Biochemie zvláštních situací Vladimíra Kvasnicová

1) Metabolismus živin u zdravého jedince nutriční stav a fyzická aktivita organismu hladiny hormonů, tonus sympatiku a parasympatiku, aktivity enzymů a mtb jednotlivých živin OPAKOVÁNÍ cyklus sytost-hlad

Cyklus sytost-hlad (starve-feed cycle) popis vzájemného propojení metabolických drah za různých podmínek spolupráce různých tkání viz také http://www2.eur.nl/fgg/ow/coo/bioch/#english (Metabolic Interrelationships)

Po jídle Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Nalačno Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Hladovění Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Znovu po jídle Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

ZDROJ GLUKÓZY Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Množství glykogenu v játrech během dne Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

PO JÍDLE HLADOVĚNÍ hormony odpověď organismu zdroj glukózy  inzulin  glukagon, adrenalin, kortizol odpověď organismu  glykémie  lipogeneze  proteosyntéza  glykémie  lipolýza  ketogeneze  proteolýza zdroj glukózy z potravy ze zásob (glykogen) z glukoneogeneze osud glukózy glykolýza tvorba zásob

z TAG přijatých potravou PO JÍDLE HLADOVĚNÍ zdroj MK z TAG přijatých potravou ze zásobních TAG osud MK -oxidace syntéza TAG  -oxidace ketogeneze zdroj AMK z potravy ze svalových proteinů osud AMK proteosyntéza oxidace lipogeneze glukoneogeneze

Metabolismus amoniaku: význam glutaminu syntéza nukleotidů ( nukleové kyseliny) detoxikace aminodusíku (transport -NH2) syntéza citrulinu (propojení s močovinovým cyklem):  příjem proteinů potravou (za sytosti) nebo  degradace proteinů tělu vlastních (hladovění)  koncentrace glutaminu

Fyzická zátěž (I) a) anaerobní cvičení (např. sprint) svalová buňka izolovaná od ostatních tkání kreatinfosfát → ATP (CK) anaerobní glykolýza (glykogen) laktát

Fyzická zátěž (II) b) aerobní cvičení (běh na dlouhé vzdálenosti) sacharidová nálož glykolýza (glykogen) po určité době: -oxidace + oxidace ketolátek (postupně se zvyšuje lipolýza a ketogeneze) koncentrace ketolátek v krvi se příliš nezvyšuje → rychlá oxidace ve svalu

Fyzická zátěž Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

2) Metabolismus živin v nemoci u většiny nemocí dochází k výrazným změnám metabolismu všech živin, které jsou indukované malnutricí nebo reakcí neurohumorálního syst. na poškození organismu výsledek: řada funkčních a morfologických změn ovlivnění průběhu a zakončení nemoci důsledky jsou odlišné při krátkodobém působení (trauma, popáleniny, sepse) chronickém působení (opakovaný stres, přejídání)

Úloha stresové reakce v patogenezi nemoci STRESOVÁ REAKCE je nespecifická odpověď organismu na působení negativních vlivů (bolest, nebezpečí): = sled reakcí podobných u různých typů zátěže, které umožní, aby se organismus se zátěží vyrovnal dvě fáze: nervová – nastupuje okamžitě: nepodmíněné reflexy somatického a autonomního charakteru (katecholaminy) humorální: zvýšení produkce hormonů s cílem vytvořit optimální podmínky pro práci kosterního svalstva a obranu organismu

Nejvýznamnější hormony stresové reakce katecholaminy a kortizol stimulace glykogenolýzy, glukoneogeneze a lipolýzy  dostatek energetických substrátů změny v metabolismu proteinů  syntéza protilátek, reparace poškozené tkáně, zástava krvácení glukagon, růstový hormon, ADH endorfiny navození „stresové analgezie“

Rozdíl stresové reakce u lidí proti jiným živočichům změny navozené stresovou reakcí nejsou vždy provázeny adekvátní prací kosterního svalstva (tj. nedojde k boji, ani útěku) nerovnováha mezi syntézou a utilizací řady látek protrahované zvýšení tonu sympatiku hyperglykemie a hyperlipidemie inzulinorezistence

Vliv chronického stresu na organismus (chronická únava, nechutenství, psychické změny) chronický stres je jedním z hlavních rizikových faktorů vzniku hypertenze ischemické choroby srdeční aterosklerózy vředové choroby diabetu poruch imunity a mnoha dalších nemocí

Systémová zánětlivá reakce = aktivace imunitního systému jako součást stresové reakce cytokiny (TNF-, Il-1, Il-6) - produkované makrofágy a lymfocyty: regulují imunitní reakce, ovlivňují tonus autonomního NS, tvorbu hormonů přímé metabolické účinky: aktivují rozpad strukturálních proteinů kosterního svalstva, transport AMK ze svalů do viscerálních tkání, stimulují syntézu RAF v játrech, lipomobilizaci, glukoneogenezi, rozvoj inzulinorezistence  zvýšení metabolického obratu  efektivní obnova a reparace poškozených struktur, syntéza látek potřebných pro obranu organismu v organismu jako celku převažují katabolické reakce

STRES Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Systémová zánětlivá reakce Metabolismus glukózy aktivace glukoneogeneze  hyperglykemie až 500 g glc/den (běžně 100-200 g) kortizol, katecholaminy zvýšená nabídka substrátů: výrazná aktivace alaninového a laktátového cyklu kontraregulační hormony a cytokiny  inzulinorezistence

Systémová zánětlivá reakce Metabolismus lipidů aktivace hormon-senzitivní lipázy, inhibice lipoproteinové lipázy zvýšená plazmatická koncentrace MK  podíl na hyperglykemii a inzulinorezistetnci pokles ketonemie (MK v játrech používány na syntézu TAG  VLDL  steatóza jater, akumulace TAG ve svalech, vzestup TAG v plazmě) = vliv cytokinů

Systémová zánětlivá reakce Metabolismus proteinů a AMK (I) aktivace proteolýzy v kosterním svalu (kortizol, cytokiny)  zvýšení 3-methylhistidinu v plazmě a moči AMK uvolněné do krve: syntéza komplementu, RAF, protilátek reparace poškozených struktur glukoneogeneze energetický substrát závažné stavy: zvýšení utilizace Gln imunitním systémem (syntéza nukleotidů, energet. substrát)

Systémová zánětlivá reakce Metabolismus proteinů a AMK (II) hlavní energetický substrát pro kosterní sval: větvené aminokyseliny (BCAA)  zdroj NH2- sk. pro syntézu Gln a Ala deficit Arg (sepse)  omezená produkce NO aktivace proteolýzy a zvýšená utilizace BCAA je pro organismus velmi rizikovou záležitostí rychlá kachektizace a narušení homeostázy

Gln a Arg Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

nemožnost docílit pozitivní dusíkové bilance (inzulinorezistence) Stresové hladovění malnutrice při závažných onemocněních (septických stavech, polytraumatech, nádorových onemocněních) neschopnost přijímat a zpracovávat potravu stresová reakce katecholaminy, kortizol, glukagon, cytokiny  inzulinorezistence, aktivace lipolýzy, proteolýzy a glukoneogeneze (vystupňovaný proteokatabolismus!) nemožnost docílit pozitivní dusíkové bilance (inzulinorezistence)

Obezita (I) zásobní tuk: z potravy nebo syntéza v játrech metabolismus přetrvává ve „stavu sytosti“ játra syntetizují tuk (glc, laktát, AMK → VLDL) zásobní tuk není využíván při hladovění inzulínová rezistence → vysoká inzulinémie ( TNF- v adipocytech) → aktivace lipogeneze (syntéza MK, TAG, VLDL) → aktivace lipoproteinové lipázy (vstup MK do adipocytů) leptinová rezistence

OBEZITA Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

inzulínová rezistence může vést k DM nezávislém na inzulínu (NIDDM) Obezita (II) Dokud jsou -buňky pankreatu schopny překonat inzulínovou rezistenci, je glykémie a lipoproteinémie relativně normální. inzulínová rezistence může vést k DM nezávislém na inzulínu (NIDDM)

Diabetes mellitus nezávislý na inzulínu (NIDDM, DM 2. typu) častý následek obezity: inzulínová rezistence  hyperinzulinémie (nižší než u nediabetiků) čím více tukové tkáně, tím vyšší je rezistence (význam  hmotnosti) hyperglykémie a hyperlipoproteinémie  vstup glc do svalu a tukové tkáně  syntéza MK, TAG a VLDL v játrech (glc, AMK)  aktivita lipoproteinové LPS (není zvýšena koncentrace chylomikrónů) bez ketoacidózy inhibice hormon-senzitivní LPS inzulínem

DM nezávislý na inzulínu Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Diabetes mellitus závislý na inzulínu (IDDM, DM 1. typu) defektní nebo chybějící -buňky  chybí inzulín  metabolismus jako během hladovění hyperglykémie je sníženo vychytávání glc (hl. sval) přetrvává glukoneogeneze v játrech proteolýza ve svalech ketoacidóza následek zvýšené lipolýzy (MK v plazmě)

Diabetes mellitus závislý na inzulínu (IDDM, DM 1. typu) hyperlipoproteinémie (chylomikra, VLDL) nízká aktivita lipoproteinové LPS nadbytek MK v játrech → VLDL špatná glukostatická funkce jater  glykolýza, syntéza glykogenu, lipogeneze (enzymy aktivované inzulínem)

DM závislý na inzulínu Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

játra - centrální postavení v intermediárním mtb Onemocnění jater (I) játra - centrální postavení v intermediárním mtb jediný orgán syntetizující ureu  amoniak je toxický pro CNS  kóma NH3 z degradace AMK, nukleotidů, bakteriálního štěpení urey ve střevě: periportální hepatocyty syntetizují ureu perivenózní hepatocyty syntetizují Gln

Cyklus Gln v játrech Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Onemocnění jater (II) glukostatická funkce  nebezpečí hypoglykémie ( glukoneog.) metabolismus aromatických AMK  falešné neuromediátory + více 5-HT (akumulace aromat. AMK v krvi  zvýšený transport přes hematoencefalickou bariéru) hlavní zdroj IGF-1  proteolýza ve svalu

Onemocnění jater Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Konzumace alkoholu (I) oxidace v játrech: etanol  acetaldehyd (alkohol-DH, cytopl.) acetaldehyd  acetát (aldehyd-DH, mitoch.)  NADH / NAD+

Konzumace alkoholu (II) následek:  citrátový cyklus  -oxidace ( bez ketogeneze)  glukoneogeneze:  malát/ oxalacetát  glycerolfosfát / DHAP  laktát / pyruvát  acetátu a laktátu v krvi  acidóza acetaldehyd v krvi  vazba na proteiny hypoglykémie (při lačnění) ukládání TAG v játrech (steatóza jater)

Konzumace alkoholu Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Onemocnění ledvin  abnormality v metabolismu dusíku: akumulace dusíkatých sloučenin v krvi (urea, kreatinin, kyselina močová) akumulace AMK normálně metabolizovaných ledvinami (Gln, Gly, citrulin, Pro) zvýšený příjem proteinů v dietě nebo zvýšená proteolýza vede ke zhoršení stavu pacienta

Onemocnění ledvin Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Játra a ledviny: REGULACE ABR alkalóza játra  syntetizují ureu z NH3 a glutaminu, glutamin z NH3 a glutamátu acidóza  aktivita syntézy urey Gln v ledvinách  NH4+, H+  do moče renální glukoneogeneze z AMK (Gln)

Acidóza Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

TLUSTÉ STŘEVO a metabolismus (I) bakteriální flóra metabolizuje nestrávené sacharidy (vlákninu), proteiny a tuk  mastné kyseliny s krátkým řetězcem (butyrát, izobutyrát, propionát, acetát)  energetické substráty pro kolonocyty (tj. další využití energie z potravy)  nadbytek se dostává do portální krve

TLUSTÉ STŘEVO a metabolismus (II) dekonjugace bilirubinu a tvorba urobilinoidů primární žlučové kyseliny  sekundární ž.k. štěpení urey  NH3 tvorba vitamínu K a vitamínů skupiny B absorpce vody a minerálů

Tlusté střevo Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2