Vores læser Lærke Klint har spurgt:
Kan det passe, at man udleder CO2, når man spiser sukker? Hvis ja, hvordan udregner man det?
Lars Klingenberg, ph.d. på Institut for Idræt og Ernæring, Københavns Universitet, svarer:
Det korte svar er: ja. Det lidt længere er: ja, men det har ikke kun noget med kulhydrater at gøre. Det lidt uventede svar er: ja, vi udånder det fedt og sukker, vi spiser, som CO2. Det lidt mere fyldestgørende svar kommer her…
De makronæringsstoffer, vi indtager med kosten, er opbygget af kulstofstrukturer, hvor der er bundet forskellige andre atomer. Hvor proteinernes kulstofskelet typisk er mere komplekse og altid har nitrogen indbygget i strukturen (og nogle gange også andre atomer), er kulhydrats og fedts kulstofskelet kun udbygget med ilt- og brintatomer. De kan så bygges op på forskellige måder (ringe eller kæder) og med forskellige bindinger, hvilket giver dem forskellig form og egenskaber.
Læs også: Spørg Fagfolket: Er stående arbejde lige så effektivt som at løbe et maraton?
Når vi fordøjer makronæringsstofferne, gennemgår de en lang rejse. Først brydes de i vores mavetarmkanal ned til mindre bestanddele. Proteinerne nedbrydes til aminosyrer, fedt til triglycerider (glycerol med tre fedtsyrekæder) og kulhydrat til monosakkarider. De optages over tarmvæggen og indgår i kroppens cirkulation af næring og bruges enten umiddelbart som energikilde eller genanvendes i nye sammenhænge til andre formål (fx byggesten i muskulatur, grundstruktur i andre komponenter, lagres i forskellige form til senere brug eller andet).
Når de små bestanddele er kommet ind i blodbanen, distribueres de til de forskellige væv. For kulhydrats vedkommende bruges det primært som energikilde og skal derfor forbrændes i cellerne. Det sker gennem flere biokemiske systemer.
Hvis vi har ilt til stede i forbrændingen (hvilket oftest er tilfældet), nedbrydes monosakkariderne i glykolysen til to pyruvatmolekyler. De to pyruvatmolekyler omdannes til to andre molekyler, acetyl-CoA (udtales som acetyl coenzym A). De indgår så i næste trin, citronsyrecyklus.
Da det er en cyklus, sker der en konstant influx og efflux af molekyler. Formålet med citronsyrecyklus er at danne molekylet NADH, der indgår i den sidste del, respirationskæden, hvis formål er at danne ny energi. Den energi ’fanger’ kroppen i et bestemt molekyle (ATP), som vi så kan bruge til fx muskelarbejde.
Faktisk dannes der også ATP i ét af trinnene i citronsyrecyklus, men hovedparten af den energi, kroppen danner, kommer fra respirationskæden. Formålet med at spise mad er altså at bruge nedbrydningsprodukterne til at danne energi til kroppen.
Læs også: Spørg Fagfolket: Er æggehvider ernæringsmæssigt ligegyldige?
I to af trinnene i citronsyrecyklus er biproduktet faktisk CO2. Den CO2, der dannes, kan bruges i andre sammenhænge. Kroppen skal bruge noget af CO2’en i en anden kemisk proces, ureacyklus. Som jeg nævnte, indeholder protein også nitrogenatomer og i nedbrydningen af proteinernes byggesten, aminosyrerne, dannes der ammonium, NH3, som er farligt for kroppen.
Via ureacyklus danner vi urinstof, som vi så udskiller med urinen. Til det skal der blandt mange andre ting bruges noget CO2. Den CO2, vi ikke bruger andre steder, skal kroppen have fjernet. CO2-molekylet er så lille, at det kan diffundere over cellevæggene og ender til sidst i blodbanen, hvor det binder sig til hæmoglobin (som faktisk også er det molekyle, som bærer ilten rundt i kroppen).
Når blodet pumpes ud til lungerne, diffunderer CO2’en ud i lungerne, mens ilt bevæger sig den anden vej. CO2’en udskilles på den måde via udåndingsluften. Det vil altså sige, at vi udånder en del af den mad, vi spiser, som CO2 (og vand), hvilket jo giver mening, når man ser på, hvad fx kulhydrat er opbygget af: C-, H- og O-atomer.
Kulstof- og iltmolekylerne i den CO2, som udskilles i lungerne, er dog ikke kun fra forbrænding af kulhydrat. Også nedbrydning af fedt og protein skal igennem citronsyrecyklus.
Fedtsyrerne fra triglyceriderne omdannes også til acetyl-CoA, mens proteinernes byggesten, aminosyrerne, kommer ind i citronsyrecyklus i forskellige trin (men kan også omdannes til både pyruvat og acetyl-CoA). CO2-produktionen er altså en hel naturlig og uundgåelig ting, når vi nedbryder mad, og er heller ikke begrænset til kulhydrat.
Læs også: Spørg Scientariet: Hvor længe kan jeg leve på min slankekursmad?
Hvordan man udregner det, afhænger lidt af, hvordan man definerer regnestykket.
Helt grundlæggende dannes der fire CO2-molekyler for hvert monosakkarid, der indgår i citronsyrecyklus (to CO2-molekyler for hvert af de to acetyl-CoA, da dannes ved nedbrydning af et monosakkarid). Det bliver til en hel del CO2, hvis man regner på mængden af monosakkarider i fx en halv liter cola.
Det regnestykke ser nogenlunde sådan ud: Der er ca. 10 g tilsat sukker i 100 ml cola. For en ½ liter bliver det så 50 g sukker. Hvis vi for simplicitetens skyld regner med, at det er glukose, der er tilsat (i virkeligheden er det en kombination af primært fruktose og glukose, så vidt jeg ved, men der er sikkert nogle læsere, som ved mere om det).
Molvægten for glucose er ca. 180 g/mol. Antallet af molekyler i et mol kender vi fra Avogadros konstant (6,022×10ˆ23 molˆ-1), så antallet af glukosemolekyler er derfor 6,022×10ˆ23*50/180 = 1,6728×10ˆ23 – det er en hel del!
Læs også: Spørg Scientariet: Hvor hurtigt sætter et måltid sig på sidebenene?
Det skal vi så gange med fire, da der dannes fire CO2-molekyler for hvert glukosemolekyle (når der er ilt til stede): 6,6911×10ˆ23. Regner vi så den anden vej, skal vi bruge CO2’s molvægt, som er ca. 44 g/mol, hvilket så giver næsten det samme som udgangspunktet, da 44 er omtrent ¼ af 180 (og der jo blev dannet fire CO2-molekyler for hvert glukosemolekyle): ca. 49 g CO2.
Så skal vi huske, at noget bliver genanvendt i kroppen til andre ting, så man kan ikke umiddelbart beregne nettoproduktionen af CO2 ved forbrænding af glukose.
I realiteten er det tale om en form for ligevægt mellem indtaget af mad og produktionen af CO2, hvis vi ellers er i energibalance (ikke taber os og ikke tager på).
Her vil størrelsen af CO2-produktionen være direkte proportional med vores samlede energiforbrug og dermed primært være afhængig af kropsstørrelsen (og primært den del af kropsstørrelsen, der ikke er fedtvæv – dvs. muskler og organer).
Læs også: Spørg Scientariet: Hvad sker der med kroppen, hvis man kun spiser slik?
Faktisk bruger vi i praksis forholdet mellem CO2-produktionen og O2-forbruget til at beregne størrelsen af vores energistofskifte (med det princip, der hedder indirekte kalorimetri).
Min gode kollega John har gravet lidt i nogle kalorimetridata fra vores respirationskamre og fundet, at en lille gruppe normalvægtige mænd med en gennemsnitlig vægt på ca. 73 kg udledte 441 L CO2/døgn eller 871 g CO2 i døgnet, mens de befandt sig i kammeret (hvor de kun kunne være meget begrænset fysisk aktivitet).
Det svarer i øvrigt til knap 320 kg CO2 om året pr. person. Interesserer man sig for klimaproblemer, så var den gennemsnitlige årlige udledning af CO2 per person i en dansk husholdning i 2014, ifølge Verdensbankens data, på 5936 kg, så vores udånding udgør altså kun en lille del (5,4%) af vores CO2-produktion fra vores husholdning (hvis man er normalvægt mand og vejer godt 70 kg og er meget inaktiv).
Og så kan man i øvrigt ikke rigtig gøre noget ved CO2-produktionen i udåndingen…
