Prelegere METABOLISM în fiziologie pentru studenții la stomatologie Katarína Babinská, MD, PhD, MSc., Institutul de Fiziologie LFUK, Bratislava 2016

metabolism

funcția combustibilului produse de combustie combustibil alimentar pentru organism GIT descompunerea substanțelor din alimente în molecule simple absorbabile intrarea în procesele metabolice din celule utilizarea substanțelor obținute din alimente în metabolism

- procese chimice și energetice care au loc în celulele corpului Două aspecte ale metabolismului: 1. conversia chimică a substanțelor (pentru construire, regenerare, funcționarea corpului) METABOLISM A + B energie C 1. conversia energiei chimice în substraturi (legături chimice ale nutrienților) în energie utilizabilă în celule (ATP și alte legături macroergice) și utilizarea acesteia pentru funcții vitale

descompunerea catabolismului substanțelor (de ex. grăsime de stocare, glicogen) eliberare de energie (E) substanță chimică E utilizată pentru funcția corpului (maxim 27%) termică E menținerea temperaturii corporale constante necesare pentru menținerea homeostaziei și funcționarea normală a funcțiilor metabolice anabolism utilizarea substraturilor substanțelor necesare pentru structura sau funcția corpului (de exemplu, proteine ​​corporale, enzime, stocare glicogen) consum de energie - ambele procese au loc continuu în proporții variate - căi metabolice secvența reacțiilor chimice enzimatice într-o secvență predeterminată (glicoliză, ciclul Krebs, ciclul Cori, etc.)

- procesele vieții care au loc în organism (celule) consum de energie sinteză formarea țesuturilor transportul membranei Metabolism energetic activitate musculară termoreglare etc. menținerea potențialului de membrană Nivel metabolic - cantitatea de energie consumată (eliberată) în corp Unitate - Jouli (J) - calorii (cal) - mai vechi, dar încă folosită în practică unitatea 1 cal = 4,18 J 1 Cal = 1000 cal http: // www.ruvztn.sk/inpor.files/image/tabulka.jpg cheltuielile de energie sunt de obicei exprimate în kj/24 de ore (1 oră, 1 min) cheltuielile de energie ale unei persoane medii sunt de aproximativ 8400 kj (2000 kcal)/zi

Organele și țesuturile individuale diferă în ceea ce privește activitatea metabolică - activitate ridicată: mușchi scheletic, organe interne (ficat, inimă, rinichi, creier) Greutatea țesuturilor (% din greutatea corporală) Nivelul metabolic al țesutului (% BM) Diverse (piele, oase, intestin. ) Țesutul gras Organe ale mușchilor scheletici (creier, sdce hepatic, rinichi) http://www.nature.com/ijo/journal/v34/n2s/fig_tab/ijo2010234f6.html

Nivelul metabolic în timpul zilei fluctuează kj 0 4 8 12 16 20 24 (h) Somn - cel mai scăzut nivel de metabolism - aproximativ 10-15% decât minimul de vigilență Creșterea stării de veghe/activitate a nivelului de metabolism, depinde în principal de intensitate de activitate fizică

Metabolism bazal Metabolism bazal (BM) - cea mai mică cantitate de energie necesară menținerii funcțiilor vitale ale corpului în stare de veghe în condiții bazale: 1. stare de veghe 2. pace fizică (poziție culcat) 3. pace emoțională 4. normotermia corp (36-37 C) 5. temperatura ambiantă indiferentă - zonă neutră de temperatură - temperatura aerului la care consumul minim de energie pentru termoreglare este de 20-23 C 6. post - stare postabsorbție - aproximativ 12 18 ore după masă (grăsimi, carbohidrați: aproximativ 12 ore, proteine ​​aproximativ 18 ore)

Factori care influențează nivelul metabolic (BM) 1. Vârsta 2. Suprafața și compoziția corpului 3. Sexul 4. Starea hormonală Vârsta - BM scade odată cu vârsta - copil: creștere BM mare (per 1 kg greutate corporală) - modificări ale îmbătrânirii compoziției corpului (creștere grăsime, masa activă fără grăsime scade)

Mărimea corpului - suprafața corpului - proporționalitatea directă a suprafeței corpului cu nivelul de metabolism - legată de termoreglare/cheltuieli de căldură în mediul înconjurător suprafață corporală mai mare pierderi de căldură mai mari metabolism crescut pentru a compensa pierderile (căldură = produs metabolism) individual, cu cât nivelul metabolismului este mai mare Compoziția corpului grăsime nivel metabolic scăzut - BM mai scăzut (celule umplute cu grăsime de stocare) masă corporală slabă nivel metabolic mai mare (BM mai mare)

Gen - bărbați - BM mai mare (cu 5 7%) conținut muscular mai mare/conținut mai scăzut de țesut adipos decât femeile - grăsime - mai puțin activ metabolic decât mușchii greutate mai mare/suprafață corporală mai mare nivel mai ridicat de testosteron - efect anabolic

Stare hormonală - hormoni tiroidieni T3, T4 - catecolamine (stres) - hormon de creștere - testosteron - secreție crescută crește metabolismul și invers Stresul adrenalinei crește metabolismul Adaptarea la frig crește producția de tiroxină crește BM Adaptarea la căldură scade producția de tiroxină scade BM Testosteronul crește BM

Componente ale cheltuielilor energetice zilnice * Efectul specific dinamic al alimentelor (6%) Termoreglare (6%) Exercițiu de activitate fizică (25 30%) Metabolism bazal (60%) * la o persoană activă fizic

Nivelul metabolic crește peste valoarea bazală: 1. Activitatea fizică a exercițiului - crește în cea mai mare măsură cheltuielile totale de energie - rata de creștere - depinde de intensitatea exercițiului, resp. durata - cheltuielile de energie în diferite activități pot fi exprimate ca un multiplu al valorii metabolismului bazal Activitate Creșteți BM Activități ușoare de ședere (mâncare, jocuri pe computer, studiu) 1.4 Activități ușoare în picioare (spălarea vaselor, gătit) 1.7 Mers lent (mers) 2.8 Mersul în ritm normal 3.2 Mersul rapid 3.4 Activitatea fizică ușoară (bowling, tenis de masă etc.) 3.3 Sportul de nivel mediu (înot, tenis, patinaj, ciclism) 5.5 Sportul intens (fotbal, atletism, jogging, hochei) 6.6 Activitate fizică intensă crește semnificativ cheltuielile de energie Pierderea în greutate cheltuielile de energie care depășesc veniturile

PAL Nivelul activității fizice Nivelul activității fizice - o expresie simplă a nivelului de activitate fizică cu un număr - raportul dintre cheltuielile energetice zilnice totale și metabolismul bazal PAL = Cheltuielile energetice în 24 de ore Metabolism bazal - într-un stil de viață sănătos este recomandat să ajunge la PAL peste 1,75 PAL Activități normale Stil de viață 2.4 Sportivi profesioniști Activitate extremă

2. Efectul specific-dinamic al alimentelor (termogeneza indusă de dietă) - un termen pentru desemnarea unei cheltuieli energetice crescute în perioada postprandială (după masă) - energia este cheltuită pentru procese - digestie - absorbție - transportul nutrienților - utilizarea nutrienți în celule http: // image3. examinator.com/images/blog/exid21779/images/resized_phranz_thermogenic_final_lg.jpg Nutrient Rise BM Durata efectului Carbohidrați + 5 10% 3-12 ore Grăsimi + 5 10% 3-12 ore Proteine ​​* + 30% 12-24 ore Dieta mixta normala 6% 6-12 ore * efect stimulator al unor aminoacizi, sinteza proteinelor proces intensiv in energie

3. Temperatura ambiantă - la temperatură mai ridicată și mai mică decât cea neutră (zona termoindiferentă 20-23 C) se activează termoreglarea, la care cheltuielile de energie cresc: - temperatura mai ridicată - puterea excesivă de căldură (transpirație) - temperatura mai scăzută - generarea crescută de căldură (activitatea musculară) ) 4. Temperatura corpului (TT) - orice creștere a TT cu 1 C creștere a metabolismului cu 10-13% - scădere a TT/hipotermie scădere a metabolismului 5. Alți factori - medicamente, sarcină, cofeină etc. - crește nivelurile metabolice într-o măsură foarte mică

nivelul metabolismului crescut Mediul rece crește nivelul de metabolism necesar generare mai mare de căldură Mediul fierbinte crește nivelul metabolismului pentru a asigura temperatura corpului de răcire a corpului (TT) temperatura ambiantă Crește TT cu 1 C crește nivelul metabolismului cu 10% temperatura neutră scade Scade TT (hipotermie) scade metabolismul scăderea febrei

Surse de energie și căldură de ardere - sursă de energie: alimente/nutrienți: proteine, grăsimi, carbohidrați - energia este oxidată în organism - căldură fiziologică de ardere cantitate de energie eliberată prin oxidare 1 g de nutrienți în organism (valoarea energetică a nutrienților) - căldura fizică a combustiei cantitatea de energie eliberată prin ardere (oxidare) 1 g de substanțe nutritive într-o căldură de ardere calorimetrică carbohidrați fizici fizici 17 kj 17 kj grăsimi 38 kj 38 kj proteine ​​23 kj 17 kj * (alcool 29 kj 29 kj) B, Grăsimile T, S * și carbohidrații sunt oxidați în organism căldura fizică completă a combustiei = căldura fiziologică a combustiei * proteinele nu sunt oxidate complet produsul este și substanțe azotate (uree), în care este legată o anumită cantitate de energie și care sunt excretat din corp - căldură fizică de ardere> căldură fiziologică de ardere

Bilanț energetic echilibrat: aport de energie (de la B + T + S) = cheltuială E - condiție optimă pentru un adult sănătos - indicator: greutate corporală constantă pozitivă: aport de E> cheltuială E - stocare a excesului de energie - creștere în greutate corporală - fenomen dorit în caz de malnutriție - apariția obezității fenomen nedorit negativ: aport de aport de E O 2 - apare deficitul de oxigen (datorie)

Deficiența de oxigen = diferența dintre cererea de O 2 și furnizarea de energie cu O 2 se obține prin anaerob - glicoliză glucoză piruvat lactat 1 moleculă de glucoză 2 ATP 1 moleculă de glicogen - 3 ATP eficiență mai mică 1 mol de glucoză aerobic: 38 mol de ATP anaerob 2 ( 3) mol de ATP

Stare de echilibru - aportul de O 2 către mușchi îndeplinește cerințele metabolice Metabolism aerob - utilizarea glucozei, acizilor carboxilici (și aminoacizilor)

Faza de recuperare - urmează după încheierea activității fizice - datoria de oxigen este rambursată = după terminarea muncii fizice există o creștere a consumului de O 2 și un nivel metabolic crescut, care scade treptat până la valorile camerei Utilizarea O 2 (rambursarea datoriei de oxigen ) - descompunerea lactatului (conversia în glucoză) - resinteza ATP din ADP și AMP - resinteza creatin fosfatului - saturația oxigenului hemoglobinei și mioglobinei

- sfârșitul fazei de recuperare apare atunci când revine la valorile de repaus - ritmul cardiac - frecvența respiratorie - tensiunea arterială etc. Dimensiunea datoriei de oxigen = consumul de O 2 în faza de recuperare peste valorile camerei

Consumul maxim de oxigen VO 2max - cantitatea maximă de oxigen pe care corpul este capabil să o primească în timpul activității fizice intense pe unitate de timp - are plafonul său (masculin aproximativ 35-40 ml.kg -1.min -1) Capacitate aerobă maximă de aport de oxigen reflectă capacitatea fizică individuală

- cu activitate fizică severă care depășește VO 2max, o parte a proceselor metabolice are loc anaerob Activitate fizică grea - dacă valoarea VO 2max este depășită - nu apare starea de echilibru - Consumul de O2 pe întreaga ieșire> O 2 alimentare - necesitatea depășește maxim Consumul de O 2 (maxim O 2, pe care organismul îl poate lua în 1 minut)

Eficiența muncii fizice în timpul activității fizice, doar o parte din energia consumată este utilizată pentru a efectua munca externă (mișcare), restul este eliberat sub forma eficienței termice a muncii fizice cantitatea de muncă fizică efectuată = cantitatea totală de energie eliberată în energie metabolism Munca dinamică - alternarea contracției și relaxării musculare, a articulațiilor și a mușchilor în mișcare (înot, mers, curățare etc.) - eficiență în medie 25% = 0,25 - adică 25% din energia consumată este cheltuită pentru efectuarea muncii fizice și 75% este transformată în căldură Muncă statică - eficiență 0% - contracții musculare izometrice - contracție permanentă de intensitate ridicată - forța nu acționează de-a lungul drumului (de exemplu, ținând o greutate în mână ) - toată energia consumată este convertită pentru căldură

nutrienți (din alimente sau din forme de depozitare) Glucide Surse de energie pentru organism Grăsimi Proteine ​​(Alcool) Nu se utilizează direct! - energia chimică a legăturilor lor de carbon trebuie transformată într-o formă în care celulele pot utiliza direct legături macroergice -adenosin trifosfat (atp) - creatin fosfat (KP) -citidin trifosfat (CTP) - guanozin trifosfat (GTP) etc. Adnosin trifosfat (ATP) - formă universală de energie - sursă directă de energie pentru majoritatea funcțiilor celulare - prezentă în toate celulele - legături fosfat terminale 2 - ATP + H 2 O ADP + P i + energie ADP + H 2 O AMP + P i + energie

Ciclul Krebs (ciclul acidului citric, ciclul acidului tricarboxilic) cale metabolică ciclică cheie pentru metabolismul energetic și producția de ATP o secvență de reacții chimice în care acetil Co A este oxidat din grăsimi, carbohidrați proteici (și alți metaboliți) are loc în mitocondriile exclusiv sub aerob condiții: coenzimele reduse de dehidrogenaze intră în producția de ATP a lanțului respirator (fosforilare oxidativă)

Digestia, absorbția și metabolismul glucidelor

Digestia carbohidraților CAVITATE ORALĂ salivar α-amilază amidon polizaharidă zaharoză dizaharidă lactoză dizaharidă glucoză fructoză monozaharide dietetice INTESTIN SUBT pancreatic suc α-amilază maltoză INTESTIN SUBȚINTER perie enterocite lacticază sa

Metabolizarea carbohidraților - ficatul cel mai galactoză și fructoză transformată în glucoză - glucoză - carbohidrați principali din organism - sursă principală/exclusivă de energie pentru unele țesuturi (creier, eritrocite) - nivel sanguin strict reglementat (insulină, glucagon) Principalele căi metabolice ale glucozei 1 Condiții aerobe a/Glicoliză: 1x glucoză 2x piruvat (nu necesită O 2) b/piruvat (+ CoA) AcCoA Ciclul Krebs + fosforilarea oxidativă a ATP 2. Condiții anaerobe Glicoliză: 1x glucoză 2x pirat lactat - când este disponibilă O 2 restaurat: piruvat lactat glucoză. Alte căi de utilizare Ciclul Krebs Câștig de energie: -aerob 38 ATP -anaerob 2 ATP

2. Glicogeneza și glicogenoliza - glicogenul - o formă de stocare a glucidelor - se formează și se depozitează în principal în ficat (5-8% în greutate) și în mușchi glicogen în ficat - glucoza poate fi eliberată în sânge pentru alte țesuturi glicogen în mușchi mușchii doar pentru nevoile musculare, nu pot părăsi o celulă musculară 3. Conversia glucozei în grăsimi în caz de saturație a rezervelor de glicogen 4. Producerea gluconeogenezei de glucoză din piruvat, aminoacizi glucogeni, glicerol (în ficat) Reglarea metabolismului glucidic - insulină (efect anabolic) - glucagon, tiroxină, hormon de creștere, suprarenale, cortizol (efect catabolic)

Principalele căi metabolice ale glucozei Glicogen Sinteza acidului nucleic Producerea NADPH + Glicogenoliză Glicogeneză Ciclu pentoză Glucoză Glicoliză Piruvat Metabolism aerob Gluconeogeneză Metabolism anaerob Aminoacizi MK + Glicerol Lactat CO 2, H 2 Ab

Digestia, absorbția și metabolismul grăsimilor

Digestia grăsimilor grăsimi INTESTIN SUBȚINER lipază pancreatică lipază biliară lipază intestinală acizi grași glicerol monoacilgliceroli absorbție: sânge, limfă

Metabolizarea grăsimilor 1. Lipoliză glicerol glicoliză a acidului gras: β-oxidare în mitocondrii AcCoA Ciclul Krebs fosforilare oxidativă ATP - câștig de energie (k. Stearic) 147 ATP 2. Acumularea în țesutul adipos (mai puțin în ficat) - TAG 3. Formarea cetonelor - acid acetoacetic, acid β hidroxibutiric, acetonă - producție crescută în caz de deficit de glucoză (în ficat) - utilizare în ciclul Krebs - în caz de deficit de glucoză - sursă de energie pentru creier (!), miocard, mușchi 4. Grăsime sinteză (lipogeneză) MK: din glucoză AcCoA, unii aminoacizi (+ grăsimi degradate) Glicerol: din glucoză

Digestia, absorbția și metabolismul proteinelor

Digestia proteinelor STOMAC (15%) pepsină HCI INTESTIN SUBȚINERE suc pancreatic tripsină chimotripsină carboxipeptidază INTESTIN subțire perie enterocite peptidaze aminopeptidaze proteine ​​polipeptide, aminoacizi peptide, dipeptide, tripeptide sânge

Principalele căi metabolice ale proteinelor 1. Sinteza proteinelor corpului din aminoacizii dietetici 2. Degradarea aminoacizilor - Separarea formării unei grupări a/amino a b/2-oxoacizilor a/Azotul din grupele amino nu poate fi utilizat pentru a produce energie din corp, conversia în amoniac este îndepărtată, apoi în ureea-excreția urinară a ciclului Krebs b/2-oxoacid 3. Nouă formare de aminoacizi neesențiali (din esențial, din piruvat.) 4. Formarea derivaților aminoacizi importanți funcțional - biogeni amine, NO 2, purine și pirimidine, hormoni etc.

Consum și consum de energie în 24 de ore Cheltuieli (consum) de energie: proces continuu Consum de energie: 3-5x/zi Forme de stocare a energiei 0 4 8 12 16 20 24 (h) - țesut adipos 75% din stocuri - glicogen 1% ficat, mușchi - proteină 24% (degradarea substanței active !) - legături macroergice: ATP, fosfat de creatină etc. doar o cantitate mică În funcție de disponibilitatea substraturilor, predomină catabolismul sau anabolismul

Faza de procesare a alimentelor În decurs de 4 ore după administrarea alimentelor, substraturile sunt absorbite din GIT și intră în sânge. Metabolismul afectează în principal absorbția glicemiei și creșterea glicemiei. Reglarea hormonală Insulina este excretată din pancreas (stimulează creșterea glicemiei), nivelul glucagonului scade Adrenalina și cortizolul nu joacă un rol în această etapă

Utilizarea substratului are suficientă glucoză - devine principala sursă de energie pentru țesuturi. Cele mai absorbite triacilgliceroli intră în țesutul adipos și sunt stocate în insulină. Insulina stimulează absorbția glucozei în mușchi. Sursa de energie preferată. producția de proteine ​​(ficat și alte țesuturi) În ficat, sinteza acizilor grași și triacilglicerolilor este crescută (deoarece glucoza este utilizată în principal ca sursă de energie) Formarea particulelor VLDL crește nivelul sanguin Transportul TAG și colesterolului către țesuturile periferice Depozitarea TAG în țesut adipos

Metabolismul în momentul retragerii din stoc începe la aproximativ 4 ore după ultima masă mai poate dura 4-5 zile, urmat de o perioadă de post Reglare hormonală Determinată în principal de o scădere a glicemiei - semnalează sfârșitul procesului de absorbție din GIT Scade nivelul insulinei din sânge Crește nivelul glucagonului Foamea este adrenalina, noradrenalina ameliorată de stres

Utilizarea substraturilor Glucagon - efecte: descompunerea glicogenului în ficat - glucoza este eliberată în sânge crește activitatea lipazei în țesutul adipos eliberarea acizilor grași liberi gluconeogeneză (aminoacizi, piruvat) Scăderea nivelului de insulină determină absorbția redusă a glucozei în mușchiul scheletic Scăderea osului absorbția măduvei sinteză proteică redusă, AMK sunt utilizate pentru țesuturile gluconeogenezei (cu excepția creierului și a eritrocitelor) utilizează preferențial acizii grași glucoza este economisită pentru creier și pentru sinteza ficatului corpurilor cetonice (din excesul de acizi grași peste nevoile celulelor hepatice) Substrat metabolic pentru alte țesuturi (inclusiv creierul)

Reglarea umorală a metabolismului Tiroxină - efect semnificativ asupra metabolismului energetic - glicoliză - lipoliză - sinteza proteinelor - Glucagon Insulina - intrarea glucozei în celule (în sânge) - sinteza glicogenului, - sinteza proteinelor, - sinteza TAG Hormonul creșterii - scăderea intrării glucozei în celule (glicemie) -lipoliză-sinteză a proteinelor Adrenalină -glicogenoliză (glicemie) -lipoliză-fără efect asupra proteinelor - glicogenoliză, gluconeogeneză, (glicemie) - lipoliză - proteoliză Cortizol - scăderea intrării glucozei în celule (glicemie) - lipoliză - proteoliză, scădere în celulele de intrare AM