Måltidens inverkan på energiomsättning

Transkript

1 Örebro universitet Hälsoakademin Biomedicinsk laboratorievetenskap fördjupning fysiologi BMLV C, Biomedicinsk laboratorievetenskap, Examensarbete, 15 högskolepoäng VT 2009 Måltidens inverkan på energiomsättning Författare: Jeanette Söderquist Handledare: Anita Hurtig Wennlöf

2 Sammanfattning Människans totala energiomsättning bestäms av basalmetabolism, termisk effekt av föda och energiförbrukning genom aktivitet. Genom att mäta energiförbrukningen före och efter måltid hos en individ, kan man uppskatta den relativa termiska effekten hos olika typer av föda. Syftet med uppsatsen är att studera hur måltidens innehåll av protein påverkar den termiska effekten. I studien ingick 12 personer i åldrarna år varav 9 kvinnor och 3 män. Varje person deltog vid två besökstillfällen och fick i samband med dessa inta olika måltider, en proteinrik måltid samt en måltid sammansatt enligt svensk näringsrekommendation (SNR). Måltidsordningen bestämdes genom lottning. Vid varje besök utfördes tre mätningar (före måltid, 30 minuter efter måltid samt 120 minuter efter måltid). Efter en viloperiod på 15 minuter genomfördes första mätningen på 20 minuter. Därefter fick testpersonen en iordninggjord måltid. 30 minuter efter intag av måltid genomfördes den andra mätningen. 120 minuter efter intag av måltid genomfördes den tredje och sista mätningen. De första 5 minuterna uteslöts och en steady state period á 3 minuter valdes för respektive registrering. Proteinrik måltid visade signifikant skillnad mellan tidpunkterna före måltid, 30 min efter måltid och 120 min efter måltid med p<0,001. Måltiden enligt SNR visade signifikant skillnad mellan tidpunkterna före måltid, 30 min efter måltid och 120 min efter måltid med p=0,006. Jämförelse mellan måltidstyperna visade att skillnad förelåg efter 120 minuter, där energiomsättningen efter proteinmåltiden var 7 % högre än energiomsättningen efter en standardmåltid (p<0,013). Intag av föda ökar energiomsättningen i jämförelse med vilomätning både vid proteinrik måltid samt vid måltid enligt SNR. Högt proteinintag ger en ökad energiomsättning i jämförelse med intag av måltider enligt svenska näringsrekommendationer. Sökord: energiomsättning, basalmetabolism, indirekt kalorimetri, termogenes, högproteindiet, svensk näringsrekommendation.

3 Innehållsförteckning 1 Bakgrund Basalmetabolism Termogenes Fysisk aktivitet Kostens sammansättning Bedömning av energiförbrukning Mätning av energiförbrukning Standardisering av mätningar Faktorer som påverkar energiomsättning Effekt av måltidsmönster och måltidssammansättning Syfte Frågeställning Material och metod Försökspersoner Utrustning Etiska överväganden Måltidsplanering Kalibrering Genomförande Statistisk metod Resultat Diskussion Resultatdiskussion Metoddiskussion Omnämnande Referenser...19 Bilagor Bilaga 1: Information till deltagare. Bilaga 2: Protokoll för undersökning. 3

4 1 Bakgrund 1.1 Basalmetabolism Människans totala energiomsättning, total energy expenditure (TEE), bestäms av basalmetabolism, basic metabolic rate (BMR), termisk effekt av föda och energiförbrukning genom aktivitet. Basalmetabolism är förbränning av energi i total vila och den energi som varje individ behöver för att behålla sina vitala funktioner (1). De kroppsfunktioner som kräver energi under denna vila är främst syntes av organiska ämnen, cirkulation, andning, jontransport över cellmembran, upprätthållandet av kroppstemperatur samt nervsystemets aktivitet. Leverns energibehov utgör de största andelarna (nästan 30 %) av den totala BMR (2). BMR mäts efter 12 timmars fastande, med individen vaken och i total vila. Total vila innebär att endast kroppens basala funktioner bidrar till energiförbrukningen (3). BMR står i genomsnitt för % av människans dagliga energiomsättning (1). Under sömn, sleeping metabolic rate, (SMR), är metabolismen cirka 10 % lägre än BMR (2). Tillfällig höjning av BMR kan uppstå i samband med stress, infektion, träning eller känslomässigt engagemang. Vilometabolism, resting metabolic rate (RMR), registreras när testpersonen är i vila och varit fastande i minst sex timmar. RMR ligger generellt 10 % högre än BMR och används i större utsträckning vid studier av energiomsättning på grund av dess kortare viloperiod innan undersökningen (1). 1.2 Termogenes Intag av föda och dess nedbrytning ökar människans energiförbrukning jämfört med den basala metabolismen. Detta kallas matens termogena effekt eller Diet Induced Thermogenesis (DIT) och beror på måltidens sammansättning och storleken på portionen (4,5,6). Den termogena effekten uppkommer till följd av digestion, absorption och lagring av näringsämnen i kroppen efter en måltid (1). Vid blandad kost uppgår DIT till ca % av energiinnehållet. Tidigare studier har visat att DIT kan öka upp till 30 % av intaget energiinnehåll vid en måltid med högt proteininnehåll samtidigt som den termogena effekten kvarstår längre jämfört med måltider med högt fett alternativt högt kolhydrats innehåll (5,7-9). Det är känt att den termiska effekten sjunker med ökad ålder och DIT blir därmed lägre hos äldre individer än hos unga (10). En signifikant ökning av energiomsättningen sker inom 30 minuter efter intag av måltid. Den termogena effekten kvarstår därefter i ungefär minuter för att därefter gradvis sjunka ned till det initiala värdet (5). 4

5 Studier tyder på att DIT spelar en stor roll för utvecklandet av fetma. Små skillnader i DIT kan över lång tid resultera i stora skillnader mellan olika individer (11). Genom att mäta energiförbrukningen hos en individ kan man uppskatta den relativa termiska effekten hos olika typer av föda (1,12). 1.3 Fysisk aktivitet Variationer i den totala energiförbrukningen mellan och inom individer består främst av skillnader i fysisk aktivitet. Alla former av fysisk aktivitet ökar energiförbrukningen, dock varierar den fysiska aktivitetens andel av den totala energiomsättningen mycket från person till person. Med en ökad kroppsvikt stiger energikostnaden, det vill säga att en person med hög kroppsvikt förbrukar mer energi än en person med lägre kroppsvikt vid samma typ av arbete. Energiförbrukningen påverkas även av intensiteten och durationen av det fysiska arbetet (2). 1.4 Kostens sammansättning Enligt rådande svenska näringsrekommendationer (SNR) bör protein bidra med % av det totala energiintaget (E%). För en vuxen individ innebär det ungefär 0,8 g per kg kroppsvikt, vilket motsvarar g per dag. Protein i svensk kost kommer ifrån vegetabiliska livsmedel (potatis, bönor, och spannmål) och animaliska livsmedel (fisk, ägg, mjölk och kött). Förutom detta skall kolhydrat bidra med E% samt fett med E%. Energi- och näringsinnehåll bör fördelas jämt över dagen. För vuxna är det lämpligt att ha ett energiintag som fördelar sig på frukost 20-25%, lunch 25-35% samt middag 25-35% med 1-3 mellanmål som komplement (13). 1.5 Bedömning av energiförbrukning Energiförbrukningen kan mätas med indirekt kalorimetri eller beräknas genom olika formler (14). Harris och Benedict är en av de formler som används kliniskt för att beräkna BMR genom att använda sig utav individens ålder, längd och vikt. Formeln är: 655,1 + (9,563 x kg) + (1,850 x cm) (4,676 x ålder) för kvinnor och 66,5 + (13,75 x kg) + (5,003 x cm) 6,755 x ålder) för män. Formeln gäller för en ålder mellan år, längd mellan cm och en vikt på mellan 25,0-124,9 kg (15). Dock har senare studier visat på att Harris och Benedicts formel överskattar den basala metabolismen med % (16). Andra erkända formler som används kliniskt är Mifflin-St Jeor, Owen och World Health Organization/Food and Agriculture Organization/United Nations university (WHO/FAO/UNU) (14). 5

6 1.6 Mätning av energiförbrukning Indirekt kalorimetri mäter energiomsättning vid vila genom att använda en kanopé som placeras över huvudet (12). Kanopén består av en plexiglaskupa med plast runt om som viks in under försökspersonen för att undvika läckage. Kanopén detekterar sedan den volym av luft som strömmar genom kåpan och mäter liter luft, koncentrationen O 2 samt koncentrationen CO 2 och beräknar därefter volym syre (VO 2 ), volym koldioxid (VCO 2 ) samt den respiratoriska kvoten (RQ), (RQ = VCO 2/ VO 2 ) (17). Mätning av syreförbrukning ger ett mått på energiförbrukning eftersom syre används vid förbränning av energisubstrat. Vid RQ 0,7 sker oxidation av fett vilket genererar 4,686 kcal/lo 2. Vid RQ 1,0 sker oxidation av kolhydrater och detta genererar 5,047kcal/LO 2. Fett innehåller mer kol och väteatomer än kolhydrater och kräver därför mer O 2 (18). Indirekt kalorimetri är den mest exakta metoden för att bestämma RQ i olika tillstånd av hälsa och sjukdom. Dock har undersökningstid, kostnad av apparatur samt brist på utbildad personal gjort att formler fortfarande tillämpas mest kliniskt för att beräkna energiomsättning (14). En nyligen publicerad studie från USA har jämfört fem olika system för indirekt kalorimetri. Studien visade att Vmax och TrueOne var de två system som var mest tillförlitliga för mätning av RQ och RMR (17). 1.7 Standardisering av mätningar För att mäta RMR och för att kunna jämföra mätvärden med andra individer krävs att man använder sig utav standardiserade förberedelser och undersökningar. De riktlinjer som etablerats är att försökspersonen skall vara fastande i minst fem timmar, vara fri från känslomässig stress, inte rökt eller snusat två timmar samt inte druckit kaffe eller te fyra timmar innan undersökning. Försökspersonen skall inte heller ha genomfört någon hård fysisk träning dagen innan undersökningen. Rumstemperaturen skall ligga mellan C och försökspersonen skall ligga och vila minuter innan mätning påbörjas. Under mätning skall ljusstyrkan inte vara för stark och inga samtal får förekomma. Samtliga dessa förhållningssätt är baserade på tidigare studier och uppfyller standardiseringskrav för undersökning av RMR. Skärps dessa kriterier så borde detta innebär en säkrare standardiserad nivå för att säkerställa kvalitén vid respektive undersökning (19). För att uppnå ett stabilt uppmätt värde för RMR krävs att försökspersonen hamnar i steady state. I praktiken innebär det att VO 2 och VCO 2 inte skiljer mer än 10 % samt att RQ inte varierat mer än 5 % under en period på fem minuter. Varje mätperiods inledande fem minuter plockas bort för att undvika ett falskt för högt värde. Vid upprepade mätningar har tidigare studier visat på att RMR kan variera upp till 3-5% över 24 timmar och upp till 10 % över flera 6

7 veckor (19). Vid upprepade mätningar på samma individ har det förslagits att det måste förekomma skillnad på minst 6 % mellan mätningarna för att en reell skillnad skall anses föreligga (20). Utrustningen Vmax som används i denna studie har tidigare använts i en reliabilitetskontroll där man fann att utrustningen är reliabel vid upprepade mätningar under standardiserade betingelser (21). Tidigare studier har visat att vid registrering som pågår mindre än två timmar så kommer nästan hälften av försökspersonerna (48 %) inte att uppnå en fem minuters steady state period. Steady state på 3 minuter kan användas som kriterium vid försök på friska försökspersoner då denna ligger inom 98 % av 5 minuters steady state (22,23). 1.8 Faktorer som påverkar energiomsättning. Kvinnor har lägre basalmetabolism än män, vilket beror på att kvinnor generellt har en större andel fettvävnad och en mindre andel muskelvävnad än män. Även hormonnivåer påverkar BMR varav tyreoideahormon är det viktigaste i detta avseende. BMR höjs vid hypertyreos och sänks vid hypotyreos. Adrenalin har även en höjande effekt på metabolismen. Tillstånd som feber ökar även energiförbrukningen, där varje grad över normaltemperatur ökar metabolismen med ungefär 10 % av normalbehovet. Vid svält sjunker energiförbrukningen på grund av minskad kroppsvikt, förlust av muskelvävnad och leder till en minskad metabolism per kilo kroppsvikt. (2). Hos kvinnor sägs även att energiomsättningen varierar under menstruationscykeln (12,24). Basalmetabolismen ändrar sig även med ålder. Studier visar att från nyfödd till ungefär 17 års ålder så stiger basalmetabolismen avsevärt (25,26). Därefter sker en stadig nedgång med 1-2 % per årtionde med ökad ålder. Dock ökar nedgången av den basala metabolismen efter 40- års ålder hos män och 50- års ålder hos kvinnor och denna nedgång föreslås bero på sedvanlig förlust av fettfri massa och ökning av det mindre metaboliskt aktiva fettet som förknippas med ökad ålder (10). 1.9 Effekt av måltidsmönster och måltidssammansättning. Intag av föda leder till en ökad energiomsättning på grund av den termogena effekten. Intag av protein anses öka energiomsättningen i jämförelse med intag av kolhydrater respektive fett. Postprandiellt, efter måltid, har noterats att denna effekt kvarstår i upp till sex timmar efter intag av föda. Det borde innebära att vid intag av måltid med hög proteinhalt så stiger energiomsättningen mer än vid intag av en måltid med lägre proteininnehåll (27). Ytterligare forskning tyder på att individer som endast äter en till två måltider om dagen löper ökad risk för övervikt än de individer som äter tre eller fler måltider per dag. 7

8 Studierna visar att hos de individer som äter tre eller flera måltider per dag, sjunker aldrig den termiska effekten ner till baslinjen utan hålls kontinuerligt uppe vilket ger en ökad energiomsättning (28). Idag är dieter med högt proteininnehåll som Atkinsmetoden och Zone populära för viktreducering (5). Atkinsdieten är indelad i fyra faser där energiprocenten för den initiala fasen består av ungefär 5 % kolhydrat. Protein och fett skall intas rikligt och resterande energiprocent skall bestå av en kombination av dessa (29). Zone har en energifördelning på protein 30 %, kolhydrat 40 % och fett 30 % (2,30). Vid en högprotein diet sänks intaget av kolhydrater drastiskt och kroppen tömmer glykogen förråden vilket leder till glukoneogenes. Kroppen tvingas då använda sina fettdepåer och bildning av ketoner sker. Detta resulterar i en sänkt aptit, ökad mättnadskänsla samt ökad energiomsättning (31). Vidare har studier visat att en ökad energiomsättning sänker dödligheten hos människor. Emellertid har en studie ifrån Grekland med en låg kolhydrat- hög protein diet visat på ett signifikant samband med ökad dödlighet (32). Vidare har det även påvisats att individer som följer högproteindieter ofta lider brist av vitamin A, B 6 och E samt folat, kalcium, magnesium, järn och kalium (31). Dieter med högt proteininnehåll ger ofta en ökad fettkonsumtion, vilket kan leda till ökad utsöndring av kalcium som i sin tur kan öka risken för hjärtsjukdom, osteoporos och njursvikt (31,32). 2 Syfte Syftet med uppsatsen är att studera hur måltidens innehåll av protein påverkar den termiska effekten. 2.1 Frågeställning Föreligger skillnad i postprandiell energiomsättning mellan måltider med olika procent av proteininnehåll? 3 Material och metod 3.1 Försökspersoner I studien ingick 12 personer i åldrarna år varav 9 kvinnor och 3 män. Rekrytering skedde genom såkallat bekvämlighetsurval, det vill säga personer i min närhet tillfrågades. Varje person deltog vid två besökstillfällen i samband med intag av olika måltider. Vid varje 8

9 besök genomfördes tre mätningar (före måltid, 30 minuter efter måltid samt 120 minuter efter måltid). 3.2 Utrustning Mätningarna utfördes på Universitetssjukhuset i Örebro vid den fysiologiska kliniken. Utrustningen Vmax Encore (Viasys Respiratory Inc, Palm Springs CA, USA) som mäter syre- och koldioxidhalten i utandningsluften användes. En kanopé anslöts via en slang till flödesmätaren på utrustningen. Flödesmätaren analyserade testpersonens utandningsluft och medelvärdet presenterades var 20:e sekund. 3.3 Etiska överväganden Deltagande i studien medförde inga kända risker eller obehag för testpersonerna Skriftlig information och förfrågan om deltagande delades ut till testpersonerna via ett informationsblad (bilaga 1). Deltagarna informerades om att de när som helst fick avbryta sin medverkan. Samtycke för utnyttjande av lokal samt apparatur av avdelningschef på fysiologiska kliniken erhölls. 3.4 Måltidsplanering Information om måltidsplanering erhölls av dietist vid Universitetssjukhus i Örebro. Programvaran Dietist XP, (Kost och Näringsdata AB) användes för måltidplanering. Två olika måltider utformades, en proteinrik samt en enligt svensk näringsrekommendation (SNR). Enligt SNR - Frukostflingor Frostis 50g - Hårt bröd Husman 12g - Lättmargarin Lätt & Lagom 6,0g - Lättmjölk 0,5 % 250ml - Ost 31 % fett 35g - Äpple med skal 70g Proteinrik - Lättmjölk 0,5 % 200ml - Sesamfrön utan skal 5g - Solrosfrön 15g - Tonfisk i vatten, avrunnen 80g - Yoghurt naturell 3 % fett, 250ml - Ägg kokt 65g Figur 1: Måltidssammansättning för kvinnor enligt svenska näringsrekommendationer (SNR) och proteinrik måltid. 9

10 Tabell I: Måltidssammansättning för kvinnor i energiprocent (EE %) samt i gram (g) för svenska näringsrekommendationer (SNR) och proteinrik måltid. Enligt SNR EE % (g) Proteinrik EE % (g) Protein 17 (22,4) 37 (48,1) Kolhydrat 57 (73,2) 19 (25) Fett 26 (15,3) 44 (26,2) Proteinrik måltid för kvinna innehöll 531 kcal. Kvinnor som var aktiva mer än fyra gånger per vecka erhöll ett extra ägg i sin proteinrika frukost. SNR-måltid för kvinna innehöll 532 kcal. Kvinnor som var aktiva mer än fyra gånger per vecka erhöll en extra skiva hårt bröd samt 4,0g extra lättmargarin. Enligt SNR - Frukostflingor Frostis 65g - 2 skivor hårt bröd Husman 24g - Lättmargarin Lätt & Lagom 10g - Lättmjölk 0,5 % 250ml - Ost 31 % fett 60g - Äpple med skal 125g Proteinrik - Lättmjölk 0,5 % 300ml - Pumpafrön 15g - Sesamfrön utan skal 10g - Solrosfrön 10g - Tonfisk i vatten, avrunnen 100g - 2 kokta ägg 100g - Yoghurt naturell 3 % fett 250 ml Figur 2: Måltidssammansättning för män enligt svenska näringsrekommendationer (SNR) och proteinrik måltid. Tabell II: Måltidssammansättning för män i energiprocent (EE %) samt i gram (g) för svenska näringsrekommendationer (SNR) och proteinrik måltid. Enligt SNR Proteinrik EE % (g) EE % (g) Protein 17 (31,4) 36 (65) Kolhydrat 54 (101,3) 18 (32) Fett 29 (25,2) 46 (37,9) Proteinrik måltid för man innehöll 732kcal. SNR-måltid för man innehöll 775kcal. Samtliga deltagande män var aktiva mer än 4 gånger i veckan. 10

11 3.5 Kalibrering Kalibrering av gaskoncentration och flödesmätare skedde genom procedur enligt tillverkarnas anvisning. (Användarmanual Sensormedics Vmax Legacy/Spectra/Encore, Intramedic AB, Bålsta, Sverige). Apparaturen startades 30 minuter innan kalibreringen genomfördes. Utrustningen flödeskalibrerades och gaskalibrerades innan varje försökstillfälle. Vid flödeskalibreringen användes en flödespump (Viasys Healthcare Calibration Pump, 3 L±0,4 %) som kopplades på flödesmätaren. Initialt drogs 2 fulla pumpdrag för att nollställa utrustningen. Därefter genomfördes pumpdrag i olika flödeshastigheter enligt tillverkarens specifikationer Vid gaskalibreringen öppnades en gastub med syre och en med koldioxid. Utrustningen gaskalibrerades därefter automatiskt. Kalibreringen ansågs klar då syre- och koldioxidkoncentrationerna var inom ±1% av förväntat. 3.6 Genomförande Ordningen mellan standard- respektive högt proteininnehåll i måltiderna bestämdes innan testtillfället genom lottning. Måltiden iordningställdes innan testtillfället och vägdes på en våg (Sartorius, Tyskland). Vid ankomst fick testpersonen mäta sin längd (Hultafors, Sverige) och väga sig (Lindells, Sverige). Rumstemperatur mättes och noterades. Därefter fyllde testpersonen i ett formulär (bilaga 2). Testpersonen registrerades och skrevs in under ny undersökning och arbetstest/metabolism valdes. Testpersonen informerades om att ligga avslappnad och att samtal ej fick förekomma under mätning. Därefter fick testpersonen ligga ned och vila under 15 minuter. Efter vila placerades en kanopé över testpersonens huvud och plasten runt kanopén veks in under testpersonen för att undvika läckage. Slangen från kanopén kopplades på flödesmätaren och fläkten startades. Mätningen startades och pågick i 20 minuter. Syre- och koldioxidhalten inuti kanopén lästes fortlöpande av samt justerades vid behov manuellt på skärmen med ökad eller sänkt fläktstyrka. Testledaren kontrollerade att testpersonen låg avslappnad utan att somna under hela mätningen. Efter första mätningen fick testpersonen en iordninggjord måltid. 30 minuter efter intag av måltid genomfördes den andra mätningen. Därefter fick testpersonen enligt standardiserad aktivitet utföra läs och skrivarbete. 120 minuter efter intag av måltid genomfördes den tredje och sista mätningen. Samtliga tester utfördes på morgonen med som mest ±1 h som skillnad i starttid. Försökspersonerna var tillåtna att dricka vatten mellan respektive undersökning. Mätningarna utfördes med 1 56 dagars mellanrum. De första 5 minuterna uteslöts från respektive undersökning. För beräkning av RMR valdes en steady state period á 3 minuter. 11

12 3.7 Statistisk metod Variablernas distribution bedömdes genom granskning av histogram och normalfördelning antogs. För jämförelse inom varje måltidsgrupp vid tre observationer, vila, 30 minuter och 120 minuter användes ANOVA (repeated measurement) med faktor tidpunkt. Vid signifikant skillnad utfördes Post hoc test enligt Bonferroni (33). För jämförelse mellan de två måltidsgrupperna användes students t-test. Beräkningarna utfördes med hjälp av Microsoft Office Excel 2007 samt SPSS för Windows, version 15.0 och signifikansnivån sattes till p<0,05. 4 Resultat Samtliga 12 individer genomförde bägge besöken (sex mätningar), dock uteslöts en person på grund av ej uppnådd 3 min steady state period. Medelålder för de inkluderade försökspersonerna var 27 år (19-57år). Den proteinrika måltiden visade signifikant skillnad mellan tidpunkterna före måltid, 30 efter måltid och 120 min efter måltid med p<0,001. Post hoc test för protein visar att skillnad föreligger mellan före måltid och 30 min efter måltid, före måltid och 120 min efter måltid men ej för 30 min efter måltid och 120 min efter måltid, med högsta energiomsättningen 120 min efter måltid (figur 3). Måltiden enligt SNR visade signifikant skillnad mellan tidpunkterna, före måltid, 30 min efter måltid och 120 min efter måltid med p=0,006. Post hoc test för SNR visar att skillnad föreligger för samtliga mätningar mellan före måltid och 30 min efter måltid, före måltid och 120 min efter måltid samt 30 min efter måltid och 120 min efter måltid, med högsta energiomsättningen efter 30 min efter måltid (figur 3). Jämförelse mellan måltiderna visade att skillnad inte föreligger mellan SNR vila och Protein vila samt SNR 30 minuter efter måltid och Protein 30 minuter efter måltid. Jämförelse mellan måltidstyperna visade att signifikant skillnad förelåg efter 120 minuter, där energiomsättningen efter proteinmåltiden var 7 % högre än energiomsättningen efter en standardmåltid (SNR), (p<0,013). 12

13 Tabell III: Visar medelvärde, range, resultat för students t-test och resultat ANOVA (repeated measurement) för energiomsättning (kcal/dag) för svensk näringsrekommendation (SNR) samt proteinrik måltid vid n=11. SNR Protein t-test medelvärde (Range) medelvärde (Range) (2-sidig) Vila 1466 ( ) 1458 ( ) p=0, minuter 1763 ( ) 1718 ( ) p=0, minuter 1641 ( ) 1755 ( ) p=0,013 ANOVA p =0,006 p<0,001 Figur 3: Medelvärde för energiomsättning (kcal/dag) efter intag av måltid enligt svensk näringsrekommendation (SNR) samt efter proteinrik måltid vid n=11. 5 Diskussion 5.1 Resultatdiskussion. Intag av föda ökar energiomsättningen i jämförelse med vilomätning både vid proteinrik måltid samt vid måltid enligt SNR. Post hoc test för protein visade att signifikant skillnad förelåg mellan före måltid och 30 min efter måltid samt före måltid och 120 min efter måltid men inte för mätning mellan 30 min efter måltid och 120 min efter måltid. Post hoc test för SNR visade en signifikant skillnad mellan samtliga mätningar. I Figur 3 ses att 13

14 energiomsättningen för SNR vid 120 minuter har börjat sjunka medan energiomsättningen för protein vid 120 minuter fortfarande stiger. Detta resulterar i att energiomsättningen efter SNR måltiden signifikant sjunkit mellan minuter medan energiomsättningen vid 120 minuter för protein fortfarande stiger. Toppen för när energiomsättningen efter måltiden med protein börjar sjunka har alltså inte kunnat registreras. Detta innebär att vid mätning av DIT för protein så krävs ytterligare registreringstid för att kunna åskådliggöra termogenesen för måltid med högt protein. Tidigare studier har även indikerat att DIT kan stiga i upp till 6 timmar efter högproteindiet och denna studie bekräftar därmed att 120 minuter registrering inte är tillräcklig vid undersökning av måltid med högt protein (11,27). Vill man inte enbart se hur utveckling av DIT efter olika måltider skiljer sig åt utan även mäta den faktiska totala termogenesen så tyder studier på att när man enbart mäter under 3 timmar så kan man missa upp till 40 % av den totala DIT. Vid mätning under 4 timmar kan man missa upp till 22,5 % av DIT (11). För RQ gäller att en variation mellan 0,67 1,3 får föreligga för att representera ett korrekt värde (23,34). RQ under 0,67 tyder på att det föreligger läckage i gasuppsamlingen. Samtliga individer låg inom en RQ variation på > < 1,08 för respektive mätning vilket ytterligare stärker att uppmätta värden är korrekta. Hade någon av försökspersonerna haft ett värde på RQ utanför dessa värden så hade dessa undersökningar förkastats. Stora skillnader kunde registreras mellan respektive försökspersons testtillfälle. Tidigare studier har kommit fram till att minst 6 % skillnad skall föreligga vid upprepade mätning på samma individ för att en reell skillnad skall anses föreligga (21). Vid 120 minuter var mätningen för proteinmåltiden 7 % högre än för måltiden enligt SNR vilket tyder på att reell skillnad föreligger mellan de två måltiderna. 5.2 Metoddiskussion Innan första viloundersökningen fick försökspersonerna (fp) ligga ned och vila under 15 minuter och det ledde till att några fp upplevde mätningen som väldigt lång och dessa försökspersoner hann att tröttna och fick svårt att slappna av. I kontrast så var istället vissa utav fp nära att somna under sin registrering. Detta blir extra känsligt när undersökningstiden enbart är 20 minuter lång. Varje mätperiod skulle troligtvis ha utökats och bestått av minst 30 minuter. Att enbart använda sig av 20 minuters registrering berodde på avvägningar vid metodplaneringen för att få försökspersoner att ställa upp. Troligtvis hade det varit mycket svårare att rekrytera försökspersoner om respektive testtillfälle totalt hade tagit 5 timmar att 14

15 genomföra. Mellan de två sista försöken var det en väntetid på 90 minuter och detta resulterade i att några försökspersoner blev rastlösa och hade svårt att sitta still på den lilla ytan som användes som undersökningsrum. För vidare studier kan det vara bra att tänka på att till exempel visa en film eller att ha ett större rum så att försökspersonen får byta miljö mellan försöken. Vid mätningarna för 30 samt 120 minuter efter intag av måltid så registreras både vilometabolism och den termogena effekten. De skillnader i värden som uppmätts vid respektive mätning speglar inte enbart den termogena effekten utan även de små ändringar i vilometabolismen som kan ha uppstått. Detta eftersom försökspersonerna deltar under lång tid och att man troligtvis oavsett standardisering känner sig mer trött respektive pigg beroende på hur dagsformen ser ut. Dock skall dessa skillnader inte vara stora men det är ändå viktigt att vara medveten om att dessa uppmätta värden innehåller två variabler i form av RMR samt DIT. Jag har valt att redovisa mina resultat i Kcal/dag. De uppmätta värdena speglar individens energiomsättning i kcal/dag just under steady state perioden. De uppmätta vilovärdena kan användas i studier och som riktlinjer för just den individens energiförbrukning i vila men det är viktigt att komma ihåg att en individs energiförbrukning ändras över hela dygnet beroende på övriga måltider, fysisk aktivitet och sömn. Från början var det tänkt att använda sig utav 5 min steady state men eftersom sex personer inte uppnådde detta användes istället 3 min steady state som kriterium. Dock fick ändå en försöksperson uteslutas på grund av ej uppnådd 3 min steady state. Tidigare studier har även visat på svårigheter att uppnå 5 min steady state och mellan % uppnår ej detta kriterium vid kortare registreringstid än två timmar (22). De personer som hade svårt att uppnå steady state uppgav att de kände sig lätt förkylda alternativt led av lindrig pollen allergi. Vid vidare studier kan detta vara användbart att tänka på vid kortare registreringstid eftersom dessa personer hade problem att kunna andas normalt och därmed ej uppnådde 5 min steady state. Samtidigt hade det troligtvis varit bra att haft en viloperiod innan respektive mätning men detta fick uteslutas pågrund av tidsbrist. Eftersom aktiviteten mellan varje försök var standardiserad till att enbart bestå av läs och skrivarbete så höll sig samtliga försökspersoner på en låg aktivitetsnivå mellan respektive mätomgång. När fp lade sig ner på britsen var det viktigt att plasten på kanopén veks in ordentligt så att ingen luft kunde läcka ut. Fp fick även instruktioner om att ligga stilla och att de inte fick 15

16 prata under registreringstiden. Under mätning kontrollerades så att fp följde sina instruktioner. Utrustningen som användes för denna studie har tidigare genomgått en reliabilitetskontroll. Denna gav en variationskoefficient på 3,5 % vilket tyder på att utrustningen är reliabel för upprepade mätningar under standardiserade grunder (21). Vid uträkning av måltidssammansättning utgick beräkningarna ifrån livsmedelsverkets rekommendationer för måltidsuppdelning per dygn. Den säger att en frukost skall innehålla % av totalt dagligt intag av energi (13). Programvaran dietist XP använder sig av Harris & Benedicts formel för att estimera energiförbrukning hos män och kvinnor. Inaktiva kvinnor estimerades att ha en energiförbrukning på 2247kcal/dag vilket gav ett värde för frukost på 562kcal. Aktiva kvinnor estimerades ha en energiförbrukning på 2557 kcal/dag vilket gav ett värde för frukost på 639kcal. Slutligen beräknades för aktiva män att de skulle ha en ungefärlig energiförbrukning på 3298 kcal/dag vilket gav ett värde för frukost på 791 kcal. Inaktiva män deltog ej i denna studie men beräknade värden för denna grupp var en ungefärlig energiförbrukning på 2940kcal/dag vilket skulle ge ett värde för frukost på 706kcal. Dessa värden användes oberoende av ålder vid måltidsplaneringen för respektive kön. Detta kan ha lett till att vissa individer fick ett för lågt/högt energiinnehåll. Utifrån programmet dietist XP är skillnaden för frukost mellan inaktiva kvinnor år och inaktiva kvinnor år, att den äldre gruppens frukost skall innehålla 12 kcal mindre än för den yngre gruppen. Denna variation är mycket liten och därför användes varje måltid inom kön/aktivitetsgrupp som standard till samtliga individer. Enligt tidigare studier sjunker energiomsättningen med ökad ålder (10). Skillnader inom åldergrupper kunde dock inte ses vid denna studie eftersom den äldsta kvinnan hade en högre energiomsättning än vissa av de yngre deltagarna. Försökspersonerna fick fylla i ett formulär med frågor vid ankomst. Dagarna mellan försökstillfällen skiljde med 1 56 dagar. Detta berodde på att vissa av försökspersonerna endast kunde medverka under helgen. Samtidigt gjorde sjukdom att vissa tider fick bokas om och detta bidrog också till att det blev ett större spann mellan försökstillfällena än som var planerat. Dock hade det varit önskvärt att undersökningarna hade utförts med så kort tid mellan som möjligt. Detta för att i största mån undvika skillnader hos försökspersonerna i form av exempelvis stress, känslomässiga problem samt ändringar i kostvanor. Dessa faktorer kan påverka energiomsättningen men kan inte kontrolleras och är därför viktiga att ha i åtanke när man planerar och rekryterar sina försökspersoner. De största påverkbara faktorerna så som sjukdom, fasta, träning och intag av koffein kunde dock kontrolleras i största mån utifrån protokollet. 16

17 Tio personer åkte buss/bil till testet, en person cyklade och en person promenerade till första och åkte buss till andra mättillfället. Vilan på 15 minuter innan första försökstillfället borde leda till att man kan bortse ifrån att detta skulle påverka resultatet samt att varje individ var sin egen referens. Ingen av fp hade intagit föda, koffein eller rökt inom ramen för standardisering. Fyra personer uppgav sig lida av lindrig förkylning/lindrig pollenallergi vid bägge mättillfällena. Åtta personer uppgav sig helt friska vid respektive mättillfälle. Fem personer kände sig trött vid bägge mättillfällena, en person uppgav sig pigg/trött samt övriga sex uppgav sig pigga vid respektive mättillfälle. Två personer var överviktiga enligt BMI (25,00 29,99) och tio personer hade ett normalt BMI (18,50 24,99). Tio fp hade genomfört lätt aktivitet dagen innan undersökning i form av promenad och två fp hade genomfört måttlig fysisk aktivitet 14 timmar innan undersökning. Rumstemperaturen låg mellan 21 22,5 C vid samtliga mätningar och ansågs inte ha påverkat resultatet. Studier på hur den basala metabolismen varierar under menstruationscykeln har genomförts. Dessa talar om att den basala metabolismen hos kvinnor varierar under menstruationscykeln. Detta skulle innebära att energiomsättningen till viss del stiger över det normala under en kvinnas sekretionsfas (24). I en kvinnas menstruationscykel ingår sekretionsfasen tillsammans med menstruationen och proliferationsfasen. (35). Andra studier hävdar dock att de inte har observerat något samband mellan en kvinnas menstruationscykel och variationer i den basala metabolismen (12). Denna studie har inte tagit i beaktande till var de kvinnor som medverkar befinner sig i sin menstruationscykel. Detta eftersom det inte finns några klara riktlinjer angående hur menstruationscykeln påverkar energiomsättningen samt att det på grund av tidsbrist inte fanns möjlighet att kunna standardisera utifrån detta. Högproteindieter anses ha en positiv effekt för viktkontroll på grund av dess egenskaper att öka förråden av fettfri massa, låg energieffektivitet vid överkonsumtion samt dess effekt att ge en mer mättande effekt i jämförelse med liknande energiintag (36). Dessutom anses protein ha en effekt att öka DIT i upp till sex timmar i jämförelse med kolhydrat och fett vilket leder till en högre daglig energiomsättning vid en högproteindiet (27). Det har föreslagits att dieter med högt protein på sikt leder till osteoporos samt försämrar njurfunktionen hos individer som redan har en viss grad av nedsatt njurfunktion (37). En högproteindiet kan leda till negativa kliniska effekter så som huvudvärk, muskelkramper, förstoppning och generell svaghet. Dieter med högt protein avrådes även till patienter med leverproblem samt diabetes (31). 17

18 Indirekt kalorimetri är den mest exakta metoden för att bestämma energiomsättning och RQ i olika tillstånd av hälsa och sjukdom (14). Dock är det en väldigt kostsam undersökning eftersom den kräver personal under lång tid. Min åsikt är att dessa typer av undersökningar lämpar sig hos patienter som behöver måltidsplanering på grund av stort trauma och brännskada för att minimera risken för under/över nutrition. Samtidigt lämpar sig undersökningen för vidare forskning. Vidare vore det intressant att undersöka hur den termogena effekten påverkas av en diet med högt fettinnehåll i jämförelse med vad denna studie har visat. Sammanfattningsvis ger intag av föda en ökad energiomsättning i jämförelse med vilomätning både vid proteinrik måltid samt vid måltid enligt SNR. Vid en måltid med högt proteinintag ses en ökad energiomsättning i jämförelse med intag av måltider enligt svenska näringsrekommendationer. Vid 120 minuter efter intag av måltid ses att den proteinrika måltiden fortfarande ger en ökning av den termogena effekten medan den termogena effekten för måltiden enligt SNR har börjat avta. 6 Omnämnande Jag skulle vilja tacka min handledare Anita Hurtig Wennlöf för allt stöd och hjälp jag fått under mitt examinationsarbete. Jag vill även tacka Kristina Laurentz, dietist på barn och ungdomskliniken USÖ för hjälp med min måltidsplanering, Jessica Nilstam, biomedicinsk analytiker på Fysiologiska kliniken USÖ för hjälp med utrustning och apparatur samt Claes Wallentinsson, Kost och näringsdata AB för tillgång till programvaran dietist XP. Slutligen vill jag tacka Fysiologiska kliniken USÖ för tillgång till utrustning och lokaler och alla mina försökspersoner, utan er hade det varit omöjligt att utföra mitt examinationsarbete. Ett stort tack till er alla. 18

19 7 Referenser 1. Levine J. Measurement of energy expenditure. Publ Health Nutr 2005; 8(7A); Abrahamsson L, Andersson A, Becker W, Nilsson G. Näringslära för högskolan. 5th ed. Stockholm. Liber Henry CJK. Basal metabolic rate studies in humans: measurement and development of new equations. Publ Health Nutr 2005; 8(7A): Robinson S, Jaccard C, Persaud C, Jackson A, Jequier E, Schutz Y. Protein turnover and thermogenesis in respons to high protein and high carbohydrate feeding in men. Am J Clin Nutr 1990; 52: Riggs A, White B, Gropper S. Changes in energy expenditure associated with ingestion of high protein, high fat versus high protein, low fat meals among underweight, normal weight, and overweight females. Nutrition J 2007: 6:40 6. Kinabo JL, Durnin JVGA. Thermic effect of food in man: effect of meal composition, and energy content. Brit J Nutr. 1990, 64; Westerterp KR. Diet induced thermogenesis. Nutr & Metabolism Aug 18;1(1):5. 8. Raben A, Agerholm-Larsen L, Flint A, Holst J, Astrup A. Meals with similar energy densities but rich in protein, fat, carbohydrate, or alcohol have different effects on energy expenditure and substrate metabolism but not on appetite and energy intake. Am J Clin Nutr 2003; 77: Brehm B, Alessio D. Benefits of high-protein weight loss diets: enough evidence for practice? Endocrinol Diabetes Obes. 15: Roberts SB, Dallal GE. Energy requirements and aging. Publ Health Nutr. 8(7A); Reed GW, Hill JO. Measureing the thermic effect of food. Am J Clin Nutr. 1996;63: Weststrate JA. Resting metabolic rate and diet-induced thermogenesis: a methodological reappraisal. Am J Clin Nutr. 1993; 58:

20 13. Andersen M (red). Mat och hälsa - Faktabok från livsmedelsverket. Livsmedelsverket Frankenfield D, Roth-Yousey L, Compher C, Comparison of predictive equations for resting metabolic rate in healthy nonobese and obese adults: A systematic review. J Am Dietetic Association 2005; May: Harris J, Benedict F. Biometric study of basal metabolism. Proc Natl Acad Sci USA Dec;4(12): Daly JM, Heymsfield SB, Head CA, Harvey LP, Nixon DW, Katzeff H, Grossman GD. Human energy requirements: over estimation by widely used prediction equation. Am J Clin Nutr. 1985; 42: Cooper JA, Abigail C, O Brien M, Luke A, Dobratz J, Earthman C, Schoeller D. Assessing validity and reliability of resting metabolic rate in six gas analysis system. Jour Am Dietetic Association. 2009;109: McArdle WD, Katch FI, Katch VL. Exercise physiology: Energy, Nutrition & Human performance. 6 th ed. Philadelfia, Pennsylvania: Lippincott Williams & Wilkins; Compher C, Frankenfield D, Keim N, Roth-Yousey L. Best practice methods to apply to measurement of resting metabolic rate in adults: A systematic review. J Am Dietetic Association 2006; Feb: Roffey D, Byrme N, Hills A. Day-to-day variance in measurement of resting metabolic rate using ventilated-hood and mouthpiece & nose-clip indirect calorimetry systems. Parenteral and enteral nutrition Vol 30, No 5: Nilstam J. Framtagning av referensmaterial för basal metabolism uppmätt med Vmax Encore. Rapport inom biomedicinsk laboratorievetenskap fördjupning fysiologi. Örebro Universitet. Hälsoakademin Reeves M, Davies P, Bauer J, Battistutta D. Reducing the time period of steady state does not affect of energy expenditure measurements by indirect calorimetry. J Appl Physiol : Holdy K. Monitoring energy metabolism with indirect calorimetry: Instruments, interpretation, and clinical application. Nutrition in clinical practice. 19: Oct

21 24. Day DS, Gozansky WS, Van Pelt RE, Schwartz RS, Kohrt WM. Sex hormone suppression reduces resting energy expenditure and beta- adrenergic support of resting energy expenditure. J Clin Endocrinol Metab Jun;90(6): Cole TJ, Henry CJK. The Oxford Brookes basal metabolic rate database a reanalysis. Publ Health Nutr. 8(7A); Henry CJK. Mechanisms of changes in basal metabolism during ageing. Eur Jour Clin Nutr. (2000) 54 Suppl 3, S77-S Petzke K, Klaus S. Reduce postprandial energy expenditure and increased exogenous fat oxidation in young woman after ingestion of test meals with low protein content. Nutrition & Metabolism 2008; 5: Wilhelmine P, Van de Venne V, Westerterp K, Kester A. Effect of pattern of food intake on human energy metabolism. British Journal of Nutrition. 1993:70; Atkins RC. Atkinsdieten. 3 th ed. Stockholm. Forum Sears B, Lawren W. Zonen. Falun. Optimal förlag Strychar I. Diet in the management of weight loss. Canadian Med Association Jour Jan:174(1); Lagiou P, Sandin S, Weiderpass E, Lagiou A, Mucci L, Trichopoulos D, Adami HO. Low carbohydrate- high protein diet and mortality in a cohort of Swedish women. Jour Internal Med. 2007: 261; Hassmén P, Koivula N. Variansanalys. Studentlitteratur Lund. 34. Rocha E, Alves V, Fonseca R. Indirect calorimetry: methodology, instruments and clinical application. Clinical Nutrition and Metabolic Care. 2006, 9: Sand O, Sjaastad Ø, Haug E. Människans fysiologi. Liber Oslo. 36. Westerterp-Plantenga M.S, Smeets A, Nieuwenhuizen A. Sustained protein intake for bodyweight management. British Nutriton Foundation, Nutr Bulletin. 2007, 32: Clifton P. High protein diets and weight control. Nutr Metab Cardiovasc Dis. 2009,

22 Bilaga 1. Information om studien av måltidens inverkan på energiomsättningen. Studien som du fått förfrågan att delta i utgör den praktiska delen av min C-uppsats i biomedicinsk laboratorievetenskap. Syftet med studien är att se hur två olika måltider påverkar energiomsättningen när kroppen är i vila. Mätutrustningen som kommer användas heter Vmax Encore och mäter syreupptagning genom att din utandningsluft analyseras. Du kommer att få ligga med huvudet under en kåpa som är kopplad till en gasanalysator. Genom att mäta syreupptagningen i vila så beräknas hur mycket kalorier du förbränner i vila. Detta värde är din basala energiomsättning. Deltagande i studien innebär två besök vid Fysiologiska kliniken på Universitetssjukhuset i Örebro. Kliniken ligger i gamla sjukhusdelen ingång L, hiss L2, våning 2. Vid båda besöken kommer tre mätningar att genomföras. Först en viloregistrering, sedan får du en måltid med ett visst proteininnehåll, sedan görs mätningar 30 respektive 120 minuter efter måltiden. Totalt tar varje undersökningstillfälle ungefär fyra timmar att genomföra. Vid de två undersökningstillfällena är det viktigt att du inte har intagit föda på minst åtta timmar. Du får inte heller ha intagit alkohol, rökt eller druckit kaffe inom de senaste 12 timmarna. Detta gäller även träning 24 timmar innan undersökningstillfället. Testerna utförs på morgonen och det är viktigt att du försöker ta dig till undersökningen med buss eller bil för att kroppen fortfarande skall vara i vila. Känner du dig inte helt frisk inför något av dina försökstillfällen så ska du kontakta mig så bokar vi en ny tid tillsammans. Deltagande är helt frivillig och undersökningen medför inga kända risker eller obehag för dig som försöksperson. Du har när som helst rätt att avbryta din medverkan i studien. Jeanette Söderquist Student Biomedicinska analytikerprogrammet fysiologi E-post: jeanette.soderqvisth061@student.oru.se Telefon mobil: Handledare: Anita Hurtig Wennlöf Med. dr. Universitetslektor anita.hurtig-wennlof@oru.se Tel (arbetet) 22

23 Blankett för deltagande i studien om måltidens inverkan på energiomsättningen. Jag har mottagit information om studien och vill delta som försöksperson. Jag är medveten om att jag förbinder mig till att följa instruktionerna inför testerna samt att jag har rätt att när som helst avbryta mitt deltagande i studien. Namn: Telefonnummer: Ort och datum: 23

24 Bilaga 2. Protokoll för undersökning: Försöksperson: Måltidstyp: Ankomsttid: Transportsätt till sjukhuset: Kön: Längd: Vikt: Frisk/förkyld: Pigg/trött: Rumstemperatur: Senaste intag av alkohol: Senaste intag av mat: Senaste träningen: Fysisk aktivitet dagen innan; (lätt/måttlig/intensiv): Senast rökt/snusat: Senaste intag av koffein: Medicinering: Start av viloregistrering: Antal dagar sedan första undersökningstillfället: Övriga upplysningar: 24