bài giảng sinh lý người và động vật chương 6 chuyển hóa vật chất và năng lượng điều hòa thân nhiệt

Chuyển hoá vật chất Chuyển hoá glucid Chuyển hoá lipid Chuyển hoá protein Các loại vitamin và vai trò của chúng trong chuyển hoá vật chất Chuyển hoá các muối khoáng và nước... Chuyển

Chương 6

Chương 6

CHUY Ể N HÓA V Ậ T CH Ấ T VÀ NĂNG LƯỢ NG – ðI Ề U HÒA THÂN NHI Ệ T

Ý nghĩa của chuyển hoá

Cơ thể luôn luôn ở trạng thái trao ñổi một cách liên lục với môi trường xung quanh nó

Trong chuyển hoá vật chất có hai quá trình ñối ngược nhau và gắn liền nhau, ñó là các quá

Chuyển hoá vật chất

Chuyển hoá glucid

Chuyển hoá lipid

Chuyển hoá protein

Các loại vitamin và vai trò của chúng trong chuyển hoá vật chất

Chuyển hoá các muối khoáng và nước

Chuyển hoá glucid

 Glucid là hợp chất hữu cơ ñược cấu tạo từ

carbon, hydro và oxy (glucose, disaccharid)

 Glucid chiếm khoảng 2% trọng lượng khô của

cơ thể

 Lượng glucid chiếm khoảng 60% theo khối

lượng và 56% theo năng lượng của thức ăn

ñược cơ thể nhận trong một ngày

 Gluxit (thức ăn) => monosaccarit => máu => gan

 Glucid là nguồn năng lượng chủ yếu cơ thể dùng ñể sinh hoạt và sản xuất công

 Glucid rất dễ bị phân huỷ, sự phân huỷ

glucid giữ cho nhiệt ñộ cơ thể không ñổi

và là nguồn năng lượng chủ yếu của cơ

 Glucid cần cho sự hoạt ñộng bình thường của hệ thần kinh

Tổng hợp và phân giải glucogen trong gan

 Glucose là nguồn chủ yếu ñể gan tổng hợp

hexokinase glucokinase

glucose phosphatase

glycogen synthetase

glycogen

phosphorylase

Chuyển hoá glucose trong tế bào thuộc

Chuyển hoá glucose thành lipid dự trữ

 Khi glucose trong máu tăng cao, mà lượng

glycogen trong gan ñã ñạt mức tối ña và nhu cầu năng lượng cơ thể ñã ñầy ñủ, thì glucose

sẽ ñược chuyển hoá thành lipid dự trữ.

 Glucose => axitpyruvic => axitlactic => aB

Chuyển hoá các ñường ñơn khác

- Các ñường ñơn khác ñược hấp thu qua ruột

là galactose và fructose

Galactose Galactose

1-P

Galactokina se

Galactose phosphat uridin transferase

glucose phosphat

1-Glucose

- Chuyển hóa Fructose

Fructose

Fructose 1-P Frucctokinas

e

Dihydroxyaceto

n phosphat

Glyceraldehy t

Fructose 6-P Glucose 6-P

Glucose

Chuyển hoá lipid

Các loại lipid và vai trò của chúng trong cơ thể

Lipid là một trong ba thành phần chính của cơ thể Lipid chiếm khoảng 10-20% thể trọng

Lượng lipid cần cho cơ thể tính theo trọng lượng bằng 17%, tính theo năng lượng bằng 30% trọng

lượng thức ăn của cơ thể thu nhận trong ngày

Lipid trong cơ thể gồm có: triglycerid (còn gọi là mỡ trung tính), các phospholipid, cholesterol và một số chất khác

Lipid ñóng vai trò rất quan trọng trong cơ thể, lipid ñược cơ thể sử dụng như một nguồn năng lượng với hệ số nhiệt cao hơn nhiều so với glucid

Là môi trường hòa tan một số loại vitamin (A,D, F, K)

Phân giải và tổng hợp lipid trung tính

 Phân giải và tổng hợp lipid trung tính liên quan chặt chẽ với chuyển hoá glucose

 Bước khởi ñầu của phân giải mỡ trung tính là tách ba acid béo khỏi glycerol

 Các acid béo và glycerol ñi theo các con ñường chuyển hoá khác nhau

Sự hình thành các thể ceton

Phân giải các acid béo => acetyl CoA => Các thể ceton (các acid acetoacetic, acid β-hydroxybutyric và aceton) => máu =>

cơ, tim, phổi, thận => phân giải tạo ra

Chức năng của các lipid phức tạp, cholesterol

- Chức năng của các lipid phức tạp (phospholipid

Chuyển hoá protein

Vai trò của protein trong cơ thể

Protein là thành phần quan trọng nhất của mọi tế bào, mô và các cơ quan trong cơ thể ñộng vật và thực vật

Nhiều chất ñóng vai trò rất quan trọng trong hoạt ñộng sống của cơ thể ñược cấu tạo hoàn toàn từ protein: enzim, hoormon, kháng thể…

Khi phân huỷ, protein cũng cung cấp năng lượng cho cơ thể ñể sử dụng vào các hoạt ñộng sống

Các protein có tính ñặc hiệu rất cao

Protein của các mô trong cơ thể không nằm trong trạng thái ổn ñịnh, mà luôn luôn bị thoái biến và ñược tổng hợp lại

phim_tim_hieu_Protein.flv

Acid amin cần thiết và ý nghĩa sinh học của protein

 Protein ñược hình thành từ các acid amin

 Do thành phần các acid amin trong các

protein không giống nhau, nên khả năng sử dụng các protein cho nhu cầu của cơ thể

cũng không giống nhau

 Giá trị sinh học của một protein nào ñó ñối với các cơ thể khác nhau không giống nhau

Chuyển hoá các acid amin

Sự chuyển hoá các acid amin ñược thực hiện bằng cách khử amin, chuyển amin hay khử carboxyl

Cân bằng nitơ và mức protein trong thức ăn

 ðể ñánh giá quá trình chuyển hoá protein trong

cơ thể các nhà sinh lý học thường ñề cập trị số cân bằng nitơ, nghĩa là tương quan giữa lượng nitơ ñược thu nhập trong khẩu phần thức ăn và lượng nitơ do cơ thể bài xuất ra ngoài theo

nước tiểu và mồ hôi

 Lượng nitơ trong các loại protein khác nhau có

từ 14 ñến 19% => trong 6,25g P thì có 1g N

 Nếu lượng nitơ ñược cơ thể hấp thu từ thức ăn bằng lượng nitơ trong nước tiểu, thì trường hợp này ñược gọi là thăng bằng nitơ (# cân bằng N dương, cân bằng N âm)

Các loại vitamin và vai trò của

chúng trong chuyển hoá vật chất

 Vitamin là các hợp chất hữu cơ cần thiết cho sự dinh dưỡng của người và ñộng vật

 Bởi vì sự sống không thể tồn tại nếu thiếu

vitamin => cung cấp thường xuyên từ thức ăn

 Nguồn vitamin quan trọng là thức ăn thực vật

 Khi trong thức ăn thiếu vitamin, trong cơ thể sẽ xuất hiện các rối loạn chức năng và bệnh tật

thường ñược gọi là bệnh thiếu vitamin

 Các vitamin ñược chia ra làm hai loại:

- Các vitamin tan trong nước: B1, B2, B3, B4, B5, B6, B12, B15, H, …

- Các vitamin tan trong mỡ: A, D, F, E, K.

Các vitamin tan trong nước

Vitamin B1

Bền vững trong môi trường acid, nhưng nhanh chóng

bị phân huỷ trong môi trường kiềm

Trong ñiều kiện tự nhiên, vitamin B1 ñược tổng hợp ở thực vật

Có nhiều trong men bia, mầm lúa mì, lúa mạch, trong các loại ñậu, cám gạo, trong thịt lợn, gan, tim, não

Vitamin B1 tham gia tổng hợp các acid nucleic, tham gia chuyển hoá glucid cũng như lipid và protein

Thiếu vitamin B1 trong máu sẽ gây ñau, gây mệt mỏi,

dễ bị kích thích, ăn không ngon, khó thở, bị loét dạ

Vitamin B2

Vitamin B2 (riboflavin, yếu tố tăng trưởng,

lactoflavin) là sắc tố thực vật màu vàng (flavin), tan trong nước và cồn, dễ bị phân huỷ trong

nước sôi, dưới tác dụng của ánh sáng và base, bền vững trong acid và ñối với oxy

Vitamin B2 tham gia tổng hợp rodopcin, tăng cường tạo hemoglobin, cần cho sự tổng hợp protein và lipid

Vitamin B2 có nhiều trong men bánh mì, men bia, trong cà chua, lúa mì, trứng gà, sữa, gan, tim, não

Thiếu vitamin B2 làm chậm lớn, chậm trưởng thành, sút cân, gây tổn thương hệ thần kinh

Người lớn mỗi ngày cần 2,5-3,5mg vitamin B2

Một số các loại vitamin khác: B3, B4, B5, B6, B9,B12, B15,

H, cholin….( tham khảo tài liệu )

Vitamin PP (acid nicotinic, nicotinamid)

 Trong máu người có 0,5- 1mg/100ml máu

 Có nhiều trong các loại men, cám gạo, lúa mì, sữa, rau

tươi và cà chua

 Tham gia chuyển hoá glucid, ñóng vai trò quan trọng

trong việc tạo ra HCl của dịch vị, gây tăng tiết dịch tuỵ, tăng chức năng bảo vệ của gan

 Thiếu vitamin PP gây bệnh pellagra: người mắc bệnh này

bị mất trí nhớ, ñần ñộn, bị tổn thương da, rối loạn tiêu

hoá, do ñó gây ỉa chảy

 Dấu hiệu thiếu vitamin PP thường là hoảng hốt, chóng

mặt, mất ngủ, loét dạ dày, tá tràng.

 Nhu cầu hàng ngày ñối với vitamin PP ở trẻ em là 15mg,

ở người lớn 15-30mg, khi lao ñộng nặng là 20-30mg, ở

phụ nữ có thai là 20-30mg

Vitamin C (acid ascorbic):

- Vitamin C có trong cải bắp, củ cải, ớt, cà chua, hành tươi, ñậu xanh, cam, chanh, táo, dâu

tây,trong tuyến thượng thận, lách, gan, thận,

não, sữa bò, sữa người

- Vitamin C dễ bị phân hủy, nên cần ñược bảo

vệ, tránh tác dụng của các enzym, kim loại

- Vitamin C rất cần thiết cho sự tổng hợp và

chuyển hóa các chât hữu cơ trong cơ thể

- Vitamin C tăng cường các phản ứng miễn dịch, tăng sức chống ñỡ của cơ thể ñối với bệnh tật

- Nhu cầu vitamin C ở người lớn khi lao ñộng

nhẹ là 74-100mg, khi lao ñộng nặng là

200-300mg/ngày

Các vitamin tan trong mỡ

Vitamin A (vitamin tăng trưởng, retinol)

Vitamin A ñược tạo ra trong cơ thể ñộng vật từ tiền vitamin A là carotin

Thiếu vitamin A làm giảm sức chống ñỡ của cơ thể ñối với các bệnh nhiễm trùng, làm giảm chức năng miễn dịch, nên dễ mắc nhiều bệnh và rối loạn nhiều chức năng

Thiếu vitamin A sẽ bị mắc các bệnh về mắt, ñường tiêu hóa, hô hấp, rối loạn chức năng hệ thân kinh

Khi cơ thể nhận ñược nhiều vitamin A, chất này sẽ ñược dự trữ trong các tế bào biểu bì, tế bào tuyến, ñặc biệt là trong gan và thận

Nhu cầu vitamin A ở người lớn cũng như trẻ em là 2mg/ngày Ở phụ nữ có thai cần 2-2,5mg/ngày; ở

1-người lớn khi lao ñộng nặng cần 3-5mg/ngày

Vitamin D (chất chống còi xương, calcipherol,

vitaminol)

 Tiền vitamin D là cồn ergosterol cao phân tử

không no Dưới tác dụng của tia cực tím chất này chuyển thành calcipherol.

 Ergosterol có trong thực vật, chủ yếu trong men bia, Vitamin D có trong dầu cá, gan cá, trứng cá, dầu hạnh nhân, sữa, lòng ñỏ trứng

 Thiếu vitamin D gây giảm lượng phospho trong máu, sau ñó giảm lượng calci => còi xương

 Nhu cầu vitamin D với trẻ em ñang bú là

10-20µg/ngày, người lớn là 25µg/ngày

Mối liên quan giữa các vitamin, hormon và enzym

Vitamin, hormon và enzym có sự giống nhau về nguồn gốc hóa học

Có sự tác dụng qua lại giữa vitamin,

hormon và enzym trong chuyển hoá vật chất

VD: adrenalin có tác dụng giải phóng acid ascorbic từ các mô Acid ascorbic lại cần cho sự hoạt hoá phosphatase – enzym

tham gia chuyển hoá phospho.

Sự liên quan giữa các vitamin và các

enzym nói lên vai trò quan trọng của

chúng trong chuyển hoá vật chất

Chuyển hoá các muối khoáng và nước

Nhờ có sự tham gia của các muối khoáng

và nước mà các quá trình lý – hoá mới có thể diễn ra trong cơ thể

Các ion của các chất khoáng duy trì tính hằng ñịnh áp suất thẩm thấu và thăng

bằng kiềm – toan của phản ứng máu và

các mô

Chúng cần cho hoạt ñộng của hệ thần

kinh, cho sự ñông máu, hấp thu các chất, trao ñổi khí, cho các quá trình chế tiết và bài xuất

Sự chuyển hóa nước:

 Nước trong cơ thể ở dưới ba dạng:

 Nước tự do trong dịch ngoài và trong tế bào

 Nước liên kết nằm trong thành phần các chất

 Người trưởng thành mỗi ngày cần 2,5-3 lít nước

 Trung bình người lớn mỗi ngày thải ra ngoài

theo nước tiểu gần 1,5 lít nước, theo phân 200ml, qua da 500ml và qua phổi 350-400ml

100-nước

 Trao ñổi nước liên quan với trao ñổi chất

khoáng

Chuyển hoá năng lượng

Các quá trình chuyển hoá lipid, glucid, protein ñều dẫn ñến kết quả chung là sản ra năng lượng

ñể ñáp ứng cho các nhu cầu của cơ thể

Năng lượng sản sinh = công năng + nhiệt năng + ñiện năng + năng lượng dự trữ

Khi cơ thể không vận ñộng và nhịn ăn (trong

thời gian không lâu), thì toàn bộ năng lượng sản sinh trong các quá trình dị hoá ñều ñược biến

thành nhiệt năng

Năng lượng ñược giải phóng bởi quá trình dị

hoá các chất trong cơ thể tương ñương với

năng lượng của các chất ñó sản ra khi chúng bị ñốt cháy ngoài cơ thể

Các phương pháp nghiên cứu sự

tiêu hao năng lượng

 ðể ño nhiệt lượng trực tiếp người ta phải sử

dụng phòng nhiệt lượng kế, là một phòng kín, cách nhiệt tốt =>Không khí cần thiết cho quá

trình hô hấp ñược duy trì ở mức cần thiết, còn CO2 và nước thải ra ñược hấp thu trong các

bình chứa vôi soda và acid sulfuric

 Theo dõi nhiệt ñộ trên hai nhiệt kế ñặt ở hai ñầu ống nước, nơi dòng nước chảy vào và chảy ra, sau ñó ñem nhân khối lượng nước chảy ra với hiệu số nhiệt ñộ giữa hai nhiệt kế, ta sẽ có ñược

số nhiệt lượng do ñối tượng nghiên cứu sản ra trong một thời gian nhất ñịnh

Sơ ñồ của nhiệt lượng kế Atwafer – Benedic

Phương pháp ño nhiệt lượng gián tiếp

- Cơ sở: nguồn năng lượng trong cơ thể ñược tạo ra do quá trình oxy hoá các chất, trong ñó oxy bị tiêu thụ, còn khí carbonic thì ñược tạo ra => có thể dựa trên lượng oxy bị tiêu thụ và lượng CO2 ñược tạo ra ñể

xác ñịnh năng lượng tiêu hao

Thương số hô hấp và giá trị nhiệt lượng của oxy

 Thương số hô hấp là tỷ lệ của CO2 ñược thải ra trên thể tích của O2 ñược tiêu thụ trong cùng một thời gian

 Thương số hô hấp không giống nhau khi oxy hoá các chất khác nhau

VD: ví dụ oxy hoá glucose

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

⇒ thương số hô hấp = 1

 Thức ăn của người bình thường thương số hô hấp thường bằng 0,85-0,9

 Dựa trên các phản ứng oxy hoá các chất glucid, lipid và

protein ta có thể tính ñược giá trị năng lượng của oxy, tức là nhiệt lượng ñược toả ra khi oxy hoá hoàn toàn một chất nào

ñó thành CO2 và H2O với sự tiêu hao 1 lít oxy

 Khi oxy hoá 1g glucose giải phóng ñược 3,75kcal

Yêu cầu: Tính năng lượng tạo ra khi oxi hóa 1 phân tử ñường

Tính năng lượng tạo ra khi tiêu hao 1 lít oxi ñể oxi hóa ñường

Giá trị nhiệt Giá trị nhiệt lượng của oxy hoá ñối với glucid là 5,0, ñối với lipid là 4,7 và ñối với protein là 4,85 kcal

lượng của oxy liên quan với chất ñược oxy hoá, do ñó, nó cũng liên quan với thương số hô hấp

Việc xác ñịnh thương số hô hấp là ñiều cần thiết ñầu tiên trong nghiên cứu tiêu hao năng lượng, vì từ nó ta có thể

tiếp tục xác ñịnh ñược giá trị nhiệt lượng của oxy => Nhân với lượng oxi sử dụng => nhiệt lượng cơ thể chi phí

5,047 4,985

4,954 4,862

4,801 4,739

4,48 6

Nhiệt

lượng

Oxi

1 0,95

0, 90 0,85

0,80 0,75

0,70

Thương số

hhap

Chuyển hoá cơ sở

Mức chuyển hoá ñược xác ñịnh trong những ñiều kiện

cơ thể ñược nghỉ ngơi hoàn toàn gọi là chuyển hóa cơ sở

Những ñiều kiện chuẩn cần phải tuân theo khi xác ñịnh chuyển hoá cơ sở:

 Cơ thể ở trạng thái thư giãn (ñối tượng nằm thoải mái), không bị kích thích, không có các phản ứng cảm xúc,

không lo lắng, suy nghĩ bất cứ ñiều gì

 Nhịn ñói (sau khi ăn 12-14 giờ)

 Nhiệt ñộ phòng thí nghiệm thích hợp (khoảng 25 0 C)

Chuyển hoá năng lượng trong lao ñộng

Khi cơ thể hoạt ñộng thì sự tiêu hao năng lượng tăng lên (CHCS 40 kcal/m2/h; ngồi: 50, ñi chậm 100)

Trong lao ñộng, tuỳ theo mức vận ñộng cơ mà sự tiêu hao năng lượng có thể khác nhau (lao ñộng nhẹ: 1440 kcal/8h; nặng 4500-5000)

Theo mức tiêu hao năng lượng có thể chia các loại lao ñộng thành các nhóm khác nhau:

 Nhóm I: những người lao ñộng trí óc như các nhà khoa học, bác sĩ, kỹ sư, nhân viên hành chính v.v ): 3.000-3.200 kcal

 Nhóm II (công nhân trong các nhà máy như thợ tiện, thợ

nguội, thợ dệt, lái xe ): 3.500kcal

 Nhóm III (công nhân lao ñộng nặng trong các nhà máy gang thép, thợ ñốt lò, công nhân lái máy kéo, máy ủi v.v ): 4.000 kcal

 Nhóm IV (công nhân khuân vác, ñào, cuốc ñất ) –

4.500-5.000 kcal

Vấn ñề dinh dưỡng

ðể ñảm bảo nhu cầu năng lượng cho cơ thể,

hàng ngày phải cung cấp cho nó một lượng

thức ăn cần thiết ñủ về lượng cũng như về chất

=> biết ñược nhiệt lượng của các loại thức ăn và thành phần của thức ăn ñó

Theo Rubner, thì nhiệt lượng của các loại thức

ăn chính khi ñược oxy hoá trong cơ thể như

sau:

 1g glucid cho 4,1 calo,

 1g lipid cho 9,3 calo,

 1g protein cho 4,1 calo.

• Nhiệt lượng các chất dinh dưỡng ñược xác ñịnh

bằng bơm nhiệt lượng kế Berthelot

Khi tính khẩu phần thức ăn, ngoài các muối

khoáng, các vitamin, người ta xác ñịnh rằng ở người trung bình chi phí khoảng 3.000 kcal/ngay + Lượng glucid phải có từ 400-500g

+ Lượng lipid phải ñảm bảo ở mức thấp nhất là

60g

+ Lượng protein cần cho người trưởng thành

trung bình mỗi ngày là 80-100g, thì ñối với trẻ

em từ 1-3 tuổi mỗi ngày cần 55g protein, trẻ 4-6 tuổi cần 72g và trẻ 7-9 tuổi cần 89g protein mỗi ngày Trẻ từ 10-15 tuổi mỗi ngày cần ñược cung cấp 100-106g protein.