Bài giảng chuyển hóa năng lượng Energy metabolism matters printout

Chuyển Hóa Năng Lượng Khoa Y - 2013 Nguyễn Ấn Bình Phòng 606b – Khoa Y – ĐHQG HCM Email: dr.nguyenab@gmail.com Nội dung •Chuyển hóa năng lượng NL và các dạng NL •Nguồn nhiên liệu sử

Chuyển Hóa Năng Lượng

Khoa Y - 2013

Nguyễn Ấn Bình Phòng 606b – Khoa Y – ĐHQG HCM Email: dr.nguyenab@gmail.com

Nội dung

•Chuyển hóa năng lượng (NL) và các dạng NL

•Nguồn nhiên liệu sử dụng để tạo NL

•Khi no/đói

•Chuyển hóa NL ở tế bào

•NL tiêu hao bởi cơ thể

•Nguyên tắc của các PP đo tiêu hao NL

•Điều hòa chuyển hóa năng lượng

Mục tiêu

•Trình bày CHNL và các dạng NL

•Vẽ sơ đồ CH các dạng NL trong cơ thể

•Liệt kê các nhiên liêu sự dụng của các cơ quan chính

trong tình trạng đói/no

•Khái quát quá trình CHNL trong TB

•Trình bày nguyên nhân gây tiêu hao NL trong cơ thể

•Tóm tắt các phương pháp đo NL tiêu hao của cơ thể

•Khái quát quá trình điều hòa CHNL

Năng lượng và chuyển hóa NL

•Định nghĩa vật lý:

•Đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công

•Định luật bảo toàn năng lượng:

•Chuyển hóa năng lượng??

Chuyển hóa năng lượng

•Biến đổi năng lượng từ dạng này ↔ dạng khác

•Dòng năng lượng sinh học là dòng năng lượng trong

tế bào, dòng năng lượng từ tế bào này sang tế bào

khác hoặc từ cơ thể này sang cơ thể khác

•Trong các hệ sống năng lượng được dự trữ trong các

liên kết hoá học

“Tiền” của tế bào

Kiếm “tiền” và xài “tiền”

- Sinh tổng hợp các chất

- Co cơ

- Dẫn truyền xung thần kinh

- Vận chuyển các chất…

ADP+ Pi

Chất hữu cơ

của tế bào + O 2

CO 2 + H 2 O ATP Hoạt động Tế Bào

Dạng năng lượng trong cơ thể

•Nhiệt năng

•Phản ứng chuyển hóa trong cơ thể sinh ra nhiệt

•Cố định thân nhiệt

•Đơn vị (calorie)

•Hóa năng

•Tích lũy trong các phân tử

•Hình thành cấu trúc phân tử (e.g ATP)

Dạng năng lượng trong cơ thể (tt)

•Động năng/cơ năng

•Năng lượng sinh ra do sự chuyển động của các phân

tử theo cùng một hướng

•Máu trong hệ tuần hoàn, khí trong hệ hô hấp, vận cơ

•Điện năng

•Hoạt động trên màng tế bào

•Điện thế màng tế bào

Sơ đồ chuyển hóa năng lượng

Hóa năng thức ăn

Hóa năng ATP

Nhiệt năng

Hóa năng của:

- chất tạo hình

- chất dự trữ

Nhiệt năng

Nạp năng lượng

•Thức ăn/thức uống

•6 chất dinh dưỡng quan trọng:

•Glucose, lipids, proteins → Năng lượng

•Vitamin, H2O & NaCl Thành phần Giá trị NL

kJ/g kcal/g

Ethanol alcohol 29 7

Carbohydrates 17 4

Organic acids 13 3

1 calorie = 4.184 joules

Cơ quan chuyển hóa NL

fghgh

Khi no/đói

• Mức bình thường

• “Hơi” đói:

Giải phóng: glucagon, epinephrine, cortisol Phản ứng cơ thể: toát mồ hôi, run rẩy

• Hôn mê – co giật

• Não bị tổn thương vĩnh viễn Tình trang kéo dài → chết

Lượng đường trong máu

↑ đường trong máu ↔ khi no

•Glucose + a.a → được vận chuyển vào máu

•Lipids được vẫn chuyển qua hệ bạch huyết vào máu

•Insulin:

•↑ tích trữ “nhiên liệu” & ↑ tổng hợp proteins

•↑ tổng hợp glycogen trong cơ và gan (↓ gluconeogenesis)

•↑ tổng hợp acid béo

•↑ hấp thụ glucose trong máu → gan

Khi no

↓ đường trong máu ↔ lúc đói

•↓ đường trong máu => ↓ Insulin & ↑ Glucagon

•Glucagon:

•Sử dụng nguồn glycogen dự trữ

•Ức chế tổng hợp glycogen và acid béo

•↑ tổng hợp glucose trong gan

•Giải phóng glucose vào máu

Lúc đói

Lúc đói

“Nhiên liệu” sử dụng của các cơ quan

Cơ quan Khi no Lúc đói

Gan Glucose & a.a Acid béo

Chuyển hóa NL trong cơ thể

Các chất hấp thụ

Chất dự trữ

Năng lượng cho cơ thể

Máu → TB (cơ quan)

Phản ứng chuyển hóa phức tạp

Hóa năng

Quá trình dị hóa các chất

CHNL ở mức độ tế bào

•Bào tương:

•Chất hấp thụ → chất chuyển hóa trung gian

•Hóa năng chất hấp thụ →

• Hóa năng chất chuyển hóa trung gian

• Hóa năng chất giàu năng lượng ATP

•Ở ty thể:

• Ở ty thể:

- Sinh tổng hợp các chất

- Co cơ

- Dẫn truyền xung thần kinh

- Vận chuyển các chất…

ADP+ Pi

Chất hữu cơ

của tế bào + O 2

CO 2 + H 2 O ATP Hoạt động Tế Bào

CHNL ở mức độ TB (tt)

Năng lượng tiêu hao

•Duy trì cơ thể

•Chuyển hóa cơ sở

•Vận cơ

•Điều nhiệt

•Tiêu hóa

•Phát triển cơ thể

•Cho sinh sản

NL duy trì cơ thể

•[NL] cần thiết cho cơ thể tồn tại

•ĐK cần: không thay đổi thể trọng/sinh sản

•Chuyển hóa cơ sở (CHCS):

•Hoạt động của các cơ quan tim, phổi, thận, TB ↔ máu

•Đơn vị tính: kcal/1m2 da/1h

•Bao gồm các yếu tố:

• Tuổi (↑tuổi : ↓CHCS), giới tính

• Nhịp ngày đêm, trạng thái tình cảm

NL duy trì cơ thể

•Vận cơ:

•Đơn vị tính: kcal/1 kg thể trọng/1m

•Mức tiêu hao năng lượng do vận cơ phụ thuộc vào:

• Cường độ vận cơ

• Tư thế vận cơ

• Mức độ thông thạo của động tác

NL duy trì cơ thể

•Điều nhiệt:

•Giữ nhiệt độ cơ thể ở mức cố định có thể

•Giúp các phản ứng sinh hóa trong cơ thể

•Tiêu hóa:

•Vận động các cơ trơn của bộ máy tiêu hóa

•Bài tiết dịch tiêu hóa

•Chuyển hóa các sản phẩm tiêu hóa đã được hấp thụ

•Tác dụng động lực đặc hiệu (Specific Dynamic Action)

NL duy trì cơ thể

•Tiêu hóa, SDA:

•SDA = % (NL làm tăng tốc độ chuyển hóa ngay sau khi

hấp thụ thức ăn)

Các yếu tố ảnh hưởng đến SDA Giả thuyết cách tính SDA

Tổng quan SDA của động vật vs thức ăn

NL cho sự phát triển cơ thể

•Phát triển cơ thể:

•↑ chiều cao, trọng lượng cơ thể khi trưởng thành

•Phục hồi sau khi bệnh, tập thể hình

•↑ tổng hợp các thành phần tạo hình, dự trữ

•Tiêu hao NL để tăng cân

•Trẻ em: 5 kcal

•Người lớn: 4 kcal

NL cho sinh sản

•Khi mang thai, NL được sử dụng thêm vào

•Tạo thai, phát triển thai và phần nuôi thai

•↑ Năng lượng để tuần hoàn máu

•↑ kích thước các cơ quan + dự trữ bài tiết sữa

•80.000 kcal/1 kỳ thai

•Sau khi sinh:

•500-600 ml sữa ~ 500 kcal/ngày

Nguyên tắc của các PP đo tiêu hao NL

•PP đo bằng nhiệt lượng kế ( trực tiếp ):

•Nguyên tắc: năng lượng tiêu hao được đo bằng nhiệt năng

•= năng lượng tỏa ra làm tăng nhiệt độ của dòng nước chảy

qua phòng nhiệt lượng kế

•Công thức: Q = V (t2 – t1)

• V: thể tích nước chảy qua phòng

• t1 & t2 là nhiệt độ của dòng nước chảy vào & ra phòng

•Độ chính xác cao, nhưng cần thiết bị phức tạp

•Vận

Phòng nhiệt lượng kế

PP gián tiếp qua thông số hô hấp

•Nguyên tắc chung:

•>95% NL tiêu hao được lấy từ phản ứng oxy hóa

•=> cần tính: (V) số lượng Oxy tiêu hao

•Q = V J

•PP vòng kín

•PP vòng nửa mở

PP vòng kín – máy Benedict Roth

• CO 2 và H 2 O bị giữ lại

PP vòng nửa mở

•Đối tượng nghiên cứu đeo mặt nạ có van, khí chỉ lưu

thông một chiều

•Khí trong phòng vào phổi và phổi vào túi khí

•Phân tích % khí trong túi => O2 tiêu thụ vs CO2 sinh ra

•Giá trị sinh nhiệt của O2 được biểu hiện qua thương số hô

hấp (%CO2/%O2)

•Ưu điểm:

•Có độ chính xác cao, thiết bị đơn giản

•Đo tiêu hao NL trong lúc lao động

PP gián tiếp qua thông số tiêu hóa

•Điều kiện cần: trọng lượng cơ thể không thay đổi

trong một thời gian dài:

=> Năng lượng hấp thụ thức ăn = năng lương tiêu hao

•Q (hấp thu) = Q (thức ăn) - Q (chất thải)

•Năng lượng tiêu dùng trong cơ thể người là:

•1gram Protein = 4,1 KCal

•1gram Gluxit = 4,1 KCal

•1gram Lipit = 9,3 KCal

•Ưu: PP không làm thay đổi sinh hoạt của đối tượng

Điều hòa chuyển hóa NL

•Ở mức TB:

•Nhiệm vụ “quản gia”, điều chỉnh các quá trình dị hóa

bằng việc tạo ATP, NADPH …

•Hoạt động dựa vào thông tin phản hồi từ [ATP] và

[Acetyl-CoA]

•Ở mức độ cơ thể:

•Các cơ chế thần kinh ↔ Cơ chế thể dịch (tiết hormone)

•Vùng dưới đồi

•Tuyến yên

•Tuyến giáp

•Tuyến cận giáp

•Tuyến tủy thượng thận

•Tuyến vỏ thượng thận

•Tuyến tụy

•Thận

•Buồng trứng/tinh hoàn

Các tuyến nội tiết chính

Các tuyến nội tiết chính và mô đích

Hormone và chức năng CHNL

Tuyến nội tiết Hormone Chức năng CHNL

Bilan năng lượng

•Năng lượng ăn vào ↔ năng lượng tiêu hao

•+ve Bilan: NL ăn vào >> NL tiêu hao

•Béo người hoặc ưa vận động

•-ve Bilan: NL ăn vào << NL tiêu hao

•Thiếu ăn, loạn hấp thụ…

•Sốt, khối u…

=> Người gầy đi, mệt mỏi, giảm năng suất lao động