איך מודדים את קצב
חילוף החומרים בגוף?

בשנים האחרונות אנשים רבים משתמשים בשעונים או צמידים "חכמים", שמדווחים בין השאר על מספר הקלוריות שהם שורפים ביממה. איך הם מגיעים למספר הזה, ומה המשמעות שלו? התשובות קשורות לאנרגיה שאנו מוציאים – ולשאלה מה אנחנו מודדים בכלל.

קלוריות הן יחידות מידה לאנרגיה, ועל כן משקפות את קצב חילוף החומרים (מטבוליזם) בגוף: סך התהליכים שבהם הגוף מפרק חומרים כדי להפיק מהם אנרגיה, או צורך אנרגיה כדי לבנות חלבונים וחומרים אחרים הנחוצים לתהליכי החיים.

רוב האנרגיה נדרשת לצורך חילוף החומרים הבסיסי, כלומר הקלוריות שהגוף צורך מעצם היותו בחיים, עבור פעילות הלב, המוח וכדומה. כל פעילות נוספת – לדוגמה דיבור או הליכה – מובילה לעלייה בצריכת האנרגיה. שלבים מסוימים של הפקת האנרגיה דורשים חמצן, ותוצרי הלוואי של תהליכי חילוף החומרים בגוף הם חום ופחמן דו-חמצני.

מעבר לסיפוק הסקרנות, מדידת קצב חילוף החומרים חשובה בין השאר למחקרים על השמנה לניטור מצבם של חולים שהצוות הרפואי נדרש לתכנן תוכנית הזנה ואימונים מתאימה עבורם, וגם לשיפור מערך האימונים של ספורטאים.

מדידה ישירה ועקיפה

קיימות שתי שיטות למדידת קצב חילוף החומרים: קלורימטריה ישירה וקלורימטריה עקיפה. קלורימטריה ישירה מודדת המרה של אנרגיה כימית לחום ממולקולות ביולוגיות האוגרות אנרגיה כגון ATP, ונחשבת מדויקת מאוד. אולם יש לה כמה חסרונות: ראשית, כדי למדוד אותה צריך להכניס את הנבדק לתוך מתקן גדול שיכול להכיל את כל גופו, ואם יש צורך בכך, גם את ציוד ספורט או המרחב שמאפשר פעילות גופנית. בנוסף, המתקן צריך להיות מבודד לחלוטין כדי לאפשר מדידה מדויקת של שינויים בטמפרטורה עקב החום הנפלט מהנבדק, ולכלול מכשירים המנטרים  בדיוק רב את זרימת האוויר. מהסיבה הזאת השימוש במתקנים כאלה מצומצם מאוד.

קלורימטריה עקיפה מודדת את פליטת הפחמן הדו-חמצני ואת צריכת החמצן של האדם. כיוון שחמצן דרוש לחילוף חומרים ופחמן דו-חמצני הוא תוצר לוואי של תהליכים אלו, הם מספקים מדד אמין להערכת קצב חילוף החומרים.

אחת הדרכים למדוד קלורימטריה עקיפה היא תאים מטבוליים – חדרים סגורים שמאפשרים לכמת את הפחמן הדו-חמצני הנפלט ואת החמצן הנצרך. אבל בדומה לחדרים המודדים קלורימטריה ישירה, התאים הללו מסורבלים ולכן לא לא רבים משתמשים בהם. החלופה הפשוטה והנפוצה יותר היא מכשיר שמזכיר מעין בועת פלסטיק שמלבישים על ראש הנבדק, וכך מודדים את צריכת החמצן ופליטת הפחמן הדו-חמצני.

ניידוּת על חשבון המהימנות

בשנים האחרונות פותחו מכשירים ניידים יותר, שנועדו לפשט את המדידה. מדובר במעין מפוחים המוצמדים לפנים ומחוברים למחשב, אשר מודד את קצב חילוף הגזים. הניידות שלהם מאפשרת מדידה בתנאים רבים, כולל במהלך אימון ספורטיבי, בזכות קלות השימוש בהם וזמינותם נעשה בהם שימוש רב. עם זאת, מחקרים מצאו פערים גדולים יחסית בתוצאות המדידות של מכשירים שונים, וחלקם מדויקים יותר מאחרים.

בכל השיטות, כולל קלורימטריה ישירה, המדידות עצמן אינן מספקות ערך סופי, שכן חילוף החומרים מושפע מגורמים רבים, כגון מין, גיל, משקל וגובה. על כן החישוב הסופי נעזר במשוואות שמשקללות את הגורמים הללו לקבלת מדד אמין של חילוף החומרים עבור כל נבדק.

ומה לגבי השעונים החכמים, שמסוגלים, או לפחות טוענים שהם מסוגלים, לספק מדדים דומים? הם משמשים את הציבור הרחב, המעוניין למשל לחשב את קצב שריפת הקלוריות שלו במהלך פעילות ספורטיבית או פעילות יומיומית אחרת. שעונים אלו מודדים את הדופק של מי שעונד אותם, ולפיו מחשבים את קצב חילוף החומרים. קצב הלב הוא אכן מדד לקצב חילוף החומרים, אך יחס ההמרה משתנה מאוד מאדם לאדם, ואין משוואה כללית שמאפשרת המרה ישירה. השעונים והצמידים הללו לוקחים בחשבון פרמטרים כגון גיל, גובה ומשקל ומשקללים אותם, כך שהערכה שהם מספקים היא כללית מאוד והם לא נחשבים מדויקים.