METABOLISMUS = souhrn všech chemických (a fyzikálních) procesů zahrnutých v: 1. Produkci energie z vnitřních i vnějších zdrojů 2. Syntéze a degradaci strukturálních a funkčních prvků tkání 3. Odstraňování odpadů METABOLISMUS •Proteinů •Sacharidů •Lipidů PORUCHY METABOLISMU 1. Vrozené metabolické poruchy (enzymopatie) 2. Kombinované metabolické poruchy (DM, dna, degenerativní onemocnění kloubů a kostí) 3. Metabolické poruchy ze zevních příčin http://www.derangedphysiology.com/main/required-reading/endocrinology-metabolism-and-nutrition/Chapter%203.1.8/physiological-adaptation-prolonged-starvation Energetické zásoby lidského těla Tuky, cukry, bílkoviny… Tuková tkáň Bílá, béžová a hnědá TT Constituents of adipose tissue (AT). Left: Along with mature, functional adipocytes and precursor cells, many cell types related to vasculature and immune function reside within AT. They perform both physiological and pathophysiological functions by communicating with the adipocytes via secreted factors and scavenging lipid from dying fat cells. The number and diversity of these cell types increases with developing obesity and metabolic dysfunction. Right: The non-adipocyte cells are collectively referred to as the stromal vascular fraction (SVF), and the SVF can be separated from lipid-containing adipocytes by digesting the extracellular matrix (ECM) and centrifuging the cellular mixture. The SVF will form a pellet at the bottom of the tube, while the adipocytes will float and form a visible lipid layer at the top of the aqueous medium. This separation technique is critical to studying the cellular composition of adipose tissue and gaining insight regarding the individual functions of these diverse and distinct cell types under physiological and pathophysiological conditions. A critical balance between lipogenesis and lipolysis within adipocytes must be established to maintain whole body insulin sensitivity and energy homeostasis. Lipogenesis is shown on the left (gray arrows mark the pathway), whereas lipolysis is shown on the right and is marked by black arrows. Nutritional and hormonal cues regulate both processes. Lipid droplet associated proteins, such as perilipin and comparative gene identification-58 (CGI-58) are not shown but play important roles in lipolysis. CD36 (cluster of differentiation 36) is a fatty acid transporter that facilitates entry of free fatty acids (FFAs) into the cell. Insulin stimulates glucose uptake into fat cells by increasing the localization of the insulin responsive glucose transporter, GLUT4, within the plasma membrane. Other abbreviations: VLDL-TG – triglyceride-containing very low density lipoprotein; LPL – lipoprotein lipase; ACC - acetyl-CoA carboxylase 1; FAS – fatty acid synthase; G3P – glycerol 3 phosphate; DGAT - diacylglycerol acyltransferase; β-AR – β-adrenergic receptor; NA – noradrenaline; AC – adenylyl cyclase; PKA – protein kinase A; ATGL - adipocyte triglyceride lipase; HSL - hormone sensitive lipase; MGL monoacylglycerol lipase; TAG – triacylglycerol; DAG – diacylglycerol; MAG – monoacylglycerol. Abbreviations are RBP4 – retinol binding protein 4, BMPs – bone morphogenetic proteins, PAI-1 – plasminogen activator inhibitor 1, miRNA – microRNA, FFA – free fatty acid, FAHFA - fatty acid esters of hydroxyl fatty acids, PAHSA – palmitic-acid-hydroxy-steric-acid, FGF21 – fibroblast growth factor 21 Summary of adipocyte-specific adipokines, and their actions on other tissues. Abbreviations: TLR4 - Toll-like receptor 4; CAP1 - adenylyl cyclase-associated protein 1; AdipoR1 & R2 - Adiponectin receptors 1 and 2; CNS - Central nervous system; FAO – fatty acid oxidation; EE – energy expenditure. Clinical and biological factors thought to distinguish metabolically healthy obesity (MHO) from metabolically unhealthy obesity (MUO). Abbreviations: VAT – Visceral AT, SubQ AT – Subcutaneous AT, EMCL - extramyocellular lipid; IMCL – intramyocellular lipid; HDL – high density lipoprotein. Specifická lokalizace Sympatická inervace jak cév, tak lipocytů Několik kapének tuku v lipocytu Více mitochondrií Produkce tepla Adaptace na chlad Po příjmu potravy zvýšení produkce tepla Hnědá TT Brown adipose tissue (BAT), energy expenditure (EE), and non-shivering thermogenesis. (A) BAT detected by 18F-FDG-PET/CT after acute cold exposure. (B) Basal EE under a warm condition. (C) Cold-induced thermogenesis (CIT) after acute cold exposure. (D) Diet-induced thermogenesis (DIT) after meal intake. *p<0.05, **p<0.01. Adapted from Yoneshiro et al (Obeisty [Silver Spring] 2011;19:13-6) [12] and constructed from Hibi et al (Int J Obes [Lond] 2016;40:1655-61) Neuro-endocrine mechanisms of cold- and diet-induced brown fat thermogenesis.βAR: βadrenergic receptor, CCK: cholecystokinin, SCTR: secretin receptor, N: nerve, NA: noradrenaline, TGR5: G-protein-coupled bile acid-activated receptor, TRP: transient receptor potential channel, UCP1: uncoupling protein 1. Endocrine actions of brown fat-derived factors, BATkines: 12,13-diHOME,12,13-dihydroxyoctadecaenoic acid, FA: fatty acid, FGF21: fibroblast growth factor 21, IL-6: interleukin-6, miR: microRNA, NGF: nerve growth factor, NRG: neuregulin 4, VEGF: vascular endothelial growth factor. Brown adipose tissue inter-tissue and inter-cellular communication. Mechanisms of brown adipose tissue (BAT) bi-directional tissue and cellular communication. Batokines (secreted factors from BAT) target organs such as the white adipose tissue, liver, skeletal muscle, and heart. Additionally, many paracrine batokines target immune cells with the most well-studied effects on macrophages. *The reduction in exercise capacity is due to secretion of myostatin from BAT at thermoneutral conditions. **No study has specifically shown an effect of 12-HEPE on resident-BAT immune cells; the effects of BAT-derived lipokines on local immune cells is still unknown. Růžová tuková tkáň a její funkce Co se děje při hladovění? Další změny v důsledku hladovění: • Ztráty K+ v počáteční fázi, stabilní koncentrace 3 mmol/L • Mg2+ - beze změny nebo jen mírná hypokalémie • Ca2+ - beze změny • Fosfáty – beze změny • Kyselina močová – vzestup (katabolismus proteinů) • Dále: ❑ Pokles srdeční frekvence (35 t/min, od 4. týdne mírný vzestup) ❑ Pokles TK ❑ Změny EKG – oploštění T vlny, snížení amplitudy QRS intervalu ❑ Při extrémním hladovění – prodloužení QT intervalu, inverze T vlny, deprese ST úseku ❑ Proč? o Pokles syntézy proteinů – myofibrily, myofilamenta o Změny složení ECT/ICT o Ztráty stopových prvků (Cu – ischémie) o Sympatikus (katecholaminy) - arytmie Jaké faktory ovlivňují EM? Endokrinní regulace metabolismu CNS a energetický metabolismus Jak měříme metabolismus? • Sacharidy (glukoza) C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H20 RQ = 6/6 = 1,00 • Tuky (tripalmitin) 2 C51H96O6 + 145 O2 = 102 CO2 + 98 H2O RQ = 102/145 = 0,703 (obecně 0,70) • Při hyperventilaci RQ stoupá (vydechován více CO2). • Při intenzivní zátěži RQ až 2,00 (vydechován více CO2 a kyselina mléčná se mění na CO2). • Po skončení zátěže klesá RQ až na 0,50. • Při metabolické acidóze RQ stoupá. • Při metabolické alkalóze RQ klesá. RESPIRAČNÍ KVOCIENT RQ = VCO2 : VO2 Cukry: RQ = 1 Tuky: RQ = 0,7 Proteiny: RQ = 0,8 (za jednotku času, za ustáleného stavu, obvykle vztažený k 1 l kyslíku) R – poměr respirační výměny (není ustálený stav!, v kterémkoliv časovém úseku) Přímá kalorimetrie? Přímá kalorimetrie! Nepřímá kalorimetrie