1. No category

31/05/2011
Presnova
Presnova
Metabolizem - metabalein: premetavati, spremeniti v nekaj
drugega
Definicija presnove: vsota fizikalno-kemijskih
reakcij/procesov za proizvodnjo energije, sintezo in
razgradnjo strukturnih in funkcijskih komponent celic/tkiv,
odstranjevanje nerabnih produktov
Energijska presnova: pridobivanje, hranjenje in porabljanje
energije
1
31/05/2011
Presnova pri fiziologiji
Energijska presnova
Uravnavanje energijske bilance organizma
Uravnavanje presnove ogljikovih hidratov,
beljakovin in maščob
Uravnavanje telesne temperature
Pridobivanje energije
• Fizikalne oblike energije
• Hranila (proteini, maščobe, ogljikovi hidrati)
- na dolgi rok vedno razgradnja “do konca” ob
prisotnosti kisika
- razgradnja brez O2 → kisikov dolg
2
31/05/2011
Energija hranil
1 Kcal = energija za dvig temp. 1 kg vode za 1 °C
1 BTU (British thermal unit) = energija za dvig temp. 1 funta vode za 1 °F
1 KJ = 4182
Bruto (celotna) energija
- merimo s sežigom v kalorimetru
- ogljikovi hidrati 4,2 kCal/g
- maščobe 9,4 kCal/g
- proteini 5,65 kCal/g
Neto (dostopna telesu) energija
- enaka za OH in maščobe
- 4,6 kCal/g za proteine (zakaj?)
Koeficient prebavljivosti (Atwater)
- proteini 4 kCal/g (3,11 - 4,37)
- OH 4 kCal/g (3,6 - 4,11)
- maščobe 9 kCal/g (8,37 - 9,03)
Porabljanje energije (1)
Sinteza snovi: za hranjenje energije, izgradnja tkiv
Transport preko membran
Prevajanje signalov v živčevju
Mehansko delo: mišično delo, gibanje celic,
organelov …
Detoksifikacija in izločanje nepotrebnih snovi
Nadomeščanje izgubljene toplotre (ohranjanje
telesne temperature)
3
31/05/2011
Porabljanje energije (2)
Dnevna poraba
- 9.500 – 10.000 kJ (~ 2300 Kcal) za 70 kg v glavnem sedečo osebo
- pri fizičnih delavcih + 3000 Kcal
- pri hudem telesnem naporu lahko za krajši čas 10x naraste
Porabljanje energije (3)
Bazalna presnova
- samo za ohranjanje osnovnih funkcij organizma
- okoli 65 % porabe presnove v mirovanju
- nižja pri ženskah
- padanje s starostjo (spremembe suhe teže telesa, hormoni)
Prehranska (diet-induced) termogeneza
- okoli 10 %
Vzdrževanje telesne temperature (nonshivering
thermogenesis)
Vzdrževanje mišičnega tonusa
Hotena mišična aktivnost
4
31/05/2011
Merjenje bazalne presnove
Bazalni pogoji
Direktna kalorimetrija
Indirektna kalorimetrija – poraba O2
- joulski (kalorični) ekvivalent za kisik
Respiratorni količnik
• RQ = respiratory quotient
izdihan (v presnovi nastal) CO2
• RQ = ------------------------------------------------porabljen O2
Ogljikovi hidrati = 1
Proteini = 0,8
Maščobe = 0,7
Povprečen RQ = ~ 0,8
Spremembe RQ pri naporu – vaja Presnova
5
31/05/2011
Vnos hranil
Ogljikovi hidrati
Beljakovine
Maščobe
55 - 60 %
10 - 15 %
30 - 35 %
Različne prehranske navade in možnosti
Spreminjanje razmerij vnosa hranil pri različnih obrokih
Nujna interkonverzija organskih molekul
Interkonverzija organskih
molekul
Iz glukoze lahko nastajajo neesencialne aminokisline
Iz glukoze lahko nastajajo maščobne kisline
Iz aminokislin lahko nastaja glukoza
Iz aminokislin lahko nastajajo maščobne kisline
Iz maščobnih kislin ne morejo nastati glukoza in AK
6
31/05/2011
Pridobivanje energije v
različnih tkivih
• Živčevje živi od oksidativne razgradnje glukoze
• Glikolitična tkiva (eritrociti, sredica ledvic, bele mišice), vloga
ciklusa Corijevih
• Oksidativna tkiva (ostale mišice, srčna mišica, jetra, …) običajno
živijo ob razgradnji prostih maščobnih kislin
7
31/05/2011
Stanja presnove (1)
Absorptivno (hranilno)
•
•
•
•
prisotnost presnovkov v prebavnem traktu
absorpcija presnovkov v kri
skladiščenje v celicah
energijo zagotavlja predvsem razgradnja OH, zapolnjujejo se
zaloge glikogena (jetra, mišice), po zapolnitvi v jetrih sinteza
triacilglicerolov
• AK se vgrajujejo v strukturne beljakovine, pri večjem vnosu
sinteza mašč. kislin
• maščobne kisline se skladiščijo kot triacilgliceroli
Stanja presnove (2)
Postabsorptivno (nehranilno)
• odsotnost presnovkov v prebavnem traktu
• absorpcija in skladiščenje sta že končana
• organizem porablja zaloge
8
31/05/2011
Endokrini nadzor presnovnih
stanj
Glavna tarčna tkiva:
- jetra
- mišice
- mašč. tkivo
Hormoni:
- Inzulin
- Glukagon, adrenalin, kortizol, rastni hormon
omogočajo glukostazo v “kritičnih” stanjih (ne-hranilno
stanje oz. stradanje, stres, napor, travma, doraščanje)
Inzulin
Polipeptid (51 AK)
Beta celice Langerhansovih otočkov
Preprohormon → proinzulin
proinzulin → inzulin, ostane C peptid (uporaben klinično za
ugotavljanje funkcije β celic, saj ga jetra ne presnavljajo)
V portalni obtok (do 10x višje kot drugje v plazmi)
V jetrih torej najvišje koncentracije
Razpolovni čas: nekaj minut
Okoli 60% ga razgradijo jetra pri prvem prehodu
Razgradnja v jetrih in ledvicah in na tarčnih celicah
9
31/05/2011
Nadzor izločanja inzulina (1)
Pospešujejo:
- konc. glukoze (GLUT 2 na celicah β)
- amino kisline (leucin, arginin)
- glukagon pospešuje (ali tudi in vivo?)
- hormoni GIT: gastrin, sekretin, holecistokinin,
gastrični inhibicijski peptid (GIP), glukagonu podoben
peptid (GLP1)
- parasimpatik
- sulfonilurea (zapira za ATP občutljive K+ kanale)
Zavirajo:
- somatostatin
- simpatik (vloga vegetativnega živčevja pri telesnem naporu?)
Nadzor izločanja inzulina (2)
- zvišanje konc. glukoze v celicah β poveča količino ATP in
zmanjša ADP
- za ATP občutljivi K+ kanali se zaprejo (manjša
prevodnost), sledi depolarizacija membrane
- odprejo se kanali za Ca++
- zvišana konc. Ca++ privede do večjega izločanja inzulina
10
31/05/2011
Nadzor izločanja inzulina (3)
Izločanje po IV glukozi
Izločanje po obroku
Učinki inzulina na jetrne celice
GLUT 2, nanj inzulin ne vpliva
↓ glikogenolizo in ↑ glikogenezo
↓ glukoneogenezo
↓ β oksidacijo
↑ sintezo prostih mašč. kislin (skladiščenje ali
izplavljanje kot VLDL) – antiketogeni učinek
↑ glikolizo (v manjši meri)
↑ sintezo proteinov
↓ razgradnjo proteinov
11
31/05/2011
Učinki inzulina na mišične
celice
GLUT 4, ki je občutljiv na inzulin – premik
prenašalcev v membrano
↑ glikogenezo
↑ glikolizo
↑ sintezo proteinov
↓ razgradnjo proteinov
Učinki inzulina na adipocite
GLUT 4
↑ sintezo trigliceridov
↓ razgradnjo maščob
↑ glikolizo
↑ sintezo lipoproteinske lipaze
12
31/05/2011
Učinki inzulina
• Pospešuje skladiščenje in zavira razgradnjo (hormon obilja)
• Znižuje konc. glukoze, amino kislin, mašč. kislin in ketokislin v
plazmi
• Pospešuje prehod glukoze in AK v celice
• Stimulira lipoproteinsko lipazo
• Pospešuje sintezo holesterola in prostih mašč. kislin v jetrih ter
skladiščenje maščob
• Pospešuje sintezo proteinov, DNA, RNA
• Pospešuje prehajanje kalija, fosfata in magnezija v celice –
potrebni za sintezo proteinov
Glukozni transportni proteini
• GLUT 1: v vseh tkivih, pomemben na hemato-encefalni barieri,
visoka afiniteta (prenašanje pri bazalnem nivoju glukoze)
• GLUT 2: nizka afiniteta, deluje po obroku, glavni v jetrih,
prebavilih, ledvičnih tubulih, od inzulina ni odvisen
• GLUT 3: v vseh tkivih, glavni na živčnih celicah, visoka afiniteta
• GLUT 4: skeletne mišice in maščobne celice – translokacija pod
vplivom inzulina
• GLUT 5: enterociti – vstop fruktoze
• GLUT ↔ SGLT: razlike, podobnosti
13
31/05/2011
Sladkorna bolezen
•
•
•
•
•
•
Tip I (avtoimuno uničenje beta celic)
Tip II (slabša odzivnost beta celic in rezistenca na inzulin)
“Steroidni”
V nosečnosti
6,1 mmol/l
Dieta, peroralna terapija, inzulin
Inzulinska rezistenca in bolezni
srca/žilja
je povezana z moteno presnovo glukoze, sečne kisline, maščob
...
s povišanim krvnim tlakom
s povišanim tonusom simpatika
z zadrževanjem natrija
z moteno fibrinolizo in s pospešenim strjevanjem krvi
z endotelno disfunkcijo
s povečano prepustnostjo glomerulne membrane
14
31/05/2011
Metabolni sindrom
Vsaj tri od petih dejavnikov tveganja:
Obseg trebuha
Zvišani trigliceridi
Znižan HDL
Zvišan krvni tlak
Glukoza na tešče enako ali več kot 6.1 mmol/l
Glukagon
• Polipeptid (31 AK)
• Alfa celice Langerhansovih otočkov
• Preproglukagon, proglukagon
• Iz GIT (nevroendokrine L celice) glukagon like peptides (GLP 1
in 2) – šibek biološki učinek
• Razpolovni čas nekaj minut, veliko ga porabijo jetra
• Preprečuje znižanje konc. glukoze v krvi (hormon stradanja)
15
31/05/2011
Nadzor izločanja glukagona
Pospešujejo:
• hipoglikemija (mehanizem ni znan)
• amino kisline (mehanizem ni znan)
• simpatik
• hiter padec mašč. kislin v plazmi
Zavirajo:
• inzulin (parakrino delovanje)
• hiperglikemija
• mašč. kisline v plazmi
• somatostatin
• parasimpatik
Učinki glukagona
•
•
•
•
•
Stimulira glikogenolizo
Zavira glikogenezo
Stimulira glukoneogenezo
Zavira sintezo trigliceridov v jetrih
Stimulira β oksidacijo in nastajanje keto kislin (npr. diabetična
ketoacidoza)
• Stimulira lipolizo v adipocitih (zato v jetrih dovolj glicerola in
FFA)
• Učinkuje na presnovo OH in maščob (najbolj jetra, manj
maščobno tkivo in mišice, tudi srčno)
16
31/05/2011
Adrenalin (1)
• Iz tirozina (dopa→dopamin→noradrenalin→adrenalin)
• Sredica nadledvične žleze (ves adrenalin, le malo
noradrenalina, dopa, dopamin)
• Kromafine celice
Nadzor izločanja:
• Stimulacija izločanja preko simpatika (preganglionarna
holinergična vlakna)
• Stimulira tudi kortizol (organizacija toka krvi!)
• ACTH stimulira sintezo dope in noradrenalina
Adrenalin (2)
• Boj ali beg (fight or flight): strah, bolečina, hipotenzija,
hipoglikemija, hipotermija, hud napor, opekline, operacije, …)
• Hitrost učinkovanja: sekunde
• Trajanje učinkovanja: okoli 10 sekund
• Razpolovni čas v plazmi 2 minuti
• Razgradnja adrenalina:
- encim kateholamin transferaza
- na endoteliju (srce, jetra, ledvica)
17
31/05/2011
Učinki adrenalina na srce, žilje,
gladke in skeletne mišice
•
•
•
•
•
•
↑ kontraktilnost, frekvenco, hitrost prevajanja v srcu (β1)
dilatacija arteriol v skelet. mišicah (β2)
konstrikcija arteriol (ledvica, prebavila, koža, genitalije, α1)
relaksacija gl. mišic prebavil, dihalnih poti, urinarnega trakta (β2)
konstrikcija mišic zapiralk v prebavilih in urotraktu
midriaza
Učinki adrenalina na presnovo
↑ izločanje inzulina (β), nasprotuje pa simpatik!
↑ izločanje glukagona
↑ glikogenoliza (mišice, jetra)
↑ lipoliza (mašč. tkivo) ⇒ ↑ mašč. kislin v krvi
↑ glukoneogeneza
↑ bazalno presnovo
18
31/05/2011
Preveč kateholaminov
Feokromocitom
Redek
Paroksizmi hipertenzije, znojenja, tahikardije, glavobolov,
tremorja, …
Zvišani kateholamini v urinu
Operativna odstranitev ene (ali celo obeh) nadledvičnic
Nadomeščanje hormonov???
Kortizol
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Skorja nadledvične žleze
Iz holesterola
Stresni hormon
Izloča se v pulzih
Cirkadiani ritem izločanja, najvišja koncentracija zjutraj, najnižja
zvečer
V plazmi 90% kortizola vezanega na transportni protein (CBG)
7% vezan na albumin
3% prost
Receptor (vezan na čaperon) v citosolu tarčnih celic, se
premakne v jedro
19
31/05/2011
Nadzor izločanja kortizola
•
•
•
•
•
•
•
višji centri – stres ( fizični, emocionalni, biokemični npr. hipoglikemija)
hipotalamus (CRH = cortikotropin releasing hormone)
portalni obtok
adenohipofiza (ACTH, prekurzor pro-opiomelanokortin)
ACTH stimulira tudi vazopresin
Receptor za ACTH na membrani tarčne celice
negativne povratne zanke:
- ACTH na nukleus paraventrikularis
- kortizol na nukleus paraventrikularis
- kortizol na adenohipofizo
• limfokini (interlevkin 6) stimulirajo
Učinki kortizola (1)
Na presnovo:
− ↑ glukoneogenezo iz proteinov → ↑ razgradnjo proteinov
− ↓ vstopanje glukoze (mišice, maščobno tkivo)
− ↓ glikogenezo
− ↑ lipoliza (mašč. tkivo) zlasti ob prisotnosti rastnega hormona
in adrenalina (pretežno iz ekstremitet, centralno se nalagajo )
− ↓ vstopanje AK v celice in izgradnjo proteinov
− ↑ izločanje glukagona
− “Pomoč” glukagonu in adrenalinu – vzdržuje aktivnost ključnih
encimov) – permisivna vloga
•
20
31/05/2011
Učinki kortizola (2)
Na KVS:
• Vzdržuje reaktivnost žilja (arteriole)
• Vzdržuje normalen KT
• ↓ permeabilnost žilja
• Vzdržuje kontraktilnost srčne mišice
Na skeletno mišico:
• Vzdržuje kontraktilnost skeletne mišice
• Preveč kortizola → mišično stradanje
↓ nastajanje vezivnega tkiva
Učinki kortizola (3)
Protivnetno delovanje:
• ↓ št. limfocitov v krvi – sekvestracija v limfoidnem tkivu
• Liza limfocitov v visokih dozah
• ↓ nastajanje TNF, interlevkinov …
Na kosti:
• ↓ nastajanje kostne mase (vpliv na osteoblaste)
• Počasnejša rast v dolžino
• ↓ absorpcijo kalcija iz črevesa
Na CŽS:
• Spremembe razpoloženja, kognicije
nasprotuje delovanju inzulina : diabetogen, katabolen, antianabolen
21