Metabolizmus, termoregulace, metabolizmus nutričních substrátů. Doc. PharmDr. Miloslav Hronek, Ph.D.

Transkript

1 Metabolizmus, termoregulace, metabolizmus nutričních substrátů Doc. PharmDr. Miloslav Hronek, Ph.D.

2 Metabolismus - souhrn veškerých dějů (fyzikálních a chemických), - probíhají uvnitř organismu - slouží k získání energie a k tvorbě látek potřebných pro činnost organismu (jeho fungování, růst, vývoj apod.) Katabolismus x Anabolismus - Katabolismus - Oxidace pomalý, komplexní, postupný proces - Uvolňování E v malých použitelných množstvích (uskladněny ve zvláštních, energeticky bohatých sloučeninách - ATP (adenosintrifosfát), kreatinfosfát, guanosintrifosfát, cytidintrifosfát, uridintrifosfát, inosintrifosfát

3 Využití energie z makroergních fosfátů v organismu pro: 1. transportní mechanismy pro činnost Na + -K + -ATPázy, pro transport dalších iontů Ca ++, Mg ++, I + 2. proteosyntézu 3. tvorbu tepla 56 % E se uvolňuje ve formě tepla 4. svalovou kontrakci 5. elektrogenezi pohyb iontů procesy depolarizace a repolarizace - Anabolismus - ukládání E ve formě proteinů, lipidů a sacharidů - k tvorbě potřeba E

4 Energetická rovnováha Výdej E Nutriční příjem E Negativní spotřebování vnitřních zásob (glykogen, těles. prot., tuky) Pozitivní uložení E ve formě zásob nárůst hmotnosti Celková spotřebovaná energie potravou za rok = 1 milionu kcal/osobu (potravou)

5 Celkový energetický výdej (CEV) CEV = BM + ET + PM BM - Bazální metabolismus 60-70% z celkové vydané energie ET - Energie vydaná na trávení po jídle 8-12 % PM Pracovní metabolismus energie na pohybovou aktivitu zbylých 20-35%.

6 Faktory ovlivňující rychlost metabolismu Svalová práce Požití potravy Vnější teplota (při snížení okol.t zvýš. met.) Váha, výška, povrch těla Pohlaví, emoce, tělesná t, hladiny hormonů

7 Spotřeba energie v organizmu Co nás stojí náš život Největší část na membránové transporty děje spojené s endergonickou částí metabolických pochodů transport iontů přes membrány, tvorba elektrických potenciálů z toho vyplývajících funkcí (svalová práce, sekreční práce). Základní energetická potřeba = bazální metabolismus energie k udržení základních fyziologických funkcí, minimální úroveň energetické potřeby udržení života v bdělém stavu za podmínek neutrální okolní teploty, práce srdečního svalu, svalové kontrakce v klidu, sekreční funkce, energie potřebná na respiraci

8 Jak se podílejí jednotlivé orgány na potřebě energie Orgán Podíl na BM Játra 26% Svaly 26% Mozek 18% Srdce 9% Ledviny 7% zbytek 14%

9 Faktory ovlivňující intenzitu metabolizmu Tělesná práce Specificko-dynamický účinek potravy asimilace živin v těle. Vnější teplota - tvar písmene U nižší než tělesná teplota zvýšení metabolizmu tvorba tepla třes vyšší než tělesná teplota zvýšení tělesné teploty - vzrůst metabolizmu

10 kcal/m2/hod Pohlaví Věk u mužů - vyšší s věkem klesá Výška, váha a povrch těla BMR - ZÁVISLOST NA VĚKU A POHLAVÍ VĚK MUŽI ŽENY s nárůstem - zvyšuje Emoce vzrušení adrenalin - zvyšuje metabolismus zvyšuje svalové napětí v klidu, apatie a deprese snižují metabolismus Tělesná teplota vzestup o 1 o C, vzestup o 14% Hormony štítné žlázy v krvi (T4, T3) Gravidita + laktace vzestup Hladovění pokles až o 40 %

11 Predikce bazálního metabolizmu Výpočet pomocí Faustovy rovnice muži > BM (kcal) = hmotnost (v kg) x 24 ženy > BM (kcal) = hmotnost (v kg) x 23 Pouze orientační výpočet! Výpočet pomocí Harris-Benediktovy rovnice muži > BM [kcal] = 66,5 + 13,8 x hmotnost + 5,0 x výška - 6,8 x věk ženy > BM [kcal] = ,6 x hmotnost + 1,8 x výška - 4,7 x věk Vhodný a přesný výpočet pro normosteniky Zkreslení u obézních a svalnatých jedinců

12 Intersexuální rozdíly v BM 15 % Muž (80 kg, 180 cm) BM (20 let) = 1932 kcal/d Žena (80 kg, 180 cm) BM (20 let) = 1635 kcal/d - 21 % - 17 % BM (80 let) = 1525 kcal/d BM (80 let) = 1354 kcal/d

13 Výdej energie 60 % BM 10 % termogenní efekt potravy 30 % pohybová aktivita

14 Metody měření energetické potřeby Důvod: Kolik energie náš organizmus reálně potřebuje dodat Metody: 1. Přímé kalorimetrie umístění jedince do hermeticky a termicky uzavřené komory. vyžaduje velmi náročné zařízení pro speciální studie je v současné době používána výjimečně schůdné pro experimenty s malými zvířaty stanovuje bazální metabolismus

15 2. Nepřímá kalorimetrie Princip: kyslík je v org. používám k oxidaci nutričních substrátů 1784 francouzský vědec Antoine Lavoisier spotřeba kyslíku organizmem je přímo úměrná energetickému výdeji Při jejich oxidaci jsou živiny spalovaný za uvolňování CO 2 Měřením spotřeby kyslíku a vydýchaného CO 2 dokážeme kvantifikovat množství spálených živin lze vypočítat energetický výdej Nejčastěji klinicky používaná metoda

16

17 Stanovení VO 2 (l / den) VCO 2 (l / den) UN - odpad dusíku z urey (g/den) stanoveno z moči Hodnocení RQ (respirační quocient) REE (kcal/den) Utilizace nutričních substrátů

18 Oxidace glukózy C 6 H 1 O C H 2 O na oxidaci 1 g glukózy je potřeba 0,747 l kyslíku za vzniku 0,747 l oxidu uhličitého.

19 Oxidace tuků Tuky v porovnání se sacharidy obsahují v 1 molu méně uhlíků. Na oxidaci 1 g tuku je potřebné 2,029 l kyslíku a vznikne 1,43 l oxidu uhličitého. 2 C 57 H 110 O C H 2 O

20 Oxidace bílkovin Přesná chemická struktura není známá vypočítává nepřímým způsobem - RQ okolo 0,82. Na oxidaci 1 g bílkovin je třeba 0,966 l kyslíku za vzniku 0,782 l oxidu uhličitého. Exaktně množství odpadního dusíku v moči (NU) oxidací 6,25 g bílkovin se do moči uvolní 1 g dusíku, tedy: Oxidace bílkovin (v g/24 hod) = 6,25 * NU

21 Hodnocení utilizace nutričních substrátů dle RQ RQ Stav 1,0 Metabolismus sacharidů 0,71 Metabolismus lipidů 0,80 Metabolismus proteinů 0,85 Smíšená utilizace substrátů < 0,65 Mimo SS (hypoventilace / ketóza) >1,25 Mimo SS (hyperventilace / hyperkapnie)

22 Obvyklé hodnoty VO ml/min 3,6 ml/min/kg VCO ml/min 2,9 ml/min/kg RQ 0,65 1,25 Výpočet REE Weirova rovnice REE = VO 2 * (3,94) + VCO 2 * (1,11) UN * (2,17) Fyziologický stav REE = cca 25 kcal/kg Průměrně celkový energetický výdej = 1 kcal/min

23 Základní podmínky měření REE pomocí IK nalačno (po 12 hod lačnění) duševní a fyzický klid a uvolnění (klid 30 min před měřením) v poloze vleže (pohodlně) v bdělém stavu okolní teplota C vyšetřovaná osoba nesmí být stresována

24 Vliv klinického stavu na REE Klinický stav Změny REE v procentech Podvýživa, dlouh. hladovění 10 až 20 % Chirurgický výkon až 25 % Horečka (každý 1 C > 37) 10 % Těžké trauma 10 až 20 % Těžká infekce 10 až 30 % Sepse/SIRS 20 až 60 % Těžké popáleninové trauma 50 až 150 %

25 Metabolismus nutričních substrátů Spalné teplo Energetická hodnota kcal/g Potřeba g/den Příjem energie Kcal/den % podíl bílkoviny tuky sacharidy Propočet pro 70 kg vážící osobu

26 Termoregulace Udržovat stálou tělesnou teplotu Regulace Intenzita metabolizmu Změna tepelné izolace kůže Homoiotermní organizmy (endotermní) Teplokrevní Schopni udržovat vnitřní teplotu i při výkyvech okolní teploty Poikilotermní (ektotermní) Závislí na okolní teplotě

27 Typy tělesných teplot Subnormální po 36 o C Normální o C Subfebrilní 37 37,9 o C Febrilní (horečka) nad 38 o C Hyperpyrexie o C

28 Místa měření tělesné teploty Axilární teplota pod paží Sublinguální pod jazykem (je o 0,2 0,3 o C vyšší než AT) Rektální, vaginální vyšší o 0,5 o C než SL (odpovídá vnitřní teplotě)

29 Fyziologické změny teploty (bdělý stav) Nejnižší ve dne okolo hodiny ranní Nejvyšší ve dne mezi hod U žen při ovulaci zvýšení o 0,5 o C 2 % dospělých konstituční hypertermie Senioři mnohdy subnormální ( met.)

30 Faktory ovlivňující teplotu těla Kůže Tuk tepelný izolant Každý mm v podkoží dovoluje snášet chladnější okolí o 1-2 o C Sympatikus řídí prokrvení Vasokonstrikce a vazodilatace Centrum v hypotalamu + corpora mammilaria Receptory Periferní (v kůži) Řízení termoregulace Vnitřní (hypotalamus, mozkový kmen, páteřní mícha, zad. stěna břiš.dut., podél vel. cév)

31 Snížení teploty těla Zvýšená teplota Aktivace před. hypotalamu Inhibice symp. center v zad.hypotalamu Vazodilatace na periferii Zvýšení průtoku krve z 5 % MSV na 30 % Zvýšená diaforéza nad 37 o C aldosteron (ochrana před ztrátou vody a iontů) Paradox - okolní teplota > 30 o C BM pro ochlazení těla t těla Snížení produkce tepla

32 Tvorba tepla (termogeneze) Nejvíce zajišťují svaly Chladový třes Svalová odpověď na chlad Frekvence stahů/s svalstva bez další jejich práce 4 5x zvýší produkci tepla během několika minut Chemická (netřesová) termoregulace Zvýšení buněč. met. adrenalinem, noradrenalinem a tyroxinem Z hnědé tuk. tkáně především u novorozenců (2x vyšší produkce tepla husí kůže Hnědá tuk. tkáň pod lopatkami, v blízkostí velkých cév reakce pilomotorického svalstva, ochrana před ztrátou tepla z povrchu těla Hlad

33 Faktory ovlivňující teplotu těla Chování jedince (schoulení, vhodný oděv, pohyb) Perspiratio insensibilis permanentní vypařování vody nesouvisí s termoregulací difúze vody přes kůži a dýchací sy 600 ml/d = 1200 kj/d Evaporace (výdej vody) při zvýšené teplotě ochlazování povrchu těla výpočet dle teploty těla do 37 C ml / 6 hod 38 C C Přežití při 130 o C (suchý vzduch) - 20 min Při 46 o C (vlhký vzduch) několik min.

34 Teplota nad 37 o C Zvýšená teplota těla o C Subfebrilie Zvýšená teplota těla nad 38 o C Horečka Reakce imunitního sy na patogeny zánětlivá reakce Makrofágy, monocyty, Kupferovy b.y Produkce prozánětlivých cytokinů (IL-1, IL-6, TNF-α ) Označovány za pyrogeny (zvyšují teplotu těla)» Přes 3. mozkovou komoru aktivace hypotalamu (area preoptica) produkce prostaglandinů zvyšují hodnotu termostatu v hypotalamu» Účinek antipyretik (paracetamol) snížení produkce prostaglandinů inhibicí cyklooxygenázy

35 Metabolizmus nutričních substrátů

36 Souhrn základních metabolických cest nutričních substrátů v org. (Waugh, Anne. Ross and Wilson Anatomy and Physiology in Health and Illness, 11th Edition. Churchill Livingstone, p. 310).

37 1. Sacharidy Monosacharidy glu, fru, galaktoza) Disacharidy sacharoza = glu + fru, laktoza = glu + galaktoza maltoza = 2x glu Polysacharidy (škrob, dextrin, celulóza, zásobní - glykogen)

38 Resorpce sacharidů v organismu Potravou g/den Příjem ústní dutinou Sliny ptyalin štěpení polysacharidů na jednodušší sacharidy TeS (kraniální část) Maltáza, laktáza, sacharáza, izomaltáza Resorpce v duodenu a jejunu přes enterocyty do portální krve, potřebný Na + Rychlost je různá podle velikosti molekuly Nejrychl. glu a galaktóza, nejpom. pentózy Množství resorbované glu 1g/kg/hod (ještě nedochází ke glykosurii)

39 Přeměna glu 5% v J na glykogen % na tuk Zbytek se metabolizuje ve svalech a jiných tkáních Mozek spotřebovává % glu Zásoby sacharidů v těle (M, 70 kg váhy) kcal 400 g svalového glykogenu, 100 g glykogenu v J, 20 g glu v ECT kcal 80 % uloženo v tuku, zbytek ve svalech

40 Utilizace glukózy v organismu glykogeneze glykolýza

41 Utilizace glukózy v organismu

42 Využití glu v org. Resorpce do krve přes stěnu do buňky Zde fosforylace na glu-6-fosfát Z něho v J polymerací tvorba glykogenu Glykolýza Odbourávání glu na pyruvát n. laktát přeměněn na acetyl-coa Cyklus kys.citronové (Krebsův cyklus) Aerobní glykolýza (1 mol glu 38 ATP) Aneaerobní glykolýza (1 mol glu 2 ATP)

43 Jaterní glukostat J udržují stabilní glykemii, při hyperglykemii - glu zadržují, při hypoglykemii - uvolňují glukoneogeneze (tvorba glu z neglukos. molekul) vzájemná přeměna prot-sach-li

44 - estery glycerolu a MK 2. Lipidy Dělení - nasycené a mononenasycené (organismus dokáže syntetizovat MK např. ze sacharidů) - vícenenasycené - musejí být dodány ( esenciální MK ). - kys. linolová, linolenová a arachidonová Význam E zásoby Resorpce lipofilních látek (vitaminy..) Přeměna na cukry

45 Utilizace lipidů v organismu V ústech a žaludku slabě účinné lipázy (10 30 % tuků) V duodenu pankreatická lipáza (70 90 % tuků) Odštěpuje z triacyglycerolů MK v poloze 1,3 za pomoci žluč. kys. MK do 10 C přímo do portální krve, vazba na albumin transport do J MK > 10 C micely tvorba chylomiker esterifikace na triacylglyceroly transport do lymfy

46 Utilizace lipidů v organismu

47 Utilizace lipidů v organismu

48 Transport lipidů v plazmě Tukové částice lipofilní transport v lipoproteinech

49 Lipoproteiny VLDL (very low-density lipoproteins) Transport TAG do tukové tkáně k deposici Vyšší hlad. přeměna na LDL LDL (low-density lipoproteins) Transport cholesterolu na periferii Zvýšená hladina nebezpečí aterogenity pro nadměrný přívod cholesterolu tvorba aterogen.deposit HDL (high-density lipoproteins) Transport cholesterolu z periferie do J Zde využit k syntéze steroidů Snižuje hladinu cholesterolu v org. Vyšší hladina žádoucí

50

51 Tuková tkáň lipolýza lipogeneze + glukokortikoidy, STH, glukagon, noradrenalin; - inzulín Hormonsenzitivní lipázou NADPH* a karnitin *nikotinamid adenin dinukleotid fosfát oxidáza - komplex E vázaných na membránách

52 Metabolismus tuků MK + karnitin Oxidace na acetyl-coa Krebsův cyklus z 1 mol C6 MK 44 mol. ATP (z 1 mol glu pouze 38 mol. ATP)

53 3. Proteiny Význam: základ struktury živé hmoty specifické funkce (jako hormony, transportní složky, enzymy, protilátky) možný zdroj energie

54 Chemická stavba 2-10 AK (peptidy) AK (polypeptidy) více jak 100 AK (proteiny)

55 Esenciální aminokyseliny: valin, threonin, tryptofan, lyzin, fenylalanin, methionin, leucin, izoleucin (VALENTÝN TŘEL TRYSTNĚ LYSINU FENYKLEM METLOU LEPENOU IZOLEPOU)

56 V žaludku HCl + pepsin Utilizace v organismu Štěpení bí na peptidy TeS pankreatické enzymy trypsin Štěpení peptidů na AK Resorpce AK přes enterocyty (D-AK pasivně, L-AK aktivně souč. s Na + Resorpce celých bí vzácná (v mládí) nebezpečí imunitních reakcí Denní obrat bí 65 % z bí potravy 10 % trávení bí v trávicích šťávách 25 % bí uvolněno ze slizničních buněk

57

58 Metabolismus proteinů AK acetát malý Krebsův cyklus (ornitínový) Energeticky náročný děj močovina ledviny

59 Děkuji vám za pozornost.