Homeostase Energética

Visão Geral

Termos importantes

• Consumo de energia:
  • Medido pelo número de calorias consumidas a partir de alimentos e líquidos
  • Modulado pela fome, que é regulada principalmente pelo hipotálamo
• Gasto energético: soma do calor Calor Inflammation interno produzido e do trabalho externo
  • O calor Calor Inflammation interno produzido é a soma da taxa metabólica basal (TMB) e do efeito térmico dos alimentos.
  • O trabalho externo é estimado pela medição do nível de atividade física (NAF).
• Teoria do set-point:
  • Postula que todos os corpos possuem um peso fixo programado, com mecanismos reguladores para compensar
  • Foi descartada, pois vários fatores demonstraram desempenhar um papel na mudança de peso
  • O corpo não consegue compensar de forma precisa os erros na ingestão de energia/calorias, ao contrário do que a hipótese da teoria do set-point postula.
• Balanço energético positivo:
  • Resultado do facto da ingestão de energia ser superior ao que é consumido em trabalho externo e através de outros meios de gasto de energia
  • Um balanço positivo resulta no armazenamento de energia na forma de gordura e/ou músculo, causando ganho de peso; com o tempo, isso pode resultar em obesidade.
  • Causas evitáveis da obesidade: excessos alimentares e estilo de vida sedentário
• Balanço energético negativo:
  • Resultado da ingestão de energia ser menor do que o que é consumido no trabalho externo e outros meios corporais de gasto de energia
  • Principais causas:
    • Diminuição da ingestão devido a condições médicas, como anorexia Anorexia The lack or loss of appetite accompanied by an aversion to food and the inability to eat. It is the defining characteristic of the disorder anorexia nervosa. Anorexia Nervosa nervosa, hipertiroidismo e diminuição do apetite devido a condições subjacentes
    • Aumento da necessidade metabólica devido a processos patológicos tais como cancro, infeções ou alterações metabólicas
• Necessidades normais de energia:
  • Dependem da idade, sexo e nível de atividade física
  • Um método bastante preciso usado para o cálculo das necessidades de energia é a equação de Harris-Benedict:
    • Homens: TMB = (10 × peso em kg) + (6,25 × altura em cm) – (5 × idade em anos) + 5
    • Mulheres: TMB = (10 × peso em kg) + (6,25 × altura em cm) – (5 × idade em anos) – 161

Teorias e modelos

• Modelo de entrada-saída:
  • Afirma que é alcançado um estado interno estável quando a entrada de energia é igual à saída de energia
  • Não considera outros fatores que afetam a homeostase, tais como a atividade física
• Teoria do set-point:
  • Valor fisiológico em torno do qual o intervalo normal flutua
  • Assume que cada corpo tem um certo set-point e que os mecanismos biológicos no tronco cerebral e no hipotálamo estão envolvidos na defesa do corpo
  • Propõe que a massa de tecido adiposo é regulada pelo hipotálamo
  • Estes mecanismos estão envolvidos no controlo de 3 fatores importantes (um equilíbrio nestes leva a um equilíbrio global de energia):
    • Ingestão de energia
    • Armazenamento de energia
    • Gasto de energia
• Modelo da ansa glicoadipostática:
  • Relaciona a energia armazenada no tecido adiposo à homeostase energética através de alterações no comportamento alimentar via leptina e via atividade do sistema nervoso simpático
  • Conceito relativamente novo; tem em consideração um envolvimento geral, não apenas da ingestão e produção de energia, mas também do armazenamento e do envolvimento da estimulação nos estados de fome
• Modelos alternativos:
  • Alostase: processo de manutenção da homeostase através de alterações adaptativas do ambiente interno do organismo para responder às necessidades percebidas e antecipadas (ou seja, estabilidade através da mudança)

Fontes de Energia

Geral

• 3 biomoléculas são frequentemente usadas como fontes de energia:
  • Hidratos de carbono
  • Proteínas
  • Gordura
• Estes nutrientes são digeridos e absorvidos pela corrente sanguínea, que os distribui para os tecidos de todo o corpo, onde são eventualmente absorvidos pelas células.
• Os hidratos de carbono são transportados pelo sangue na froma de glicose, as proteínas como aminoácidos e os lípidos em lipoproteínas.
• Dentro das células, as biomoléculas assumem 1 de 3 destinos possíveis:
  • Podem ser divididas em moléculas menores para libertar energia, que é usada imediatamente.
  • Podem ser usadas como substratos para sintetizar outras moléculas necessárias às células e tecidos para a sua função normal, para o seu crescimento e para a reparação.
  • Podem ser convertidas em moléculas de armazenamento de energia, que fornecem energia durante o período entre as refeições (moléculas de armazenamento primário: glicogénio e triglicerídeos).

Hidratos de carbono

• Captação:
  • Consumido em várias formas
  • Os monossacarídeos, especialmente a glicose, são a forma mais MAIS Androgen Insensitivity Syndrome comum encontrada na corrente sanguínea.
• Utilização:
  • As moléculas de glicose são transportadas para dentro das células por transportadores de glicose.
  • Dentro das células, a glicose é oxidada, produzindo energia e sendo o CO₂ um produto residual.
• Armazenamento:
  • A glicose é convertida em glicogénio para armazenamento.
  • O glicogénio pode ser decomposto em glicose através da glicogenólise na presença de glicogénio fosforilase

Proteínas

• Captação: As proteínas são transportadas na corrente sanguínea na forma de aminoácidos.
• Utilização:
  • Após a absorção pelas células, os aminoácidos são usados para a síntese de proteínas ou catabolizados para produção de energia através da proteólise.
  • Em relação à utilização de hidratos de carbono e lípidos, as células usam o catabolismo de proteínas para obter energia com menos frequência.
  • As proteínas são
    • Menos prontamente disponíveis para consumo de energia
    • Importantes como blocos de construção de moléculas
• Armazenamento:
  • As proteínas de armazenamento servem como reservas biológicas de iões metálicos e aminoácidos, e são usadas principalmente pelo músculo esquelético.
  • Até 15% das proteínas são usadas para formação de tecidos estruturais, como a pele e o osso.
  • As restantes proteínas encontram-se nos tecidos e órgãos, incluindo nos rins e no fígado.

Gorduras

• Captação:
  • Os triglicerídeos são transportados e absorvidos como lipoproteínas na corrente sanguínea.
  • Uma variedade de lipoproteínas de densidades variadas transportam lípidos para várias células-alvo.
• Utilização:
  • Para facilitar a entrada nas células, os triglicerídeos na superfície externa das lipoproteínas são decompostos pela enzima lipoproteína lipase Lipase An enzyme of the hydrolase class that catalyzes the reaction of triacylglycerol and water to yield diacylglycerol and a fatty acid anion. It is produced by glands on the tongue and by the pancreas and initiates the digestion of dietary fats. Malabsorption and Maldigestion.
  • A lipoproteína lipase Lipase An enzyme of the hydrolase class that catalyzes the reaction of triacylglycerol and water to yield diacylglycerol and a fatty acid anion. It is produced by glands on the tongue and by the pancreas and initiates the digestion of dietary fats. Malabsorption and Maldigestion quebra os triglicerídeos em ácidos gordos e monoglicerídeos:
    • Os monoglicerídeos são eventualmente metabolizados no fígado.
    • Após a entrada nas células, os ácidos gordos podem ser oxidados para formação de energia ou combinados com glicerol para formar novos triglicerídeos.
• Armazenamento:
  • A gordura é armazenada nos adipócitos
  • Os triglicerídeos armazenados podem ser posteriormente decompostos em glicerol e ácidos gordos.
  • A quebra de triglicerídeos em ácidos gordos e glicerol produz CO₂ como produto residual.

Metabolismo

Metabolismo no estado absortivo

• Os hidratos de carbono consumidos são decompostos em açúcares simples por enzimas hidrolases, na borda em escova do intestino.
• Os açúcares simples são ainda importados para enterócitos intestinais usando um simportador de sódio.
• As proteínas são decompostas em aminoácidos → importadas para os enterócitos intestinais usando um simportador de sódio
• Os aminoácidos e a glicose entram, posteriormente, na corrente sanguínea → entregues ao fígado através da veia porta hepática
• ↑ Nível de glicose e aminoácidos após uma refeição → a insulina é libertada das células beta das ilhotas pancreáticas:
  • Insulina: principal hormona que indica a órgãos, tecidos e células para usar os nutrientes durante o estado absortivo
  • Todos os tecidos aumentam a sua captação e utilização de glicose e aminoácidos na presença de insulina.
• O fígado monitoriza e regula os níveis de glicose e aminoácidos no sangue, que chegam à veia porta hepática.
• Os hepatócitos convertem glicose em glicogénio através da glicogénese até que as reservas hepáticas sejam repostas e usam também glicose para produção de energia através da glicólise.
• Os hepatócitos formam triglicerídeos e exportam-nos como VLDLs, para serem absorvidos pelo tecido adiposo.
• Os hepatócitos usam os aminoácidos para a síntese de proteínas e exportam-nos para circularem em direção a outros tecidos de modo a serem usados na síntese proteica.
• No tecido adiposo, a insulina indica aos adipócitos a necessidade de absorção de ácidos gordos e glicerol para a síntese de triglicerídeos (lipogénese).

Metabolismo no estado pós-absortivo

• Fim do estado absortivo: os enterócitos param de importar glicose para a circulação portal hepática.
• Os tecidos periféricos continuam a captação de glicose para manter um estado normoglicémico.
• Os níveis de glicose diminuem, estimulando o aumento dos níveis de glucagon Glucagon A 29-amino acid pancreatic peptide derived from proglucagon which is also the precursor of intestinal glucagon-like peptides. Glucagon is secreted by pancreatic alpha cells and plays an important role in regulation of blood glucose concentration, ketone metabolism, and several other biochemical and physiological processes. Gastrointestinal Secretions e epinefrina.
• Neste ponto, os hepatócitos iniciam a glicogenólise (conversão do glicogénio armazenado em glicose, rapidamente utilizável).
• A glicogenólise esgota as reservas hepáticas e causa hipoglicemia → o fígado inicia o processo de gliconeogénese estimulado pelos glicocorticoides libertados a partir do córtex da suprarrenal
• Os ácidos gordos circulantes e o glicerol são usados no processo de gliconeogénese.
• À medida que a duração do estado pós-absortivo aumenta, o fígado começa a importar aminoácidos para a gliconeogénese e a síntese de cetonas (também conhecida como cetogénese) como fonte alternativa de energia.
• Um aumento dos níveis de cetonas e lípidos circulantes nos tecidos periféricos, diminui a dependência da glicose e aumenta a dependência destes compostos.
• Os neurónios continuam a depender exclusivamente da glicose até que os seus níveis sejam insuficientes para dar resposta às suas necessidades energéticas → nessa altura dependem das cetonas circulantes

Regulação do metabolismo

• Estado absortivo:
  • Insulina: principal regulador no estado absortivo
  • Tem como alvo o fígado, o músculo e o tecido adiposo para estimular a síntese de glicogénio e a formação de triglicerídeos
  • O cérebro e os eritrócitos são insensíveis à insulina.
• Estado pós-absortivo:
  • Níveis de glucagon Glucagon A 29-amino acid pancreatic peptide derived from proglucagon which is also the precursor of intestinal glucagon-like peptides. Glucagon is secreted by pancreatic alpha cells and plays an important role in regulation of blood glucose concentration, ketone metabolism, and several other biochemical and physiological processes. Gastrointestinal Secretions e epinefrina:
    • Aumentados no estado de jejum
    • Têm como alvo o músculo esquelético, o tecido adiposo e o fígado para estimular a degradação do glicogénio
  • No entanto, a libertação de ácidos gordos e aminoácidos é estimulada pela:
    • Diminuição dos níveis de insulina
    • Aumento dos níveis de epinefrina
• Jejum prolongado:
  • Níveis de glucagon Glucagon A 29-amino acid pancreatic peptide derived from proglucagon which is also the precursor of intestinal glucagon-like peptides. Glucagon is secreted by pancreatic alpha cells and plays an important role in regulation of blood glucose concentration, ketone metabolism, and several other biochemical and physiological processes. Gastrointestinal Secretions e epinefrina ↑↑ nos estados de jejum prolongado
  • A lipólise forma acetil-CoA em excesso → usada para a síntese de cetonas → aumento dos níveis de lípidos e cetonas
  • Os músculos usam ácidos gordos como fonte de energia.
  • O cérebro usa cetonas como fonte de energia.
  • As proteínas são poupadas, enquanto são usadas cetonas em vez de glicose.
  • Os eritrócitos continuam a depender da glicose como a sua principal fonte de energia.

Metabolismo em Tecidos Individuais

Fígado

• Biomoléculas usadas no estado pós-prandial: glicose e aminoácidos
• Biomolécula utilizada em jejum: ácidos gordos
• O fígado mantém, a maior parte do tempo, um nível de glicose constante no estado de jejum e pós-prandial, e está envolvido na síntese de cetonas se ocorrer uma utilização excessiva de ácidos gordos.

Tecido adiposo

• Biomolécula usada no estado pós-prandial: glicose
• Biomolécula utilizada em jejum: ácidos gordos

Músculo esquelético

• Biomolécula usada no estado pós-prandial: glicose
• Biomoléculas usadas em jejum: ácidos gordos e cetonas
• A utilização de energia difere significativamente entre os estados de repouso e ativo.

Músculo em repouso:

• Estado pós-prandial: os níveis de insulina aumentam e estimulam o músculo a armazenar glicose na forma de glicogénio.
• Estado de jejum: Os ácidos gordos são absorvidos da corrente sanguínea e utilizados como fonte de energia. Durante o jejum prolongado, são usadas as cetonas.

Músculo ativo:

• O músculo torna-se ativo durante o exercício e as biomoléculas usadas como fontes de energia dependem de 3 fatores:
  • Magnitude do exercício
  • Duração do exercício
  • Fibras musculares envolvidas
• Fibras musculares de contração lenta (fibras musculares de tipo 1):
  • Atingem a fadiga lentamente
  • Ativas durante um período prolongado de exercício de baixa a moderada intensidade
  • A oxidação da glicose e dos ácidos gordos são a principal fonte de energia após o consumo das reservas de glicogénio.
• Fibras musculares de contração rápida (fibras musculares de tipo 2):
  • Atingem a fadiga rapidamente
  • Têm uma alta capacidade de glicólise anaeróbica
  • Ativas nos exercícios de curta duração e alta intensidade
  • Suportadas pelo glicogénio muscular

Músculo cardíaco

• Biomolécula usada no estado pós-prandial: ácidos gordos
• Biomoléculas usadas em jejum: ácidos gordos e cetonas
• Condições específicas nas quais a utilização de energia é alterada, assumindo fontes diferentes:
  • Durante o desenvolvimento fetal, a glicose é a principal fonte de energia.
  • No período pós-natal, a oxidação β de ácidos gordos é a principal fonte de energia.
  • Durante a hipertrofia cardíaca, há um aumento na oxidação da glicose e uma diminuição na oxidação β dos ácidos gordos.

Cérebro

• Biomolécula usada no estado diferentes: glicose
• Biomolécula utilizada em jejum: glicose com captação de cetonas no jejum prolongado
• O transportador de glicose 1 (GLUT1, pela sigla em inglês) e GLUT3 participam na captação de glicose e regulam os seus níveis de concentração.
• As reservas de glicogénio no cérebro são mínimas → a glicose da corrente sanguínea é a principal fonte de energia
• O hipotálamo estimula a libertação de glucagon Glucagon A 29-amino acid pancreatic peptide derived from proglucagon which is also the precursor of intestinal glucagon-like peptides. Glucagon is secreted by pancreatic alpha cells and plays an important role in regulation of blood glucose concentration, ketone metabolism, and several other biochemical and physiological processes. Gastrointestinal Secretions e epinefrina em condições hipoglicémicas.
• A barreira hematoencefálica não permite a passagem de ácidos gordos, portanto, estes não são utilizados como fonte de energia.
• Principal fonte de energia em jejum: glicose a partir da glicogenólise hepática ou da gliconeogénese
• O estado de jejum prolongado leva à utilização de cetonas para produção de energia

Eritrócitos

• Biomolécula usada no estado pós-prandial: glicose
• Biomolécula utilizada em jejum: glicose

Relevância Clínica

• Anorexia Anorexia The lack or loss of appetite accompanied by an aversion to food and the inability to eat. It is the defining characteristic of the disorder anorexia nervosa. Anorexia Nervosa: distúrbio caracterizado pela redução da ingestão de energia e perda de peso. Indivíduos com anorexia Anorexia The lack or loss of appetite accompanied by an aversion to food and the inability to eat. It is the defining characteristic of the disorder anorexia nervosa. Anorexia Nervosa têm uma visão distorcida do seu peso e muitas vezes consideram-se acima do peso, apesar de estarem abaixo do mesmo. Estes indivíduos podem forçar-se a praticarem exercício físico de forma excessiva para manter um baixo peso. Muitos contam calorias e restringem-se a pequenas refeições. O tratamento é um desafio e está focado em abordar questões psicossociais, enquanto se retorna o indivíduo de volta ao peso normal.
• Resistência à leptina: A leptina é uma hormona que inibe a fome e reduz o armazenamento de gordura nos adipócitos. A resistência à leptina é um estado em que o corpo deixa de responder ao efeito anoréxico da leptina exógena. Isto pode ocorrer devido a mutações na via JAK-STAT. Os triglicerídeos que atravessam a barreira hematoencefálica podem contribuir para a resistência à leptina.
• Caquexia: condição caracterizada por anorexia Anorexia The lack or loss of appetite accompanied by an aversion to food and the inability to eat. It is the defining characteristic of the disorder anorexia nervosa. Anorexia Nervosa, perda de peso e perda desproporcional de músculo e tecido adiposo. A caquexia é tipicamente causada por uma doença subjacente que contribui para a perda muscular. Esta condição difere da perda de peso por nutrição inadequada, pois a caquexia deve-se principalmente à perda muscular, enquanto que a nutrição inadequada leva à perda de gordura. Esta condição é mais MAIS Androgen Insensitivity Syndrome frequentemente associada a neoplasias.
• Obesidade: acumulação anormal de gordura causada por um defeito na homeostase energética. A acumulação de gordura é consequência de desequilíbrios energéticos relacionados com fatores complexos (genética, ambiente, etc ETC The electron transport chain (ETC) sends electrons through a series of proteins, which generate an electrochemical proton gradient that produces energy in the form of adenosine triphosphate (ATP). Electron Transport Chain (ETC).) e resulta de uma ingestão energética superior ao gasto energético. A obesidade está ligada a uma série de condições médicas. Esta representa um fator de risco para diabetes Diabetes Diabetes mellitus (DM) is a metabolic disease characterized by hyperglycemia and dysfunction of the regulation of glucose metabolism by insulin. Type 1 DM is diagnosed mostly in children and young adults as the result of autoimmune destruction of β cells in the pancreas and the resulting lack of insulin. Type 2 DM has a significant association with obesity and is characterized by insulin resistance. Diabetes Mellitus, doenças cardiovasculares, neoplasias e outras doenças crónicas.