Патофизиология энергетического обмена

Энергетический обмен – совокупность химических процессов организме, направленных на получение свободной (тепловой), и связанной (химической, макроэргической) энергии, необходимой для жизнедеятельности организма.

Главная общая энергетическая характеристика жизнедеятельности организма – основной обмен (ОО) (в зарубежной литературе BMR – basal metabolic rate или RMR – resting metabolic rate – уровень метаболизма в покое).

ОО – это лабораторный показатель, отражающий энергетические затраты человека, который находится в расслабленном и комфортном состоянии по утрам вскоре после пробуждения и спустя 14часов после последнего приема пищи (ВОЗ).

Условия определения ОО:

- в состоянии полного мышечного и психического покоя;

- натощак, т. е. Через 14 часов после последнего приема пищи;

- в горизонтальном положении;

- при температуре комфорта (18 – 21^оС);

- результаты экстраполировать на сутки по данным, полученным за 1 час.

Средняя величина ОО у взрослого здорового мужчины массой 70 кг составляет примерно 1785 ккал тепла за сутки на все тело, для женщины (при тех же условиях) – 1689 ккал.

ОО обеспечивает уровень максимально экономичного функционирования организма при сохранении базовых анаболических процессов и функциональной готовности.

Вклад в ОО вносят:

- сердечная деятельность;

- перистальтика кишечника;

- работа системы внешнего дыхания;

- поддержание всех энергетических процессов в клетках;

- терморегуляция;

- энергорассеяние при анаболических процессах.

Основной вклад в ОО вносит деятельность градиентсоздающих систем клеток (Na+-K+ -АТФ-аза, Ca++-АТФ-аза и др.).

Организм получает энергию в результате катаболизма пищевых веществ, в нормальных условиях – в основном углеводов и липидов. Массированное использование белка в энергетических целях возможно лишь в крайне вынужденных ситуациях (например, при голодании).

Катаболизм – трехэтапный процесс, каждый из этапов приводит к освобождению определенной энергии, которая сразу частично рассеивается в виде тепла. Эта компонента носит название первично рассеянного тепла.

Первый этап катаболизма – гидролитический, проходит в ЖКТ и в лизосомах без участия кислорода, освобождает 1% всей энергии субстратов. Эта энергия полностью переходит в первично рассеянное тепло и не запасается.

Второй этап – бескислородное цитолизматическое расщепление субстратов (гликолиз, липолиз) приводит к получению универсального катаболита – Ацетил-коэнзима А. При этом освобождается до 30% энергии субстратов и около 43% энергии запасается в виде АТФ, остальная часть – первично рассеянное тепло.

Третий этап – аэробный, наиболее эффективный этап катаболизма, осуществляемый в митохондриях. Освобождается до 70% энергии субстратов, которые окисляются до конечных метаболитов – СО₂ и Н₂О. При этом до 60% энергии запасается в виде макроэргических соединений, остальная часть – первично рассеянное тепло.

Запасенная энергия необходима организму для жизнедеятельности, которая обеспечивается выполнением всех видов полезной работы:

- механической – сокращение мышц цитоскелета и т. д.;

- осмотической – создание и поддержание градиента ионов;

- электрической – генерация потенциалов действия.

При этом часть энергии рассеивается в виде тепла – вторично рассеянная теплота.

Кроме работы, энергия требуется для обеспечения анаболических процессов (биосинтез) (“энергия роста”).

Т.о., энергозатраты организма определяются суммой:

- первично рассеянной теплоты(более 50% энергии пищевых субстратов);

- вторично рассеянной теплоты;

- калорических затрат на анаболизм.

У взрослого человека ОО на 1 м² поверхности тела в сутки составляет около 900 ккал (37 ккал/м² в час).

Влияют на основной обмен:

- возраст;

- пол;

- конституция;

- состояние здоровья.

ОО новорожденных – 27 ккал/м² час

Ребенок 6 мес – 37 ккал/м² час

Ребенок 1-3 года – 60-65 ккал/м² час

Возраст 20 лет - 37 ккал/м² час

До старости ОО здорового индивида постоянен, у престарелых здоровых

людей несколько снижается. У женщин во всех возрастных группах ОО на 6-10% нижже, чем, чем у мужчин. Беременность увеличивает ОО, кастрация самцов и самок – понижает. При подавляющем большинстве болезней ОО возрастает. Особенно сильно – при гипертиреозе, гиперкортицизме. ОО снижается при гипотиреозе, гипокортицизме. ОО повышен в 1-й, понижен во 2-й период голодания, повышается в заключительном периоде голодания.

Методы определения ОО:

1. Прямая калориметрия.

2. Непрямая калориметрия.

Прямая калориметрия – непосредственное измерение тепловых затрат организма в калориметре.

Непрямая калориметрия – определение ОО путем перерасчета данных измерения газообмена на теплопродукцию организма (суточное поглощение СО₂ и суточное выделение СО₂).

Тепловой эффект, полученный при использовании 1 л О₂ на окисление избытка пищевого субстрата называется калорический эквивалент О₂ для углеводов, липидов, белков (КЭ).

Дыхательный коэффициент (ДК) – это соотношение веса кислорода, выделенного организмом в составе выдыхаемой углекислоты, к весу поглощенного О₂.

ДК = С [О2]/ [О2], безразмерная величина, выражается в долях единицы.

Для углеводов ДК=1

Для жиров ДК=0,707

Для белков и нуклеопротеидов – 0,809.

Каждому ДК соответствует определенная величина КЭ, что и используют при непрямой газовой калориметрии.

Лихорадка характеризуется подъемом ДК до 1 в фазу подъема температуры. При длительных истощающих инфекциях с продукцией большого количества цитокинов – ИЛ-1 и ФНОα, подавляющих анаболические процессы в соматическом белковом отсеке – скелетных мышцах и других инсулинзависимых тканях. ДК может упасть до 0,?, отражая усиление катаболизма жиров и белков. В фазу падения температуры ДК нормализуется. В разгар лихорадки это сопровождается негативным азотистым балансом.

При развитии алиментарного ожирения и паратрофии детей ДК может парадоксально повышаться и составлять больше 1,0,сигнализируя о массивном переходе углеводов в жиры.

Рекордно низкие значения ДК отмечены при зимней спячке – до 0,46, что свидетельствует о задержке в организме или выделении с калом кислородсодержащих веществ и представляет уникальную особенность анабиотического обмена веществ в присутствии высоких уровней эндогенных опиоидов и соматостатина.

Нарушения энергетического обмена на клеточном уровне рассмотрены в лекции «Патофизиология клетки».

Дата добавления: 2015-06-04