ENERGETICKÝ METABOLISMUS = souhrn všech chemických (a fyzikálních) procesů zahrnutých v: 1. produkci energie z vnitřních i vnějších zdrojů 2. syntéze a degradaci strukturálních a funkčních prvků tkání 3. vylučování odpadních látek a toxinů z těla Rychlost metabolismu: množství energie uvolněné za jednotku času Kalorie (cal) = množství tepelné energie, potřebné ke zvýšení teploty 1g vody o 1°C, z 15°C na 16°C. METABOLISMUS Komplexní, pomalý pochod = KATABOLISMUS = uvolňování energie v malých použitelných množstvích Energie uskladněná v energeticky bohatých fosfátových sloučeninách a ve formě proteinů, tuků a složitých sacharidů (syntetizovány ze jednodušších molekul). Tvorba těchto sloučenin = ANABOLISMUS (energie se spotřebovává). KALORIE (cal, malá kalorie, gram kalorie) Kilokalorie = kcal (velká kalorie) = 1000 cal = 4,18 kJ Joul = J = 0,239 cal Kilojoul = kJ = 1000 J CUKRY TUKY PROTEINY VSTUP ENERGIE = SPOTŘEBA ENERGIE MECHANICKÁ PRÁCE SYNTÉZA MEMBRÁNOVÝ TRANSPORT TVORBA A PŘENOS SIGNÁLŮ PRODUKCE TEPLA DETOXIKACE DEGRADACE Svalová kontrakce Pohyb buněk, organel, bičíků Tvorba energetických zásob Růst tkání Tvorba esenciálních molekul Minerály Organické ionty AMK Elektrické Chemické Mechanické Řízení tělesné teploty Neúčinné chemické reakce Tvorba moči Konjugace Oxidace Redukce Kittnar, O. et al. Lékařská fyziologie. 1st Ed. Grada Publishing 2011 1. zákon termodynamiky: Za ustáleného stavu musí vstup (příjem) energií odpovídat výstupu (výdej) Vstup zásoby Výdej energie = vnější práce + zásoby energie + teplo Mezistupně: různé chemické, mechanické a termické reakce PŘÍJEM ENERGIE Cukry, tuky, bílkoviny Spalováním vzniká: 4.1kcal/g, 9.3kcal/g, 5.3kcal/g (4.1 v těle) 1kcal=4184J Přeměna proteinů a cukrů na tuky – účinné uložení energie Přeměna proteinů na cukry – potřeba rychlé energie ALE: neexistuje signifikantní přeměna tuků na cukry ! Kalorická hodnota! METABOLISMUS CUKRŮ 1.Zdroj energie 2.Součást glykoproteinů, glykopeptidů, glykolipidů – strukturální či funkční (kolagen bazálních membrán, mukopolysacharidy, myelin, hormony, receptory…) Karbohydráty z potravy – hexózy (glukóza, fruktóza, galaktóza) Klíčový substrát – glukóza. Postprandiální plazmatické hladiny glukózy: 3,5 – 6,5 mmol/l Glykémie. Hypoglykémie, hyperglykémie. Hypoglykémie: pokles kyslíkového zásobení CNS Glykolýza, glukoneogeneza. Humorální řízení glykémie. Glykolýza: hlavní produkty – laktát a pyruvát – průměrné koncentrace v plazmě 0,7 a 0,07mmol/l (poměr 10:1 zůstává zachován i při různém obratu); v hypoxii – 30:1 (metabolická acidóza) Kittnar, O. et al. Lékařská fyziologie. 1st Ed. Grada Publishing 2011 •Glukózový obrat: 2 mg/kg/min (11 mmol/kg/min)~9 g/hod~ 225 g/den •55% glukózové utilizace – terminální oxidace (CNS) •20% - glykolýza, laktát zpět do jater, glukoneogeneza (Coriho cyklus) •20% - zpětné vychytávání játry a splanchnickými tkáněmi •70% využití glukózy v klidu je insulin-independentní •Cirkulující zásobárna (pool) glukózy – jen o trochu větší než výdej játry za 1 hod •Mozkovou oxidaci udrží jen cca 3 hod (zásoby glykogenu v mozku – cca 10 min) •NUTNOST NEUSTÁLÉ PRODUKCE GLUKÓZY Z JATER za hladovění •80 % - glykogenolýza, 20 % - glukoneogeneza (více než 50 % z laktátu vychytaného játry pro glukoneogenezu, zbytek – AMK, zvl. alanin; laktát z glykolýzy ve svalech, ery, leu, aj.; AMK – z proteolýzy ve svalech) •Ranní příjem glukózy – 70 % spotřebují periferní tkáně (svaly), 30 % - splanchnické orgány (játra) •20-30 % přijaté glukózy – oxidováno během 3-5 hod. na pokrytí nároků GIT, 70-80 % uloženo do glykogenu (sval, játra) •Svalový glykogen – později přesunut do jater (laktát z glykolýzy ve svalech, reuptake, glukoneogeneza v játrech, glykogenolýza) •Během maximální resorpce exogenní glukózy – vyplavení glukózy z jater je potlačeno (inzulin a glukagon facilitují tento děj) JATERNÍ GLUKOSTAT Udržování konstantní glykémie Endokrinně řízen: • glykogenolýza (glukagon, adrenalin, noradrenalin = aktivace glykogenfosforylázy) • proč pouze játra a ne svaly? (glukóza-6-fosfatáza v játrech) • glukoneogeneze (glukagon, adrenalin, noradrenalin, glukokortikoidy, hormony štítné žlázy) METABOLISMUS TUKŮ •Tuk – cca 50 % denní dávky substrátů pro oxidaci (100g, 900kcal) •Hlavní a nejvýhodnější forma zásoby energie •Denní příjem: cca 100g (40% denní diety) •Hlavní komponenta potravinových zdrojů i zásob v těle: triglyceridy •Neexistuje striktní dietní doporučení (část MK syntetizována v játrech a tukové tkáni) •ALE: 3-5% MK polynenasycené!!! – ESENCIÁLNÍ MK •Prekurzory membránových fosfolipidů, glykolipidů, prostaglandinů •Cholesterol – součást membrán, prekurzor žlučových kyselin, steroidních hormonů; denní příjem – 300-600 mg/den, též syntetizován •Lipoproteiny: transport lipidů krevní plazmou •Apoproteiny (z jater či střeva), katalytická funkce, receptory •Chylomikrony –z potravy, nejmenší densita, lipoproteinová lipáza (endotel kapilár), aktivace apoproteinem C-II, transport HDL •volné MK vstřebány adipocyty (resyntéza triglyceridů, zásoba) i ostatními tkáněmi (oxidace) •Zbytek lipoproteinových částic (více cholesterolu) – chylomikronové zbytky – degradace v játrech •VLDL – endogenní syntéza v játrech (méně střevo), v postabsorpční fázi •Denzní, více cholesterolu, delší poločas v plazmě •Rychlost tvorby: 15-90 g/den •Začátek metabolismu – viz. chylomikrony •Produkty účinku lipoproteinové lipázy – IDL (intermediate-density lipoprotein) •50% IDL – zpět do jater (jako chylomikronové zbytky) •50% IDL – obohaceny cholesterolem – LDL •Kolující LDL – transport cholesterolu do buněk •Vstřebání LDL, IDL, zbytků ch. – apoproteiny, receptory, endocytóza Uptake LDL-cholesterolu do buněk – downregulace LDL receptorů (zpomalení vstřebávání) a zpomalení syntézy de novo •HDL – dlouhý plazmatický poločas, syntéza v játrech a střevě •Facilitace pohybu ostatních partikulí •Výměna klíčových apoproteinů •Akceptují molekuly volného cholesterolu, esterifikují je (lecithincholesterol-acetyltransferáza) a inkorporují zpět do partikulí •Hlavní účinek: zrychlení clearance triglyceridů z plazmy a regulace poměru volný:esterifikovaný cholesterol •Volné MK •Průměrná koncentrace: 400mM/l •Vázané na molekuly albuminů •Rychlý obrat (cca 8g/hod): 50% - oxidace, 50% - reesterifikace do triglyceridů •Celkový cholesterol: 185mg/l •LDL cholesterol: 120mg/l •HDL cholesterol •Ateroskleróza, genetické predispozice (LDL apo či receptor) PORUCHY METABOLISMU CUKRŮ 1. Diabetes mellitus 2. McArdleův syndrom: glykogeneze z deficitu myofosforylasy Hromadění glykogenu ve svalech Svalová ztuhlost, ztuhlost při námaze, snížená tolerance k výkonu 3. Galaktosémie (vrozený deficit fosfogalaktosauridyltransferasy; poruchy růstu a vývoje) PORUCHY METABOLISMU TUKŮ 1. HYPERLIPIDÉMIE, HYPERLIPOPROTEINÉMIE 2. VZÁCNÉ PORUCHY LIPIDOVÉHO METABOLISMU Ad 1) 5% obyvatelstva Primární a sekundární formy Ateroskleróza •Tuky indukovaná hyperlipoproteinémie •Familiární hypercholesterolémie (xantomatóza) •Smíšená hyperlipoproteinémie •Familiární hypercholesterolémie s hyperlipémií •Sacharidy indukovaná triglyceridémie •Sekundární hyperlipoproteinémie (druhotné; alimentární) Ad 2) •Lipidózy •Abetalipoproteinémie (LDL, VLDL; hromadění lipidů v epitelu střeva) •Analfalipoproteinémie (HDL; hromadění esterů CHOL v tkáních) •Vrozený defekt acetyltransferázy LCAT (hromadění lecitinu) METABOLISMUS PROTEINŮ •Proteiny = AMK spojené peptidovými vazbami (nad 100 AMK) •Peptidy (2-10 AMK), polypeptidy (10-100 AMK) •Primární, sekundární, terciární a kvartérní struktura proteinu •Proteiny, lipoproteiny, glykoproteiny •Celkové proteiny v těle: 10 (- 14) kg •Z toho metabolicky aktivní: 6 kg •Proteolýza svalů: 50 g proteinů / den •Minimální denní příjem: 50 g •Bílkovinné minimum: 0,5 g / kg tělesné hmotnosti •Bílkovinné optimum: 0,7 g / kg tělesné hmotnosti •Zvýšený přísun (růst, rekonvalescence, těhotenství, kojení): 1,5 – 2,0 g / kg •Turnover – cca 300 g AMINOKYSELINY Esenciální (nejsou syntetizovány), semi-esenciální (Arg, His, růst) •Non-esenciální (z glukózového metabolismu – citrátový cyklus) •Aminokyselinový pool (hotovost) •Potřeba esenciálních AMK: 0,5 – 1,5 g / den •Poruchy proteosyntézy •Nejvhodnější zdroj E-AMK:NE-AMK mléko, vejce •V růstu: 40% E-AMK, v dospělosti: 20% •Prekurzory: puriny, pyrimidiny, polyaminy, fosfolipidy, kreatin, karnitin, donory metylové skupiny, katecholaminy, hormony štítné žlázy, neurotransmitery AMINOKYSELINY – nadbytek v potravě • Degradace, využity tělem jako zdroj energie • AMK jako další substráty: • Glukogenní AMK – výstavba sacharidů • Ketogenní AMK – ketolátky + lipidy VÝDEJ ENERGIE 1. V klidu: bazální metabolismus; 8 000 kJ / den; 200-250 ml O2/min; přímo závislý na hmotnosti a povrchu těla; klesá s věkem; stoupá s okolní teplotou; ve spánku klesá o 10-15%; geneticky determinován 75%BM 2. Po najezení: malé zvýšení energetického výdeje – specifický dynamický efekt (SDA) – např. na tvorbu glykogenu 7%BM 3. Fakultativní termogeneza: netřesová 4. U sedících lidí: spontánní fyzická aktivita 18%BM 5. Při tělesné aktivitě: největší část energetických nároků organismu; individuální; mění se podle ročního období • Zásoba energie: ATP, kreatinfosfát, GTP, CTP (cytidin), UTP (uridin), ITP (inosin) • Makroergní vazba – 12kcal/mol • Účinnost není 100% - 18kcal substrátu na 1 vazbu v ATP • Denně: 63 kg ATP (128 mol) • Glykolýza: jen krátkodobý zdroj energie (2 pyruváty – jen asi 8% energie glc); přísun glc je omezený, laktát USKLADNĚNÍ A PŘESUNY ENERGIE •Vstup energie stejně jako výdej je nepravidelný – nutnost uskladnění •75% zásob: triglyceridy (9kcal/g) v tukové tkáni (10-30% tělesné hmotnosti), vydrží až 2 měsíce ; zdroj – MK z potravy a esterifikace s a-glycerolfosfátem nebo syntéza MK z acetylCoA z glykolýzy – přeměna cukrů na efektivnější zásobu energie = tuk •25% zásob: proteiny (4kcal/g); přeměna na cukry (glukoneogeneza při stresu); nepříznivé následky pro organismus •Méně než 1% zásob: cukry (4kcal/g) ve formě glykogenu; důležité pro CNS!!! a krátkodobou velkou zátěž; ¼ zásob glykogenu v játrech (75-100g), zbytek ve svalech (300-400g); jaterní glykogen – glykogenolýza – uvolnění glukózy; svalový glykogen – využití jen ve svalech (není glukoso-6-fosfatáza) •Glukoneogeneza: z pyruvátu, laktátu a glycerolu a AMK (kromě leucinu);NE z acetyl-CoA •Uskladnění a přenos energie vyžaduje vstup další energie: 3% z původní energie – tuky (triglyceridy do tukové tkáně), 7% - glukóza (glykogen), 23% - přeměna cukrů na tuky, 23% - přeměna AMK na proteiny nebo glukózu (glykogen) GLUKOZA a MK •Alternativní •Vzájemné vztahy mezi utilizací, syntézou a skladováním •NADBYTEK GLUKÓZY – zrychlení glykolýzy – více pyruvátu, více citrátu – citrát aktivuje 1.krok v syntéze MK (acetyl CoA – malonyl CoA) •Zrychlená glykolýza – více glycerol fosfátu; zvýšená syntéza MK a zvýšená dostupnost glycerol fosfátu = stimulace syntézy triglyceridů a snížení b-oxidace •TEDY: zvýšená utilizace cukrů posune metabolismus tuků od oxidace k ukládání •NADBYTEK MK – zrychlení b-oxidace; její meziprodukty zpomalují glykolýzu a urychlují glukoneogenezu a glykogenogenezu •TEDY: zvýšená utilizace MK posune metabolismus cukrů od oxidace k ukládání •Vliv humorální regulace Tuková tkáň - adipocyty HNĚDÝ TUK LIPIDY: strukturální, neutrální a hnědý Specifická lokalizace Sympatická inervace jak cév, tak lipocytů Několik kapének tuku v lipocytu Více mitochondrií Produkce tepla Adaptace na chlad Po najezení se zvyšuje produkce tepla PŘESUNY ENERGIE MEZI ORGÁNY Tuková tkáň Svaly Játra Triglyceridy Volné MK MK CO2 Svalová práce Laktát Laktát Pyruvát Glukóza Glukóza ATP H+ Sval – zdroj energie a metabolismus • = přeměna energie na mechanickou práci • Kreatinfosfát – hydrolýza na kreatin a fosfát • V klidu část ATP předává v mitochondriích fosfát kreatinu = zvýšení celkové zásoby kreatinfosfátu • Při svalové zátěži hydrolýza kretinfosfátu u spojení mezi myozinovými hlavami a aktinem a vzniká ATP z ADP = pokračování kontrakce • Klidový stav = hlavní zdroj energie FFA, se stoupající zátěží pak sacharidy – Energie pro resyntézu kreatinfosfátu a ATP ze štěpení Glu na CO2 a H2O – Pyruvát a aerobní glykolýza – Pozn. Anaerobní glykolýza – pyruvát nevstupuje do citrátového cyklu, je redukován na laktát = bez potřeby kyslíku! – Laktát se hromadí ve svalech, posléze pokles pH a inhibice některých enzymů – Po skončení námahy odstranění nadbytku laktátu a obnova zásob ATP a kreatinfosfátu + kyslíku – Kyslíkový dluh – Pozn. Rigor – vyčerpání zásob ATP a kreatinfosfátu Tvorba tepla ve svalu • Příjem = výdej • Tvorba makroergních vazeb a tvorba tepla • Celková mechanická účinnost při izotonické kontrakci je asi 50 %, nulová při izometrické kontrakci • Značná produkce tepla • Klidové teplo • Iniciální teplo = teplo produkované v průběhu kontrakce nad teplo klidové – = aktivační teplo (teplo, které sval vydá, kdykoliv se stahuje) + teplo zkrácení (úměrné délce, o jakou se sval zkrátil) • Teplo zotavení = teplo uvolněné metabolickými procesy, které vracejí sval do původního stavu • Relaxační teplo = sval, který se stahuje izotonicky; projev práce, resp. vrácení svalu na původní délku Hormony a metabolismus sacharidů • Inzulin, IGF-I/II, glukagon, somatostatin, adrenalin, hormony štítné žlázy, glukokortikoidy, růstový hormon • Fyzická aktivita – Vstup Glu do kosterního svalu nezávisle na inzulínu – zvýšení počtu GLUT-4 – Přetrvává několik hodin po námaze – Zvýšení citlivosti na inzulin – ! Diabetici - hypoglykémie • Katecholaminy – Aktivace přes beta-adrenergní receptory = zvýšení obsahu cAMP – Alfa-adrenergní receptory zvyšují obsah intracelulárního ATP – Zvýšení výdeje Glu z jater = hyperglykéie – Aktivace fosforylázy svalů přes cAMP a vápenaté ionty – Vytvořený glukoza-6-P konvertován pouze na pyruvát! (chybí příslušná fosfatáza) – Pyruvát dále konvertován na laktát, ten difunduje ze svalů do krve – V játrech je oxidován na pyruvát a následně konvertován na glykogen – Kalorigenní účinek = oxidace laktátu – Uvolnění FFA do krve = snížení periferní utilizace glukózy • Hormony štítné žlázy – Diabetogenní účinek thyroidálních hormonů je dán zvýšením resorpce Glu ve střevě – Ztráty glykogenu v játrech – Zrychlení degradace inzulínu – Významný kalorigenní účinek = zvýšení spotřeby kyslíku téměř ve všech tkáních • Glukokortikoidy – Zvýšení glykémie – Glukoneogenetický účinek, ale zejména permisivní působení – Značně komplexní účinek • Růstový hormon – Mobilizace volných MK z tukové tkáně = ketogeneze – „antiinzulínový“ účinek – snižuje vychytávání Glu v některých tkáních – Snížení počtu receptorů pro inzulín a glukokortikoidy Převzato. Ganong, W. F. Přehled lékařské fyziologie. 20. vydání. Galén 2005. Metabolismus a jeho měření • Sacharidy (glukoza) C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H20 RQ = 6/6 = 1,00 • Tuky (tripalmitin) 2 C51H96O6 + 145 O2 = 102 CO2 + 98 H2O RQ = 102/145 = 0,703 (obecně 0,70) • Při hyperventilaci RQ stoupá (vydechován více CO2). • Při intenzivní zátěži RQ až 2,00 (vydechován více CO2 a kyselina mléčná se mění na CO2). • Po skončení zátěže klesá RQ až na 0,50. • Při metabolické acidóze RQ stoupá. • Při metabolické alkalóze RQ klesá. RESPIRAČNÍ KVOCIENT RQ = VCO2 : VO2 Cukry: RQ = 1 Tuky: RQ = 0,7 Proteiny: RQ = 0,8(za jednotku času, za ustáleného stavu, obvykle vztažený k 1 l kyslíku) R – poměr respirační výměny (není ustálený stav!, v kterémkoliv časovém úseku) • INTENZITA (= rychlost) METABOLISMU 1. Tělesná práce (v průběhu i během zotavení - kompenzace kyslíkového dluhu). 2. Specificko-dynamický účinek potravy (asimilace živin v těle). • A) Množství proteinu, které poskytuje 100 kcal, zvyšuje rychlost metabolismu o 30 kcal. • B) Množství sacharidu, které poskytuje 100 kcal, zvyšuje rychlost metabolismu o 6 kcal. • C) Množství tuku, které poskytuje 100 kcal, zvyšuje rychlost metabolismu o 4 kcal. • Množství energie z živin se snižuje o uvedené množství energie, která byla použita k jejich asimilaci. • Proteiny mají nejvyšší SDÚ, • místo 100 kcal organismus získá 70 kcal. • 3. Vnější teplota - tvar písmene U • a) nižší než tělesná teplota aktivace mechanismů pro udržení tepla (např. třes) intenzita metabolismu vzrůstá • b) vyšší než tělesná teplota zvyšuje se teplota těla a vzrůstá metabolismus 4. Výška, váha a povrch těla (čím větší - tím větší) 5. Pohlaví (muži vyšší) 6. Věk (čím vyšší, tím menší) 7. Emoce (vzrušení zvyšuje metabolismus - adrenalin zvyšuje svalové napětí v klidu, apatie a deprese snižují metabolismus) 8. Tělesná teplota (vzestup o 1o C, vzestup o 14%) 9. Hladina hormonů štítné žlázy v krvi (T4, T3) 10. Hladina adrenalinu a noradrenalinu v krvi Kittnar, O. et al. Lékařská fyziologie. 1st Ed. Grada Publishing 2011 BAZÁLNÍ METABOLISMUS (BMR) Potřeba energie pro udržení všech vitálních funkcí • VLEŽE, KLID, NEUTRÁLNÍ TEPLOTA OKOLÍ • 12 - 14 HODIN PO JÍDLE, 24 HODIN BEZ VYČERPÁVAJÍCÍ TĚLESNÉ PRÁCE • ELIMINACE POKUD MOŽNO VŠECH NEGATIVNÍCH FYZICKÝCH A PSYCHICKÝCH FAKTORŮ • U MLADÝCH MUŽŮ PRŮMĚRNÉHO VZRŮSTU ASI 2000 KCAL BAZÁLNÍ METABOLISMUS (BMR) • U ČLOVĚKA KORELUJE S POVRCHEM TĚLA - k výměně tepla dochází na povrchu těla. • Jaký je vztah mezi hmotností, výškou a povrchem těla? S = 0,007184 . W0,425 . H0,725 S = povrch těla v m2 W = tělesná hmotnost v kg H = tělesná výška v cm NOMOGRAM BAZÁLNÍ METABOLISMUS (BMR) BAZÁLNÍ METABOLISMUS (BMR) Dospělý muž asi 40 kcal/m2/hod (tzn. asi 2000 kcal/24 hod) Ženy - nižší Starší - nižší BMR muži = 66 + (13,7 . hmotnost) + (5,0 . výška) - (6,8 . věk) (kg) (cm) (roky) BMR ženy = 655 + (9,6 . hmotnost) + (1,85 . výška) - (4,7 . věk) Harris-Benedictův vzorec (BEE – bazální energetický výdej) BAZÁLNÍ METABOLISMUS VLIV POHLAVÍ BMR ženy = 655 + (9,6 . hmotnost) + (1,85 . výška) - (4,7 . věk) BMR muži = 66 + (13,7 . hmotnost) + (5,0 . výška) - (6,8 . věk) Muž 20 let, 80 kg, 185 cm BMR = 1950 kcal Žena 20 let, 55 kg, 165 výška BMR = 1395 kcal BAZÁLNÍ METABOLISMUS VLIV POHLAVÍ BMR ženy = 655 + (9,6 . hmotnost) + (1,85 . výška) - (4,7 . věk) BMR muži = 66 + (13,7 . hmotnost) + (5,0 . výška) - (6,8 . věk) Muž 20 let, 80 kg, 185 cm BMR = 1950 kcal Žena 20 let, 80 kg, 185 výška BMR = 1730 kcal ROZDÍL ASI 10% BAZÁLNÍ METABOLISMUS VLIV VĚKU BMR ženy = 655 + (9,6 . hmotnost) + (1,85 . výška) - (4,7 . věk) BMR muži = 66 + (13,7 . hmotnost) + (5,0 . výška) - (6,8 . věk) Muž 20 let, 75 kg, 180 cm BMR = 1860 kcal Muž 70 let, 75 kg, 180 cm BMR = 1520 kcal ROZDÍL ASI 20% BAZÁLNÍ METABOLISMUS VLIV VĚKU BMR ženy = 655 + (9,6 . hmotnost) + (1,85 . výška) - (4,7 . věk) BMR muži = 66 + (13,7 . hmotnost) + (5,0 . výška) - (6,8 . věk) Žena 20 let, 60 kg, 165 cm BMR = 1440 kcal Žena 70 let, 60 kg, 165 cm BMR = 1200 kcal ROZDÍL ASI 15% BAZÁLNÍ METABOLISMUS VLIV VĚKU BMR ženy = 655 + (9,6 . hmotnost) + (1,85 . výška) - (4,7 . věk) BMR muži = 66 + (13,7 . hmotnost) + (5,0 . výška) - (6,8 . věk) U ženy se BMR prakticky nemění mezi 20 a 40 lety, u mužů stále zvolna klesá (o 2 - 3% ročně). Pokles BMR ženy mezi 40 a 50 roky je prudší než u mužů. 30 35 40 45 50 55 60 2 8 16 20 30 40 50 60 kcal/m2/hod VĚK BMR - ZÁVISLOST NA VĚKU A POHLAVÍ MUŽI ŽENY BAZÁLNÍ METABOLISMUS VLIV VĚKU K NEJVĚTŠÍMU POKLESU BMR DOCHÁZÍ V PUBERTĚ NEJMENŠÍ POKLES BMR U MUŽE JE MEZI 30 A 50 ROKY, U ŽENY MEZI 20 A 40 ROKY V OBDOBÍ MENOPAUZY KLESÁ BMR ŽENY PRUDČEJI NEŽ VE STEJNÉM VĚKU U MUŽŮ BAZÁLNÍ METABOLISMUS Dlouhodobé hladovění - pokles BMR  klesá aktivita sympatiku  klesají katecholaminy  klesají hormony štítné žlázy Proto při redukční dietě zpočátku prudký pokles hmotnosti, později zpomalení poklesu hmotnosti Po jídle stoupá aktivita sympatiku a BMR stoupá BMR, EP, REDUKČNÍ DIETA A HMOTNOST 800 1200 1600 2000 BMRaEP(kcal) 68 70 72 74 76 78 80 82 84 hmotnost(kg) EP BMR hmotnost Redukční dieta JO-JO EFEKT 74 78 82 86 n r n r n r n r n hmotnost(kg) 1200 1400 1600 1800 2000 hmotnost BMR n = normální dieta, r = redukční dieta Energetická rovnováha • Rovnováha mezi energetickým příjmem a výdejem • Při negativní energetické bilanci se spotřebovávají vnitřní zásoby katabolizují se glykogen, proteiny a tuk = = HUBNUTÍ • Při pozitivní energetické bilanci (příjem převažuje před výdejem) = = TLOUSTNUTÍ Energetická rovnováha S výjimkou člověka a některých domestikovaných a hybernujících zvířat chuť k jídlu reguluje příjem potravy OBEZITA JE VZÁCNOSTÍ Přes 70% lidské populace trpí nadváhou nebo obezitou ENERGETICKÝ VÝDEJ ENERGETICKÝ EKVIVALENT (EE) množství energie (Q) uvolněné při spotřebě 1 litru kyslíku (Q/VO2) Termický koeficient kyslíku jednotlivých živin se liší, proto se liší i EE. . ENERGETICKÝ VÝDEJ ENERGETICKÝ EKVIVALENT (EE) • sacharidů 21,1 kJ = 5,05 kcal • proteinů 18,0 kJ = 4,31 kcal • lipidů 19,0 kJ = 4,55 kcal Neúplná katabolizace (lidský organismus není schopen využít energii z dusíkatých sloučenin) ENERGETICKÝ VÝDEJ ENERGETICKÝ EKVIVALENT (EE) Při smíšené potravě (60 % sacharidů, 30 % tuků, 10 % proteinů) EE = 20,1 kJ = 4,81 kcal 4,8 kcal ENERGETICKÝ VÝDEJ V klidu spotřebuje člověk asi 3,4 - 3,6 ml O2/kg/min 1 MET (metabolický ekvivalent) JAKÁ JE TO ENERGIE? VO2 (ženy) = 3,4 . 4,8 =16,3 cal/kg/min VO2 (muži) = 3,6 . 4,8 =17,3 cal/kg/min (asi o 5 - 15% méně) ENERGETICKÝ VÝDEJ 1 MET množství kyslíku, které člověk spotřebuje v klidu za 1 min/1 kg hmotnosti asi 3,5 ml/kg/min ENERGETICKÝ VÝDEJ Muž 20 let, 75 kg, 180 cm BMR = 1860 kcal (24 hod) Výpočet na základě MET: ▪ 17 cal/kg/min ▪ 1275 cal/min ▪ 76500 cal/hod = 76,5 kcal/hod ▪ 1836 kcal/24 hod Hodnoty jsou přibližně stejné ENERGETICKÝ VÝDEJ MET VO2 (l/min) TF (/min) lehká < 3,0 < 0,5 < 90 střední 3,0 – 4,5 0,5 – 1,0 90 – 110 těžká 4,6 – 7,0 1,0 – 1,5 110 – 130 velmi těžká 7,1 – 10,0 1,5 – 2,0 130 – 150 vyčerpávající > 10 > 2,0 > 150 LIMITY UVEDENÉHO HODNOCENÍ: • Není zohledněna pracovní kapacita Při maximální pracovní kapacitě 10 METs bude práce při 5 METs čerpat kapacitu z 50% (střední) Při maximální pracovní kapacitě 5 METs bude práce 5 METs prací maximální (vyčerpávající) LIMITY UVEDENÉHO HODNOCENÍ: Při VO2/kg max = 50 ml/kg/min bude práce při 25 ml ml/kg.min čerpat kapacitu z 50% (střední). Při VO2/kg max = 30 ml/kg.min bude práce 25 ml/kg.min čerpat kapacitu z 83% (velmi těžká až vyčerpávající) • Není zohledněna pracovní kapacita • Není zohledněna maximální aerobní kapacita LIMITY UVEDENÉHO HODNOCENÍ: • Není zohledněna pracovní kapacita • Není zohledněna maximální aerobní kapacita • Není zohledněna maximální tepová rezerva Maximální tepová rezerva (MTR) = TF max - TF klid Při TF max = 200 a TF klid = 70 bude práce při TF = 120 čerpat MTR z 38% (120 - 70 / MTR) (lehká) Při TF max = 150 a TF klid = 70 bude práce při TF = 120 čerpat MTR z 63% (120 - 70 / MTR) (těžká) Energetické hodnoty jednotlivých činností Lehká práce METs • řidič 1,5 • laborant 2,1 • barman 2,7 • automechanik 2,7 • údržbář 2,8 Energetické hodnoty jednotlivých činností Střední práce METs • elektrikář 3,4 • zdravotní sestra 3,4 • zedník 4,0 • malíř pokojů 4,1 • práce s motorovou pilou 4,4 Energetické hodnoty jednotlivých činností Těžká práce METs • dělník v továrně 5,4 • tradiční zemědělství 5,9 • horník 6,2 • kopáč 6,2 • nosič těžkých břemen 6,2 Energetické hodnoty jednotlivých činností Velmi těžká práce METs • obsluha pecí 7,4 • řezání ruční pilou 7,8 • kácení stromů 8,9 • struskař 10,1 vyčerpávající práce Energetické hodnoty jednotlivých činností volného času METs • zametání, vaření, mytí nádobí 2,9 • čištění oken, leštění podlahy, nákupy 3,7 • klepání koberce, leštění nábytku 4,5 Energetické hodnoty jednotlivých činností volného času METs • hraní karet, poslech hudby 1,5 • energická hra na hudební nástroje 2,7 • hraní kulečníku 2,5 • volné společenské tance 4,1 • lidové a moderní tance 6,5 • velmi energické tance 11,3 Energetické hodnoty jednotlivých činností volného času METs • sběr lesních plodů 2,5 • hrabání listí 3,9 • rytí, okopávání 5,0 • házení lopatou 5 kg/10x za min 6,6 • štípání dřeva 6,7 • rybaření v tekoucí vodě 3,9 • rybaření v proudu 5,5 Energetické hodnoty jednotlivých sportovních odvětví METs • chůze rychlostí 5 km/hod po rovině 4,1 • chůze rychlostí 5 km/hod do kopce 8,0 • běh rychlostí 8 km/hod po rovině 7,3 • závodní maratón 18,4 • jízda na kole 21 km/hod 8,2 • plavání rychlostí 1,2 km/hod (netrén.) 7,1 • závodní plavání 15,5 Energetické hodnoty jednotlivých sportovních odvětví METs • závodní fotbal 10,0 • tenis rekreační čtyřhra 5,5 • tenis rekreační dvouhra 8,6 • tenis závodní dvouhra 11,0 • lyžařská turistika 6,5 • závodní běh na lyžích 19,7 • lehký lyžařský sjezd 7,7 • závodní sjezd na lyžích 14,0 Energetické hodnoty jednotlivých sportovních odvětví METs • aerobik 5,6 • lední hokej 25,7 • závodní veslování 23,4 • golf 3,1 • vzpírání 14,4 • horolezectví 7,4 • atd. …………………………………….. ?,? KALORIMETRIE PŘÍMÁ = měření energie uvolněné spálením potravy mimo tělo (oxidace sloučenin v kalorimetru) - Kalorimetry: - adiabatické = ohřátí obsahu kalorimetru - Izotermní = vzniklé teplo je odváděno 1. Kalorická bomba – adiabatický bombový kalorimetr 1. Vzorek 2. Zápalné drátky 3. Výbušné zapálení celého obsahu 4. Ohřívání vody + mixér pro rovnoměrnou distribuci tepla 2. Celotělový kalorimetr (pro laboratorní zvířata, pro člověka) KALORIMETRIE NEPŘÍMÁ •Množství spotřebovaného O2 •Množství energie uvolněné na 1 mol spotřebovaného O2 se liší s typem oxidované látky (vliv skladby potravy) – energetický ekvivalent = univerzální konstanta pro výpočet energetického výdeje za předpokladu příjmu smíšené stravy •Otevřené nebo uzavřené systémy •Otevřený = osoba vdechuje atmosférický vzduch a vydechuje do analyzátoru •Uzavřený = osoba vdechuje kyslík z rezervoáru = uzavřený systém PRAKTICKÁ CVIČENÍ KALORIMETRIE NEPŘÍMÁ Barret, K.E., Boitano, S., Barman, S.M., Brooks, H.L. Ganong´s Review of Medical Physiology. 23rd Ed. McGraw-Hill Companies 2010 Regulace příjmu potravy PŘÍJEM VÝDEJ CENTRUM SYTOSTI CENTRUM HLADU (trvale aktivní) ncl. ventromedialis v hypothalamu laterální hypothalamus (jádro pod fasciculus telencephalicus medialis) VZNIK POCITU SYTOSTI PŘÍJEM POTRAVY Žvýkací pohyby Receptory v nose, ústech, hltanu, trávicí trubici Mechanoreceptory žaludku Chemoreceptory GIT SYTOST PRERESORPTIVNÍ SYCENÍ RESORPTIVNÍ SYCENÍ Centrální gluko- termo- lipo- receptory ZPRACOVÁNÍ INFORMACÍ V CNS (CENTRUM SYTOSTI = ncl. ventromedialis v hypotalamu) VZNIK POCITU HLADU SNÍŽENÝ PŘÍJEM POTRAVY Hladové kontrakce žaludku Snížená dostupnost glukózy Snížení produkce tepla Změny lipidového metabolismu Mechanoreceptory Glukoreceptory Vnitřní termoreceptory (hypotalamus) „Liporeceptory“ HLAD KRÁTKODOBÁ REGULACE DLOUHODOBÁ REGULACE Kompenzace dietních chyb HYPOTÉZA: 1. Lipostatická – množství energetických zásob (tuková tkáň) 2. H. střevních peptidů – význam střevních peptidů 3. Glukostatická – kolísání glykémie 4. Termostatická – vnitřní receptory, pokles produkce tělesného tepla REGULACE PŘÍJMU POTRAVY OREXIGENNÍ FAKTORY • Neuropeptid Y • Orexin A a B (hypocretin 1 a 2) • Hormon koncentrující melanin • ARP (agouti-related peptide) • Ghrelin (lenomorelin) – tzv. hormon hladu (sekrece z „prázdného“ žaludku) • Insulin • Cukry (fruktóza) ANOREXIGENNÍ FAKTORY • POMC – pouze MC4-R! • CRH (kortikoliberin) • CART (cocaine- and amphetamine-regulated transcript) • Peptid YY (pankreatický peptid; L-buňky v ileum a kolon, tlumí žaludeční motilitu, zvyšuje resorpci) • CCK (cholecystokinin) • glukagon LÉKY !!!