Metabolismul.docx

Metabolismul

Totalitatea reactiilor de sinteza si de degradare petrecute in organismele vii prin care se manifesta schimbul de energie si de material cu mediul inconjurator se numeste metabolism. In cadrul metabolismului se succed cu regularitate doua procese care se completeaza si se conditioneaza reciproc, realizand un echilibru dinamic perfect: -anabolism [asimilatie]= totalitatea proceselor prin care organismul transforma nutrimentele in substante proprii si isi reface rezervele energetic. -catabolismul [dezasimilatia]= totalitatea proceselor prin care organismul degradeaza diferitele substante, consumand rezervele energetice. Procesele metabolice sunt dependente de biocatalizatori,enzime, vitamine, hormonii, a caror actiune este influentata de temperatura corpului si de ph-ul mediului intern. Metabolismul prezinta doua aspecte principale cunoscute sub numele de metabolism intermediar si metabolism energetic. Metabolismul intermediar = cuprinde totalitatea reactiilor fizico-chimice si biochimice care au loc la nivelul fiecarei celule in parte, precum si cele care intervin in schimburile dintre celula si mediul extracelular, si invers. Substantele nutritive, respectiv glucidele, lipidele si proteinele dupa ce au fost supuse procesului de digestie in tubul digestiv si absorbite sub forma unitatilor lor structurale de baza [glucoza, acizi grasi, aminoacizi] Metabolismul intermediar al glucidelor Glucidele constituie sursa principala de energie pentru organismul uman, acoperind 50-60% din valoarea energetic a ratiei alimentare. Aportul alimentar de glucide este reprezentat de monozaharide [glucoza, fructoza, galactoza ], dizaharide[zaharoza, lactoza si maltoza] si polizaharide [amidon, glicogen] Digestia glucidelor incepe in cavitatea bucala unde amidonul tratat termic sub actiunea amilazei salivare denumita ptialina, degradeaza amidonul, pe care il descompune in molecule de maltoza. Glucidele sunt absorbite la nivelul intestinului subtire [sub forma de monozaharide] ajung la ficat, unde sunt metabolizate de catre hepatocite. Oxidarea tisulara , care se desfasoara in doua etape succesive: -glicoza anaeroba – are loc in conditii de anaerobioza si se finalizeaza cu obtinerea acidului piruvic [care, in hipoxie, se transforma in acid lactic]. Degradarea anaeroba furnizeaza o cantitate de energie suficienta pentru sinteza a 2 legaturi macroergice de ATP. -glicoza aeroba – are loc in conditii de aerobioza si consta in transformarea glucozei in acetil –CoA, care este degradata pe calea cilului Krebs pana la CO2, H2O si E. Degradarea aeroba din cadrul ciclului Krebs elibereaza energia necesara pentru sinteza a 38 de legaturi macroergice ATP. Oxidarea complete a 1g glucoza elibereaza 4,1 calorii. Gliconogeneza ,[sinteza de glicogen din glucoza] se realizeaza la nivelul ficatului, cu consum de energie, sub actiunea unor enzime specifice. Gluconeogeneza reprezinta sinteza de glucoza din produsi neglucidici [de tipul cetoazicilor, acidului lactic, acidului piruvic, glicerolului] sub actiunea unor enzime specifice. In conditii de inanitie, gluconeogeneza este singura sursa de glucoza a organismului.

1

Glicogenoliza [degradarea glicogenului celular si transmformarea lui in glucoza sub actiunea unor enzime specifice] se realizeaza atat la nivelul hepatocitelor cat si al altor celule. Lipogeneza apare atunci cand aportul de glucoza este excesiv. Drept urmare, glucoza in exces se transforma in lipide (acizi grasi, glicerol, trigliceride, colesterol). Reprezinta principala cauza a obezitatii. Reglarea metabolismului glucidic se face printr-un mecanism complex neuro-endocrinoumoral, in care rolul principal il detine insulina. Concentratia normal a glucozei in sange (glicemia) este de 90-120mg/100ml sange. Nivelul glicemiei este mentinut prin mobilizarea si depozitarea glucozei in testutul hepatic sau muscular prin consumul glucozei in organism, prin absorbtia ei la nivel intestinal si prin eliminarea acesteia in anumite conditii. In esenta, intervin doua mecanisme antagonice: hipergliciemiant si hipoglicemiant. Factorii hiperglicemianti sunt: hormonii tiroidieni, glucocorticoizii, ACTH, glucagonul, adrenalina. Dintre factorii hipogliceminati, rolul esential revine insulinei. Metabolismul intermediar al lipidelor Intreaga cantitate de lipide de sange reprezinta lipemia si are valori cuprinse intre 400-800 mg/ 100ml sange. Dintre lipide, un interes deosebit pentru organismul nostru prezinta: trigliceridele sau grasimile neutre (50-150 mg/ 100ml sange), colesterolul (150250mg/100ml sange), fosfolipidele sau fosfatidele (160-260 mg/100 mg sange) si acizii grasi (100-180 mg/ 100ml sange). Dupa ce sunt absorbite, lipidele pot ajunge in tesutul adipos, in ficat si in celule, avand o tripla destinatie: sursa de energie, elemente plastice in biosinteze, sau depozite de rezerva. Trigliceridele se scindeaza in acizi grasi liberi, monogliceride, digliceride si glicerol. Ulterior se resintetizeaza la nivelul lumenului intestinului subtire. Peste 80% dintre trigliceride trec in limfa si apoi in circulatia generala, restul de 20% ajungand la ficat pe cale portala. Trigliceridele sunt vehiculate de catre plasma sub forma de lipoproteine. Trigliceridele ajunse in circulatia generala sunt depozitate in tesuturi sub doua forme: lipide de rezerva (care se descompun ulterior in acizi grasi si glicerol sub actiunea unor enzime specifice) si lipide protoplasmatice (de structura, sau constitutionale). Glicerolul trece prin urmatoarele stadii: -glicerolfosfat, dioxiacetonfosfat si aldehida fosfoglicerica, ce va urma trei cai metabolice: -transformarea in acid piruvic si apoi in acetil – CoA care intra in ciclul Krebs si este degradata pana la CO2 si H2O, -transformarea in glicerol, din care se vor resintetiza trigliceridele si fosfolipidele, -transformarea in glucozo-1,6- difosfat. Acizii grasi din plasma exista sub forma de trigliceride (25%), esterificati cu colesterolul (20%), fosfolipide (50%) si liberi (5%), care circula legati de albuminele plasmatice. La nivel celular, acizii grasi sufera urmatoarelor transformari: -degradare pana la acetil- CoA, care va fi descompusa in ciclul Krebs pana la CO2 si H2O, cu eliberare de energie (prin degradarea unei molecule-gram de acid gras cu 6 atomi de C se obtin 44 molecule de ATP), -transformarea in corpi cetonici ( produsi intermediar toxici) care, in conditii normale, sunt degradat in ciclul Krebs, iar in conditii patologice se acumuleaza in sange si tesuturi producand acidocetoza,

2

-acizii grasi liberi sunt utilizati in biosinteza trigliceridelor si a fosfolipidelor, precum si la esterificarea colesterolului. Acizii grasi se sintetizeaza la nivelul mitocondriilor din ficat si tesutul adipos, pornind de la acetil-CoA. Fosfolipidele se sintetizeaza cu consum energetic la nivelul celulelor, in special din lipidele alimentare digerate si absorbite. Desi toate organele pot sintetiza fosfolipide, ficatul este singurul care, dupa ce le sintetizeaza, le deverseaza in plasma. Catabolismul fosfolipidelor are loc numai la nivelul tesuturilor si organelor. Fosfolipidele au 2 roluri esentiale: structural (intra in alcatuirea membrane mitocondriale si celulare, careia ii confera permeabilitate selectiva ) si energetic. Colesterolul de origine endogena si exogena poate fi transformat in: -acizi biliari ( prin reactii enzimatice la nivelul mitocondriilor), -hormoni steroizi (prin numeroase etape intermediare la care participa ACTH, acidul ascorbic si enzime ), -vitamina D3 (la nivelul pielii, sub actiunea razelor solare). Colesterolul se sintetizeaza din acizi grasi si poate fi esterificati cu acestia. Reglarea metabolismului lipidic se face prin mecanisme nervoase ( coordonate de la nivelul hipotalamusului ) si endocrine ( prin intermediul adenohipofize, tiroidei, pancreasului endocrin, glandelor sexual, epifizei, suprarenalei). Metabolismul intermediar al proteinelor Proteinele indeplinesc roluri majore in organism: *Structural –fiecare celula si tesut se caracterizeaza printr-un tip structural specific de proteina, *Plastic – de crestere, dezvoltare si reparare a celulelor uzate, *Functional -proteine enzime, -proteine hormoni (cu exceptia celor sintetizati din colesterol), -proteine de transport (hemoglobina pentru gazele respiratorii, albuminele - ca transport sangvin, transportori ai substantelor prin membranele celulare), -aparare antimicrobiana (anticorpii), -coagularea sangelului (factorii plasmatici, protrombina, fibrinogenul si plasmina ), -contractia musculara (actina si miozina), -fotoreceptia (rodopsina si iodopsina), -controlul tensiunii arteriale (renina, angiotensina), -controlul eritropoiezei (eritropoietina, cortizolul), -transmiterea influxului nervos (metiatorii chimici), -controlul schimburilor hidroelectrolitice, -mentinerea echilibrului acido-bazic (sistemele tampon sangvine), -memoria si invatarea ( proteine neuronale). *Energetic – se exercita in carentele alimentare, prin catabolizarea unui gram de proteine eliberandu-se 4,1 Kcal. La nivelul sistemului digestiv,proteinel sunt descompuse pana la aminoacizi care, absorbiti la nivelul vilozitatilor intestinale, ajung prin sistemul port la ficat unde cea mai mare parte (80%) sunt metabolizate iar restul (20%) ajung prin circulatia sistemica la tesuturi si celule.

3

Metabolizarea aminoacizilor se desfasoara in urmatoarele etape: Transminarea – sinteza unor aminoacizi din alti aminoacizi sub actiunea unor enzime specificice numite transferaze. Dezaminarea – pierderea, de catre aminoacid, a gruparii amino si formarea unui cetoacid si a amoniacului ( in cazul dezaminarii oxidative) sau a unui acid gras si a amoniacului ( in cazul dezaminarii reductive). Cetoacizii pot urma una dintre urmatoarele cai: - Degradara pana la acetil-CoA si intrarea in ciclul Krebs, - Transformarea in glucide prin functia gluconeogenetica a ficatului, - Transformare in corpi cetonici (la nivelul ficatului), - Transformare in aminoacizi prin transaminare. - Amoniacu este o substanta toxica si este neutralizat rapid prin urmatoarele cai: - Elimiare sub forma de saruri de amoniu, - Elimiare rpin urina, sub forma de uree (functia urogenetica a ficatului), - Trnsformarea in glutamina ( prin combinare cu acidul glutamic) la nivelul ficatului si a sistemului nervos. Metabolismul bazal Metabolismul bazal corespunde cheltuielii energetice necesare mentinerii unor activitati fiziologice de baza: respiratia, activitatea inimii, functia rinichiului, activitatea cerebrala, echilibrul termic, echilibrul osmotic (al presiunii). 19% din aceasta energie este folosite pentru necesitatile metabolice ale sistemului nervos, 29% este utilizata de ficat, 10% de catre inima, 7% de catre rinichi, 18% de catre muculatura. Rata metabolismului bazal la adultul normal este in medie de 70 kcal/ora (aproximativ 65-70 % din cheltuiala energetica totala). Pentru barbati valoarea calculata a metabolismului bazal este de 1 kcal/ora/kgcorp, iar la femei este de 0,9 kcal/ora/kgcorp. Factorii ce influenteaza metabolismul bazal sunt: varsta, sexul, starea fizica, inaltimea, greutatea, factorii de mediu, tipul morfo-functional, diverse stari fiziologice sau patologice. Formula de calcul a metabolismului bazal Formula Harris-Benedict - este bazata pe varsta (V), greutate (G), inaltime (I) pentru femei (kcal): 655 + (9,56 x G) + (1,85 x I) - (4,68 x V) pentru barbati (kcal): 655 + (13,75 x G) + (5 x I) - (6,78 x V) Formula Mifflin-St.Jeor - pentru adulti cu varsta cuprinsa intre 19-78 ani pentru femei: (10 x G) + (6,25 x I) - (5 x V) - 161 pentru barbati: (10 x G) + (6,25 x I) - (5 x V) + 5 Principalele surse de energie pentru organismul uman sunt reprezentate de carbohidrati (glucide) si lipide. Proteinele sunt mai putin utilizate drept sursa de energie. Necesarul energetic variaza cu varsta, sexul, greutatea, inaltimea, activitatea fizica desfasurata, conditiile de clima si starea de sanatate. Efectul termic al alimentelor Reprezinta cheltuielile energetice din cursul proceselor de digestie, absorbtie, asimilare a alimentelor dupa ingestie, si are o valoare de 10% din cheltuielile energetice totale. Efectul termic al alimentelor se refera la producerea de caldura indusa de alimente, la actiunea dinamica specifica si la efectul specific al alimetelor. Dupa ingestia alimentelor rata metabolismului creste, pentru a reveni apoi la normal dupa cateva ore. Generarea de energie indusa de alimente este mai mare atunci cand alimentele sunt ingerate separate, decat atunci cand sunt consumate sub forma de pranz mixt.

4

Efectul termic al alimentelor este influentat de anumiti factori printre care cei mai importanti sunt compozitia alimentelor, substante ce actioneaza la nivelul sistemului nervos, antrenamentul fizic. Actiunea dinamica specifica este: - pentru glucide 5-10% - pentru lipide 2-4% - pentru proteine 20-30% Efectul termic al alimentelor este mai mare dupa consumul de proteine si glucide (carbohidrati), comparativ cu lipidele. Procesul de depozitare al lipidelor este foarte eficient, in timp ce in cazul glucidelor si proteinelor este necesara energie suplimentara pentru transformarea metabolica in forma corespunzatoare de depozit. Adaosul de condimente (piper, mustar) determina un efect termic prelungit, fata de alimentele necondimentate. Dintre substantele care influenteaza efectul termic al alimentelor, importante sunt: cofeina si nicotina. De exemplu, 100mg de cofeina (echivalentul unei cesti de cafea) administrate din 2 in 2 ore, timp de 12 ore creste efectul termic al alimentelor cu 8-11%. Chetuielile energetice determinate de activitatea fizica Aceste cheltuieli variaza direct proportional cu intensitatea activitatii depuse si reprezinta componenta cea mai variabila a cheltuielilor energetice. Contributia activitatii fizice la energia totala variaza in limite foarte mari: de la 10% la persoanele imobilizate la pat, la peste 50% la persoanele foarte active, cum sunt sportivii. Cheltuiala de energie include atat energia consumata voluntar, cat si involuntar in activitati precum masticatia, deglutitia (inghitirea), mentinerea posturii. Factorii care influenteaza energia cheltuita in cursul activitatii fizice depind de: 1. Tipul activitatii fizice desfasurate Pentru o persoana consumul energetic este: - in timpul somnului 1,2 kcal/min - in repaus - 1,3 kcal/min - in timpul spalatului si imbracatului - 2,4 kcal/min - in timpul activitatilor casnice (ex. calcatul rufelor) - 2,9 kcal/min - efort fizic usor (plimbare) - 3,1 kcal/min - dintre profesii, cea mai "economica" este cea de pictor - 3,5 kcal/min; cele mai multe calorii sunt consummate de taietorii de copaci (10,3 kcal/min) - activitatea sportiva cu cel mai mic consum energetic este biliardul (1,8 kcal/min), iar mai intense sunt tenisul (7,1 kcal/min), inotul, schiatul (14 - 15 kcal/min) alergatul cu viteza de 20 km/ora timp de 5 min, poate determina un consum de aproximativ 20 kcal/min Calculul aportului caloric: - activitate sedentara 25-30 kcal/kgcorp/zi - activitati fizice usoare 30-35 kcal/kgcorp/zi: functionari, avocati, medici, profesori, informaticieni, arhitecti - activitati fizice medii 36-40 kcal/kgcorp/zi: muncitori din industria usoara, studenti, munci agricole mecanizate, comercianti, militari - activitati fizice mari 41-45 kcal/kgcorp/zi: munci agricole nemecanizate, forestieri, mineri, turnatori, dansatori, unele sporturi de performanta - activitati fizice exceptionale > 45 kcal/kgcorp/zi: taietorii de lemne, pietrari, maratonisti, boxeri, canotori

5

2. Sexul - in general, barbatii desfasoara o activitate fizica mai intense, au o suprafata corporala mai mare si o proportie crescuta de masa musculara comparativ cu femeile. 3. Varsta - inaintarea in varsta este asociata cu reducerea nivelului activitatii fizice, scaderea masei musculare si cresterea adipozitatii. Nevoile energetice sunt mai mari in perioadele de crestere; astfel, nou-nascutii necesita 115 kcal/kcorp; sugarii necesita aproximativ 105 kcal/kgcorp, copii intre 1-10 ani necesita aproximativ 80 kcal/kgcorp. De asemenea si adolescentii au necesar caloric crescut (pentru fete 38 kcal/kgcorp si pentru baieti 45 kcal/kg corp). Cheltuielile energetice datorate modificarilor temperaturii mediului Cand temperatura mediului scade, organismul cheltuieste energie mai multa, pentru a mentine constanta temperatura corpului, prin intensificarea proceselor metabolice (cheltuiala energetica pentru generarea de caldura). Cantitati suplimentare de energie sunt cosumate si atunci cand temperature mediului este prea ridicata si organismul trebuie sa se opuna cresterii propriei temperaturi. Metabolismul energetic Reprezinta totalitatea transformarilor energetice din cursul metabolismului intermediar si a schimburilor energetice dintre organism si mediu. Prin metabolism energetic se intelege cheltuiala de energie necesara desfasurarii activitatii diferitelor organe si sisteme care alcatuiesc organismul. Pentru ca fiecare celula sa functioneze si sa-si pastreze structura este nevoie de energie. Aceasta energie provine din mediul exterior ,de unde este adusa sub forma principiilor alimentare. Din intreaga cantitate de energie eliberata de substantele energetice, numai 20-30% este utilizata in procesele vitale, cea mai mare parte fiind transformata in energie calorica. O alta parte de energie este stocata in celule sub forma de ATP, fiind utilizata ulterior sub forma de energie mecanica, chimica, osmotica, electrica si calorica. Cantitatea de energie eliberata de organism prin catabolism este egala cu cea eliberata prin arderea substanteleor energetice in bomba calorimetrica (1g lipide- 9,3 Kcal; 1g proteine -5,3Kcal; 1g glucide -4,1 Kcal). Intensitatea metabolismului energetic se exprima in calorii, iar determinarea cantitatii de caldura produsa de organism se face prin metode calorimetreice directe (se masoara cantaitatea de caldura cu ajutorul calorimetrelor) si indirecte (determinarea consumului de O2 si a eliminarilor de CO2 in unitatea de timp, adica a coeficientului respirator –CR). In cazul lipidelor, Cr este 0.7, in cel al proteinelor – 0.8, iar pentru glucide -1. Prin calorimetrie indirecta ( cu ajutorul spirometrelor ) se poate determina metabolismul bazal, adica cheltuielile energetice minime( in conditii de repaus fizic, chimic, alimentar, la temeperatura constanta, necesare realizarii functiilor vitale ale organismului, pe o anumita perioada de timp. Tulburari ale metabolismului I. Tulburari ale metabolismului glucidic A ) DIABETUL ZAHARAT (DZ) DEFINIŢIE: entitate patologică caracterizată prin disfuncţia generalizată a metabolismelor glucidic, lipidic şi proteic indusă hormonal prin: deficitul absolut/relativ de insulină I. DZ tip 1 insulinodependent II. DZ tip 2 insulinoindependent

6

B) Hipoglicemii postprandiale: = tulburări datorate eliberării excesive de insulină după ingestia de alimente II.Tulburari ale metabolismului proteic Tulburari ale metabolismului proteinelor, cu manifestare la nivelul proteinelor Aceste tulburari se concretizeaza prin afectarea nivelului cantitativ si calitativ al unor proteine specifice organismului, fiind induse prin: -deficite congenitale manifestate prin afectarea cantitativa sau calitativa a biosintezei unor proteine specifice organismului (hemofiliile); -diminuarea fondului de aminoacizi necesari biosintezei proteice (malnutritie); -tulburari ale sintezei proteice, precum carentele in vitamina C (inductoare de deficiente ale biosintezei colagenului) si K (inductoare de deficiente biosintetice ale factorilor plasmatici II, VII, IX si X, ai coagularii sangelui); -diminuarea fondului de aminoacizi necesari biosintezei proteice, urmare a maldigestiei si malabsorbtiei (tulburari digestive si hepatice); -amplificarea biosintezei proteice (hipergamagobulinemia specifica unor stari infectioase); Tulburari ale metabolismului proteinelor, cu manifestare la nivelul proteinelor plasmatice (disproteinemiile) Proteinele plasmatice (albuminele, globulinele si fibrinogenul) au origine hepatica si se caracterizeaza prin urmatoarele roluri: = rol de transportator plasmatic al: - unor hormoni, precum hormonii tiroidieni - unor vitamine, precum complexul B = rol reglator al activitatii sistemului cardiovascular (a2-globulinele, care intra in structura angiotensinogenului); = rol in mentinerea echilibrului acido-bazic (prin gruparile aminio si carboxil); = rol in coagularea sangelui (fibrinogenul); = rol de sursa de aminoacizi pentru tesuturi (albuminele). Tulburarile metabolismului proteinelor plasmatice constituie categoria patologica a disproteinemiilor. Acestea se impart in doua categorii: -disproteinemii totale, care intereseaza toate categoriile de proteine plasmatice; -disproteinemii partiale, care intereseaza anumite proteine plasmatice si raportul dintre acestea. III Tulburari ale metabolismului lipidic Dislipidemiile sunt anomalii ale metabolismului lipoproteinelor, incluzind supraproductia si deficitul de lipoproteine. Se pot menifesta prin una din urmatoarele: hipercolesterolemie, hipertrigliceridemie si hiper-LDL sau scaderea HDL. Dislipidemia este strins asociata cu ateroscleroza, fiind o cauza principala in dezvoltarea bolilor ischemice. Evenimentele ischemice cardiovasculare si cerebrovasculare sunt prima cauza de mortalitate si morbiditate in lume. Mecanism fiziopatologic Lipidele sunt un grup chimic divers de compusi putin solubili in mediu apos celular. Principalele sunt colesterolul, trigliceridele si fosfolipidele. Colesterolul este esential pentru cresterea si dezvoltarea celulelor.

7

Lipidele sunt transportate in plasma ca componente a complexelor lipoproteinelor. Lipoproteinele sunt complexe sferice constituite din sute de molecule de lipide si proteine. Dislipidemia primara Au fost definite citeva tulburari monogenice care duc la diferite tipuri de dislipidemii, dar in majoritatea cazurilor etiologia este poligenica. Aceste anomalii afecteaza nivelul lipoproteinelor din plasma prin supraproductia de lipoproteine si/sau eliminarea lor scazuta. Cauzele primare sunt mutatii genetice unice sau multiple care determina fie supraproductia sau eliminarea deficienta a trigliceridelor sau a LDL colesterolului sau subproductia sau eliminarea excesiva a HDL. Sunt principalele cauze de dislipidemie la copii si nu cuprind un procent mare de cazuri la adulti. Dislipidemia secundara Multe conditii medicale sunt asociate cu dislipidemia usoara sau severa chiar in absenta unei mutatii genetice. Cauzele secundare ale anomaliilor lipoproteinelor: Hipercolesterolemia: - hipotiroidismul, boala hepatica obstructiva, sindrom nefrotic - anorexia nervoasa, porfiria intermitenta acuta - progesteronul, ciclosporina, thiazidele. Hipertrigliceridemia: - obezitatea, diabetul zaharat, sarcina, insuficienta renala cronica - lipodistrofia, boala de stocare a glicogenului, alcoolismul - chirurgia de by-pass, stresul, sepsisul, hepatita acuta - lupus eritematos sistemic HDL scazut: - diabet zaharat tip II, artrita reumatoida, malnutritie - obezitate, fumatul, betablocantele, steroizii anabolici.

8