1
Departamento de Bioquímica da Faculdade de Medicina do Porto
Regulação do
metabolismo
oxidativo e
equilíbrio energético
ruifonte@med.up.pt 2Semelhanças
Usam a oxidação de compostos orgânicos como fonte de energia.
A velocidade de oxidação dos compostos orgânicos aumenta com o
exercício.
Diferenças óbvias
Os seres vivos não têm chave de ignição: continuam “a gastar
gasolina” (a oxidar nutrientes) mesmo quando estão parados.
Os automóveis não procuram ativamente os postos de combustível
nem engordam quando se põe gasolina a mais no depósito.
Os mamíferos tem pelo menos 2 (ou 3) depósitos de combustível:
glicídeos e triacilgliceróis (e proteínas).
1
2
3
4
3
À despesa energética de um indivíduo (1) em repouso físico e
mental, (2) em jejum há 10-18 h (3) e num ambiente com
temperatura agradável chama-se
taxa de metabolismo basal
(BMR = basal metabolic rate)
.
Como medi-la?
70 kg
O
2consumido
≈
15 moles
/ dia
(330 L)Calor
libertado
≈
1600 kcal/dia
O calor que
aumenta de
1ºC,
1600 kg de
água;
⇔6,69 MJoules/dia ⇔1,86 kWh/diaPorque é que, ao contrário do automóvel, o ser vivo continua a
libertar calor e a consumir O
2quando está parado?
4
Mesmo em repouso, os órgãos continuam ativos ocorrendo
processos cíclicos cujo somatório é a hidrólise de ATP.
Alguns exemplos:
1) Transporte iónico passivo via canais iónico e transporte ativo via ATPases de membrana…
2) Contração e relaxamento muscular no diafragma e coração via ação da ATPase de miosina…
3) Síntese e hidrólise de ácidos nucleicos (RNA e
5 6) Ciclos de
substrato no sentido estrito
7) Ciclos de substrato em sentido mais amplo como o que envolve os processos de hidrólise de triacilgliceróis e re-esterificação
5) Ciclos de Cori e da alanina
6
Em condições de BMR, o grosso dos ATPs é consumido no
transporte iónico (
≈
30 %) e síntese proteica (
≈
30 %). Uma
percentagem menor (
≈
5 %) é consumida pela ATPase da
miosina.
ADP
+ Pi transporte ativo síntese proteica trabalho mecânico Na+ Ca2+ outrosEstima-se que
nas condições
BMR um
indivíduo adulto
de 70 kg
hidrólise cerca
de 40
mmoles/min (60
moles/dia).
40 mmol ATP / minNa ausência de mecanismos que fosforilem o ADP
formado, todo o ATP do indivíduo (
≈
120 mmoles) se
esgotaria em 3 min.
⇒
30% 30%
5%
7
Cada ATP hidrolisado é imediatamente reposto: a concentração
de ATP é “estacionária” porque
vel. de síntese = vel. de hidrólise.
nutrientes
O
2ADP
+ PiCO
2+ H
2O
40 mmol ATP / min ≈8 mmol O2 consumido na cadeia respiratória /min (180 mL/min). Na+ Ca2+A “reposição” do ATP (fosforilação do ADP) depende, em última análise, da oxidação dos nutrientes pelo O2.
Admitindo que se formam cerca de 2,5 ATPs / átomo de oxigénio consumido
(razão P:O = 2,5
⇔
razão P:O
2= 5)
a velocidade de 40 mmol de ATP / min ⇔8 mmol de
O
2consumido / min8 nutrientes
O
2ADP
+ Pi CO2+ H2O Na+ Ca2+ 40 mmol ATP / min ≈8 mmol O2 consumido na cadeia respiratória / minA oxidação dos nutrientes é um processo exotérmico;
para além de CO
2e H
2O gera um “terceiro produto”:
calor
.
A BMR pode ser estimada medindo o O2consumido ou o calor libertado porque
existe proporcionalidade (quase perfeita) entre o O2consumido e o calor libertado.
0,85
kcal/min
Nas reações de oxidação dos nutrientes libertam-se cerca de 106
kcal / mole de O
2consumido (= 19,8 kJ/L).
9
O calor libertado num sistema onde ocorrem reações =
diferença entre as entalpias dos produtos e reagentes.
Entalpia
de A
A + B
→
C + D
Entalpia
de B
Entalpia de C Entalpia de D→
∆H = calor libertado
Nos casos dos glicídeos e lipídeos,
o calor libertado na sua oxidação é igual
nos seres vivos e
no
calorímetro…
…mas no caso das proteínas (e aminoácidos) os produtos da oxidação nos seres vivos não coincidem com os produtos formados num calorímetro… 6 O2 23 O2 glicose palmitato 6 CO2+ 6 H2O + 669 kcal 16 CO2+ 16 H2O + 2413 kcal + 793 kcal + 76 kcal + 869 kcal 10 nutrientes
O
2 CO2+ H2OPoderá parecer estranho que,
sendo o metabolismo tão complexo,
quando se fala no calor libertado
pelo ser vivo apenas se refiram as
reações de oxidação dos
nutrientes mas...
... num ser vivo adulto as
concentrações (e a quantidade
total) dos intermediários, coenzimas, ATP, ADP, Pi, etc. são estacionárias (quase não variam) e, consequentemente,
não há consumo nem formação efetiva destes
intermediários.
O calor libertado =
∆
H das reações onde ocorreu
consumo efetivo de reagentes e formação efetiva de produtos.
11
Exemplificando para o caso da oxidação da glicose.
glicose + 6 O2+ 32 ADP + 32 Pi →→→→ 6 CO2+ 6 H2O + 32 ATP + 32 H2O + 509 kcal
O processo de oxidação da glicose está acoplado à síntese de ATP e
poderia pensar-se que a equação a escrever quando se pensa num
organismo vivo inteiro deveria ser:
Mas só sintetizamos uma molécula de ATP quando uma se hidrolisa...
32 ATP + 32 H2O →→→→32 ADP + 32 Pi + 160 kcalglicose + 6 O2 →→→→6 CO2+ 6 H2O + 669 kcal
... e o somatório das duas últimas equações é:
glicose + 6 O2 →→→→6 CO2+ 6 H2O + 669 kcal 12 O2e calor estritamente acoplados com síntese/hidrólise de ATP: 8 mmol de O2/ min x 1440
min = 11,5 moles de O2/ dia
0,85 kcal / min x 1440 min = 1224 kcal / dia
O2 e calor ⇔
(1) desacoplagem fisiológica
entre oxidação e fosforilação
+ (2) oxigénases e oxídases
BMR
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1kcal/dia
15 mol de
O
2/ dia
Uma parte (25-30%) do calor libertado e do oxigénio consumido em condições de medida da BMR não estão diretamente relacionados com
síntese de ATP.
(1) Nas mitocôndrias das células, não existe acoplagem perfeita entre
oxidação de nutrientes e síntese de ATP (ou seja, a razão P:O2
<
5, sempre). (2) Existem enzimas em cuja ação se consome O2e se liberta calor (várias oxigénases e oxídases) e que não são a oxídase do citocromo c (complexo IV).(1) Pensa-se que 20% a 25% da BMR se deve a desacoplagem fisiológica entre fosforilação e oxidação nas mitocôndrias=
uma parte do O2reduzido a H2O pelo complexo IV na mitocôndria não está diretamente relacionado com síntese de ATP.
nutrientes
O
2ADP
+ Pi CO2+ H2O Na+ Ca2+ 40 mmol ATP / min>
8 mmol O
2 consumido na cadeia respiratória / min>
0,85
kcal/min
14I
Q
III
cyt c
IV
1 NADH NAD+4 H
+O
H
2O
V
Simp. Pi10 H
+2,5 ADP
+ 2,5 Pi
2,5 ATP
Proteína
desacopladora (?
)
n H
+Leak (pingar)
+ n/10 NADH + n/10 NAD+ n/10 OQuando n protões entram na mitocôndria através de um transportador que não é a síntase de ATP (leak), a manutenção do gradiente electroquímico da membrana exige que n protões sejam bombeados para fora da mitocôndria. O bombeamento destes n protões não se traduzem em síntese de ATP mas este bombeamento está dependente da oxidação dos nutrientes (e da redução do O2); por cada n protões bombeados n/10 NADH são oxidados.
Atualmente admite-se que uma das proteínas responsáveis pelo leak de H+é o
trocador ADP/ATP da membrana mitocondrial interna [Brand et al. (2005) Biochem J 392:353].
Outra parte do leak de H+poderá corresponder a atividades basais de várias UCPs
(“uncoupling proteins”).
(2 H
++
4 H
+)
H2O CO2 H2OO
2 Fenilalanina Tetrahidro-biopterina Dihidro-biopterina Tirosina α-cetoglutarato glutamato p-hidroxifenil-piruvato Homogentisato maleilacetoacetato fumarilacetoacetato fumarato acetoacetato H2OO
2O
2 Etanol H2OO
2 NADPH NADP+ acetaldeído Acetil-CoA NADPH NADP+ Glicose-6-P 6-fosfo-gliconolactona Ribulose-5-P NADPH NADP+ NADPH +CO
2 NADP+(2) Uma parte (embora menor) do O2gasto em condições de BMR não é sequer consumido na ação catalítica do complexo IV.
As oxigénases(envolvidas, por exemplo, na oxidação de aminoácidos) e
as oxídases de função mista(como a hidroxílase da fenilalanina e as enzimas da família dos citocromos P450) também consomem O2e, indiretamente
(via consumo de NADPH), estimulam a via das pentoses-fosfato e a produção de CO2.
Todos estes processos embora não diretamente relacionados com a síntese de ATP são exotérmicos.
16
…mas a relação é
mais linear
quando se
relaciona a BMR
com a massa
magra.
*
CGL1= lipodistrofia congénita generalizada (deficit marcado de tecido adiposo por alteração na esterificação)A taxa de
metabolismo basal
(BMR) é, em geral,
tanto maior quanto
mais pesado é o
indivíduo
Toleban e col. Metab. (2008) 57:1155
*
Massa magra =
massa corporal
-tecido adiposo
Quando um indivíduo
engorda
aumenta a sua massa de triacilgliceróismas também
↑
a quantidade de tecido metabolicamente ativo
(citoplasma dos adipócitos, vasos sanguíneos do tecido adiposo,
músculo, etc.
= “massa isenta de gordura”) ⇒↑
BMR
[Prentice et al. 1986, Br Med J 192: 983-87]
Reciprocamente, quando se
emagrece
perde-se gordura,
mas também
↓
a “massa isenta de gordura”
⇒
↓
BMR.
A secreção normal de hormonas tiroideias e o tono simpático basal contribuem para a BMR porque:
Contudo, quando se emagrece, a diminuição na BMR
é maior que a que seria de esperar
tendo em conta a diminuição de massa magra.
SNSimpático
↑↑↑↑
o leak de H
+uncoupling nas mitocôndrias do tecido adiposo castanho (via estimulação de UCP1) e músculo (talvez via UCP3)
↑↑↑↑
vel. dos ciclos
de substrato
⇒
gasto de ATP
Exemplo:
↑
turnover proteico
⇒
⇒
↓a secreção de hormonas tiroideias ↓no tecido adiposo castanho (e músculo)o tono simpático
↓
turnover proteico
↓
leak de H
+↓
despesa energética
Quando se emagrece:
⇒
⇒
⇒
Em muitas doenças há
↑
BMR
e podem estar envolvidosmecanismos relacionados com gasto ↑de ATP
ou não relacionados directamente com este gasto
% de aumento relativamente a não doente
Hipertiroidismo (aumento das hormonas tiroideias) + 60 a 100 %
Traumatismo com fracturas múltiplas + 10 a 25 %
Grandes queimados + 25 a 60 %
Doenças febris (aumento para 39ºC) + 10 a 25 %
No caso do hipertiroidismo a causa do aumento da BMR é
↑turnover proteico (e talvez outros “ciclos de substrato”) e ↑leak de H+
Noutras doenças em que há ↑da BMR (nomeadamente nos traumatismos, nos queimados e doenças infeciosas agudas) há ↑do tono simpáticoe as causas (ainda mal estudadas) do aumento da BMR poderão ser semelhantes.
Em todos os casos
↑
da BMR =
↑
consumo de O
2e
↑
produção de CO
2⇒
↑
trabalho do diafragma e coração
⇒
↑
gasto
de ATP
↑
↑
↑
↑
20Que acontece à despesa energética quando um indivíduo
aumenta a sua atividade física?
O
2consumido
>> 15 moles / dia
(>> 330 L)Calor
libertado
>> 1600
kcal/dia
A maioria dos indivíduos têm uma taxa metabólica máxima (máximo esforço físico durante um período curto de tempo) que é ≈10 × BMR.
A despesa energética tem assim um 2º componente:
despesa energética = BMR
21
nutrientes
O
2ADP
+
Pi
CO
2+ H
2O
40 mmol ATP / min ≈8 mmol O2 consumido na cadeia respiratória / min Na+ Ca2+O esforço físico provoca aumento das atividades da ATPase
da miosina e das ATPases do Ca
2+e do Na
+/K
+.
400 mmol
ATP / min
ATP
A concentração de ATP desceria, a de ADP e Pi aumentaria e os
processos dependentes de ATP deixariam de ocorrer.
Que aconteceria se a despesa energética não aumentasse
quando um indivíduo aumenta a sua atividade física?
22 Chance e Williams
(1955) JBC 217:383
Um automóvel aumenta de velocidade quando aumentamos a velocidade com que a gasolina é injetada no motor. E nos seres vivos como é que é
regulada a velocidade de oxidação dos nutrientes?
A 1ª resposta veio de estudos com
mitocôndrias isoladas ainda antes de o
modelo de Mitchell ter sido proposto
(ADP = acelerador da oxidação)
.
Adaptando a proposta do ADP como acelerador (Chance e
Williams, 1955) à teoria de Mitchell…
I
II-FADIII
IV
dG3P-FADQ
cyt c
NADHNAD
+H
+H
+H
+O
H
2O
V
Simp. PiH
+↑
ADP
ATP ↓⇒
↑
desidrogénases
ADP ↑e ATP ↓⇒ ↑síntase do ATP ⇒↓gradiente eletroquímico da membrana mitocondrial ⇒
↑cadeia respiratória ⇒ ↓[NADH] e ↑[NAD+] ⇒ ↑desidrogénases do ciclo de Krebs, glicólise e oxidação em β
⇒
↑
24Outras observações feitas
in vitro também apontam
para a importância das
variações de concentração
de ADP, AMP, ATP, NAD
+e
NADH.
Glicose acetil-CoA Piruvato NAD+ NADH NAD+ NADH NAD+ NADH Frutose-6-P Frutose-1,6-BisP Desidrogénase do isocitrato Desidrogénase do piruvato Desidrogénase do α -cetoglutarato Cínase da frutose-6-P ADP e AMP ATP ADP e NAD+ ATP e NADH ADP e NAD+ ATP e NADH ADP e NAD+ ATP e NADH Fosforílase do glicogénio AMP Glicogénio25
No entanto, as variações na concentração celular do ADP, AMP, Pi, ATP, NAD+e NADH são demasiado modestas (no coração são nulas) para poderem por si só explicar completamente as marcadas variações de velocidade no consumo de oxigénio e nutrientes quando a velocidade
de síntese/hidrólise de ATP aumenta durante o esforço muscular.
Deverá haver outros fatores reguladores…
NAD
+NADH
nutrientes
CO
2O
2H
2O
H
+ (dentro)H
+ (fora)ADP+Pi
ATP
ATPases síntase do ATP cadeia respiratória desidrogénasesvel.1 = vel.2 = vel.3 = vel.4
X
Ainda não se sabe o que é o X;
poderá haver vários X e um deles pode ser o ião Ca
2+.
Adaptado de
Korzeniewski (2006) Am
J Physiol Heart Circ Physiol 291: 1466
26
Quando um músculo é estimulado por um nervo motor ocorre
despolarização que induz uma cadeia de fenómenos...
Com origem no meio extracelular ou no retículo sarcoplasmático
o Ca
2+move-se para
o citoplasma.
[Ca
2+]
citoplasmático
↑
100 vezes (0,1
µ
M
→
10
µ
M)
↑
[Ca
2+]
na matriz da
mitocôndria
27Que efeitos provoca o Ca
2+nas enzimas relacionadas com a
oxidação dos nutrientes e com a hidrólise do ATP?
NAD
+NADH
nutrientes
CO
2O
2H
2O
H
+ (dentro)H
+ (fora)ADP+Pi
ATP
Síntase do ATP Cadeia respiratória Fosforólise e desidrogénaseCa
2+
citoplasmático
ATPases ↑ATPase da miosina ↑ATPase do Ca2+ ↑Síntase do ATP ↑Complexos I e IV ↑desidrogénase do glicerol-3-P ↑desidrogénases do piruvato do isocitrato do α-cetoglutaratoCa
2+
mitocondrial
↑cínase da fosforílase do glicogénioQuando se mede a BMR a temperatura ambiente tem de ser agradável. Que acontece se estiver frio?
A despesa energética tem um 3º componente:
despesa energética associada à adaptação ao
frio
.
Trémulo =
↑
[Ca
2+]
citoplasmaque estimula processos de
hidrólise de ATP. Estimulação do
SNSimpático (SNS) – adrenalina e noradrenalina Estimulação do sistema hipotálamo – hipofisário -tiroide
⇒
↑hormonas tiroideias Desacoplagem (uncoupling) entre fosforilação e oxidação mitocondrial no tecido adiposo castanho. Ativação de “ciclos de substrato” ⇒ aumento da velocidade de hidrólise do ATP.↑
do consumo de O
2e de nutrientes e
↑
da produção de calor.
⇒
↑
⇒
↑
29
I
Q
III
cyt c
IV
1 NADH NAD+4 H
+O
H
2O
V
Simp. Pi10 H
+2,5 ADP
+ 2,5 Pi
2,5 ATP
Quando o SNSimpático (e, indiretamente, as hormonas tiroideias)estimulam a UCP1
⇒aumenta a velocidade de oxidação do NADH e dos nutrientes
⇒aumenta o consumo de oxigénio e produção de calor (pode ser para odobro).
O bebé humano não treme, mas tem tecido adiposo
castanho, onde existe termogenina (UCP1;
uncoupling protein 1) cuja atividade é estimulada
pelo Sistema Nervoso Simpático.
A UCP1 (Uncoupling Protein 1) é uma proteína da membrana da mitocôndria que, como a síntase do ATP, deixa passar H+ a favor do gradiente, mas não sintetiza ATP.
A passagem dos H+diminui o gradiente eletroquímico “facilitando a tarefa” (estimulando) dos complexos I, III e IV… e em última análise a oxidação dos nutrientes.
UCP1
n H
+Leak
+ n/10 NADH + n/10 NAD+SNSimp.
n/10 O(2 H
++
4 H
+)
30No homem adulto
, a resposta termogénica ao frio pode ser também mediada pelas hormonas tiroideias e pelo SNSimpático que ativam o leak de H+ nas mitocôndrias dos músculos e tecido adiposocastanho [Wijers et al. (2008) PLOSone 3: e1777].
No caso do músculo, os mecanismos e as proteínas envolvidas no aumento do grau de uncoupling mitocondrial são ainda
controversos.
A maioria dos adultos tem tecido adiposo castanho e UCP1.
[Nedergard et al. (2011) Ann N York Acad Sci 1212: E20].
I
Q
III
cyt c
IV
1 NADH NAD+4 H
+(2 H
++
4 H
+)
O
H
2O
V
Simp. Pi10 H
+2,5 ADP
+ 2,5 Pi
2,5 ATP
Leak
n H
+ + n/10 O + n/10 NADH + n/10 NAD+SNS
UCP1 e ?Quando se mede a BMR o indivíduo deve estar em
jejum há 10-18 h.
Que acontece se tiver acabado de comer?
A ingestão de alimentos provoca ↑no consumo de O2 (e na produção de calor).
A despesa energética tem assim um 4º componente:
efeito termogénico dos nutrientes
(ou ação dinâmica específica = denominação que já entrou em desuso).Aumento do gasto de ATP
nos processos de armazenamento de glicose (síntese de glicogénio)e gorduras (síntese de triacilgliceróis) e
↑da síntese proteica.
Estimulação do SNSimpático com
aumento do
leak de H
+ Causas mal conhecidas mas possivelmente associadas a...Aumento da atividade de
oxigénases e
oxídases
envolvidas na oxidação de AAs...⇒
↑
⇒
↑
32 Quando se estuda o
equilíbrio energético
, uma boa analogia para o ser vivo é uma lareira em que o calor produzido e o O2consumido correspondem à despesa energética. Tal como numa lareira o calor libertado é a diferença entreas entalpias dos reagentes (compostos orgânicos que se oxidam e oxigénio que se reduz)
e as entalpias dos produtos (CO2+ H2O + compostos orgânicos incompletamente oxidados).
A despesa energética total = somatório de
(1) BMR (taxa metabólica basal)
a) associado estritamente a hidrólise/síntese de ATP
b) ação de oxídases e oxigénases e desacoplagem na fosforilação oxidativa
(2) despesa energética associada a atividade física (3) efeito termogénico dos nutrientes
33
Que acontece se um indivíduo não se alimentar durante algum tempo?
A formação contínua de ADP mantém ativos os processos oxidativos e o indivíduo vai oxidando os seus próprios lipídeos, glicídeos e proteínas. A quantidade total de calor libertado (ou O2consumido)
é a despesa energética.
Se a “lareira” não for alimentada com “lenha” acaba por apagar-se por falta de combustível...
Para manter a “lareira” acesa e com tamanho constante é necessário adicionar-lhe os combustíveis que se vão queimando... Um indivíduo em
equilíbrio energético
(= balanço energético nulo) mantém constante a massa corporal porque toma do exterior
energia metabolizável dos alimentos =
despesa energética.
34
A que é que corresponde a energia não metabolizável dos alimentos?
Ainda é possível (por combustão completa numa fornalha) obter energia
das fezes, da urina e dos gazes expirados
⇒parte da energia dos alimentos não é metabolizada
A energia não metabolizável dos alimentos é variável e, num indivíduo sem
problemas gastrointestinais, depende dos alimentos ingeridos e do seu
processamento:
1
-
As proteínas geram ureia (da urina) e não N2…2- Os combustíveis perdidos nas excreções não representam energia metabolizável.
... a celulose e outras fibras da dieta não são absorvidas ... dependendo do grau de cozedura uma parte dos nutrientes
não é digerida nem absorvida... e perde-se nas fezes ... parte do álcool ingerido e dos corpos cetónicos formados perdem-se na urina e no ar expirado
35
Nota: é frequente na literatura médica usar-se a expressão Cal
como sinónimo de kcal.
Valores
médios... em
kcal/g
Oxidação completa num calorímetro, lareira… Oxidação humana. Energia metabolizável dos alimentos absorvidos e das reservas energéticas. Energia metabolizável dos alimentos que irão ser ingeridos (ou valor calórico fisiológico)Glicídeos
(amido ou glicogénio)4,1
4,1
4
(absorção incompleta)Proteínas
5,9
4,3
(ureia e não N2)4
(absorção incompleta)Lipídeos
(triacilgliceróis)
9,5
9,5
9
(absorção incompleta)Etanol
7,1
7,1
7
(perdas na respiração e urina)36 Se a energia metabolizável dos alimentos = despesa energética
⇒o indivíduo tem balanço energético nulo.
Um balanço energético nulo não é sinónimo de alimentação saudável:
Se a energia metabolizável dos alimentos
>
despesa energética ⇒balanço energético positivo...diferença = energia de oxidação da matéria orgânica que se acumula no ser vivo...
Se a energia metabolizável dos alimentos
<
despesa energética⇒balanço energético negativo...
diferença = energia de oxidação da matéria orgânica do ser vivo que se oxida e não é reposta...
37 pequeno almoço almoço lanche jantar a dormir Períodos de “ginástica”
Taxa da despesa energética total e ingestão calórica ao longo de um dia num indivíduo adulto sedentário
Quando falamos de balanço energético não é adequado pensar
em períodos curtos de tempo.
Ao longo das horas de um dia quase(termogénese associada à ingestão de alimentos) não há relação entre a (1) energia metabolizável dos nutrientes ingeridose a
(2) despesa energética.
A maior parte dos adultos tende a manter o peso mais ou menos estável durante largos períodos de tempo (meses ou anos) ⇒existem mecanismos neuroendócrinos que
tendem a ajustar o valor calórico da dieta (apetite) ao da despesa energética.
Energia metabolizável dos alimentos ingeridos Despesa energética total 38
Nos mamíferos adultos saudáveis e com alimentos disponíveis (e “apetecíveis”)
a energia metabolizável dos alimentos tende a equilibrar (ou a suplantar
ligeiramente) a despesa energética (= balanço energético nulo ou ligeiramente +).
Na regulação homeostática da ingestão de alimentos estão envolvidas hormonas libertadas no tubo digestivo, no pâncreas e no tecido adiposo. O hipotálamo é o local do cérebro mais importante na regulação do apetite.
Por exemplo:
1) A leptina é uma hormona sintetizada no tecido adiposo a uma velocidade proporcional à sua massa.
A leptina tem recetores em núcleos hipotalâmicos que quando estimulados pela leptina inibem o apetite.
2) A colescistocinina é libertada no intestino quando uma refeição contém lipídeos; estimula o nervo vago induzindo saciação.
39 Os mecanismos homeostáticos neuroendócrinos tendem a manter a energia metabolizável dos alimentos igual à despesa energética mas ... os hábitos dietéticos e a baixa atividade física na civilização ocidental moderna
⇒aumento de peso médio de cerca de 10 kg entre os 25 e os 40 anos de idade. Qual o valor da diferença entre a energia metabolizável dos alimentos e a despesa energética que explica este aumento de peso?
8 000g * 9,5 kcal/g = 76 000 kcal 400g * 4,3 kcal/g = 1 720 kcal 77 720 kcal 77 720 kcal / (365 dias *15 anos) = excesso médio de 14,2 kcal por dia
Considerando uma despesa energética média de 2400 kcal/dia
... para engordar 10 kg em 15 anos basta ter um balanço energético positivo de + 0,59 %.
O único método de avaliação do balanço energético é a comparação da massa corporal (eventualmente complementada com a avaliação da sua composição) em dois momentos temporais
(
intervalo > 1 mês, por exemplo).
“Antes que apodreçam, o sítio mais seguro para guardar os alimentos em excesso é no próprio tecido adiposo.”
40
A variação no tempo da massa dos diferentes compartimentos do organismo
(massa gorda e massa isenta de gordura) pode servir para saber se existe
balanço energéticopositivo, nulo ou negativoe para quantificar o seu valor.
Défice calórico admitindo que:
(1) variação de reservas de glicídeos = 0 (2) 20 % da massa isenta de gordura = proteína
14 500 g Lip * 9,5 kcal/g = 137 750 kcal 2 020 g Pro * 4,3 kcal/g = 8 686 kcal 146 436 kcal
balanço negativo
(146436 kcal/95 dias)=
1 541 kcal/dia
Valor calórico da dieta diária foi estimada = 5 070 kcal/dia
A despesa energética diária foi estimada pela técnica da “DLW” = 6 524 kcal/dia
balanço negativo = (
6 524
–
5 070
) = 1 454 kcal/dia
Aceitando os pressupostos, os dois valores (1541 e 1454 kcal/dia) deveriam ser iguais;
a pequena diferença resulta do erro experimental.
Exemplo de um estudo que incluiu uma viagem à Antártida durante 95 dias [Stroud et al. (1994) Clin Sci 87 supp: 54]
41
O Quociente Respiratório (Respiratory Exchange Ratio) varia com o tipo de nutriente que está a ser oxidado.
QR =
CO
2/
O
2 O QR é 1 quando se oxidam glicídeos e 0,7 quando se oxidam lipídeos. O QR das proteínas tem, em média, um valor intermédio ≈ 0,84.O calorímetro indireto mede as velocidades de consumo de O2e a produção de CO2 permitindo calcular a despesa energética e o Quociente Respiratório (QR)
QR = moles ou volume CO2excretado /
moles ou volume de O2consumido.
glicose (C6H12O6) + 6 O2 →→→→ 6 CO2+ 6 H2O 6/6= 1 palmitato (C16H32O2) + 23 O2 →→→→ 16 CO2+ 16 H2O 16/23= 0,7 glutamina (C5H10O3N2) + 4,5 O2 →→→→ 4 CO2+ 3 H2O + 1 ureia 4/4,5= 0,9 leucina (C6H13O2N) + 7,5 O2 →→→→ 5,5 CO2+ 5,5 H2O + 0,5 ureia 5,5/7,5= 0,73
O QR seria
0,7
se, num dado momento, os únicos nutrientes a serem oxidados fossem lipídeos.O QR é 1
se, num dado momento, o único nutriente a ser oxidado é a glicose (ou, e glicogénio).
Glicose +
O
2Triacilgliceróis
+ O
2Na prática em todos os
momentos oxidamos
misturas
de glicídeos,
lipídeos
e proteínas
… com diferentes
proporções que dependem
da:
(1) dieta (mais ou menos
rica em lipídeos versus
glicídeos),
(2) do estado nutricional e
(3) da intensidade do
exercício físico.
QR = 1
QR = 0,7
43Num indivíduo em balanço energético nulo em que a composição corporal também não varia, o seu QR médio = “QR” da dieta (food RQ).
30 dias com despesa de 2400 kcal/dia = 72000 kcal e igual valor
de energia metabolizável na dieta
Dieta:
X g de glicídeos + Y g de lipídeos + Z g de proteínasO
2 X g de glicídeos oxidados + Y g de lipídeos oxidados + Z g de proteínas oxidadas70 kg de
peso
70 kg de
peso
Quando estamos a emagrecer (balanço energético negativo) oxidamos toda a dieta + triacilgliceróis endógenos ⇒QR < “QR” da dieta
Quando estamos a engordar (balanço energético positivo) oxidamos todos os glicídeos da dieta, mas parte dos ácidos gordos da dieta são armazenados ⇒QR > “QR” da dieta
44 Em jejum
(antes do pequeno almoço, por exemplo)
a insulina está baixa
⇒
⇒
⇒
⇒
(1) inibição das enzimas e transportadores que promovem a oxidação da glicose(2) estimulação a lipólise e (3) estimulação da carnitina-palmitil-transférase 1 (que promove a oxidação dos ácidos gordos).
Durante o período absortivo de uma refeição que contenha glicídeos,
a insulina está alta
⇒
⇒
⇒
⇒
(1) estimulação das enzimas (glicocínase e cínase da frutose-6-P hepáticas, desidrogénase do piruvato) e dos
transportadores (GLUT 4 no músculo) que promovem a oxidação da glicose,
(2) inibição a lipólise (↓hidrólise de triacilgliceróis nos adipócitos) e (3) inibição da
carnitina-palmitil-transférase 1 (o que implica inibição da oxidação dos ácidos gordos).
⇒
⇒
⇒
⇒
QR
entre 1 e 0,95
⇒
⇒
⇒
⇒
QR
≈≈≈≈
0,85
O QR aumenta, aproximando-se de 1, quando oxidamos glicídeos
e baixa, aproximando-se de 0,7, quando oxidamos lipídeos.
45 Bibliografia consultada:
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