Chuyển hóa năng lượng ppt

Chuyển hóa năng lượng CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG MỤC TIÊU: 1. Trình bày được các dạng năng lượng trong cơ thể. 2. Trình bày được quá trình tổng hợp năng lượng cho cơ thể. 3. Trình bày được các hình thức tiêu hao năng lượng trong cơ thể. 4. Trình bày được các cơ chế điều hòa chuyển hóa năng lượng. Chuyển hóa năng lượng là sự biến đổi các dạng năng lượng trong cơ thể từ dạng này sang dạng kia. Cơ thể không tự sinh ra năng lượng mà phải lấy cơ sở từ hóa năng thức ăn chuyển thành các dạng năng lượng cần cho sự sống. Năng lượng dù tiêu hao ở bất cứ dạng nào cũng đều thải ra ngoài dưới dạng nhiệt. 1. Các dạng năng lượng của cơ thể Trong cơ thể có 5 dạng năng lượng, 4 dạng năng lượng sinh công là hóa năng, cơ năng, thẩm thấu năng, điện năng và 1 dạng năng lượng không sinh công là nhiệt năng. 1.1. Hóa năng - Nguồn gốc: tồn tại trong tất cả các phân tử hóa học cấu tạo nên cơ thể đặc biệt là dạng hợp chất giàu năng lượng ATP. - Ý nghĩa: giữ các liên kết nguyên tử, giữ các phân tử có hình dạng cố định trong không gian. Năng lượng sẽ được giải phóng khi phân tử bị phá vỡ để sinh công hóa học, số năng lượng giải phóng khác nhau tuỳ loại liên kết. 1.2. Động năng hay cơ năng - Nguồn gốc: sinh ra do sự chuyển động của các phân tử theo cùng một hướng. - Ý nghĩa: năng lượng được dùng để sinh công cơ học như: + Vận chuyển vật chất qua màng tế bào. + Vận chuyển máu trong bộ máy tuần hoàn. + Vận chuyển khí trong bộ máy hô hấp. + Vận chuyển thức ăn trong bộ máy tiêu hóa. + Vận cơ 1.3. Thẩm thấu năng - Nguồn gốc: sinh ra do sự vận chuyển vật chất qua màng tế bào và duy trì sự chênh lệch nồng độ chất ở hai bên màng tế bào. 26 Chuyển hóa năng lượng - Ý nghĩa: năng lượng được dùng để sinh công thẩm thấu với một số chất khác như nước. 1.4. Điện năng - Nguồn gốc: sinh ra do sự chuyển động thành dòng của các ion qua màng tế bào tạo nên sự chênh lệch nồng độ ion ở hai bên màng tế bào. - Ý nghĩa: năng lượng được dùng để sinh công điện tạo ra các dòng điện sinh học như điện thế nghỉ và điện thế hoạt động của màng tế bào. 1.5. Nhiệt năng - Nguồn gốc: sinh ra trực tiếp từ các phản ứng chuyển hóa trong cơ thể. Trung bình khoảng 80% năng lượng sinh ra từ các phản ứng chuyển hóa này trở thành nhiệt năng. - Ý nghĩa: tế bào sống không có bộ máy sử dụng nhiệt để sinh công, do vậy nhiệt sinh ra được dùng để đảm bảo duy trì thân nhiệt ổn định và còn là dạng năng lượng thoái hóa cần thường xuyên thải ra ngoài cơ thể. 2. Tổng hợp năng lượng của cơ thể Thức ăn là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho cơ thể. Ba chất sinh năng chính trong thức ăn là: protid, glucid, lipid. 2.1. Quá trình Oxy hóa khử - Xảy ra ở bào tương và ty thể - Các chất sinh năng thoái hóa tạo ra các cơ chất cho hydro và CO 2 . Quá trình oxy hóa khử xảy ra khi các cơ chất cho hydro đi vào chuỗi hô hấp tế bào đến O 2 hít vào sinh ra năng lượng và H 2 O. 2.2. Quá trình phosphoryl hóa - Xảy ra ở ty thể. - Năng lượng sinh ra từ quá trình oxy hóa được dùng để phosphoryl hóa ADP tạo ra hợp chất giàu năng lượng ATP. Như vậy hóa năng của các chất sinh năng được chuyển thành hóa năng của ATP. 2.3. Hình thành các dạng năng lượng cơ thể - Hóa năng: ở mạng lưới nội bào tương của tế bào ATP cung cấp năng lượng cho các phản ứng tổng hợp các chất tạo hình, dự trữ, thực hiện chức năng và bài tiết. Như vậy hóa năng của ATP đã chuyển thành hóa năng của các chất đó. - Động năng hay cơ năng: ở màng tế bào ATP cung cấp năng lượng cho sự vận chuyển vật chất qua màng tế bào; ở các sợi co rút của tế bào ATP cung cấp năng lượng cho sự co cơ tạo nên sự chuyển động trong 27 Chuyển hóa năng lượng tuần hoàn, hô hấp, tiêu hóa, cơ… Như vậy hóa năng của ATP đã chuyển thành động năng của sự vận động trong cơ thể. - Thẩm thấu năng: ở màng tế bào ATP cung cấp năng lượng cho sự vận chuyển vật chất qua màng tế bào và duy trì sự chênh lệch nồng độ chất hai bên màng tạo nên hiện tượng thẩm thấu. Như vậy hóa năng của ATP đã chuyển thành thẩm thấu năng của sự thẩm thấu. - Điện năng: ở màng tế bào ATP cung cấp năng lượng cho sự vận chuyển ion qua màng tế bào tạo nên điện thế nghỉ, điện thế hoạt động của màng. Như vậy hóa năng của ATP đã chuyển thành điện năng của các dòng điện sinh học. - Nhiệt năng: trong tất cả các phản ứng chuyển hóa trên bao giờ cũng có trung bình khoảng 80% năng lượng của các chất tham gia phản ứng biến đổi thành nhiệt năng, hiệu suất sử dụng còn lại khoảng 20% để tạo ra các công hóa học, cơ học, thẩm thấu hay điện. 3. Tiêu hao năng lượng trong cơ thể 3.1. Năng lượng tiêu hao cho sự duy trì cơ thể Đây là năng lượng cần cho sự tồn tại bình thường của cơ thể, không thay đổi thể trọng, không sinh sản. 3.1.1. Năng lượng tiêu hao do chuyển hóa cơ sở - Định nghĩa: chuyển hóa cơ sở là năng lượng cần thiết cho cơ thể tồn tại trong điều kiện cơ sở: không vận cơ, không tiêu hóa, không điều nhiệt. Như vậy đây là sự chuyển hóa năng lượng cho các hoạt động như tim đập, phổi hô hấp, thận bài tiết, trao đổi vật chất qua màng tế bào…khi cơ thể ở trạng thái hoàn toàn bình thường. - Đơn vị đo chuyển hóa cơ sở: Kcal/m 2 da/giờ hoặc KJ/m 2 da/giờ. - Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển hóa cơ sở: + Tuổi: tuổi càng cao thì chuyển hóa cơ sở càng giảm. Riêng ở tuổi dậy thì và trước dậy thì chuyển hóa cơ sở giảm ít hơn. + Giới: chuyển hóa cơ sở ở nam cao hơn nữ cùng độ tuổi. + Nhịp ngày đêm: chuyển hóa cơ sở cao nhất vào lúc 13-16 giờ chiều và thấp nhất vào lúc 1-4 giờ sáng. + Chu kỳ kinh nguyệt và thai nghén: nửa sau chu kỳ kinh nguyệt và khi có thai chuyển hóa cơ sở cao hơn bình thường. + Trạng thái tình cảm: lo lắng và căng thẳng làm tăng chuyển hóa cơ sở; ngược lại khi ngủ, bệnh nhân trầm cảm chuyển hóa cơ sở lại giảm. 28 Chuyển hóa năng lượng + Các yếu tố bệnh lý: Ưu năng tuyến giáp làm tăng chuyển hóa cơ sở và ngược lại; sốt làm chuyển hóa cơ sở tăng, suy dinh dưỡng làm chuyển hóa cơ sở giảm. 3.1.2. Năng lượng tiêu hao do vận cơ - Trong vận cơ, hóa năng tích luỹ trong cơ bị tiêu hao: 25% chuyển thành công cơ học, 75% tỏa ra dưới dạng nhiệt. Mức tiêu hao năng lượng trong vận cơ được dùng làm cơ sở để xác định khẩu phần ăn theo nghề nghiệp. - Đơn vị đo năng lượng tiêu hao trong vận cơ: Kcal/kg thể trọng/phút. - Các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao năng lượng trong vận cơ: + Cường độ vận cơ: cường độ vận cơ càng lớn thì tiêu hao năng lượng càng cao. Đây là cơ sở để phân loại lao động thể lực thành loại nhẹ, trung bình, nặng, cực nặng. + Tư thế vận cơ: năng lượng tiêu hao không chỉ do tạo ra công mà còn do các cơ phải co để giữ cho cơ thể ở những tư thế nhất định trong lúc vận cơ. Số cơ co càng nhiều thì tiêu hao năng lượng càng lớn. Tư thế càng dễ chịu thoải mái số cơ co càng ít, năng lượng tiêu hao càng ít. Đây là cơ sở cho việc chế tạo công cụ phương tiện lao động phù hợp với người lao động và công việc. + Mức độ thông thạo: càng thông thạo công việc thì mức độ tiêu hao năng lượng cho vận cơ càng ít do giảm bớt số cơ co không cần thiết. 3.1.3. Năng lượng tiêu hao do điều nhiệt Để giữ cho thân nhiệt được hằng định đảm bảo tốc độ các phản ứng hóa học diễn ra bình thường, cơ thể phải tiêu hao năng lượng cho điều nhiệt: - Khi thân nhiệt giảm: năng lượng tiêu hao cho sự sinh nhiệt - Khi thân nhiệt tăng: năng lượng tiêu hao cho sự thải nhiệt. 3.1.4. Năng lượng tiêu hao do tiêu hóa - Ăn để cung cấp năng lượng cho cơ thể nhưng bản thân việc ăn cũng làm tiêu hao năng lượng của cơ thể cho các hoạt động tiêu hóa: cơ học, bài tiết, hấp thu. - Tác dụng động lực đặc hiệu của thức ăn (SDA: specific dynamic action) là phần trăm của mức tiêu hao năng lượng do tiêu hóa tăng lên so với mức tiêu hao trước khi ăn: + SDA của protid là 30 (protid làm tiêu hao năng lượng tăng thêm 30%). + SDA của glucid là 6. + SDA của lipid là 14. + SDA của chế độ ăn hỗn hợp là 10. 3.2. Năng lượng tiêu hao cho sự phát triển cơ thể 29 Chuyển hóa năng lượng Năng lượng tiêu hao cho sự phát triển cơ thể là năng lượng dùng cho việc tổng hợp các thành phần tạo hình, dự trữ của cơ thể để: - Tăng chiều cao, tăng trọng lượng cơ thể đặc biệt ở tuổi đang trưởng thành. - Rèn luyện cơ thể, thể dục thể thao. - Thay thế các mô già, chết. - Hồi phục cơ thể sau khi bị bệnh. Năng lượng tiêu hao để tăng thêm 1g thể trọng là 5Kcal. 3.3. Năng lượng tiêu hao cho sinh sản Năng lượng tiêu hao cho các hoạt động sinh sản như: - Trong thời kỳ mang thai: năng lượng tiêu hao khoảng 60.000-80.000 Kcal cho việc tạo thai, nuôi và phát triển thai, dự trữ cho việc nuôi con sau khi sanh. - Trong thời kỳ nuôi con: năng lượng tiêu hao khoảng 500 Kcal cho việc tổng hợp và bài tiết sữa. 4. Điều hòa chuyển hóa năng lượng 4.1. Điều hòa chuyển hóa năng lượng ở mức tế bào Điều hòa theo cơ chế feedback: phản ứng sinh năng → ATP → ADP - Khi tế bào không hoạt động: hàm lượng ADP trong tế bào thấp, tất cả các phản ứng sinh năng lượng trong tế bào giảm đi. - Khi tế bào hoạt động: hàm lượng ADP trong tế bào tăng, các phản ứng sinh năng lượng sẽ tăng lên. Như vậy hàm lượng ATP trong tế bào luôn được duy trì ổn định. 4.2. Điều hòa chuyển hóa năng lượng ở mức cơ thể 4.2.1. Điều hòa chuyển hóa năng lượng bằng cơ chế thần kinh - Kích thích thần kinh giao cảm làm tăng chuyển hóa năng lượng. - Vùng dưới đồi (trung tâm hệ thần kinh thực vật) có các trung tâm điều nhiệt nên cũng ảnh hưởng đến chuyển hóa năng lượng. - Các phần khác của hệ thần kinh cũng ảnh hưởng đến chuyển hóa năng lượng. 4.2.2. Điều hòa chuyển hóa năng lượng bằng cơ chế thể dịch Các hormon sau làm tăng chuyển hóa năng lượng: - Hormon T 3 , T 4 của tuyến giáp: tăng chuyển hóa năng lượng của hầu hết các mô trong cơ thể. - Hormon catecholamin của tủy thượng thận: tăng huy động năng lượng từ glucid. - Hormon cortisol của vỏ thượng thận: tăng huy động năng lượng từ glucid. - Hormon insulin, glucagon của tuyến tụy: tăng huy động năng lượng từ glucid. 30 Chuyển hóa năng lượng - Hormon GH của tuyến yên: tăng huy động năng lượng từ lipid. - Hormon sinh dục: làm tăng đồng hoá protid tích lũy năng lượng. hormon sinh dục nam làm tăng mạnh hơn hormon sinh dục nữ. • Tài liệu tham khảo: 1. Bài giảng Sinh lý học, Bộ môn Sinh lý, Trường Đại học Y Hà Nội. 2. Bài giảng Sinh lý học, Bộ môn Sinh lý, Đại học Y Dược Tp. HCM. 3. Textbook of medical physiology, Guyton and Hall. 4. Human physiology, Rhoades and Pflanzer. 5. Rieview of medical physiology, Ganong. ** Câu hỏi lượng giá 1. Dạng năng lượng nằm trong các liên kết hóa học là: a. Hóa năng b. Động năng c. Nhiệt năng d. Thẩm thấu năng 2. Sự di chuyển của dung môi qua màng bán thấm được thực hiện nhờ: a. Hóa năng b. Cơ năng c. Thẩm thấu năng d. Điện năng 3. Dạng năng lượng sau đây không sinh công trong cơ thể: a. Cơ năng b. Thẩm thấu năng c. Điện năng d. Nhiệt năng 4. Tiêu hao năng lượng cho duy trì cơ thể là tiêu hao năng lượng trong điều kiện: a. Không vận cơ, không tiêu hóa, không điều nhiệt. b. Không sinh sản, không phát triển cơ thể. c. Không vận cơ, không sinh sản, không điều nhiệt. d. Không vận cơ, không phát triển cơ thể. 5. Để đo chuyển hóa cơ sở cần dặn bệnh nhân: a. Nhịn ăn và không vận động b. Đi vệ sinh c. Uống nhiều nước d. Hít thở sâu 31 . đến chuyển hóa năng lượng. 4.2.2. Điều hòa chuyển hóa năng lượng bằng cơ chế thể dịch Các hormon sau làm tăng chuyển hóa năng lượng: - Hormon T 3 , T 4 của tuyến giáp: tăng chuyển hóa năng lượng. dạng năng lượng của cơ thể Trong cơ thể có 5 dạng năng lượng, 4 dạng năng lượng sinh công là hóa năng, cơ năng, thẩm thấu năng, điện năng và 1 dạng năng lượng không sinh công là nhiệt năng. 1.1 nhờ: a. Hóa năng b. Cơ năng c. Thẩm thấu năng d. Điện năng 3. Dạng năng lượng sau đây không sinh công trong cơ thể: a. Cơ năng b. Thẩm thấu năng c. Điện năng d. Nhiệt năng 4. Tiêu hao năng lượng