3. Metabolismus KPK/FYO Filip Neuls & Michal Botek

Metabolismus přeměna látek a energií v organismu katabolismus (proces vzniku jednodušších látek ze složitějších) anabolismus (proces vzniku složitějších látek z jednodušších) C 6 H 12 O 6 + O 2 → CO 2 + H 2 O + E...odkud přijímáme látky a energii pro životní pochody?

Katabolismus vs. anabolismus neprobíhají striktně odděleně, naopak spolu mohou úzce souviset (např. na katabolické reakce mohou bezprostředně navazovat reakce anabolické) katabolické reakce jsou exergonické (uvolňuje se při nich energie), anabolické endergonické (energii je třeba dodat) katabolismus: např. oxidativní procesy uvolňující E z živin pro udržení základních tělesných funkcí, zpracování potravy, termoregulaci, pohybovou aktivitu (převládá během zatížení) anabolismus: při biosyntézách (stavebních a zásobních látek), tvorba látek využitých při řízení organismu (hormony, enzymy, mediátory...), při růstu a rozmnožování buněk, převládá během zotavení

Energetický metabolismus jednotka: kalorie (cal) - množství energie zvyšující teplotu 1 g vody z 15 na 16 °C 1000 cal = 1 kcal = 4,18 kJ využití energie: bazální metabolismus, trávení a vstřebávání, svalová práce, termoregulace, činnost membrán apod. energetické zdroje: ▫sacharidy ▫tuky ▫proteiny ▫makroergní fosfáty: adenosintrifosfát (ATP), kreatinfosfát (CP)

Energetické dispozice organismu lidský organismus má k dispozici relativně velké množství energie energie se vyskytuje v mnoha formách, jedna forma energie může přecházet ve formu jinou (zákon o zachování energie) dostupnost energie – faktor, který do značné míry určuje výsledek sportovního výkonu záměr tréninkového procesu: rychlé zpřístupnění většího množství chemické energie pro svalstvo a rychlé nahrazení využité energie z dalších zdrojů (adaptační mechanismy) glykogen (zásobní cukr) – cca 500 g (400 g ve svalech, 100 g v játrech), poskytuje energii cca 2500 kcal (muž, 70 kg) glukóza (krevní cukr) – cca 20 g = 100 kcal tuk – cca kcal, tj. asi 80 % všeho paliva v těle proteiny – cca kcal, tj. cca 18 % (nejsou běžně využitelné)

Kalorimetrie možnosti, jak změřit energetický výdej předpoklad, že v klidu a nalačno se veškerá spotřebovaná energie mění v teplo přímá kalorimetrie = přímé měření tvorby tepla (kalorimetr, kalorimetrická komora) nepřímá kalorimetrie = měření spotřeby O 2, která je úměrná množství vydané energie za jednotku času (vyjma situací, kdy vzniká a je splácen kyslíkový dluh) přibližně a obecně 1 litr O 2 uvolní 4,82 kcal

Spalné teplo množství energie, které vznikne spálením (oxidací) 1 gramu živin obsah energie v běžné potravě: ▫sacharidy = 4,1 kcal/g ▫tuky = 9,3 kcal/g ▫proteiny = 5,3 kcal/g rozdíl mezi spalným teplem fyzikálním (v kalorimetru) a fyziologickým (v organismu) ▫kalorimetr „spálí“ (oxiduje) vše včetně proteinů ▫lidský organismus neumí využít energii z dusíku v AK, proto fyziologické spalné teplo sacharidů a proteinů bude podobné

Bazální metabolismus (BMR) energie potřebná pro udržení všech vitálních funkcí závisí na ▫povrchu těla (tělesné výšce a hmotnosti) ▫věku (s věkem klesá) ▫pohlaví (žena nižší: větší % tuku, tj. nižší metabolismus než svaly) zdravý dospělý muž mladšího věku: BMR = 2000 kcal/den (40 kcal/m 2 /h) BMR muži = 66 + (13,7 × hmotnost) + (5,0 × výška) - (6,8 × věk) BMR ženy = (9,6 × hmotnost) + (1,85 × výška) - (4,7 × věk) [kg] [cm] [roky] měření: vleže, klid, neutrální teplota okolí, hod po jídle, 24 hod bez vyčerpávající tělesné práce ve spánku BMR klesá

BMR: vliv věku u ženy se BMR prakticky nemění mezi 20 a 40 roky u mužů BMR stále zvolna klesá (o 2-3 % ročně), ale mezi 30 a 50 roky je pokles nejmenší pokles BMR u ženy mezi 40 a 50 roky je prudší než u mužů (vliv menopauzy) k největšímu poklesu BMR dochází v pubertě

BMR: další faktory pokles BMR při dlouhodobém hladovění (klesá aktivita sympatiku, hladina katecholaminů a hormonů štítné žlázy) pohybová aktivita vede k nárůstu BMR či alespoň brání poklesu (vlivem nárůstu svalové hmoty a dalších faktorů) při redukční dietě nejprve klesá hmotnost rychleji, pak se pokles zpomalí vznik jo-jo efektu (pokles BMR znamená, že k návratu na původní hmotnost stačí příjem menšího množství potravy) úspěšná redukce hmotnosti: dieta + pohybová aktivita

Bazální vs. klidový metabolismus BMR (basal metabolic rate) = základní látková přeměna, spotřeba energie pro udržení základních životních funkcí organismu RMR (resting metabolic rate) = potřeba energie pro chod organismu v klidových podmínkách, je cca o 10 % vyšší než BMR

Respirační kvocient (RQ) poměr mezi objemem vytvořeného CO 2 a objemem spotřebovaného O 2 (RQ = CO 2 /O 2 ) za ustáleného stavu popisuje, která látka je dominantně oxidována RQ celkem = 0,82 RQ sacharidů = 1,00 RQ tuků = 0,70 RQ proteinů = 0,82 C 6 H 12 O O 2 → 6 CO H 2 O RQ = 6/6 = 1,00 RQ proteinů – složitý výpočet, obsahují N při hyperventilaci, intenzivním zatížení vydýcháváno více CO 2, RQ roste nad 1,00 (1,3-2,0) – vliv metabolické acidózy po zatížení klesá až na 0,50 (souvislost se splácením O 2 dluhu)

Energetický ekvivalent (EE) též kalorický ekvivalent, množství energie (Q) uvolněné při spotřebě 1 litru O 2 (Q = C × VO 2 ) u jednotlivých živin se termický koeficient kyslíku (C) liší, proto se liší i EE: ▫sacharidy 5,05 kcal (21,1 kJ) ▫lipidy 4,69 kcal (19,6 kJ) ▫proteiny 4,50 kcal (18,8 kJ) energie se tedy nejsnadněji uvolní ze sacharidů, o něco hůře z lipidů a nejhůře z proteinů jinak řečeno, abychom získali např. z lipidů stejné množství energie jako ze sacharidů, musíme tělu dodat více O 2 při smíšené potravě (60 % sacharidů, 30 % tuků, 10 % proteinů): EE = 4,82 kcal (20,1 kJ)

Metabolický ekvivalent (MET) z angl. Metabolic Equivalent of Task 1 MET = přibližný výdej energie při nečinném sedu tedy přibližně 1 kilokalorie na 1 kg tělesné hmotnosti za hodinu (1 kcal/kg/h) 1 MET odpovídá spotřebě 3,5 ml O 2 na 1 kg tělesné hmotnosti za 1 minutu (3,5 mlO 2 /kg/min), rozdíl ženy (3,4), muži (3,6) intenzita aktivity je pak vyjádřena jako násobek klidové hodnoty (resp. poměr mezi pracovním a klidovým metabolismem např. zatížení na úrovni 3 METs = trojnásobek klidového metabolismu možnost odhadu spotřeby O 2 – práce na úrovni 10 METs znamená spotřebu O 2 35 ml/kg/min

MET jako vyjádření intenzity aktivity sedavé aktivity (sedentary) do 1,6 METs aktivity s nízkou intenzitou (light) 1,6-3 METs aktivity se střední intenzitou (moderate) 3-6 METs aktivity s vysokou intenzitou (vigorous) 6-9 METs aktivity s velmi vysokou intenzitou (very vigorous, high-intensity) nad 9 METs spánek 0,95 METs

MET vs. maximální kapacita limity - MET nezohledňuje pracovní kapacitu ani maximální aerobní kapacitu (VO 2 max) příklad: porovnání jedince s VO 2 max 35 ml/kg/min (netrénovaná žena) a 70 ml/kg/min (žena podstupující vrcholový vytrvalostní trénink) – při aktivitě odpovídající intenzitě 10 METs bude netrénovaná žena pracovat v oblasti maximálních možností svého organismu („vyčerpávající práce“), zatímco druhá „pojede na půl plynu“ pokud sportovec potřebuje pro svůj výkon dosahovat vysokých intenzit (např. 12 METs), pak s nižší pracovní kapacitou (např. 10 METs) daného výkonu nedosáhne

Energetická bilance energetická rovnováha = rovnováha mezi energetickým příjmem a výdejem pozitivní energetická bilance – příjem převažuje nad výdejem negativní energetická bilance – výdej převažuje nad příjmem obojí může mít podobu fyziologickou i patofyziologickou rovnováha mezi energetickým příjmem a výdejem je u organismů naprosto přirozeným jevem výjimka: některá domestikovaná či hibernující zvířata a člověk (obezita představuje nebezpečnou epidemii)

Specifické příklady: příjem > výdej (fyziologické) u dětí (růst a zrání) u těhotných žen u kojících žen příjem > výdej (patologické) u obézních jedinců (při tloustnutí) výdej > příjem (fyziologické) zdravé hubnutí (+pohybová aktivita) výdej > příjem (patologické) neopodstatněné hladovění, anorexia nervosa, bulimia nervosa

Klíčové komponenty denního energetického výdeje klidový energetický výdej pohybová aktivita termický efekt potravy

V kostce: faktory s významným vlivem na energetický výdej (resp. intenzitu metabolismu) pohybová aktivita (tělesná práce), i během zotavení (kompenzace kyslíkového dluhu) specificko-dynamický účinek potravy (asimilace živin v těle) vnější teplota výška, hmotnost, povrch těla (čím větší, tím vyšší metabolismus) pohlaví (muž > žena) věk (mladší > starší) emoce (apatie a deprese snižují metabolismus, pozitivní emoce zvyšují – radostnost, vzrušení...) tělesná teplota (vzestup o 1 °C znamená nárůst metabolismu o 14 %) hladina některých hormonů v krvi, zejména T3, T4 (hormony štítné žlázy) a katecholaminy (adrenalin, noradrenalin) zvyšuje metabolismus

Specificko-dynamický účinek potravy (SDÚ) též termický efekt potravy – samotné přijetí potravy zvyšuje metabolismus o energii potřebnou ke zpracování živin trvá i několik hodin po jídle nejvyšší SDÚ mají proteiny: ze 100 kcal obsažených v proteinu získá organismus pouze 70, zbylých 30 se spotřebuje na jejich asimilaci (trávení a vstřebávání) ▫SDÚ proteinů = 0,70 ▫SDÚ lipidů = 0,96 ▫SDÚ sacharidů = 0,94

Vliv vnější teploty na metabolismus termoneutrální teplota okolí intenzitu metabolismu nezvyšuje nižší teplota vede k aktivaci mechanismů pro udržení tepla (např. svalový třes), intenzita metabolismu stoupá vyšší teplota vede k zahřívání těla a k zapojení termoregulace směrem k žádoucímu odvodu tepla (např. pocením), intenzita metabolismu taktéž stoupá křivka vyjadřující tento vztah má tvar písmene U teplota okolí intenzita metabolismu

Shrnutí, klíčová slova metabolismus katabolismus anabolismus exergonická reakce endergonická reakce kcal/kJ energetické zdroje kalorimetrie přímá/nepřímá spalné teplo bazální metabolismus klidový metabolismus respirační kvocient energetický ekvivalent metabolický ekvivalent (MET) energetická bilance energetický výdej specificko-dynamický účinek potravy metabolismus a vnější teplota

Doporučená literatura Ganong, W. F. (2005). Přehled lékařské fyziologie. Praha: Galén. Kittnar, O. et al. (2011). Lékařská fyziologie. Praha: Grada. Koolman, J., & Röhm, K.-H. (2012). Barevný atlas biochemie. Praha: Grada. Langmeier, M. et al. (2009). Základy lékařské fyziologie. Praha: Grada. Máček, M., Radvanský, J. et al. (2011). Fyziologie a klinické aspekty pohybové aktivity. Praha: Galén. Rokyta, R. et al. (2000). Fyziologie pro bakalářská studia v medicíně, přírodovědných a tělovýchovných oborech. Praha: ISV. Silbernagl, S., & Despopoulos, A. (2004). Atlas fyziologie člověka. Praha: Grada. Trojan, S. et al. (2003). Lékařská fyziologie. Praha: Grada. e-kniha Lehnert, M. et al. (2014). Kondiční trénink. Olomouc: Univerzita Palackého. (kapitoly 1-6: fyziologické aspekty kondičního tréninku)