다발성 외상

+ 10...20%

수술 후 기간, 경미한 감염, 골절

0... + 10%

지속적인 에너지 불균형(과잉 또는 결핍)은 모든 발달 및 생물학적 연령 지표에서 체중과 키의 변화를 유발합니다. 심지어 중등도의 에너지 결핍(4-5%)도 아동의 발달 지연을 초래할 수 있습니다. 따라서 식품 에너지 공급은 적절한 성장과 발달에 가장 중요한 조건 중 하나가 됩니다. 이 공급량을 정기적으로 계산해야 합니다. 대부분의 아동에게 일일 식단의 총 에너지 권장량은 분석의 기준이 될 수 있습니다. 특별한 건강 상태나 생활 조건을 가진 일부 아동의 경우, 모든 에너지 소비 요소의 합계를 기반으로 개별 계산이 필요합니다. 다음의 에너지 소비량 계산 방법은 일반적인 연령별 공급 기준과 이러한 기준의 개별적인 교정 가능성을 보여주는 예시가 될 수 있습니다.

기초대사율 계산 방법

최대 3년

3~10년

10~18세

소년들

X = 0.249kg - 0.127

X = 0.095kg + 2.110

X = 0.074kg + 2.754

소녀들

X = 0.244kg - 0.130

X = 0.085kg + 2.033

X = 0.056kg + 2.898

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추가 비용

손상 보상 - 기초 대사율이 곱해집니다. 사소한 수술의 경우 1.2배, 골격 외상의 경우 1.35배, 패혈증의 경우 1.6배, 화상의 경우 2.1배가 됩니다.

음식의 특정 동적 작용: 기초대사율의 +10%.

신체 활동: 침상에 누워 있는 경우 + 기초 대사율의 10%; 의자에 앉아 있는 경우 + 기초 대사율의 20%; 병원 병동에 입원한 환자 + 기초 대사율의 30%.

발열로 인한 비용: 체온이 평균 1°C 상승할 때마다 기초대사율이 10~12% 감소합니다.

체중 증가: 주당 최대 1kg + 하루 1260kJ(300kcal).

인구의 연령에 따른 에너지 공급에 대한 기준을 마련하는 것이 관례입니다. 많은 국가가 이러한 기준을 가지고 있습니다. 모든 단체의 식량 배급은 해당 단체를 기반으로 개발되며, 개인 식량 배급 또한 이러한 기준을 기준으로 검토됩니다.

유아 및 11세 이하 어린이를 위한 영양의 에너지 가치에 대한 권장 사항

0-2개월

3~5개월

6-11개월

1~3년

3~7년

7~10년

에너지, 총, kcal

-

-

-

1540

1970

2300

에너지, kcal/kg

115

115

110

-

-

-

에너지 표준화에 대한 권장 사항(kcal/(kg • day))

나이, 개월

FAO/WHO(1985)

유엔(1996)

0-1

124

107

1-2

116

109

2-3

109

111

3^

103

101

4-10

95-99

100

10-12

100-104

109

12-24

105

90

에너지 대사 계산 및 교정은 주요 에너지 운반체, 즉 주로 탄수화물과 지방의 결핍을 해소하는 것을 목표로 합니다. 동시에, 이러한 운반체를 특정 목적에 사용하려면 기본적으로 필요한 여러 미량 영양소의 공급을 고려하고 교정해야 합니다. 따라서 칼륨, 인산염, 비타민 B, 특히 티아민과 리보플라빈, 경우에 따라 카르니틴, 항산화제 등을 처방하는 것이 특히 중요합니다. 이러한 조건을 준수하지 않으면 생명 유지에 방해가 되는 상태가 발생할 수 있으며, 이는 특히 비경구적 에너지 영양 공급과 관련이 있습니다.

Использованная литература


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