Bài giảng chuyển hóa năng lượng Energy metabolism matters printout

9/15/2013

Chuyển Hóa Năng Lượng
Nguyễn Ấn Bình
Phòng 606b – Khoa Y – ĐHQG HCM
Email:

Khoa Y - 2013

Nội dung
• Chuyển

hóa năng lượng (NL) và các dạng NL
• Nguồn nhiên liệu sử dụng để tạo NL
•

Khi no/đói

• Chuyển

hóa NL ở tế bào
hao bởi cơ thể
• Nguyên tắc của các PP đo tiêu hao NL
• Điều hòa chuyển hóa năng lượng
• NL tiêu

Mục tiêu
• Trình
•

bày CHNL và các dạng NL

Vẽ sơ đồ CH các dạng NL trong cơ thể

• Liệt

kê các nhiên liêu sự dụng của các cơ quan chính
trong tình trạng đói/no
• Khái quát quá trình CHNL trong TB
• Trình bày nguyên nhân gây tiêu hao NL trong cơ thể
• Tóm tắt các phương pháp đo NL tiêu hao của cơ thể
• Khái quát quá trình điều hòa CHNL

1


9/15/2013

Năng lượng và chuyển hóa NL
• Định
•

• Định
•

nghĩa vật lý:

Đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công.

luật bảo toàn năng lượng:

Năng lượng 1 ↔ Năng lượng 2 ↔ Công ↔ Nhiệt

• Chuyển

hóa năng lượng??

Chuyển hóa năng lượng
• Biến

đổi năng lượng từ dạng này ↔ dạng khác

•

Dòng năng lượng sinh học là dòng năng lượng trong
tế bào, dòng năng lượng từ tế bào này sang tế bào
khác hoặc từ cơ thể này sang cơ thể khác.

•

Trong các hệ sống năng lượng được dự trữ trong các
liên kết hoá học.

“Tiền” của tế bào
Adenosine Tri-phosphate

Adenine
(Purine base)

Ribose
(pentose)

2


9/15/2013

Kiếm “tiền” và xài “tiền”
Hoạt động Tế Bào

- Sinh tổng hợp các chất
- Co cơ
- Dẫn truyền xung thần kinh
- Vận chuyển các chất…
ADP+ Pi

ATP

Chất hữu cơ
của tế bào + O2

CO2 + H2O

Dạng năng lượng trong cơ thể
• Nhiệt

năng

Phản ứng chuyển hóa trong cơ thể sinh ra nhiệt
• Cố định thân nhiệt
• Đơn vị (calorie)

•

• Hóa

năng

Tích lũy trong các phân tử
• Hình thành cấu trúc phân tử (e.g. ATP)
• Dự trữ ở mô mỡ, gan…
•

Dạng năng lượng trong cơ thể (tt)
• Động

năng/cơ năng

Năng lượng sinh ra do sự chuyển động của các phân
tử theo cùng một hướng
• Máu trong hệ tuần hoàn, khí trong hệ hô hấp, vận cơ
•

• Điện

năng

Hoạt động trên màng tế bào
(di chuyển của ions)
• Điện thế màng tế bào
•

3


9/15/2013

Sơ đồ chuyển hóa năng lượng
Hóa năng thức ăn
Nhiệt năng
Hóa năng ATP
Nhiệt năng

Hóa năng của:
- chất tạo hình
- chất dự trữ

Điện năng

Cơ năng

Nạp năng lượng
• Thức
•6

ăn/thức uống
chất dinh dưỡng quan trọng:
• Glucose, lipids, proteins → Năng lượng
• Vitamin, H2O & NaCl
Thành phần

1 calorie = 4.184 joules

Giá trị NL
kJ/g

kcal/g

Fat

37

9

Ethanol alcohol

29

7

Proteins

17

4

Carbohydrates

17

4

Organic acids

13

3

Glucose

10

2.4

Fiber

8

2

Cơ quan chuyển hóa NL

4


9/15/2013

Khi no/đói
Lượng đường trong máu

fghgh

• Mức bình thường
• “Hơi” đói:
Giải phóng: glucagon, epinephrine, cortisol
Phản ứng cơ thể: toát mồ hôi, run rẩy
• Hôn mê – co giật
• Não bị tổn thương vĩnh viễn
Tình trang kéo dài → chết

↑ đường trong máu ↔ khi no
+ a.a. → được vận chuyển vào máu
được vẫn chuyển qua hệ bạch huyết vào máu

• Glucose
• Lipids

═► tăng Insulin trong máu
• Insulin:

↑ tích trữ “nhiên liệu” & ↑ tổng hợp proteins
Glucose → cơ; mô mỡ tổng hợp TAG
• ↑ tổng hợp glycogen trong cơ và gan (↓ gluconeogenesis)
• ↑ tổng hợp acid béo
• ↑ hấp thụ glucose trong máu → gan
•
•

Khi no

5

9/15/2013

↓ đường trong máu ↔ lúc đói
•↓

đường trong máu => ↓ Insulin & ↑ Glucagon
• Glucagon:
Sử dụng nguồn glycogen dự trữ.
Ức chế tổng hợp glycogen và acid béo
• ↑ tổng hợp glucose trong gan
• Giải phóng glucose vào máu
•
•

Lúc đói

Lúc đói

6


9/15/2013

“Nhiên liệu” sử dụng của các cơ quan

Cơ quan

Khi no

Lúc đói

Gan

Glucose & a.a.

Acid béo

Cơ xương

Glucose

Acid béo, ketones

Cơ tim

Acid béo

Acid béo, ketones

Mô mỡ

Glucose

Acid béo

Não bộ

Glucose

Glucose, ketones

TB hồng cầu Glucose

Glucose

Chuyển hóa NL trong cơ thể
Các chất hấp thụ
Máu → TB (cơ quan)
Phản ứng chuyển hóa phức tạp

Chất dự trữ
Hóa năng

Năng lượng cho cơ thể

Quá trình dị hóa các chất

7


9/15/2013

CHNL ở mức độ tế bào
• Bào

tương:

Chất hấp thụ → chất chuyển hóa trung gian
• Hóa năng chất hấp thụ →

•

•
•

•Ở

Hóa năng chất chuyển hóa trung gian
Hóa năng chất giàu năng lượng ATP

ty thể:

• Ở ty thể:
Hoạt động Tế Bào

- Sinh tổng hợp các chất
- Co cơ
- Dẫn truyền xung thần kinh
- Vận chuyển các chất…
ADP+ Pi

Chất hữu cơ
của tế bào + O2

ATP

CO2 + H2O

CHNL ở mức độ TB (tt)
•Ở

màng TB:

Động năng (vận chuyển các chất qua MTB)
Sự co rút của TB → vận động TB, cơ quan & cơ thể
• Điện năng (điện thế nghỉ và hoạt động)
•
•

•Ở

mạng nội bào tương:

NL cho các phản ứng tổng hợp, dự trữ, chức năng &
bài tiết
• Nhiệt năng của các phản ứng
• + hóa năng chất phản ứng → hóa năng chất tổng hợp
•

8


9/15/2013

Năng lượng tiêu hao
• Duy

trì cơ thể

Chuyển hóa cơ sở

• Vận cơ
• Điều nhiệt
• Tiêu hóa
•

triển cơ thể
• Cho sinh sản
• Phát

NL duy trì cơ thể
• [NL]

cần thiết cho cơ thể tồn tại

ĐK cần: không thay đổi thể trọng/sinh sản

•

• Chuyển

hóa cơ sở (CHCS):

Hoạt động của các cơ quan tim, phổi, thận, TB ↔ máu
• Đơn vị tính: kcal/1m2 da/1h
• Bao gồm các yếu tố:
•

•
•
•

Tuổi (↑tuổi : ↓CHCS), giới tính
Nhịp ngày đêm, trạng thái tình cảm
Bệnh lý: sốt, cường giáp…(↑ 1ºC ~ ↑ 14% CHCS)

NL duy trì cơ thể
• Vận

cơ:

Hóa năng → động năng = công (25%) + nhiệt năng (75%)
• Đơn vị tính: kcal/1 kg thể trọng/1m
• Mức tiêu hao năng lượng do vận cơ phụ thuộc vào:
•

•
•
•

Cường độ vận cơ
Tư thế vận cơ
Mức độ thông thạo của động tác

9


9/15/2013

NL duy trì cơ thể
• Điều

nhiệt:

Giữ nhiệt độ cơ thể ở mức cố định có thể
• Giúp các phản ứng sinh hóa trong cơ thể
•

• Tiêu

hóa:

Vận động các cơ trơn của bộ máy tiêu hóa
• Bài tiết dịch tiêu hóa
• Chuyển hóa các sản phẩm tiêu hóa đã được hấp thụ
•

•

Tác dụng động lực đặc hiệu (Specific Dynamic Action)

NL duy trì cơ thể
• Tiêu
•

hóa, SDA:

SDA = % (NL làm tăng tốc độ chuyển hóa ngay sau khi
hấp thụ thức ăn)

Các yếu tố ảnh hưởng đến SDA

Giả thuyết cách tính SDA

Tổng quan SDA của động vật vs thức ăn
Động vật

Thức ăn

CSDA (%)

Time (h)

Tốc độ CH

Chó

Glucose

5

5

1.3

Thịt bò

45

22

1.9

Protein

17

10

1.2

Glucose

4

5

1.2

Mỡ

4

10

1.1

Cá

28

80

4.1

Người

Cá sấu

Kích cỡ bữa ăn vs SDA

10


9/15/2013

NL cho sự phát triển cơ thể
triển cơ thể:

• Phát

↑ chiều cao, trọng lượng cơ thể khi trưởng thành
• Phục hồi sau khi bệnh, tập thể hình
• ↑ tổng hợp các thành phần tạo hình, dự trữ
•

hao NL để tăng cân

• Tiêu

Trẻ em: 5 kcal

• Người lớn: 4 kcal
•

NL cho sinh sản
• Khi

mang thai, NL được sử dụng thêm vào

Tạo thai, phát triển thai và phần nuôi thai
• ↑ Năng lượng để tuần hoàn máu
• ↑ kích thước các cơ quan + dự trữ bài tiết sữa
• 80.000 kcal/1 kỳ thai
• Sau khi sinh:
• 500-600 ml sữa ~ 500 kcal/ngày
•

Nguyên tắc của các PP đo tiêu hao NL
• PP đo

bằng nhiệt lượng kế (trực tiếp):

Nguyên tắc: năng lượng tiêu hao được đo bằng nhiệt năng
• = năng lượng tỏa ra làm tăng nhiệt độ của dòng nước chảy
qua phòng nhiệt lượng kế.
• Công thức: Q = V . (t2 – t1)
•

•
•

• Độ
•

V: thể tích nước chảy qua phòng
t1 & t2 là nhiệt độ của dòng nước chảy vào & ra phòng

chính xác cao, nhưng cần thiết bị phức tạp.

PP chuẩn để kiểm tra các PP khác

11


9/15/2013

• Vận

Phòng nhiệt lượng kế

PP gián tiếp qua thông số hô hấp
• Nguyên

tắc chung:

>95% NL tiêu hao được lấy từ phản ứng oxy hóa
• => cần tính:
(V) số lượng Oxy tiêu hao
(J) giá trị sinh nhiệt của Oxy
•Q=V.J
•

• PP vòng
• PP vòng

kín
nửa mở

PP vòng kín – máy Benedict Roth
•
•
•
•
•

•

•

•

Oxy trong máy → miệng
CO2 và H2O bị giữ lại
Tính được O2 tiêu hao
Nhược điểm:
Không tính được CO2 sinh ra
Không tính được thương số hô
hấp
Không tính được giá trị nhiệt
của O2

Nhiệt kế
Van 3 chiều

Thước đo

•

Buồng
thu
CO2

Ống dẫn

Dùng đo năng lượng tiêu hao
Van nước Khí vào
do CHCS (trong đk cơ sở)
Giá trị nhiệt O2 ~5 kcal/1L O2

12


9/15/2013

PP vòng nửa mở
• Đối

tượng nghiên cứu đeo mặt nạ có van, khí chỉ lưu
thông một chiều
Khí trong phòng vào phổi và phổi vào túi khí
Phân tích % khí trong túi => O2 tiêu thụ vs CO2 sinh ra

• Giá trị sinh nhiệt của O2 được biểu hiện qua thương số hô
hấp (%CO2/%O2)
•
•

• Ưu

điểm:

Có độ chính xác cao, thiết bị đơn giản
• Đo tiêu hao NL trong lúc lao động
•

PP gián tiếp qua thông số tiêu hóa
• Điều

kiện cần: trọng lượng cơ thể không thay đổi
trong một thời gian dài:
=> Năng lượng hấp thụ thức ăn = năng lương tiêu hao

•Q

(hấp thu) = Q (thức ăn) - Q (chất thải)
lượng tiêu dùng trong cơ thể người là:

• Năng

1gram Protein = 4,1 KCal
1gram Gluxit = 4,1 KCal
• 1gram Lipit

= 9,3 KCal
•
•

• Ưu:

PP không làm thay đổi sinh hoạt của đối tượng

Điều hòa chuyển hóa NL
•Ở

mức TB:

Nhiệm vụ “quản gia”, điều chỉnh các quá trình dị hóa
bằng việc tạo ATP, NADPH …
• Hoạt động dựa vào thông tin phản hồi từ [ATP] và
[Acetyl-CoA]
•

•Ở
•

mức độ cơ thể:
Các cơ chế thần kinh ↔ Cơ chế thể dịch (tiết hormone)

13


9/15/2013

Các tuyến nội tiết chính
Vùng dưới đồi
Tuyến yên
• Tuyến giáp
• Tuyến cận giáp
• Mô mỡ
• Tuyến tủy thượng thận
• Tuyến vỏ thượng thận
• Tuyến tụy
• Thận
• Buồng trứng/tinh hoàn
•
•

Các tuyến nội tiết chính và mô đích

Hormone và chức năng CHNL
Tuyến nội tiết Hormone

Chức năng CHNL

Vùng dưới đồi

GH-RH

Gián tiếp ↑ GH

Tuyến yên

GH

↑ tổng hợp protein, lipid, glucose
↑ CHCS 15 - 20%

Tuyến giáp

T3, T4

↑ CHCS, giúp phát triển cơ thể

Mô mỡ

Leptin
Estradiol

Gián tiếp ↑ tích trữ lipid
Kích thích dậy thì, sự sinh sản

Tủy thượng thận

Adrenaline

↑ CHNL, ↑giải phóng mỡ và glucose

Vỏ thượng thận

Cortisol

Giải phóng acid béo, protein và glucose
(khi đói: tạo đường từ a.a., glycerol, 3Cs)

Tụy

Insulin
Glucagon

Kiểm soát lượng glucose trong máu

Sinh dục

Testosterone
Estrogen

↑ CHCS 10 - 15%, ↑ đồng hóa protein
↑ đồng hóa protein

14


9/15/2013

Bilan năng lượng
• Năng

lượng ăn vào ↔ năng lượng tiêu hao
• +ve Bilan: NL ăn vào >> NL tiêu hao
•

Béo người hoặc ưa vận động

• -ve

Bilan: NL ăn vào << NL tiêu hao

Thiếu ăn, loạn hấp thụ…
• Sốt, khối u…
=> Người gầy đi, mệt mỏi, giảm năng suất lao động
•

15