Bài giảng chuyển hóa năng lượng Energy metabolism matters printout

9/15/2013 Chuyển Hóa Năng Lượng Nguyễn Ấn Bình Phòng 606b – Khoa Y – ĐHQG HCM Email: dr.nguyenab@gmail.com Khoa Y - 2013 Nội dung • Chuyển hóa lượng (NL) dạng NL • Nguồn nhiên liệu sử dụng để tạo NL • Khi no/đói • Chuyển hóa NL tế bào hao thể • Nguyên tắc PP đo tiêu hao NL • Điều hòa chuyển hóa lượng • NL tiêu Mục tiêu • Trình • bày CHNL dạng NL Vẽ sơ đồ CH dạng NL thể • Liệt kê nhiên liêu dụng quan tình trạng đói/no • Khái quát trình CHNL TB • Trình bày nguyên nhân gây tiêu hao NL thể • Tóm tắt phương pháp đo NL tiêu hao thể • Khái quát trình điều hòa CHNL 9/15/2013 Năng lượng chuyển hóa NL • Định • • Định • nghĩa vật lý: Đại lượng đặc trưng cho khả sinh công luật bảo toàn lượng: Năng lượng ↔ Năng lượng ↔ Công ↔ Nhiệt • Chuyển hóa lượng?? Chuyển hóa lượng • Biến đổi lượng từ dạng ↔ dạng khác • Dòng lượng sinh học dòng lượng tế bào, dòng lượng từ tế bào sang tế bào khác từ thể sang thể khác • Trong hệ sống lượng dự trữ liên kết hoá học “Tiền” tế bào Adenosine Tri-phosphate Adenine (Purine base) Ribose (pentose) 9/15/2013 Kiếm “tiền” xài “tiền” Hoạt động Tế Bào - Sinh tổng hợp chất - Co - Dẫn truyền xung thần kinh - Vận chuyển chất… ADP+ Pi ATP Chất hữu tế bào + O2 CO2 + H2O Dạng lượng thể • Nhiệt Phản ứng chuyển hóa thể sinh nhiệt • Cố định thân nhiệt • Đơn vị (calorie) • • Hóa Tích lũy phân tử • Hình thành cấu trúc phân tử (e.g ATP) • Dự trữ mô mỡ, gan… • Dạng lượng thể (tt) • Động năng/cơ Năng lượng sinh chuyển động phân tử theo hướng • Máu hệ tuần hoàn, khí hệ hô hấp, vận • • Điện Hoạt động màng tế bào (di chuyển ions) • Điện màng tế bào • 9/15/2013 Sơ đồ chuyển hóa lượng Hóa thức ăn Nhiệt Hóa ATP Nhiệt Hóa của: - chất tạo hình - chất dự trữ Điện Cơ Nạp lượng • Thức •6 ăn/thức uống chất dinh dưỡng quan trọng: • Glucose, lipids, proteins → Năng lượng • Vitamin, H2O & NaCl Thành phần calorie = 4.184 joules Giá trị NL kJ/g kcal/g Fat 37 Ethanol alcohol 29 Proteins 17 Carbohydrates 17 Organic acids 13 Glucose 10 2.4 Fiber Cơ quan chuyển hóa NL 9/15/2013 Khi no/đói Lượng đường máu fghgh • Mức bình thường • “Hơi” đói: Giải phóng: glucagon, epinephrine, cortisol Phản ứng thể: toát mồ hôi, run rẩy • Hôn mê – co giật • Não bị tổn thương vĩnh viễn Tình trang kéo dài → chết ↑ đường máu ↔ no + a.a → vận chuyển vào máu chuyển qua hệ bạch huyết vào máu • Glucose • Lipids ═► tăng Insulin máu • Insulin: ↑ tích trữ “nhiên liệu” & ↑ tổng hợp proteins Glucose → cơ; mô mỡ tổng hợp TAG • ↑ tổng hợp glycogen gan (↓ gluconeogenesis) • ↑ tổng hợp acid béo • ↑ hấp thụ glucose máu → gan • • Khi no 9/15/2013 ↓ đường máu ↔ lúc đói •↓ đường máu => ↓ Insulin & ↑ Glucagon • Glucagon: Sử dụng nguồn glycogen dự trữ Ức chế tổng hợp glycogen acid béo • ↑ tổng hợp glucose gan • Giải phóng glucose vào máu • • Lúc đói Lúc đói 9/15/2013 “Nhiên liệu” sử dụng quan Cơ quan Khi no Lúc đói Gan Glucose & a.a Acid béo Cơ xương Glucose Acid béo, ketones Cơ tim Acid béo Acid béo, ketones Mô mỡ Glucose Acid béo Não Glucose Glucose, ketones TB hồng cầu Glucose Glucose Chuyển hóa NL thể Các chất hấp thụ Máu → TB (cơ quan) Phản ứng chuyển hóa phức tạp Chất dự trữ Hóa Năng lượng cho thể Quá trình dị hóa chất 9/15/2013 CHNL mức độ tế bào • Bào tương: Chất hấp thụ → chất chuyển hóa trung gian • Hóa chất hấp thụ → • • • •Ở Hóa chất chuyển hóa trung gian Hóa chất giàu lượng ATP ty thể: • Ở ty thể: Hoạt động Tế Bào - Sinh tổng hợp chất - Co - Dẫn truyền xung thần kinh - Vận chuyển chất… ADP+ Pi Chất hữu tế bào + O2 ATP CO2 + H2O CHNL mức độ TB (tt) •Ở màng TB: Động (vận chuyển chất qua MTB) Sự co rút TB → vận động TB, quan & thể • Điện (điện nghỉ hoạt động) • • •Ở mạng nội bào tương: NL cho phản ứng tổng hợp, dự trữ, chức & tiết • Nhiệt phản ứng • + hóa chất phản ứng → hóa chất tổng hợp • 9/15/2013 Năng lượng tiêu hao • Duy trì thể Chuyển hóa sở • Vận • Điều nhiệt • Tiêu hóa • triển thể • Cho sinh sản • Phát NL trì thể • [NL] cần thiết cho thể tồn ĐK cần: không thay đổi thể trọng/sinh sản • • Chuyển hóa sở (CHCS): Hoạt động quan tim, phổi, thận, TB ↔ máu • Đơn vị tính: kcal/1m2 da/1h • Bao gồm yếu tố: • • • • Tuổi (↑tuổi : ↓CHCS), giới tính Nhịp ngày đêm, trạng thái tình cảm Bệnh lý: sốt, cường giáp…(↑ 1ºC ~ ↑ 14% CHCS) NL trì thể • Vận cơ: Hóa → động = công (25%) + nhiệt (75%) • Đơn vị tính: kcal/1 kg thể trọng/1m • Mức tiêu hao lượng vận phụ thuộc vào: • • • • Cường độ vận Tư vận Mức độ thông thạo động tác 9/15/2013 NL trì thể • Điều nhiệt: Giữ nhiệt độ thể mức cố định • Giúp phản ứng sinh hóa thể • • Tiêu hóa: Vận động trơn máy tiêu hóa • Bài tiết dịch tiêu hóa • Chuyển hóa sản phẩm tiêu hóa hấp thụ • • Tác dụng động lực đặc hiệu (Specific Dynamic Action) NL trì thể • Tiêu • hóa, SDA: SDA = % (NL làm tăng tốc độ chuyển hóa sau hấp thụ thức ăn) Các yếu tố ảnh hưởng đến SDA Giả thuyết cách tính SDA Tổng quan SDA động vật vs thức ăn Động vật Thức ăn CSDA (%) Time (h) Tốc độ CH Chó Glucose 5 1.3 Thịt bò 45 22 1.9 Protein 17 10 1.2 Glucose 1.2 Mỡ 10 1.1 Cá 28 80 4.1 Người Cá sấu Kích cỡ bữa ăn vs SDA 10 9/15/2013 NL cho phát triển thể triển thể: • Phát ↑ chiều cao, trọng lượng thể trưởng thành • Phục hồi sau bệnh, tập thể hình • ↑ tổng hợp thành phần tạo hình, dự trữ • hao NL để tăng cân • Tiêu Trẻ em: kcal • Người lớn: kcal • NL cho sinh sản • Khi mang thai, NL sử dụng thêm vào Tạo thai, phát triển thai phần nuôi thai • ↑ Năng lượng để tuần hoàn máu • ↑ kích thước quan + dự trữ tiết sữa • 80.000 kcal/1 kỳ thai • Sau sinh: • 500-600 ml sữa ~ 500 kcal/ngày • Nguyên tắc PP đo tiêu hao NL • PP đo nhiệt lượng kế (trực tiếp): Nguyên tắc: lượng tiêu hao đo nhiệt • = lượng tỏa làm tăng nhiệt độ dòng nước chảy qua phòng nhiệt lượng kế • Công thức: Q = V (t2 – t1) • • • • Độ • V: thể tích nước chảy qua phòng t1 & t2 nhiệt độ dòng nước chảy vào & phòng xác cao, cần thiết bị phức tạp PP chuẩn để kiểm tra PP khác 11 9/15/2013 • Vận Phòng nhiệt lượng kế PP gián tiếp qua thông số hô hấp • Nguyên tắc chung: >95% NL tiêu hao lấy từ phản ứng oxy hóa • => cần tính: (V) số lượng Oxy tiêu hao (J) giá trị sinh nhiệt Oxy •Q=V.J • • PP vòng • PP vòng kín nửa mở PP vòng kín – máy Benedict Roth • • • • • • • • Oxy máy → miệng CO2 H2O bị giữ lại Tính O2 tiêu hao Nhược điểm: Không tính CO2 sinh Không tính thương số hô hấp Không tính giá trị nhiệt O2 Nhiệt kế Van chiều Thước đo • Buồng thu CO2 Ống dẫn Dùng đo lượng tiêu hao Van nước Khí vào CHCS (trong đk sở) Giá trị nhiệt O2 ~5 kcal/1L O2 12 9/15/2013 PP vòng nửa mở • Đối tượng nghiên cứu đeo mặt nạ có van, khí lưu thông chiều Khí phòng vào phổi phổi vào túi khí Phân tích % khí túi => O2 tiêu thụ vs CO2 sinh • Giá trị sinh nhiệt O2 biểu qua thương số hô hấp (%CO2/%O2) • • • Ưu điểm: Có độ xác cao, thiết bị đơn giản • Đo tiêu hao NL lúc lao động • PP gián tiếp qua thông số tiêu hóa • Điều kiện cần: trọng lượng thể không thay đổi thời gian dài: => Năng lượng hấp thụ thức ăn = lương tiêu hao •Q (hấp thu) = Q (thức ăn) - Q (chất thải) lượng tiêu dùng thể người là: • Năng 1gram Protein = 4,1 KCal 1gram Gluxit = 4,1 KCal • 1gram Lipit = 9,3 KCal • • • Ưu: PP không làm thay đổi sinh hoạt đối tượng Điều hòa chuyển hóa NL •Ở mức TB: Nhiệm vụ “quản gia”, điều chỉnh trình dị hóa việc tạo ATP, NADPH … • Hoạt động dựa vào thông tin phản hồi từ [ATP] [Acetyl-CoA] • •Ở • mức độ thể: Các chế thần kinh ↔ Cơ chế thể dịch (tiết hormone) 13 9/15/2013 Các tuyến nội tiết Vùng đồi Tuyến yên • Tuyến giáp • Tuyến cận giáp • Mô mỡ • Tuyến tủy thượng thận • Tuyến vỏ thượng thận • Tuyến tụy • Thận • Buồng trứng/tinh hoàn • • Các tuyến nội tiết mô đích Hormone chức CHNL Tuyến nội tiết Hormone Chức CHNL Vùng đồi GH-RH Gián tiếp ↑ GH Tuyến yên GH ↑ tổng hợp protein, lipid, glucose ↑ CHCS 15 - 20% Tuyến giáp T3, T4 ↑ CHCS, giúp phát triển thể Mô mỡ Leptin Estradiol Gián tiếp ↑ tích trữ lipid Kích thích dậy thì, sinh sản Tủy thượng thận Adrenaline ↑ CHNL, ↑giải phóng mỡ glucose Vỏ thượng thận Cortisol Giải phóng acid béo, protein glucose (khi đói: tạo đường từ a.a., glycerol, 3Cs) Tụy Insulin Glucagon Kiểm soát lượng glucose máu Sinh dục Testosterone Estrogen ↑ CHCS 10 - 15%, ↑ đồng hóa protein ↑ đồng hóa protein 14 9/15/2013 Bilan lượng • Năng lượng ăn vào ↔ lượng tiêu hao • +ve Bilan: NL ăn vào >> NL tiêu hao • Béo người ưa vận động • -ve Bilan: NL ăn vào Người gầy đi, mệt mỏi, giảm suất lao động • 15 ...9/15/2013 Năng lượng chuyển hóa NL • Định • • Định • nghĩa vật lý: Đại lượng đặc trưng cho khả sinh công luật bảo toàn lượng: Năng lượng ↔ Năng lượng ↔ Công ↔ Nhiệt • Chuyển hóa lượng? ? Chuyển hóa lượng. .. hóa thể • • Tiêu hóa: Vận động trơn máy tiêu hóa • Bài tiết dịch tiêu hóa • Chuyển hóa sản phẩm tiêu hóa hấp thụ • • Tác dụng động lực đặc hiệu (Specific Dynamic Action) NL trì thể • Tiêu • hóa, ... ketones TB hồng cầu Glucose Glucose Chuyển hóa NL thể Các chất hấp thụ Máu → TB (cơ quan) Phản ứng chuyển hóa phức tạp Chất dự trữ Hóa Năng lượng cho thể Quá trình dị hóa chất 9/15/2013 CHNL mức độ