Energiehaushalt. Cem Ekmekcioglu Valentin Leibetseder. Institut für Physiologie, MUW

Transkript

1 Energiehaushalt Cem Ekmekcioglu Valentin Leibetseder Institut für Physiologie, MUW Vorlesung unter:

2 Energiehaushalt Die Energie im Organismus wird benötigt: 1) für mechanische Arbeit 2) für chemische Arbeit 3) für Transportarbeiten im weitesten Sinn (Ausbildung und Aufrechterhaltung von Konzentrationsgradienten, energieabhängige Transportprozesse bei Resorption und Aufnahme von Stoffen in die Zelle, Erregungsbildung und Reizleitung)

3 Einige Definitionen Energie und Wärmemenge = Joule (J) Joule = N x m 1 kcal = 4,19 kj Leistung ist Arbeit pro Zeit und wird in Watt (W) angegeben W = J x s -1

4 Die Zelle als Energieumwandler

5 Energiestoffwechsel 1) Vorbereitende Reaktionen Aminosäuren, Glukose und Fettsäuren werden über verschiedene Stoffwechselwege insbes. zu Acetyl-CoA abgebaut. 2) Gemeinsame Endstrecke Oxidation im Citratzyklus 3) Biologische Oxidation In der Atmungskette (Mitochondrien) wird Coenzym-gebundener Wasserstoff zu H 2 0 oxidiert. Dabei Entstehung von ATP.

6 Biologische Oxidation in den Mitochondrien

7 Energieäquivalente der energieliefernden Nährstoffe Glukose 15,7 kj/gramm Fett 39 kj/gramm Protein 17 kj/gramm Alkohol 30 kj/gramm

8 Einteilung des Energieumsatzes Gesamtumsatz bei Männern ca kj/d

9 Einfluss geistiger Arbeit auf den Muskeltonus EMG wurde am Unterarm abgeleitet

10 Beziehung zwischen Grundumsatz und Körpermasse Hauptgründe für den höheren spezifischen GU kleinerer Tiere: Höherer Anteil stoffwechselintensiver innerer Organe Ungünstiges Verhältnis von Körperoberfläche zu Volumen bei kleineren Tieren Aus: Deetjen/Speckmann, Physiologie

11 Altersabhängigkeit des Grundumsatzes

12 Zunahme des EU bezogen auf den GU bei verschiedenen Patienten: 3.) wie 2., mit Steroidtherapie 4.) Sepsis Kategorie 1.) Mittelschwere chirurgische Eingriffe 2.) Schwerer Verkehrsunfall, multiple Verletzungen 5.) Großflächige Verbrennungen Zunahme des EU 24 % 32 % 61 % 79 % 132 % Nach Long CL et al. J Parenter Enter Nutr 3, 452, 1979

13 Energieumsatz bei körperlicher Tätigkeit

14 24-Stunden-Registrierung des Energieumsatz bei einem Probanden, der sich in einem indirekten Kalorimeter oder in einer Respirationskammer aufhält. Energieverbrauch während Schlaf. dunkelblau körperlicher Aktivität. hellblau Mahlzeiten. grün

15 Möglichkeiten zur Erfassung des Energieumsatzes 1) Indirekte Kalorimetrie (Ruheenergieumsatz) 2) Bestimmung des Energieumsatzes mit doppelt stabil markiertem Wasser (Gesamtenergieumsatz) 3) Harris Benedict Gleichung (orientierend) für Frauen = 655,1 + 9,56 x Gewicht + 1,85 x Größe 4,68 x Alter für Männer = 66,5 + 13,75 x Gewicht + 5,03 x Größe 6,75 x Alter

16 Prinzip der indirekten Kalorimetrie EU = O 2 -Verbrauch x Energie- Äquivalent-O 2 EU. Energieumsatz in kj / Minute O 2 -Verbrauch. Sauerstoffverbrauch in Liter / Minute Energie-Äq.-O 2. Energie-Äquivalent des Sauerstoffes in kj / Liter

17 Messung des O 2 -Verbrauchs im Spirometer

18 Definition des RQ CO 2 -Abgabe in ml pro Minute RQ = O 2 -Aufnahme in ml pro Minute

19 Respiratorischer Quotient und Energieäquivalent des O 2 für verschiedene Nährstoffe

20 Energieäquivalent für verschiedene RQ Respiratorischer Quotient 0,707 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 kj/l O 2 19,62 19,84 20,10 20,36 20,62 20,87 21,13 Prozent Kalorien an KH Fett 0, ,6 84,4 33,4 66,6 50,7 49,3 67,5 32,5 84,0 16, ,0

21 Variabilität des RQ Nährstofftyp Hyperventilation Nährstoffumbau: Kohlenhydratmast Fettaufbau mit freiwerden von O 2 Abnahme der O 2 Aufnahme in der Lunge

22 Prinzip der Energieumsatzbestimmung mit doppelt stabil markiertem Wasser ( 2 H 2 18 O)* Grundlage: Bestimmung der Kinetik der Ausscheidung von H 2 und 18 O nach peroraler Gabe von 2 H 2 18 O Die Ausscheidung von 2 H erfolgt ausschließlich mit Wasser, während 18 O den Körper sowohl mit Wasser als auch mit CO 2 verlässt. Daraus ergibt sich eine Differenz in den Ausscheidungsraten beider Isotope im Harn, aus der die CO 2 - Produktion erfasst werden kann. Daraus wird unter Berücksichtigung des Respiratorischen Quotienten (RQ) der Energieumsatz berechnet. * Abkürzung : DLW

23 Graphische Zusammenfassung der DLW Methode ( 2 H 2 18 O) Schoeller DA, J. Nutr. 129, 1999 Speakman JR, Am J Clin Nutr, 1998

24 Hypothalamus: Regelzentrum der Energiehomöostase

25 Hypothalamus - Steuerung des Energieumsatzes Sympathikus β 3 -Rezeptoren braunes Fettgewebe UCP 1* Wärmebildung *UCP = Uncoupling Protein /Entkoppelungsprotein

26 Thermogenese unter Beteiligung von Entkoppelungsproteinen Heat Argilés et al.: Biochem Biophys Res Commun 293, (2002)