Biochemie zvláštních situací Pavla Balínová

Biochemie zvláštních situací studuje vzájemné vztahy metabolických procesů v organismu během zátěžových situací sleduje jak hlavní metabolické dráhy pracují ve všech tkáních v daném čase zkoumá nutriční a hormonální stav člověka během zátěžových situací

Metabolické procesy, kterých se změny týkají, jsou: glykogenolýza a glykogeneze (metabolismus glykogenu) glukoneogeneze a glykolýza (metabolismus glukózy) syntéza FA a lipogeneze (metabolismus FA a lipidů) lipolýza a oxidace FA glutaminolýza, oxidace AA (metabolismus AA a proteinů) syntéza proteinů a proteolýza aktivita CKC, ketogeneze syntéza urey

Stav po najedení (postprandiální období) Po jídle: • ↑ aktivity GIT, jater a pankreatu • rychlá resorpce Glc a AA → vena portae → játra → zvýšené koncentrace v krvi za 30 min po jídle • stimulace sekrece inzulínu, inhibice sekrece glukagonu • ↑ poměru inzulín/glukagon stimuluje syntézu glykogenu, glykolýzu, lipogenezi a proteosyntézu, inhibuje glykogenolýzu, glukoneogenezi, lipolýzu a proteolýzu • chylomikrony a VLDL – max. koncentrace okolo 2 mM je dosažena mezi 3. a 5. hodinou po jídle

Situace ve tkáních ve stavu po jídle Adipózní tkáň inzulín stimuluje lipoproteinovou lipázu (LPL) v cévách (FA jsou uvolněny z TAG) a syntézu TAG a inhibuje hormon senzitivní lipázu (HSL) v adipózní tkáni Játra ↑ Glc → syntéza glykogenu a glykolýza ↑ AA → proteosyntéza, AA s rozvětveným řetězcem → svaly syntéza močoviny ↑ stimulace lipogeneze → VLDL • Svaly ↑ syntéza glykogenu, glykolýza → laktát oxidace AA s rozvětveným řetězcem (Val, Ile, Leu) ↑ proteosyntéza

Stav po jídle (postprandiální období) Obrázek byl převzat z: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997

Lačnění typický stav organismu po nočním lačnění, ráno před snídaní glykémie okolo 5 mM, ↓ poměr inzulín/glukagon glukagon stimuluje jaterní glykogenolýzu a glukoneogenezi → Glc je uvolňována z jater mozek ery svaly Hlavní substrát glukoneogeneze je laktát (ery, svaly). FA jsou uvolňovány z adipózní tkáně (adrenalin stimuluje HSL) → FA jsou utilizovány v játrech, srdci, kosterních svalech. Mírná aktivace proteolýzy ve svalech → Ala → glukoneogeneze.

Lačnění (post-absorpční období) Obrázek byl převzat z: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997

Zdroje glukózy Obrázek byl převzat z: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997

„Prosté“ hladovění 3 fáze: časná fáze (2 – 3 dny) hormony glukagon, adrenalin a kortizol ↑ glukoneogeneze (substráty jsou AA z kosterních svalů zejm. Ala) Glc pro mozek a ery Gln je energetickým substrátem pro enterocyty → Ala ↑ lipolýza v adipózní tkáni → FA a glycerol ↑ ketogeneze ↑ proteolýza ve svalech • adaptační fáze (proteiny šetřící, hlavní energet. substráty jsou FA a ketolátky, Pyr, laktát, glycerol → glukoneogeneze) • terminální fáze - po 7 – 8 týdnech úplného hladovění jsou lipidové zásoby vyčerpány → proteokatabolismus, progresivní ztráta svalové hmoty, výrazné potlačení imunitních reakcí )

„Prosté“ hladovění - časná fáze Obrázek byl převzat z: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997

Stresové hladovění různá traumata, hořečnaté stavy, popáleniny, infekce způsobují proteokatabolismus glukagon, adrenalin a specifické cytokiny akcelerují proteokatabolismus → rozvrat dusíkové rovnováhy hyperkatabolismus vede k rozvoji inzulínové rezistence ve tkáních → ↑ bazální metabolismus, ↑ hladina FA v krvi, ↑ glykémie ● vysoká hladina amoniaku, močoviny a dalších dusíkatých metabolitů v krvi → ledviny → nutnost příjmu velkého množství vody, jinak hrozí dehydratace dietní opatření: AA s větveným řetězcem (BCAA), Gln, Arg, PUFA, podání inzulínu

Marasmus = neadekvátní příjem sacharidů, tuků, proteinů v potravě (důsledek prostého hladovění) → nejsou kryty energetické požadavky organismu → rozvrat metabolismu typické u pacientů na oddělení LDN → vzhled „kost a kůže“ léčba hyperkatabolismu: Glc (i.v.), podávání aminokyselin (Gln, Cys, Tyr), léčba základního onemocnění Kwashiorkor = neadekvátní příjem proteinů (a esenciálních AA) s adekvátním příjmem energie a vitamínů (podvýživa) ● symptomy: retardovaný růst, úbytek pigmentace na kůži a vlasech, ascites, mentální apatie

Anaerobní fyzická zátěž vzpírání nebo sprint = zátěž, kterou lze vykonat „na jeden dech“ bílá svalová vlákna („rychlá“ vlákna II. typu) obsahují méně myoglobinu a mitochondrií než červená vlákna, ale jsou bohatá na glykogen, určená pro mohutnou, ale krátkou kontrakci první 1 s svalové práce je zásobena z ATP přítomného v cytoplazmě, další sekundy jsou zásobeny z kreatinfosfátu, mezitím prudce narůstá rychlost anaerobní glykolýzy glykogenolýza → Glc → anaerobní glykolýza → laktát kumulace laktátu ve svalu → bolest a únava

Aerobní fyzická zátěž cyklistika, maratónský běh červená svalová vlákna („pomalá“ vlákna I. typu) mají vysoký obsah myoglobinu (váže O2) a mitochondrií, proto jsou důležitá pro aerobní zátěž, udržují stah po dlouhou dobu sympatikus aktivuje lipolýzu a glykogenolýzu ve svalech a játrech pro zisk ATP slouží hlavně β-oxidace mastných kyselin FA → acetyl-CoA → CKC → dýchací řetězec + oxidativní fosforylace s intenzitou zátěže stoupá energetická závislost na sacharidech

Fyzická zátěž Obrázek byl převzat z: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997

Metabolismus při obezitě Obezita jedna z civilizačních chorob je rizikovým faktorem pro rozvinutí DM, hypertenze, kardiovaskulárních chorob a dalších počet adipocytů zůstává většinou stejný, ale tyto se zvětšují v důsledku plnění TAG energetický příjem je vyšší než výdej, BMI > 30 polygenní typ dědičnosti → vzájemná interakce prostředí s geny vnější faktory: špatné stravovací návyky, nevhodný životní styl, zvýšená konzumace alkoholu, psychogenní vlivy

Metabolismus při obezitě inzulinorezistence je základním patogenetickým faktorem vzniku tzv. metabolického syndromu – symptomy: obezita, hypertenze, ↑ TAG, ↑ LDL a ↓ HDL → DM II. typu, ateroskleróza, ICHS zvýšená hladina Glc a TAG při poklesu tělesné hmotnosti → úprava parametrů do normy

Metabolismus při obezitě Obrázek byl převzat z: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997

Diabetes mellitus (DM) II. typu asi 90 % diabetiků trpí DM II. typu, většinou obézní pacienti středního věku hyperglykémie, hyperinsulinémie, glykosurie, hladina ketolátek je většinou normální inzulinorezistence, sekrece inzulínu zůstává zachována, ale není tomu tak ve všech případech zvýšená hladina TAG a VLDL léčba pomocí perorálních antidiabetik (deriváty sulfonylurey) → vazba na K+ kanál β-buňky pankreatu → zablokování kanálu → stimul pro sekreci inzulínu

DM II. typu Obrázek byl převzat z: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997

Diabetes mellitus I. typu deficit inzulínu v důsledku defektu β-buněk pankreatu Glc z potravy → porucha transportu do inzulínsenzitivních tkání (GLUT 4) – kosterní svaly, tuková tkáň a srdce v tukové tkáni není kontrolována lipolýza → zvýšené množství FA a zvýšená produkce ketolátek v játrech → ketoacidóza ↑ glukoneogeneze v játrech → hyperglykémie → překročení ledvinového prahu pro Glc → glykosurie proteokatabolismus v kosterním svalstvu

DM I. typu Obrázek byl převzat z: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997

Metabolismus při onemocnění jater virové hepatitidy, chronický alkoholismus → cirhóza významné metabolické změny v celém organizmu snížené zásoby jaterního glykogenu → riziko náhlé hypoglykémie snížená syntéza albuminu a koagulačních faktorů nejvýznamnější abnormality nastávají v metabolismu aminokyselin proteokatabolismus kosterní svaloviny → AA do jater → akumulace aromatických AA v krvi ureosyntetický cyklus (syntéza močoviny) v játrech vázne → hyperamonémie

Metabolismus při onemocnění jater Obrázek byl převzat z: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997

Metabolismus při onemocnění ledvin chronická renální insuficience: malnutrice, úbytek tělesné hmotnosti hladiny Gln, Gly, Pro jsou zvýšené akumulace kreatininu, urey a kyseliny močové v plazmě dietní opatření: dieta s vysokým obsahem sacharidů a limitovaným obsahem proteinů (dodávat zejména esenciální AA) v některých případech dialýza

Metabolismus při onemocnění ledvin Obrázek byl převzat z: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997

Vliv nadměrné konzumace alkoholu na metabolismus Metabolismus ethanolu: ethanol + NAD+ → acetaldehyd + NADH + H+ (alkoholdehydrogenáza) acetaldehyd + NAD+ → acetát + NADH + H+ (acetaldehyddehydrogenáza) změna poměru NAD+ / NADH + H+ v buňce ↑ NADH + H+ inhibuje enzymy v glukoneogenezi, CKC a oxidaci FA acetát → acetyl-CoA → syntéza FA → syntéza TAG ● akumulace laktátu v důsledku inhibice glukoneogeneze po „opici“ je hlad → hypoglykémie dlouhodobá zvýšená konzumace alkoholu → steatóza jater → jaterní cirhóza

Vliv nadměrné konzumace alkoholu na metabolismus Obrázek byl převzat z: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997