Poruchy energetické rovnováhy Shrnutí a regulace metabolismu Mgr. Katarína Chalásová, PhD. Ústav patologické fyziologie, LF MU a) Katabolismus - proteolýza, glykogenolýza, lipolýza b) Anabolismus - proteosyntéza, glykogeneze, lipogeneze Metabolismus katabolismus aminokyseliny energie ve formě ATP teplo mechanická práce: pohyb uvnitř buňky stah svalu pohyb bičíků anabolismus Rychlost reakcí  typicky, co ovlivňuje rychlost metabolických reakci jsou hladovění, příjem potravy, fyzická zátěž nebo nemoc zpomalení metabolismuzrychlení metabolismu Rychlost reakcí Anabolické r. převažují nad katabolickými: • v období růstu a rekonvalescence • po nemoci • při přejídání a sníženém výdeji E • u užívání látek s anabolickým účinkem Katabolické r. převažují nad anabolickými: • hladovění • nemoci komplikované anorexií • nemoci se systémovou zánětlivou r. Rychlost reakcí  glu  ATP  AMP/ATP AMPK katabolismus produkce ATP • enzymy • zpětná vazba o negativní zpětná vazba o dopřední (anticipační) zpětná vazba o pozitivní zpětná vazba Principy regulace metabolismu • enzymy jsou katalyzátory chemických reakcí, které specificky ovlivňují rychlost reakcí, aniž by se při nich spotřebovávaly • tvořeny apoenzymem a koenzymem • mechanismus účinku - vznik přechodného komplexu, který snižuje aktivační energii Úloha enzymů v regulaci metabolismu Faktory ovlivňující aktivitu enzymu: • množství enzymu • kompetitivní inhibice • nekompetitivní inhibice • alosterická regulace • kovalentní regulace • regulace proteolýzou • regulace vytvořením komplexu s kovovými ionty • regulace vytvořením -S-S- můstků Úloha enzymů v regulaci metabolismu A → B → C → D → E Neurohumorální regulace metabolismu GTP ATP cAMP druhý posel adenylát cykláza G-protein receptor hormon protein kináza A buněčná odpověď Hypotalamus - vliv na funkci hypofýzy a autonomní nervový systém: • řízení přijmu potravy • řízení přijmu tekutin • řízení termoregulace • řízení hypofýzy • řízení sympatiku a parasympatiku Úloha nervového s. v regulaci metabolismu • vyplavení katecholaminů (adrenalin) • adrenergní receptory: o typy α a β o v různých orgánech Úloha sympatiku • mediátorem je acetylcholin • M-receptor Úloha parasympatiku Úloha hormonů v regulaci metabolismu Mechanismus účinku inzulinu • sekreci stimulují: glu, parasympatikus, MK, ketolátky, kortizol, GH • sekreci inhibují: adrenalin, noradrenalin, dopamin, somatostatin • vliv na metabolismus sacharidů o v játrech a svalech -  glykolýzu, glykogenogenezi,  glykogenolýzu; o v játrech  glukoneogenezi • vliv na metabolismus lipidů o v tukové tkáni a játrech  lipogenezi; v kosterním svalu umožňuje vstup MK do buněk • vliv na metabolismus proteinů o  vstup AMK do buněk, transkripci, translaci Úloha hormonů v regulaci metabolismu Mechanismus účinku glukagonu: • sekrece stoupá při hladovění a fyzické zátěži • většina jeho účinků je protichůdná inzulinu • hlavním úkolem je bránit poklesu glykemie • v adipocytech aktivuje lipolýzu • v játrech inhibuje syntézu TAG • na metabolismus proteinů má katabolický účinek Úloha hormonů v regulaci metabolismu Mechanismus účinku růstového hormonu: • sekrece stoupá při hladovění, fyzické a psychické zátěži, poranění a během prvních 2 hodin spánku • stimulem sekrece - zvýšená hladina ghrelinu = hormon hladu • stimuluje růst téměř všech tkání • vliv na metabolismus sacharidů o inhibuje utilizaci glu,  glykogenolýzu a glukoneogenezi v játrech • vliv na metabolismus lipidů o stimuluje lipolýzu v tuk tkáni • vliv GH na metabolismus proteinů o anabolický efekt Úloha hormonů v regulaci metabolismu Mechanismus účinku hormonů štítné žlázy: • hlavní faktor sekrece - chlad a emoce • zvýšení metabolického obratu • vliv na metabolismus sacharidů o  resorpci glu, glykolýzu a glukoneogenezi • vliv na metabolismus lipidů o v tukové tkáni je aktivovaná lipolýza • vliv na metabolismus proteinů o proteosyntéza vs proteokatabolismus Úloha hormonů v regulaci metabolismu Mechanismus účinku hormonů štítné žlázy: • hypotyreóza: o snížen bazální metabolizmus a spotřeba O2, o mírné snížení tělesné teploty, zimomřivost, spavost, únava o ↑ cholesterol a lipidy • hypertyreóza: o ↑ bazální metabolizmus, ↑ spotřeba kyslíku, intolerance tepla o aktivace glykogenolýzy a lipolýzy - ↓ zásob glykogenu a tuk.tkáně o aktivace proteokatabolismu Úloha hormonů v regulaci metabolismu Mechanismus účinku glukokortikoidů: • podněty pro sekreci: fyzická a duševní zátěž, infekce, trauma, změny okolní teploty, některé cytokiny Úloha hormonů v regulaci metabolismu Mechanismus účinku glukokortikoidů: • podněty pro sekreci: fyzická a duševní zátěž, infekce, trauma, změny okolní teploty, některé cytokiny • důsledek účinku - optimální podmínky pro glukoneogenezi: • vliv na metabolismus sacharidů o ↑ glukoneogeneze a glykogensyntézy v játrech, ↓ utilizace glu • vliv na metabolismus lipidů o ↑ lipolýzy, ↓ lipogeneze • vliv na metabolismus proteinů o typický proteokatabolický hormon Úloha hormonů v regulaci metabolismu Mechanismus účinku glukokortikoidů: • hypokortizolismus: o Addisonova nemoc - ↓ hladina kortizolu, ↑ ACTH o hypoglykemie, hyponatremie, hyperkalemie o sklon k acidóze • hypertyreóza: o patologický oGTT, v krvi a moči ↑ hladina kortizolu Úloha hormonů v regulaci metabolismu Cytokiny: a) interleukiny (Il-1 atd) b) faktory nekrotizující tumory (TNFα/β) c) chemokiny d) interferony e) kolonie stimulující faktory • nezbytné pro aktivaci imunitního systému, reparaci poškozené tkáně, ovlivňují produkci hormonů, tělesnou teplotu a metabolické změny Úloha cytokinů v regulaci metabolismu Metabolické účinky prozánětlivých cytokinů (Il-1α, Il-1 β, Il-6, TNFα): • vliv na metabolismus sacharidů o ↑ glukoneogenezi • vliv na metabolismus lipidů o ↑ lipolýzu • vliv na metabolismus proteinů o ↑ proteolýzu Úloha cytokinů v regulaci metabolismu • rezistin - ↑ u obézních, inzulinorezistence a T2DM, oslabuje účinky inzulinu v játrech ale ne ve svalech a tuk tkáni • leptin – ↑ u obézních lidí, na úrovni hypotalamu reguluje příjem potravy a energetický výdej, zvyšuje inzulinovou senzitivitu • adiponektin – produkován adipocyty, ↑ oxidaci MK, ↓ hladinu triacylglycerolů v játrech a ve svalech, ↑ inzulinovú senzitivitu, • visatin – ↑ senzitivitu k inzulinu, ↑ hladina u obezity Úloha adipocytokinů v regulaci metabolismu • gastrin – produkován sliznici žaludku a duodena o ↑ sekrece HCl a papsinu v žaludku, motility žaludku a střeva a sekrece pankreatické šťávy o stimul - distenze žaludeční stěny, složky potravy a stimulace vagu • sekretin – produkován sliznicí horní části tenkého střeva o ↑ sekrece pankreatické šťávy o stimul - pokles pH navozen vstupem chymu ze žaludku • somatostatin - produkován ve střevě, žaludku, D-bun, hypotalamu o a) ↓ motilitu GIT, sekreci gastrinu a zpomaluje trávení, b) ↓ sekreci inzulinu i glukagonu, c) ↓ sekreci růstového hormonu v adenohypofýze; o stimul - glykemie, lipidemie a některé GI hormony • ghrelin – produkován v žaludku o ↑ sekrece GH, příjem potravy, trávení, ↓ energetický výdej • peptid YY (PYY) – produkován ve střevě o působí jako signál pocitu nasycení; o produkován po příjmu potravy; Úloha gastrointestinálních hormonů Energetický metabolismus je transformace E chemických vazeb na jiné typy E  1 cal = 4,184 J Energetický metabolismus katabolismus energie ve formě ATP mechanická práce: elektrická energie tvorba tepla Energetický metabolismus acetyl-CoA NADH CC 3 NADH FADH2 GTP glu GAP GAP pyruvát NADH ATP ATP 2 ATP dýchací r. ATP 2. glykolýza 3. Krebsův cyklus 4. dýchací řetězec Citrátový = Krebsův cyklus výtěžek: • 3x NADH, • 1x FADH2 • 2x CO2, • 2x H2O, • 1x GTP, Energetický metabolismus Oxidativní fosforylace – tvorba ATP v mitochondriích Energetický metabolismus Energetická bilance z jedné molekuly acetyl-CoA Energetický metabolismus acetyl-CoA CC 3 NADH FADH2 GTP dýchací r. ATP 1 GTP = 1 ATP 1 NADH = 3 ATP 1 FADH = 2 ATP • 3 NADH ..................................... 9 ATP • 1 GTP .........................................1 ATP • 1 FADH2 .................................... 2 ATP Σ 12 ATP účinnost metabolismu (%) = energie uvolněná jako ATP x 100 celkové množství uvolněné energie Účinnost metabolismu energie ve formě ATP tvorba tepla • „odpřahující proteiny“ • (uncoupling protein) UCP1—5 • měnit poměr v produkci ATP a tepla • T3 a T4 ↑ expresi UCP • P/O kvocient  rovnováha mezi příjmem a výdejem energie • vytvoření zásob – anabolismus • využití zásob – katabolismus Energetická bilance organismu • centrum hladu • centrum sytosti Příjem energie Příjem energie • centrum hladu • centrum sytosti = bazální metabolismus + termický efekt potravy + termoregulace + práce Energetický výdej 1. Bazální metabolismus Energetický výdej bazální podmínky: • osoba je v duševním a tělesném klidu • osoba se nachází v „termo-neutrální zóně“ • osoba je 12 hodin po posledním příjmu determinuje ho: • tělesný povrch • genetické faktory • věk • pohlaví • klima • tělesná teplota • humorální vlivy • stav výživy • těhotenství a menstruace vz. klidový energetický výdej: 2. Termický efekt potravy Energetický výdej Sacharidy Lipidy Bílkoviny Smíšená strava 6 % 4 % 30 % 10 % vzestup energetického výdeje v průběhu 3—5 hodin po příjmu potravy rozdíly hodnot mezi jednotlivými živinami jsou způsobeny odlišnými nároky na jejich transport a transformaci 3. Termoregulace Energetický výdej energetické nároky organismu na udržení konstantní tělesné teploty jsou nejnižší v tzv „termoneutrální zóně“ = • 20°C pro osobu oděnou • 27°C pro osobu svlečenou 4. Práce Energetický výdej Sedavá Lehká Středně těžká Těžká do 1,6 MJ 1,6—2,8 MJ 2,8—4,4 MJ nad 4,4 MJ • činnost kosterního svalstva • ↑ aktivita kardiovaskulárního, respiračního a nervového systému • podstatně se zvyšuje metabolická aktivita jater Porucha regulace energetického metabolismu  nadměrné množství tuku v těle  zvyšuje riziko DM, cholecystopatie, degenerativní onemocnění pohybového aparátu, dyslipidemie, hypertenze, aterosklerózy, ICHS a některých nádorů Obezita Klasifikace BMI Riziko komplikací obezity Podváha < 18,5 nízké (ale riziko jiných zdravotních poruch) Normální hmotnost 18,5 – 24,9 průměrné Nadváha 25 – 29,9 mírně zvýšené Obezita I. stupně 30 – 34,9 středně zvýšené Obezita II. stupně 35 – 39,9 vysoké Obezita III. stupně > 40 velmi vysoké (data 2016)  celosvětová prevalence nadváhy u dospělých → 39 % mužů a 40 % žen  celosvětová prevalence obezity u dospělých → 11 % mužů a 15 % žen  prevalence nadváhy + obezity u dospělých v ČR → 71 % mužů a 57 % žen  průměrné BMI u dospělých v ČR v 2016 bylo 28  děti a adolescenti – BMI 25 a víc má 32 % chlapců a 22 % děvčat !!! Prevalence obezity  fyziologické množství tuku v těle: ♀ 15—25 % th ♂ 10—20 % th • obvod pasu – norm. ♂ 94 cm ♀ 80 cm • poměr pas/boky (WHR) – norm. ♂ 0,95 ♀ 0,85 • tloušťka kožní řasy (nad tricepsem, nad bicepsem, subskapulární supraspinální) • hydrodenzitometrie - porovnání tělesné hmotnosti pod vodou a na vzduchu • bioelektrická impedance - měření průtoku elektrického proudu tělem Stanovení obezity genetické faktory: • větší zásoby tukové tkáně • abnormality v uvolňování energie • abnormální citlivost center sytosti • abnormální citlivost center hladu • abnormální tvorba leptinu • rezistence na leptin Příčiny obezity vnější faktory: • nevhodný životní styl, • špatné stravovací návyky, • zvýšená konzumace alkoholu • rozličné psychogenní vlivy • snížení tonu sympatiku • změna hladin a účinků hormonů • změna metabolismu všech živin • inzulinorezistence • dyslipidemie (↑ VLDL, ↑ LDL, ↓ HDL) • T2DM • ateroskleróza • ICHS Metabolické změny u obezity  Metabolický syndrom 1. obvod pasu (♂ >102 cm, ♀ >88) 2. hladina TAG (>1,7 mmol/l) 3. HDL (♂ <1,0 a ♀ <1,3 mmol/l) 4. sys KT >130 mmHg nebo dias KT >85 mm Hg 5. glykemie nalačno (>5,6 mmol/l) A. androidní typ = mužský typ = horní typ = typ jablko = hyperplastický typ • tuk v oblasti břicha • častěji IR, DM B. gynoidní typ = ženský = dolní = typ hruška = hypertrofický typ • tuk na hýždích a bocích • zátěž na pohybový aparát Typy obezity 1) úprava jídelníčku • omezení příjmu tuků a jednoduchých sacharidů • zvýšení příjmu nestravitelné vlákniny 2) zvýšení fyzické aktivity • pozitivní vliv na kardiovaskulární systém, IR, TAG, LDL, HDL • chůze - optimum 10 000 kroků/den Terapie obezity 3) farmakologická léčba • orlistat - inhibitor střevní lipázy, omezuje štěpení a vstřebávání tuků • fentermin (Adipex) – anorektikum - zvyšuje hladiny noradrenalinu, dopaminu a serotoninu → snižuje pocit hladu, • naltrexon / bupropion (Mysimba) - antidepresivum + opionidní antagonista → snižuje pocit hladu, Terapie obezity 4) bariatrická chirurgie • adjustabilní gastrická bandáž • tubulizace žaludku (resp plikace žaludku) • žaludeční bypass Terapie obezity Mgr. Katarína Chalásová, PhD. Ústav patologické fyziologie, LF MU