Метаболизм что означает: Метаболизм — что это такое? Определение, значение, перевод

Как энергия откладывается в жир, почему надо больше двигаться, если хочешь похудеть, и чем мужчины кардинально отличаются от женщин?

Слово «метаболизм» употребляют в речи диетологи и спортсмены, фитнес-инструкторы и вечно худеющие.

Чаще всего термин употребляется в значении «обмен веществ». Но что это такое на самом деле, знают далеко не все. Попробуем разобраться.

Что это такое?

Метаболизм – это процессы, проходящие в любом живом организме для поддержания его жизни. Метаболизм позволяет телу расти, размножаться, заживлять повреждения и реагировать на окружающую среду.

Для этого действительно необходим постоянный обмен веществ. Разделить процессы можно на два потока. Один разрушительный – катаболизм, другой созидательный – анаболизм.

Как похудеть с помощью спорта?

Основные правила тренировок, режим питания и полезные ссылки в специальном материале для тех, кто хочет похудеть.

Разборка на молекулярном уровне…

Любое питательное вещество, попадающее в организм, не может сразу пойти на его нужды. Например, белки из орехов, молока и человеческих мышц – совершенно разные, и друг друга заменить не могут.

Однако они состоят из одних и тех же «кирпичиков» — аминокислот. Хотя в каждом из белков их разный набор и соотношение.

Чтобы получить стройматериал для, например, бицепса, специальные ферменты разбирают содержащийся в молоке или котлете белок на отдельные аминокислоты, которые уже и идут в дело.

Параллельно высвобождается энергия, измеряемая в калориях. Процесс разбора и есть катаболизм. Другой пример катаболизма – расщепление обычного сахара-рафинада на фруктозу и глюкозу.

… и сборочный цех

Организму недостаточно разобрать белки из съеденного на аминокислоты. Из них необходимо собрать новые белки для той же мышцы бицепса.

Мифы и правда о похудении

Можно ли сбросить несколько кило за одну тренировку, полезны ли миостимуляторы, и другие истории для ленивых.

Постройка сложных молекул из более мелких компонентов требует энергозатрат. На нее идут те самые калории, которые организм получил при «разборке». Этот процесс называется анаболизм.

Еще пара наглядных примеров работы «сборочного цеха» организма – рост ногтей и заживление трещин в костях.

А откуда берется жир?

Если в процессе расщепления питательных веществ производится энергии больше, чем ее требуется на постройку новых клеток организма, появляется явный избыток, который надо куда-то деть.

Когда организм находится в состоянии покоя, метаболизм протекает в «фоновом» режиме и не требует активного расщепления и синтеза веществ. Но как только тело начинает двигаться, все процессы ускоряются и усиливаются. Возрастает и потребность в энергии и питательных веществах.

Но даже у подвижного организма могут оставаться излишки калорий, если их поступает слишком много с пищей.

Небольшая часть полученной и нерастраченной энергии складывается в виде углевода гликогена – источника энергии для активной работы мышц. Он запасается в самих мышцах и печени.

Остальное накапливается в жировых клетках. Причем для их образования и жизни требуется гораздо меньше энергии, чем для постройки мышц или костей.

Как метаболизм связан с массой тела

Можно сказать, что вес тела — это катаболизм минус анаболизм. Другими словами, разница между количеством поступившей в организм энергии и использованной им.

Так, один грамм съеденного жира дает 9 ккал, а то же количества белка или углевода – 4 ккал. Те же 9 ккал организм отложит в 1 грамм жира уже в своем теле, если не сумеет потратить.

Несложный пример: съедаете бутерброд и ложитесь на диван. Из хлеба и колбасы организм получил жиры, белки, углеводы и 140 ккал. При этом лежащее тело потратит полученные калории только на расщепление съеденной пищи и немного на поддержание функций дыхания и кровообращения – около 50 ккал в час. Остальные 90 ккал превратятся в 10 г жира и отложатся в жировое депо.

Если же любитель бутербродов выйдет на спокойную прогулку, полученные калории организм потратит примерно за час.

«Хороший» и «плохой» метаболизм?

Многие с завистью глядят на хрупкую девушку, регулярно лакомящуюся пирожными и не прибавляющую ни грамма веса. Принято считать, что у таких счастливчиков метаболизм хороший, а у тех, для кого кусочек сахара в чае грозит прибавкой веса – метаболизм плохой.

На самом деле результаты исследований показывают, что действительно замедленный метаболизм наблюдается только при ряде заболеваний, например, гипотиреозе – недостатке гормона щитовидной железы. А у большинства людей с лишним весом нет никаких болезней, но наблюдается энергетический дисбаланс.

То есть, энергии в организм поступает гораздо больше, чем ее нужно на самом деле, и она складируется про запас.

Статьи расхода калорий

Чтобы расход и получение калорий держать под контролем, стоит помнить основные направления дополнительных энергозатрат.

1. Чем выше масса тела, тем больше калорий ему требуется. Но, как мы знаем, жировой ткани надо совсем мало энергии для жизни, а вот мышечная потребляет достаточно.

Поэтому 100-килограммовый культурист потратит больше калорий на ту же работу, что и его 100-килограммовый ровесник с неразвитыми мышцами и высоким процентом жира.

2. Чем старше становится человек, тем выше у него разница между поступлением энергии и ее тратами за счет гормонального дисбаланса и резкого снижения физической активности.

3. В метаболизме мужского организма активно участвует гормон тестостерон. Это настоящий естественный анаболик, заставляющий организм тратить энергию и ресурсы на выращивание дополнительных мышц. Именно поэтому мышечная масса у мужчин обычно гораздо выше, чем у женщин.

А поскольку на поддержание жизнедеятельности мышц требуется гораздо больше энергии, чем для сохранения жира, то мужчина и женщина одного роста и веса тратят неодинаковое количество калорий на одни и те же действия.

Проще говоря: мужчины больше тратят энергии, им требуется больше еды, а при желании они гораздо быстрее худеют.

Что надо знать о метаболизме

Вся жизнь организма – это баланс между расщеплением питательных веществ и получением из них энергии и энергозатратах при создании новых молекул и клеток.

Если энергии поступает слишком много – она откладывается про запас в виде жировой ткани. Увеличить энергозатраты можно, много двигаясь или вырастив достаточное количество мышечной массы.

Чтобы оставить комментарий — необходимо быть авторизованным пользователем

Войти в личный кабинет
Зарегистрироваться

10 Простых способов улучшить обмен веществ

Метаболизм — это термин, описывающий все химические реакции в вашем организме.

Эти химические реакции поддерживают жизнь и функционирование вашего организма.

Однако слово «метаболизм» часто используется как взаимозаменяемое понятие со скоростью метаболизма или количеством сжигаемых вами калорий.

Высокий метаболизм даст вам энергию и улучшит Ваше самочувствие.

Вот 10 простых способов увеличить ваш метаболизм:

1. Увеличьте количество белка в вашем рационе

Прием пищи временно ускоряет метаболизм.

Это называется термическим эффектом пищи (TEF). Он вызван необходимостью выработки организмом дополнительной энергии  для переваривания, усвоения и переработки питательных веществ, содержащихся в пище.

Наибольший рост ТЭФ вызывается белками. Они увеличивают скорость метаболизма на 15-30% по сравнению с 5-10% для углеводов и 0-3% для жиров.

Также употребление белка помогает Вам чувствовать себя более сытыми, тем самым предотвращая переедание.

Исследование показало, что люди употребляли в день примерно на 441 калорию меньше, когда белок составлял 30% их рациона.

2. Пейте больше холодной воды

Питьевая вода может временно ускорить Ваш метаболизм.

Исследования показали, что употребление 0,5 литров воды увеличивает обмен веществ в состоянии покоя примерно на 10-30% в течение часа.

Эффект ускоренного сжигания калорий можно усилить, если пить холодную воду, так как Ваш организм будет вынужден использовать больше энергии, чтобы нагреть воду до температуры тела .

Вода также может усилить ощущение сытости. Исследования показывают, что прием питьевой воды за полчаса до еды способствуют усилению ощущения сытости, что позволит Вам съедать меньшее количество пищи за одну трапезу.

Исследование, проведенное среди взрослых с избыточным весом, показало, что те, кто пил 0,5 литра воды перед едой, потеряли в весе на 44% больше, чем те, кто этого не делал.

3. Тренировки высокой интенсивности

Высокоинтенсивные тренировки подразумевают быстрые и интенсивные всплески активности с короткими интервалами.

Такие тренировки ускоряют “сжигание”  жира, увеличивая скорость метаболизма, и поддерживая ее даже после окончания тренировки.

Исследование, проведенное среди молодых мужчин с избыточным весом, показало, что за 12 недель интенсивных физических упражнений жировая масса сократилась на 17%.

4. Занимайтесь силовыми нагрузками

Метаболическая активность мышц значительно выше, чем таковая у жировых тканей и наращивание мускулатуры может способствовать увеличению метаболизма.

Это означает, что Вы будете сжигать больше калорий каждый день, даже в состоянии покоя.

Исследование данных 48 женщин с избыточным весом, которые были помещены на диету с потреблением 800 калорий в день,часть из которых на время исследования перестали тренироваться показали, что после диеты женщины, которые регулярно занимались, сохранили свою мышечную массу, обмен веществ и физическую силу. Остальные потеряли вес, но также потеряли мышечную массу и испытали снижение метаболизма.

5. Сократите время, которое вы проводите в сидячем положении

Слишком много сидеть вредно для здоровья.

Некоторые исследователи даже окрестили это «новым курением». Отчасти это связано с тем, что длительные периоды сидения сжигают меньше калорий и могут привести к прибавке в весе.

Если Вы работаете за столом, попробуйте встать на короткое время, чтобы прервать длительность пребывания в сидячем положении.

6. Пейте зеленый чай или чай улун

Было показано, что зеленый чай и улун ускоряют метаболизм на 4-5% .

Эти чаи помогают преобразовать часть жира, хранящегося в Вашем организме, в свободные жирные кислоты, что может ускорить сжигание жира на 10-17%.

Поскольку они содержат мало калорий, питье этих чаев может быть полезным как для похудения, так и для поддержания стабильного веса.

Считается, что их повышающие метаболизм свойства могут помочь предотвратить избыточную потерю веса, которая происходит из-за снижения скорости метаболизма.

7. Ешьте острую еду

Перец содержит капсаицин, вещество, которое ускоряет ваш метаболизм .

Одно из исследований капсаицина в приемлемых дозах показало, что при употреблении перца в пищу сжигается около 10 дополнительных калорий.  

В одиночку эффект от добавления специй в вашу еду может быть довольно незначительным. Тем не менее, он может привести к небольшому преимуществу в сочетании с другими стратегиями ускорения обмена веществ .

8. Здоровый сон

Недостаток сна связан со значительным увеличением риска ожирения.

Это вызвано негативным влиянием недостатка сна на обмен веществ.

Недостаток сна также связан с повышением уровнем сахара в крови и инсулинорезистентностью, которые связаны с высоким риском развития диабета 2-го типа.

Также было доказано, что сон повышает уровень гормона голода грелина и снижает уровень “гормона полноты” лептина.

Это может объяснить, почему многие люди, страдающие от недостатка сна, чувствуют голод и пытаются похудеть.

9. Пейте кофе

Исследования показали, что кофеин в кофе может стимулировать обмен веществ, ускоряя его на 3-11%. Подобно зеленому чаю, он также способствует сжиганию жира .

Влияние кофе на метаболизм способствует успешной потере веса и поддержанию его в нормальном состоянии.

10. Замените кулинарные жиры кокосовым маслом

В отличие от других насыщенных жиров, кокосовое масло богато среднецепочечными жирами.

Среднецепочечные жиры могут улучшить ваш метаболизм, в отличие от длинноцепочечных жиров, содержащихся в таких продуктах, как сливочное масло.

Исследователи обнаружили, что среднецепочечные жиры ускоряют метаболизм на 12%.

Благодаря уникальному профилю жирных кислот кокосового масла, замена некоторых других кулинарных жиров на него может иметь преимущества для похудения.

Итог

Небольшие изменения в образе жизни и включение представленных советов в повседневную жизнь улучшат Ваш метаболизм.

По материалам:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3257466/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2243122

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19623201

https://www. ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22777332

https://www.healthline.com/nutrition/starvation-mode

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15952420

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23438230

https://www.healthline.com/nutrition/benefits-of-hiit

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19437058

https://www.healthline.com/nutrition/starvation-mode

Метаболизм — что это такое (простыми словами) и как его ускорить (разогнать)

Обновлено 23 июля 2021

1. Метаболизм — это…
2. Откуда берется жир
3. Индивидуальный обмен веществ
4. Как разогнать (ускорить) метаболизм

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Какой-то из ваших знакомых наверняка может съесть за раз почти целую пиццу, и совсем не беспокоится о лишнем весе. Поскольку большие порции жаренной жирной пищи не прибавят ему лишних килограммов.

А вот соседке приходится считать количество ложек гречневой каши на ужин, которых должен быть не позже 6 вечера, ведь она поправляется за считаные секунды.

В чём секрет успеха одного, и провал другого? Для ответа на этот вопрос стоит изучить такое понятие, как метаболизм. Поэтому сегодня мы и поговорим про то, что это такое простым языком.

Ведь, возможно, именно в нём скрывается причина такого разного подхода к питанию и результатам разных людей.

Метаболизм — это…

Организм человека похож на химическую лабораторию, внутри которой происходят различные процессы и реакции. Для понимания этого механизма нужно узнать, что такое метаболизм.

Метаболизм — это процесс превращения калорий пищи в энергию для жизнедеятельности всех органов и клеток.

С его помощью организм способен расти, развиваться, размножатся, реагировать на внешний мир.

Другими словами — это обмен веществ.

Метаболизм обеспечивает прохождение таких процессов:

1. переработка полезных веществ из пищи;
2. расщепление их на более простые компоненты;
3. освобождение клеток от ненужных веществ;
4. доставка полезных питательных компонентов в ткани и органы.

Чтобы лучше понимать сложный процесс, можно рассмотреть на примере употребление фасоли, молока и куриного мяса. Все эти продукты содержат белок. Но он состоит из разных аминокислот, их соотношения и количества.

Разложение пищи на более простые питательные вещества называется катаболизмом. Если следовать нашему примеру, то это превращение белка в аминокислоты. Параллельно высвобождается энергия, которую измеряют в калориях.

Эта энергия используется для создания новых белков из аминокислот. Например, она может быть применена для наращивания бицепсов или заживления ран, трещины в кости, роста ногтей. Такой механизм «постройки» именуется анаболизмом.

Откуда берется жир и увеличение массы тела

Если во время катаболизма высвобождается больше веществ и энергии, чем надо для создания новых компонентов, клеток, то получается избыток (профицит). Его стоит куда-то «деть», чтобы он не накапливался.

Избыток энергии может образовываться, даже если человек ведёт активный образ жизни. Но при этом употребляет значительно больше еды, чем ему нужно для использования организмом.

Нерастраченная энергия сначала запасается в печени и мышцах в виде гликогена – углевода, который можно будет использовать, как источник для активной физической работы. Остальное же идёт в жировые клетки.

Если человек съел 1 грамм углерода или белка, то он получит 4 ккал. При потреблении 1 грамма жира – 9 ккал. Если организм не использует эту энергию, то она отложится в виде того же 1 грамма жировых клеток.

С помощью арифметики можно наглядно представить метаболизм, как переход определенного количества энергии в другую форму. Вот, допустим, ваш знакомый взял бутерброд с хлебом и колбасой. После катаболизма его организм получил свои белки, углеводы, жиры. И того 140 ккал.

Если человек после этого присел посмотреть сериал, то эта энергия будет тратиться на работу сердечно-сосудистой и дыхательной систем – 50 ккал. А оставшийся 90 ккал преобразуются в жировые отложения в виде 10 грамм жира. Если же ваш знакомый пойдет и прогуляется, то вся энергия сразу израсходуется.

Индивидуальный метаболизм

Процесс преобразования питательных веществ в энергию может протекать недостаточно интенсивно. Тогда речь идёт о замедленном метаболизме. Поэтому организм не успевает использовать все калории, накапливается жир.

Такой тип обмена веществ может являться индивидуальной особенностью, но чаще он встречается при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Например, когда выделяется недостаточно ферментов, чтобы расщепить еду.

Быстрый метаболизм считается за благо, если человек мечтает всегда быть худым. Но за этим скрывается постоянная усталость, поскольку большая часть витаминов и веществ не успевают усвоиться.

В этом случае страдает иммунная система, поэтому худые люди очень восприимчивы к инфекционным болезням, вирусам. За ускоренным обменом веществ часто стоит заболевание щитовидной железы – тиреотоксикоз.

Тип метаболизма часто зависит и от таких факторов:

1. вес;
2. возраст;
3. соотношение мышечной и жировой ткани;
4. состояние микрофлоры.

Но самая важная причина, из-за которой у людей отличается скорость обмена веществ и то, куда именно будет откладываться избыток в калориях – это гены.

На сегодняшний день существует метод для исследования генотипа определённого человека. После чего специалисты смогут сказать, каково состояние генов, ответственных за работу ферментов, расход и распределение энергии.

На основе этих данных можно дать рекомендации, как ускорить метаболизм для похудения. Например, если у одного клиента ген FABP2 изменённый, то ему нужно ограничить приём жирной пищи.

После такого обследования так же будет понятно, как рецепторы реагируют на использование энергии во время физической нагрузки.

Так некоторым людям, чтобы быть в форме, достаточно просто много ходить на протяжении дня. Другим же для того, чтобы не поправляться нужно интенсивно заниматься в спортзале на тренажёрах.

Как разогнать (ускорить) метаболизм

Есть ряд общих советов, как ускорить метаболизм, если нет желания наблюдать на своём теле излишние жировые отложения:

1. Есть несколько раз в день. Небольшие порции помогут сразу израсходовать энергию, и не дать калориям отложиться. Можно разбить свой суточный рацион на 5 раз, например. Для женщин одна порция – это приблизительно 200 грамм, для мужчин – 300 грамм.
2. Нужно высыпаться вдоволь, не экономить на сне. Поскольку во время ночного отдыха вырабатывается гормон – соматотропин. Он играет важную роль в регуляции жирового обмена.
3. Нормированная физическая нагрузка – это один из неотъемлемых путей к ускорению метаболизма. Полезным будет не только активная ходьба или бег, но и наращивание мышечной массы. Поскольку 500 грамм мышц используют около 35 ккал в сутки, а такой же объём жира – всего лишь 2 ккал.
4. Кушать не до 6 вечера, а не позднее, чем за 3 часа до сна.
5. Отказаться от простых углеводов: джем, газировка, картофель, булочки и хлеб. Поскольку при таком рационе все клетки быстро получают питательные вещества, а лишнее – в бока и живот.
6. 40 грамм чёрного шоколада в день способствуют нормализации чувствительности клеток к инсулину.
7. Использовать специи: корица (стимулирует пищеварение), кайенский перец (стимулирует выработку желудочного сока), имбирь (мочегонный продукт).
8. Включить в рацион клетчатку: овощи, фрукты, зелень.
9. Поддерживать Омега-3 жиры в организме, поскольку при их отсутствии значительно ухудшается метаболизм и падает иммунитет. Большое количество Омега-3 содержится в рыбе.
10. Глубокое дыхание на свежем воздухе – ещё один ключ к ускоренному обмену веществ. В этом случае в организм попадает больше кислорода, который ускоряет кровообращение, и вместе с ним – катаболизм.
11. Лаванда, лимон, мята, апельсин, грейпфрут, шалфей – нет, это не рекомендации к употреблению. Это те запахи, которые способны будоражить рецепторы обоняния, и также улучшить работу сердечно-сосудистой системы.
12. Избегать стрессовых факторов, поскольку много людей заедают стресс сладкими пирожками. А они являются простыми углеводами, которые не израсходуются.

Это простые правила для того, чтобы держать свой организм в тонусе, а метаболизм – в активном режиме. За более детальной и индивидуальной информацией стоит обратиться к диетологу.

Автор статьи: Марина Домасенко

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Что такое замедленный метаболизм и как с ним бороться

Почему одним людям дается легко сбрасывать свой вес, а другим не очень? Одной из основных причин набора веса является замедленный обмен веществ в организме. Иногда секретом стройности многих худышек являются вовсе не в изнурительные усилия, а всего лишь ускоренный метаболизм и здоровый образ жизни. «Портрет врага» нужно знать в лицо, поэтому давайте рассмотрим возможные факторы, которые замедляют метаболизм.

Эти факторы:

1.Стресс

Нервное напряжение замедляет обменные процессы. При этом, во время стресса люди как правило не контролируют количество употребляемой пищи.

2.Недостаток железа

Железо выступает в качестве поставщика кислорода мышцам. При кислородном голодании уровень энергии понижается, а с ним замедляется метаболизм. Не забываете включать в свой рацион продукты, богатые железом: гречку, бобовые, печень.

3.Употребление овощей и фруктов с нитратами

Плоды, которые должны приносить пользу организму, могут ему навредить!

4.Недостаток йода

Учитывая тот факт, что Казахстан является территорией, на которой население постоянно испытывает йододефицит, а щитовидная железа напрямую влияет на обмен веществ, необходимо употреблять в пищу йодированною соль, морепродукты, яйца.

5.Слишком высокая температура в доме

Необходимо проветривать помещение перед сном, ведь холод активизирует подкожно-жировую клетчатку, отвечающую за сжигание калорий.

6.Неправильные перекусы

Постоянные перекусы быстрыми углеводами только вредят фигуре. Замените печенье, булочки, сладкие йогурты на орехи. Содержащиеся в них полиненасыщенные кислоты помогают повысить активность гормонов, отвечающих за жиросжигание. Особенно полезны грецкие орехи из-за большого содержания в них витамина С.

7.Поздний утренний подъем

Существует поговорка: «Кто рано встает, тому и Бог подаёт». Утреннее солнце настраивает наш организм на правильный дальнейший дневной ритм. А он в свою очередь регулирует сон, объем употребляемой пищи и затраченной энергии. Принимайте по утрам витамин D, чтобы запустить обменные процессы.

8.Исключение силовых тренировок

Хорошо бы каждый день посещать фитнесс-зал, но и тем, у кого такой возможности нет, не стоит расстраиваться. Надо понимать, что чем больше наращенной мышечной массы, тем меньше жировых отложений. Даже простая ходьба пешком на свежем воздухе не менее 10000 шагов в день поможет Вам в этом.

9.Отсутствие в рационе молочных продуктов

В молочных продуктах содержатся полезные вещества и кислоты, влияющее на сжигание жира и образование новых мышц. Кроме того, в молоке содержится кальций, который очень важен для регуляции метаболизма.

10.Недостаточное употребление воды

Суточная норма воды для нормального метаболизма —это 30 мл. питьевой воды на килограмм веса. В среднем, это 1,5 — 2 литра в сутки. Также хорошо сжигает калории и зеленый чай.

11. Нерегулярное питание

Питаясь нерегулярно, Вы заставляете организм запасаться энергией, ведь он не знает, когда будет следующий прием пищи. Употребляя еду каждые 3–4 часа, вы внесете стабильность в пищеварительную систему и поддержите обмен веществ. Не переедайте!

Теперь, когда «портрет врага» нарисован, Вы можете составить план дальнейших действий. Дружите со здоровым образом жизни, следите за своим режимом питания, употребляйте здоровую пищу и оставайтесь в отличной форме!

Что такое МЕТАБОЛИЗМ — что это и как работает простыми словами

Метаболизм (обмен веществ) — это процесс преобразования пищи и других веществ в необходимую для организма энергию.

В чем заключается роль и функция метаболизма в организме?

Метаболизм является одной из важнейших функций нашего организма. Он обеспечивает возможность перерабатывать пищу, и поддерживать работоспособность тела. Благодаря обмену веществ наш организм получает ресурсы для питания органов, восстановления повреждений и выведения токсинов. Простыми словами, метаболизм — это процесс, без которого живые организмы не жизнеспособны.

Метаболизм состоит из двух важных процессов:

• Катаболический метаболизм (катаболизм) – это процесс, при котором ломаются крупные молекулы на более мелкие составляющие. Например, когда вы принимаете лекарства, содержащие сложную молекулярную структуру, их нужно разбить на простые элементы, которые легче впитываются организмом.
• Анаболический метаболизм (анаболизм) – это полная противоположность катаболизму. Благодаря данному процессу, из более простых составляющих, организм формирует необходимые ему сложные молекулы.

Активность метаболизма.

Для поддержания тела в хорошей физической форме, крайне важно стимулировать скорость метаболизма. Этого можно достичь элементарными физическими упражнениями. Следует понимать, что прием пищи это очень важная процедура. Не лучшей идеей является нерегулярное питание. Так как из-за этого снижается метаболизм, что в свою очередь ведет к уменьшенному сжиганию калорий и жира. Это может привести к тому, что организм начнет запасаться жиром и как следствие начнутся проблемы с лишним весом.

Метаболизм и никотин.

Никотин способствует ускорению обмена веществ, что является одной из причин, почему люди бросившие курить сильно набирают в весе. Тем не менее, стимуляция метаболизма за счет употребления никотина является весьма спорным способом. Так как никотин является довольно вредным веществом и его употребление тесно связано с возникновением сердечно — сосудистых и ряда других заболеваний.

Лучшим альтернативным решением для стимуляции метаболизма является активное занятие спортом.

Как разогнать метаболизм?

«Сколько волка ни корми – он все равно стройный. Потому что у него хороший метаболизм, а у тебя – нет». Старая поговорка на новый лад, которая уже стала мемом в соцсетях, заставляет задуматься: а можно ли, действительно, ускорить свой метаболизм? Ведь кто не хотел бы обмен веществ, как у волка из мема?

Для начала давайте выясним, что такое метаболизм, и как он работает. Обмен веществ или метаболизм – это многочисленные химические реакции в клетках нашего тела, которые помогают сжигать калории и трансформировать их в энергию. От обмена веществ зависит качественная работа пищеварения, сердца, почек и легких, а также то, как наше тело восстанавливается после болезней, травм и нагрузок. Чем выше скорость обмена веществ, тем больше калорий способен сжечь организм. Принято считать, что быстрый метаболизм – хорошо (можно есть все, что хочешь и не поправляться), а медленный – плохо. На самом деле, слишком ускоренный обмен веществ тоже может быть не в радость его обладателю: он может свидетельствовать о гормональных нарушениях, приводить к проблемам с менструальным циклом, ослаблению иммунитета, анемии и ихтиозу. В то же время, слишком медленный обмен веществ чреват ожирением, риском диабета и сердечных заболеваний. Нормальный же метаболизм, без симптомов нарушения здоровья, способен обеспечить организм энергией, питательными веществами и обновлением тканей.

От чего зависит скорость метаболизма?

От множества факторов, одни из которых можно корректировать, ускоряя метаболизм, другие – нет. Факторы обмена веществ, не поддающиеся изменениям – пол, тип фигуры, возраст и наследственность. Но метаболизм зависит еще от массы тела, психоэмоционального состояния, гормонального фона, рациона и физических нагрузок. Эта группа факторов, как раз, поддается коррекции. Корректируя ее, мы можем ускорить обмен веществ. К тому же, недавно ученые из с выяснили, что способность организма к сжиганию калорий меняется в течение суток. Теоретически это означает, что под эти биоритмы можно подстраивать график питания, однако для выяснения нюансов придется провести еще ряд исследований.

Метаболизм и возраст. Каждые 10 лет наш метаболизм замедляется примерно на 5%. «В 35 лет вы будете сжигать примерно на 75 калорий в день меньше, чем в 25, а к 65 годам еще на 500 калорий меньше», – говорит доктор Мадлен Фернстром, автор книги The Real You Diet.

Как это происходит?

• 20 лет. Развитие мышц и костей достигло своего пика, ваш метаболизм работает на полных оборотах. Наслаждайтесь этим, пока можете.

• 30 лет. Клеточные электростанции вашего тела, митохондрии, становятся менее эффективными в сжигании калорий.

• 40 лет. Уровень эстрогена падает, и это еще больше замедляет метаболизм, вызывая отложение жира в проблемных зонах – на животе и бедрах.

Но не паникуйте. Умеренные физические нагрузки и сбалансированное питание способны долго поддерживать «молодой» уровень обмена веществ. Вот некоторые хитрости, как это сделать.

Как ускорить метаболизм утром? Старайтесь полноценно завтракать перед работой. Отказ от завтрака чреват замедлением метаболизма. Организм переходит в режим «выживания» и начинает замедлять темпы обмена. В ходе исследования, опубликованного в Американском Журнале Эпидемиологии, выяснилось, что участники, которые отказывались от завтрака или предпочитали некалорийный завтрак (11% от дневной нормы калорий) в среднем прибавили 1,5 кг в течение трех лет.

Отдавайте предпочтение завтракам, которые способствуют медленному высвобождению энергии и оставляют длительное чувство сытости. Например, микс нежирного белка со сложными углеводами и здоровыми жирами. Например, омлет из двух яиц со сладким перцем и авокадо. Или каша с горсткой замороженных ягод и тремя чайными ложками семян льна.

В рабочее время в офисе. Хорошие новости для кофеманов. Согласно исследованию, опубликованному в американском журнале Physiology & Behaviour, уровень метаболизма людей, регулярно пьющих кофе, в среднем на 16% выше, чем у тех, кто не пьет его или предпочитает кофе без кофеина.

Стакан холодной воды тоже способен ускорить обмен веществ. Исследователи из Университета штата Юта выявили, что стакан воды со льдом повышает уровень метаболизма на 30% и держит его ускоренным в течение 10 минут. Тело вынуждено сжигать дополнительные калории для поддержания своей нормальной температуры. Поэтому приложение в телефоне, напоминающее об h3O не будет лишним. При этом важно, чтобы вода была холодной.

Еще один напиток для ускорения метаболизма – зеленый чай. «Это настоящее волшебное зелье для повышения метаболизма», – говорит Тэмми Лакатос Шамес, соавтор книги «Ускоряй метаболизм». Исследования показали, что люди, которые потребляли три-пять чашек в день в течение 12 недель – потеряли в среднем 4,6% общей массы тела. Согласно другому эксперименту, две-пять чашек в день сжигали дополнительно 50 калорий в день. Чтобы действительно сжигать калории – выпивайте зеленый чай через два часа после еды – это повысит сжигание жира на треть.

В спортзале. Лучший вид нагрузки для разгона метаболизма, вовсе не кардио, как может показаться на первый взгляд, а силовые упражнения в тренажерном зале и интервальные тренировки. Последние особенно пропагандирует актриса Холли Берри, которая каждую пятницу в своем instagram-аккаунте выкладывает советы от своего тренера Питера Ли Томаса. Интервальные тренировки довольно просты и доступны даже новичкам: 20 секунд напряжения, за которыми следуют 10 секунд покоя – повторяются в общей сложности восемь раз в течение четырех минут. Исследования показали, что этот способ столь же эффективен для повышения метаболизма, как и более длительные, изнурительные силовые нагрузки. Так зачем потеть больше?

Метаболизм и Бах

Бюро SLOI architects – единственное из молодых петербургских, регулярно проходящее через процедуру градсовета. Это означает, что архитекторам удается получать достаточно крупные заказы для важных городских территорий, но проекты по той или иной причине вызывают вопросы у главного архитектора. Некоторые из них в конечном итоге доходят до реализации, другие получают премии, но значительная часть все же уходит в стол, даже если была высоко оценена профессиональным сообществом. Тем не менее из года в год архитекторы SLOI продолжают гнуть оппозиционную линию, основывая творческие поиски не на петербургском стиле или идентичности, а на собственных предпочтениях – например, руководителю бюро Валентину Когану симпатично такое направление как метаболизм. В городе-памятнике это воспринимается не иначе как дерзость, поэтому каждый проект порождает деятельное сопротивление как минимум в социальных сетях.     

Гостиничный комплекс на Воронежской улице – очень характерная для SLOI architects работа: по локации на периферии исторического центра, по непривычной для города эстетике и по сложному ее принятию.

Гостиница на Воронежской улице. Вид с Курской улицы

© Слои

Здание планируют строить недалеко от Лиговского проспекта и Обводного канала – в тихих кварталах исторической и преимущественно рядовой застройки не выше шести этажей. Сложное пятно участка выходит сразу на две улицы и забирается во «двор», вплотную примыкая к скверу и двум дореволюционным домам и поглощая дворовый флигель, который будут сносить. 

• 
  

  Гостиница на Воронежской улице. Ситуационный план

  © Слои

• 
  

  Гостиница на Воронежской улице. Ситуационный план

  © Слои

• 
  

  Гостиница на Воронежской улице. Аксонометрия в среде

  © Слои

Планировка комплекса не уступает в своей сложности конфигурации участка, но при этом она предельно логична. Прежде всего, архитекторы приводят в порядок структуру двух улиц, закрывая «прорехи» Курской и Воронежской двумя корпусами. Их высота по сравнению с соседями значительна – 9 этажей против 4, но размер скрадывается постепенным наращиванием объемов, многочисленными террасами и отступами. Так, секция, выходящая на Воронежскую улицу, начинает расти, ориентируясь на конек крыши двухэтажного дома, постепенно достигает пика, а затем снова спускается до 7 этажей. При этом «слои» верхних этажей также постепенно «задвигаются», благодаря чему усиливается ощущение горы или скалы. Эту аллюзию усиливает и то, как решен главный вход, к которому пешехода постепенно подводит фасад: он располагается под «навесом» из выступающих этажей, напоминая грот или пещеру.   

• 
  

  Гостиница на Воронежской улице. Вид с Воронежской улицы

  © Слои

• 
  

  Гостиница на Воронежской улице. Вид с Воронежской улицы

  © Слои

• 
  

  Гостиница на Воронежской улице. Вид на входную группу гостиницы

  © Слои

Из девятиэтажного фрагмента «главной» секции во двор прорастает еще несколько объемов. Прием ступенчатого фасада применяется и здесь, а за счет включения сплошного остекления «вырезается» кусок из общей массы, что делает ее значительно легче. Весь комплекс, таким образом, набран из ячеек-модулей, не имеет четких границ и являет собой пластичную композицию с определенной степенью недосказанности, которая позволяет зрителю додумывать и интерпретировать предложенный образ – все это является выражением идей метаболистов. 

Гостиница на Воронежской улице. Вид Курской улицы

© Слои

Еще одна важная часть проекта – это срежиссированные пространства между зданиями. Двухсветный прозрачный вестибюль и сохраненные пустоты позволяют с улицы увидеть зеленый двор и сквер, тем самым создаются интригующие пространства и приглашающие ракурсы. Как это часто и бывает в Петербурге, когда идешь по улице, видишь открытую арку, в ней кусочек двора – и уже не можешь не зайти.   

Гостиница на Воронежской улице. Вид из сквера

© Слои

Гостиница на Воронежской улице. Вид из дворика

© Слои

На первом этаже комплекса откроются кафе, офисы, а также коворкинг и фитнес центр. Подземная автостоянка вместит 33 машины. 

• 
  

  Гостиница на Воронежской улице. План -1 этажа на отм. -2.900

  © Слои

• 
  

  Гостиница на Воронежской улице. План 1 этажа на отм. +0.000

  © Слои

• 
  

  Гостиница на Воронежской улице. План 2 этажа на отм. +3.300

  © Слои

• 
  

  Гостиница на Воронежской улице

  © Слои

Проект, при всей своей свежести и заключенной в нем энергии, не встретил большой поддержки: на градсовете получил больше «против», чем «за», а в городских сообществах критиковался за высоту и уплотнительный характер застройки, которые к архитекторам, в общем-то, не имеют отношения. Валентин Коган рассказывал, что борясь за сохранение чистоты идеи на приеме у главного архитектора даже ставил Баха – и это каким-то образом в помогало. Так или иначе, шанс на реализацию есть – сейчас бюро разрабатывает стадию проекта, так что архитектурный ландшафт Петербурга вскоре может получить прецедент чего-то действительно нового и самобытного.  

Физиология, метаболизм — StatPearls — Книжная полка NCBI

Введение

Метаболизм — это вся сумма реакций, которые происходят в организме в каждой клетке и обеспечивают организм энергией. Эта энергия используется для жизненно важных процессов и синтеза нового органического материала. Каждый живой организм использует окружающую среду для выживания, принимая питательные вещества и вещества, которые действуют как строительные блоки для движения, роста, развития и воспроизводства. Все они опосредуются ферментами, которые представляют собой белки со специальными функциями при анаболизме и катаболизме.Скорость производства энергии называется базовой скоростью метаболизма и зависит от таких факторов, как пол, раса, физические упражнения, диета, возраст и такие заболевания, как сепсис или рак.

Проблемы, вызывающие озабоченность

Химические реакции, посредством которых происходит метаболизм, почти одинаковы для всех живых организмов, включая животных, растения, бактерии и грибы. Все эти химические реакции опосредуются белками, которые действуют как катализаторы в определенных условиях окружающей среды, таких как pH и температура.Синтез многих катализаторов, которые опосредуют химические реакции в нашем организме, берет свое начало в ДНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота — это молекула, находящаяся в ядре, состоящая из четырех оснований, называемых аденином, гуанином, цитозином и тимином. РНК — это молекула, используемая некоторыми живыми организмами вместо ДНК, и компоненты этой молекулы включают рибозу и урацил вместо тимина. Окружающая среда, в основном растения, используют солнечный свет для преобразования воды и углекислого газа для синтеза углеводов.Живые организмы поступают наоборот, потребляя углеводы и другие органические материалы для производства энергии.

Термодинамика

Невозможно обсуждать метаболизм без изучения законов термодинамики. Особого внимания заслуживают, в частности, первые два закона. Первые два закона термодинамики гласят, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена, и что результатом физических и химических изменений является увеличение энтропии во Вселенной.Фактически полезная энергия или свободная энергия — это энергия, способная работать без разницы температур. Менее полезные формы энергии высвобождаются в виде тепла. [1]

Cellular

Химический носитель энергии называется АТФ. Синтез АТФ происходит внутри внутриклеточной органеллы, ограниченной внешней и внутренней мембранами. Диссоциация воды на молекулу водорода и гидроксильную группу, которая происходит во внутренней среде тела, необходима для синтеза АТФ.Катаболические реакции, которые будут обсуждаться в этой статье позже, высвобождают значительное количество протонов, большая часть которых транспортируется в митохондрии для производства АТФ. Эти протоны транспортируются через ряд комплексов во внутренней мембране митохондрий, чтобы активировать АТФазу, используя энергию, выделяемую механизмом переноса электронной цепи.

Организмы обрабатывают пищу, которую они едят, в три этапа. На первом этапе сложные молекулы превращаются в простые; это включает расщепление сложных белков на олигопептиды и свободные аминокислоты для облегчения абсорбции, расщепление сложных сахаров на дисахариды или моносахариды и расщепление липидов до глицерина и свободных жирных кислот.Эти процессы называются пищеварением и производят всего около 0,1% энергии, которая не может быть использована клеткой. На втором этапе все эти маленькие молекулы подвергаются неполному окислению. Окисление означает удаление электронов или атомов водорода. Конечным продуктом этих процессов являются вода и углекислый газ, а также три основных вещества, а именно: ацетилкофермент А, оксалоацетат и альфа-оксоглутарат. Из них наиболее распространенным соединением является ацетилкофермент А, который составляет 2/3 углерода в углеводах и глицерине, весь углерод в жирных кислотах и ​​половину углерода в аминокислотах.Третья и последняя фаза этого процесса происходит в цикле, называемом циклом Кребса, открытом сэром Гансом Кребсом. В этом цикле ацетилкофермент А и оксалоацетат объединяются и образуют цитрат. В этой ступенчатой ​​реакции происходит высвобождение протонов, которые передаются в дыхательную цепь для синтеза АТФ.

Дисбаланс между анаболизмом и катаболизмом может привести к ожирению и кахексии соответственно. Метаболическая энергия переносится высокоэнергетическими фосфатными группами, такими как АТФ, ГТФ и креатинфосфат; или электронными переносчиками, такими как НАДН, ФАДН и НАДФН.[2] [3]

Участвующие системы органов

Поджелудочная железа является ключевым метаболическим органом, который регулирует количество углеводов в крови, либо высвобождая значительное количество инсулина для снижения уровня глюкозы в крови, либо высвобождая глюкагон для их повышения. . Утилизация углеводов и липидов организмом называется циклом Рэндла и регулируется инсулином.

Печень — это орган, отвечающий за переработку абсорбированных аминокислот и липидов из тонкого кишечника.Он также регулирует цикл мочевины и основные метаболические процессы, такие как глюконеогенез и отложение гликогена. [4]

Функция

Характеристики углеводов заключаются в том, что они растворимы, относительно легко транспортируются, нетоксичные молекулы, которые служат субстратом энергии при снижении уровня кислорода.

Самыми энергоемкими молекулами являются липиды, и они являются основной энергетической молекулой для млекопитающих и тканей. Поскольку они нерастворимы, они не переносятся кровью, не могут использоваться в анаэробных условиях и требуют большего количества кислорода для извлечения из них энергии (2.8 АТФ / молекула кислорода). Они не могут преодолевать гематоэнцефалический барьер, а эритроциты или почечные клетки не могут их использовать. Аминокислоты действуют как субстраты для производства глюкозы только в состоянии длительного голодания, демонстрируя истощение запасов гликогена.

Метаболизм этих трех основных субстратов сводится к одной молекуле, ацетил-КоА, в митохондриях. Метаболизм этой промежуточной молекулы генерирует 3 НАДН, 1 ФАДН, 1 ГТФ и 2 СО2, все из которых участвуют в дыхательной цепи митохондрий для синтеза АТФ.[5]

Механизм

Углеводный метаболизм

Он фокусируется на одном конкретном виде сахара — глюкозе. После того, как клетка поглощает молекулу глюкозы, она немедленно метаболизируется до глюкозо-6-фосфата, который не может покинуть клетку. Катализирующий фермент в этой реакции называется гексокиназой (в печени и поджелудочной железе) или глюкокиназой в любой другой ткани. Этот метаболит используется почти во всех метаболических процессах, включая гликолиз и гликогенез. Углеводы хранятся в виде гранул гликогена для быстрой мобилизации глюкозы при необходимости.

Гликоген — это полимер глюкозы, собранный гликогенсинтазой, с точками ветвления через каждые десять молекул глюкозы, что придает гликогену древовидную структуру, которая полезна для мобилизации глюкозы. Некоторые ткани используют гликоген для собственного поддержания, например, скелетные мышцы; некоторые другие ткани используют гликоген для поддержания стабильного уровня глюкозы в сыворотке, например, печень. В печени может храниться почти 100 г гликогена, который поставляет глюкозу в течение 24 часов; скелетные мышцы накапливают 350 г, которых достаточно на 60 минут мышечного сокращения.Глюкоза метаболизируется путем гликолиза во всех клетках с образованием пирувата. В этом процессе не используется кислород, а образуются две молекулы пирувата, 2 НАДН и 2 АТФ.

Пируват может иметь три судьбы внутри клетки: он может транспортироваться в митохондрии и генерировать ацетил-КоА, он может оставаться в цитозоле и генерировать лактат, или он может использоваться в гликонеогенезе ферментом аланинаминотрансферазой (ALT). Судьба пирувата в тканях будет зависеть от гормональной регуляции, доступности кислорода и конкретной ткани.Например, в печени избыток пирувата метаболизируется до ацетил-КоА, который затем используется для синтеза липидов, тогда как в мышцах он подвергается полному окислению до СО2.

Глюкозо-6-фосфат также может использоваться пентозофосфатным путем. Этот путь синтезирует нуклеотиды, синтез определенных липидов и поддерживает глутатион в его активной форме. Этот процесс регулируется глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой.

Углеводный обмен регулируется в основном инсулином, так как он стимулирует гликолиз и гликогенез.Катехоламины, глюкагон, кортизол и гормон роста стимулируют глюконеогенез и гликогенолиз. [6]

Липидный метаболизм

Жирные кислоты служат для производства энергии в окислительных тканях. Некоторые из них являются амфипатическими и потенциально токсичными, и они транспортируются связанными с альбумином. Кишечник поглощает жирные кислоты в виде мицелл; они поглощаются энтероцитами в стенке кишечника. Попадая внутрь, эти молекулы жира распадаются на более мелкие молекулы, свободные жирные кислоты и глицерин, которые конъюгированы сзади с образованием триглицеридов.Они связаны с белками и образуют хиломикроны вне энтероцита.

Эти хиломикроны очень богаты холестерином и триглицеридами, которые транспортируются по системе воротной вены в печень. Печень будет обрабатывать эти сложные молекулы, чтобы извлечь часть холестерина и триглицеридов. Печень секретирует новую форму сложной молекулы, называемой ЛПОНП, которая транспортирует эндогенные липиды и жир к периферическим тканям, которые экспрессируют гормоночувствительную липазу и липопротеинлипазу.

Этот фермент превращает ЛПОНП в ЛПНП, который содержит больше холестерина, чем другие молекулы, и в конечном итоге поглощается тканями-мишенями. Все это называется «прямым метаболизмом холестерина». Когда в периферических тканях содержится слишком много жира или холестерина, он перемещается в липопротеине, называемом ЛПВП, который поступает в желчную систему для экскреции. Этот процесс называется «обратным метаболизмом холестерина». Оба регулируются инсулином, который стимулирует липазы в организме, но подавляет липолиз.[7] [8] [9] [10]

Аминокислотный метаболизм

Мы потребляем почти 100 г белка в день. В организме содержится около 10 кг белка, который метаболизируется 300 г в день. Структурными единицами, составляющими белки, являются аминокислоты. Некоторые из них являются незаменимыми (это означает, что организм не может их синтезировать и должен получать их с пищей), а некоторые — заменимые аминокислоты (которые организм может синтезировать). Белки абсорбируются энтероцитами в виде аминокислот.Аминокислоты содержат азотную группу и двухуглеродный скелет, называемый 2-оксокислотой.

При метаболизме аминокислот образуется аммоний, который является токсичной молекулой, особенно для ЦНС. Аммоний может метаболизироваться в печени для выведения в цикл орнитина (мочевины). Метаболизм аминокислот происходит в двух видах химических реакций. Первый называется трансаминированием, в котором участвуют аланинаминотрансфераза (АЛТ) и аспартатаминотрансфераза (АСТ). Эти две реакции требуют трехуглеродного скелета для замены аминогруппы; скелет этих двух ферментов — альфа-кетоглутарат.В реакции, регулируемой ALT, аланин передает аминогруппу альфа-кетоглутарату с образованием пирувата и глутамата. В реакции, регулируемой AST, происходит обратная ситуация. Аминогруппа, пожертвованная глутаматом, используется для создания аспартата и передачи второго атома аминогруппы циклу мочевины. Вторая реакция — дезаминирование, при котором глутаматдегидрогеназа метаболизирует глутамат с образованием альфа-кетоглутарата и аммиака, который должен быть детоксифицирован циклом мочевины.

После дезаминирования скелет подвергается промежуточному метаболизму.Метаболизм аминокислот может давать семь типов скелетов, а именно: альфа-кетоглутарат, оксалоацетат, сукцинил-КоА, фумарат, пируват, ацетил-КоА и ацетоацетил-КоА. Первые пять содержат три или более атомов углерода, и они полезны для гликонеогенеза, последние два имеют только два атома углерода, и они непригодны для гликонеогенеза. Вместо этого они используются для синтеза липидов.

Как и все другие метаболические пути, инсулин является основным регулятором. Напротив, регулятор метаболизма аминокислот — кортизол и гормон щитовидной железы, который опосредует разрушение мышц.[11] [12] [13]

Клиническая значимость

Сахарный диабет

Поджелудочная железа определяет концентрацию глюкозы в крови и некоторых аминокислот, таких как аргинин и лейцин. Высокий уровень этих веществ указывает на насыщение питательными веществами, и это сообщение отправляется организму поджелудочной железой в виде инсулина. Инсулин — это уникальный метаболический гормон, отвечающий за распределение питательных веществ в организме, а это означает, что дефицит инсулина подразумевает плейотропные изменения в метаболизме человека.При дефиците инсулина наблюдается меньшее подавление катаболических реакций; это приводит к чистой мобилизации субстратов из тканей. Поджелудочная железа определяет статус метаболитов, периферические ткани определяют концентрацию инсулина. Когда периферические ткани чувствуют падение инсулина, они становятся катаболическими, и субстраты начинают мобилизоваться. Печень реагирует на низкий уровень инсулина увеличением синтеза глюкозы за счет глюконеогенеза и гликогенолиза. Как видно из метаболизма аминокислот, основным глюконеогенным субстратом является аланин, образующийся в результате мышечных отходов и протеолиза.Жировая ткань также реагирует, усиливая липолиз, что приводит к накоплению жирных кислот и глицерина. Повышенная доставка неэтерифицированных жирных кислот (NEFA) в печень увеличивает кетогенез. [14]

Сепсис, травмы и ожоги

Катаболизм может также инициироваться чрезмерной воспалительной реакцией, характеризующейся усилением и экспрессией провоспалительных цитокинов, таких как TNF-альфа, IL-6 и IL-1. Этот процесс называется синдромом системной воспалительной реакции (ССВО).Он имеет три фазы относительно метаболизма; фаза прилива или отлива, катаболическая фаза и анаболическая фаза. В этих сценариях происходит значительная мобилизация субстрата по всему телу. [15]

Дефицит G6PDH

Это дефицит, широко распространенный в экваториальных регионах. Он связан с Х-хромосомой и снижает уровень НАДФН, следовательно, снижает уровень активной формы глутатиона и увеличивает окислительный стресс для красных кровяных телец; это приводит к гемолизу, который в зависимости от повреждения представляет собой криз.На мазке периферической крови он выглядит как тельца Хайнца и волдыри. [16]

Ссылки

1.

Лю X, Чен Т., Джайн П.К., Сюй В. Выявление термодинамических свойств элементарных химических реакций на уровне одной молекулы. J Phys Chem B. 25 июля 2019 г .; 123 (29): 6253-6259. [PubMed: 31246466]

2.

Рамнанан С.Дж., Эджертон Д.С., Крафт Дж., Черрингтон А.Д. Физиологическое действие глюкагона на метаболизм глюкозы в печени. Диабет ожирения Metab. 2011 Октябрь; 13 Прил.1: 118-25.[Бесплатная статья PMC: PMC5371022] [PubMed: 21824265]

3.

Сабо И., Зоратти М. Митохондриальные каналы: потоки ионов и многое другое. Physiol Rev.2014, апрель; 94 (2): 519-608. [PubMed: 24692355]

4.

Hue L, Taegtmeyer H. Повторное посещение цикла Рэндла: новая голова вместо старой шляпы. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2009 сентябрь; 297 (3): E578-91. [Бесплатная статья PMC: PMC2739696] [PubMed: 19531645]

5.

KREBS HA. Цикл трикарбоновых кислот. 1948-1949 Харви Лект.Series 44: 165-99. [PubMed: 14849928]

6.

Дашти М. Краткий обзор биохимии: углеводный обмен. Clin Biochem. 2013 Октябрь; 46 (15): 1339-52. [PubMed: 23680095]

7.

Abumrad NA, Davidson NO. Роль кишечника в гомеостазе липидов. Physiol Rev.2012 июль; 92 (3): 1061-85. [Бесплатная статья PMC: PMC3589762] [PubMed: 22811425]

8.

Goldstein JL, Brown MS. Рецептор ЛПНП. Артериосклер Thromb Vasc Biol. 2009 Апрель; 29 (4): 431-8. [Бесплатная статья PMC: PMC2740366] [PubMed: 19299327]

9.

Jaworski K, Sarkadi-Nagy E, Duncan RE, Ahmadian M, Sul HS. Регулирование метаболизма триглицеридов. IV. Гормональная регуляция липолиза в жировой ткани. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2007 июл; 293 (1): G1-4. [Бесплатная статья PMC: PMC2887286] [PubMed: 17218471]

10.

Пирс В., Кароббио С., Видаль-Пуч А. Различные оттенки жира. Природа. 2014 5 июня; 510 (7503): 76-83. [PubMed: 24899307]

11.

Deutz NE, Wolfe RR. Есть ли максимальный анаболический ответ на потребление белка во время еды? Clin Nutr.2013 Апрель; 32 (2): 309-13. [Бесплатная статья PMC: PMC3595342] [PubMed: 23260197]

12.

Finn PF, Dice JF. Протеолитические и липолитические реакции на голодание. Питание. 2006 июль-август; 22 (7-8): 830-44. [PubMed: 16815497]

13.

Vandenberg RJ, Ryan RM. Механизмы транспорта глутамата. Physiol Rev.2013 Октябрь; 93 (4): 1621-57. [PubMed: 24137018]

14.

Заккарди Ф., Уэбб Д.Р., Йейтс Т., Дэвис М.Дж. Патофизиология сахарного диабета 1 и 2 типа: 90-летняя перспектива.Postgrad Med J. 2016 февраль; 92 (1084): 63-9. [PubMed: 26621825]

15.

Чеккони М., Эванс Л., Леви М., Родс А. Сепсис и септический шок. Ланцет. 7 июля 2018 г .; 392 (10141): 75-87. [PubMed: 29937192]

16.

Штайнер М., Людеманн Дж., Краммер-Штайнер Б. Фавизм и дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. N Engl J Med. 2018 15 марта; 378 (11): 1068. [PubMed: 29542311]

Аэробный и анаэробный метаболизм

Ваше тело использует два типа метаболизма во время упражнений, чтобы обеспечить ваши мышцы топливом.Узнайте об аэробном и анаэробном метаболизме, о том, как они работают и что это значит для вас, когда вы тренируетесь.

Обзор

Анаэробный метаболизм — это создание энергии за счет сжигания углеводов в отсутствие кислорода . Это происходит, когда ваши легкие не могут доставить в кровоток достаточно кислорода, чтобы удовлетворить потребности ваших мышц в энергии. Обычно он используется только для коротких всплесков активности, например, при спринте, беге или езде на велосипеде, или когда вы поднимаете тяжелые веса.

Когда в кровотоке недостаточно кислорода, глюкоза и гликоген не могут быть полностью расщеплены на углекислый газ и воду. Вместо этого вырабатывается молочная кислота, которая может накапливаться в мышцах и ухудшать мышечную функцию.

Аэробный метаболизм — это способ, которым ваше тело вырабатывает энергию за счет сжигания углеводов, аминокислот и жиров в присутствии кислорода . Сжигание означает сжигание, поэтому это называется сжиганием сахаров, жиров и белков для получения энергии.Аэробный метаболизм используется для устойчивого производства энергии для упражнений и других функций организма. Примеры упражнений, использующих аэробный метаболизм, включают ходьбу, бег или езду на велосипеде с постоянным усилием.

Ваше тело часто переключается между аэробным и анаэробным метаболизмом во время занятий спортом и физических упражнений, требующих коротких спринтов, а также продолжительного бега трусцой, например, в футболе, теннисе и баскетболе.

Основы метаболизма

Метаболизм относится к процессам, которые ваше тело использует для расщепления питательных веществ, образования соединений, которые клетки могут использовать для получения энергии, и использования этих соединений для подпитки клеточных функций.Ваше тело выделяет ферменты, которые расщепляют пищу на сахар, белки и жиры. Затем каждая клетка вашего тела может принять их и использовать в аэробных или анаэробных метаболических процессах для образования аденозинтрифосфата (АТФ), который является топливом, используемым в клетке.

Таким образом сжигаются калории из пищи, чтобы произвести энергию в каждой клетке. Общий метаболизм вашего тела включает сокращение мышц, дыхание, кровообращение, поддержание температуры тела, переваривание пищи, удаление отходов, а также функции мозга и нервной системы.

Скорость, с которой вы сжигаете калории, называется скоростью метаболизма.

Во время упражнений вы увеличиваете метаболизм не только в мышцах, но и в дыхательной и кровеносной системах. Для доставки кислорода и питательных веществ к мышцам требуется более быстрое дыхание и частота сердечных сокращений. Ваше тело также должно работать больше, чтобы предотвратить перегрев, например, из-за потоотделения.

Анаэробный и аэробный метаболизм

Анаэробный метаболизм не так эффективен, как аэробный.Молекула глюкозы может производить только три молекулы АТФ при анаэробном метаболизме, в то время как она производит 39 при аэробном метаболизме. АТФ — это то, что питает мышцы.

Анаэробный метаболизм может использовать только глюкозу и гликоген, в то время как аэробный метаболизм также может расщеплять жиры и белок. Интенсивные упражнения в анаэробной зоне и в зоне красной линии с частотой сердечных сокращений более 85 процентов от вашей максимальной частоты сердечных сокращений приведут к использованию анаэробного метаболизма для подпитки мышц.

Хотя ваше тело естественным образом будет использовать энергетические пути, которые лучше всего справятся со своей работой, у вас есть выбор, насколько интенсивно вы тренируетесь.Программы тренировок для различных видов спорта и занятий разработаны с учетом наилучшего использования аэробного и анаэробного метаболизма.

Молочная кислота и упражнения

Молочная кислота является побочным продуктом анаэробного гликолиза и анаэробного метаболизма, которые происходят во время физических упражнений. Хотя молочная кислота используется сердцем в качестве топлива, чрезмерное количество молочной кислоты в ваших скелетных мышцах замедляет сокращения, не позволяя поддерживать максимальную работоспособность.

Когда ваши мышцы используют анаэробный метаболизм, в мышечных клетках вырабатывается молочная кислота. При упражнениях умеренной интенсивности он может диффундировать из клеток, но при сильных мышечных сокращениях он накапливается. По мере того, как вы накапливаете все больше и больше молочной кислоты, ваши мышцы горят и устают.

Часто это ощущается при занятиях спортом, например при поднятии тяжестей, но вы можете достичь этого во время бега или езды на велосипеде во время спринта или подъема. Вы вынуждены отступить и замедлиться, чтобы ваши мышцы могли восстановиться и позволить молочной кислоте диффундировать из клеток.Молочная кислота далее перерабатывается печенью в глюкозу, которая используется в качестве топлива, завершая цикл.

Что происходит во время анаэробных упражнений

• Анаэробный метаболизм производит молочную кислоту, которая может накапливаться в мышцах до такой степени, что вы «чувствуете ожог». Это ощущение жжения — нормальный побочный эффект анаэробного метаболизма.
• Быстро сокращающиеся мышечные волокна больше полагаются на анаэробный метаболизм для быстрых сокращений, но они также быстрее утомляются.
• Интервалы высокой интенсивности превращают обычное аэробное упражнение, такое как бег на выносливость, в анаэробное упражнение. Анаэробный метаболизм необходим, когда вы превысите 90% максимальной частоты сердечных сокращений.

Замедление накопления молочной кислоты

Вы можете улучшить точку накопления молочной кислоты с помощью специальных тренировочных программ. Спортсмены часто используют их для улучшения своих результатов. Они включают режим интервальных или устойчивых тренировок, которые доведут их до порога лактата.

Также важно соблюдать правильную диету, чтобы ваши мышцы хорошо снабжались гликогеном в качестве топлива. Лактатный порог обычно достигается в диапазоне от 50 до 80 процентов от VO2 max спортсмена (максимальное потребление кислорода). У профессиональных спортсменов он может быть увеличен еще больше, что позволяет им прикладывать больше усилий в своей деятельности.

Аэробная энергия

В аэробном метаболическом процессе человеческий организм использует глюкозу для производства молекул аденозинтрифосфата (АТФ).АТФ — это то, что питает ваши мышцы. Анаэробный метаболизм, который используется для интенсивного сокращения мышц, производит намного меньше молекул АТФ на молекулу глюкозы, поэтому он намного менее эффективен.

Аэробный метаболизм является частью клеточного дыхания и вовлекает ваши клетки в выработку энергии за счет гликолиза, цикла лимонной кислоты и транспорта электронов / окислительного фосфорилирования. Существует детальная химия, связанная с тем, как организм производит энергию для упражнений.

Топливо вашего тела

Организм использует аэробный метаболизм для получения энергии в течение дня, чтобы поддерживать регулярную активность клеток, мышц и органов.Вот почему у вас есть базальная скорость метаболизма, уровень сжигания калорий, необходимый только для поддержания нормальных функций организма, помимо сожженных калорий при физической активности. Живое тело всегда сжигает немного калорий, даже в состоянии покоя.

Аэробный метаболизм также является причиной того, почему ваши легкие поглощают кислород, который гемоглобин в крови переносит в ваши ткани. Кислород используется в аэробном метаболизме для окисления углеводов, и атомы кислорода в конечном итоге присоединяются к углероду в молекуле углекислого газа, который выводится из организма.

Единственными побочными продуктами процесса аэробного метаболизма углеводов являются углекислый газ и вода. Ваше тело избавляется от них путем дыхания, потоотделения и мочеиспускания. По сравнению с анаэробным метаболизмом, при котором также образуется молочная кислота, побочные продукты аэробного метаболизма легче выводятся из организма. Это означает меньшую болезненность мышц после упражнений с аэробным метаболизмом.

Льготы

Аэробные упражнения выполняются с частотой пульса ниже 85% от максимальной частоты пульса и не требуют сильных мышечных сокращений.Ваше тело способно поддерживать постоянный поток энергии, расщепляя углеводы и жиры с помощью аэробных метаболических процессов.

На уровне упражнений умеренной интенсивности вы достаточно дышите, а потребность ваших мышц в АТФ достаточно медленная и стабильная, чтобы вы могли расщеплять гликоген на глюкозу и мобилизовать накопленный жир для расщепления для получения энергии. Вы также можете принимать углеводы, которые организм сможет использовать до того, как все запасы будут исчерпаны. Спортсмены, получившие эту ошибку, испытывают удары по стене.»

Примеры

В аэробных упражнениях задействуются большие группы мышц для выполнения одних и тех же действий не менее 10 минут за раз. Это увеличивает частоту сердечных сокращений и частоту дыхания, поскольку ваше тело доставляет кислород, необходимый вашим мышцам для аэробного метаболизма. Это сжигает сахар и жиры для получения энергии.

Одно из самых простых аэробных упражнений — это ходьба в быстром темпе, при которой вы можете немного тяжело дышать, но все же можете говорить полными предложениями. 30-минутная тренировка по аэробной ходьбе в день может обеспечить рекомендуемый уровень физической активности для укрепления здоровья.

Бег, езда на велосипеде, гребля, плавание, беговые лыжи и кардиотренажеры, такие как эллиптические тренажеры, степперы, гребцы и лыжные тренажеры, могут обеспечить аэробную тренировку.

Вы также можете наслаждаться танцами как аэробным занятием. Эти упражнения могут быть как в зоне умеренной, так и в высокой интенсивности и быть аэробными, пока ваш пульс не превышает 85% от вашего максимального пульса.

Хотя йога и тай-чи используют аэробный метаболизм, они обычно не повышают частоту сердечных сокращений настолько, чтобы считаться аэробными упражнениями средней интенсивности.

Похудание

Если ваша цель — похудеть с помощью упражнений, аэробный метаболизм — ваш друг, поскольку он забирает жир из жировых клеток и сжигает его для выработки энергии для мышц. Он также сжигает доступные и хранящиеся сахара (углеводы) в ваших клетках, поэтому любой излишек не превращается в жир.

Пища, которую вы едите, пополнит ваши доступные запасы энергии. Если вы не едите больше калорий, чем сжигаете, вы не откладываете лишние пищевые калории в виде жира.Но вы также должны помнить, что упражнения будут наращивать мышцы, поэтому, теряя жир, вы также можете набирать мышечную массу.

Что означает быстрый метаболизм? | Здоровое питание

Карли Шуна Обновлено 19 ноября 2018 г.

Вы могли слышать, как худой человек списывает свое телосложение на «быстрый метаболизм». Метаболизм — это общее описание, которое относится ко всем химическим процессам, которые ваше тело выполняет ежедневно, чтобы жить и оставаться здоровым. Поскольку на эффективность этих процессов влияет так много факторов, у двух людей совершенно разные уровни метаболизма — это нормально.

Пища и обмен веществ

Ваши метаболические процессы получают топливо для продолжения работы от пищи, которую вы едите, и от того, насколько эффективно вы ее употребляете, зависит скорость вашего метаболизма. И наоборот, ваш уровень метаболизма определяет скорость, с которой вы сжигаете калории в течение дня. Два основных компонента метаболизма — катаболизм и анаболизм. Катаболизм включает в себя расщепление пищи на энергию и анаболизм — процесс использования пищевой энергии для создания и восстановления поврежденных тканей в организме.

Ваша базальная скорость

У каждого человека есть базальная скорость метаболизма, или BMR, что означает количество калорий, которые вы сжигаете за день, когда ваше тело находится в состоянии покоя. Человек с быстрым метаболизмом может сжигать на десятки или даже сотни калорий в день больше, чем человек того же размера с более медленным метаболизмом. До 80 процентов от общего количества калорий, которые вы сжигаете за день, учитываются в вашем BMR, а оставшийся процент — это калории, которые вы сжигаете в повседневной деятельности, такой как ходьба, еда, работа или упражнения.

Влиятельные факторы

Генетика — один из важнейших факторов, влияющих на скорость метаболизма, поэтому вполне возможно, что тот, кто остается стройным, но, кажется, никогда не тренируется или не ест хорошо, просто унаследовал эту способность. Однако многие другие переменные также играют роль в вашем метаболизме. Например, ваш размер имеет значение — если вы больше кого-то или имеете большую мышечную массу, велика вероятность, что у вас более быстрый метаболизм. Ваш возраст, пол, пищевые привычки, индекс массы тела, гормоны, окружающая среда и состояние здоровья также влияют на ваш метаболизм, равно как и количество и интенсивность вашей физической активности.

Повышение метаболизма

Если у вас не очень быстрый метаболизм, есть способы увеличить скорость метаболизма и сжигать больше калорий каждый день. Один из способов — начать силовые тренировки — или продолжать их регулярно, если вы уже этим занимаетесь. Силовые тренировки могут улучшить состав вашего тела, а развитие большей мышечной массы и меньшего количества жира означает, что вы будете сжигать топливо более эффективно, особенно по мере взросления. Больше физических упражнений, правильное питание и отказ от экстремальных диет также могут повысить ваш метаболизм.

Метаболизм как средство адаптации к гипоксии: профилирование метаболизма и анализ баланса потоков | BMC Systems Biology

Экспериментальный обзор

Мы собрали метаболические профили адаптированных к гипоксии и наивных контрольных мух в соответствующих хронических условиях культивирования (4% и 20% кислорода соответственно) и в острой гипоксии (4 часа при 0,5% кислорода). Затем были применены стимулы острой гипоксии с предположением, что 4-часовой временной шкалы будет достаточно долгим, чтобы метаболизм адаптировался к новому устойчивому состоянию, но достаточно коротким, чтобы избежать изменений экспрессии генов.Мы измерили 4% наивных мух (через 4 часа) для сравнения с адаптированными мухами в их нормальном состоянии. Затем были измерены адаптированные мухи после выращивания в течение одного поколения в комнатном воздухе, а затем они были подвергнуты острой гипоксии (4 часа при 0,5%), чтобы сравнить острый стресс с аналогичным размером шага (от 20% до 0,5% O ₂ ). Для простоты и дифференциации условий гипоксического стресса мы обозначили экспериментальные условия как «устойчивое состояние» для хронических условий культивирования, «воспринимаемая гипероксия» для адаптированных мух, выращиваемых в комнатном воздухе, «умеренная гипоксия» для более мелких шагов в кислороде (перемещение адаптированных мух от 4% до 0.5% и наивные мухи от 20% до 4% O ₂ ), «тяжелая гипоксия» для большого шага (наивные мухи от 20% до 0,5% O ₂ ) и «тяжелая гипоксия от гипероксии» для адаптированные мухи, культивируемые в комнатном воздухе и подверженные гипоксии. Самцов и самок измеряли отдельно для каждого эксперимента. Экспериментальные группы приведены на рисунке 1.

Рисунок 1

Сводка условий эксперимента . Резюме экспериментальных условий для 7 метаболических профилей.Измерения проводились как для самцов, так и для самок во всех проиллюстрированных условиях, всего 14.

При 0,5% -ном кислороде, условиях, для которых проводилось моделирование, обе популяции находились в ступоре и не могли летать. Однако восстановление функций после аноксии действительно происходит быстрее у адаптированной популяции [14], и было обнаружено, что адаптированные мухи проявляют большую активность при 4% -ном содержании кислорода, чем контрольная группа, хотя физическая активность, такая как полет, количественно не оценивалась.

Необработанные профили концентрации

Тридцать пять метаболитов появились в 14 различных метаболических профилях (мужчины и женщины из 7 экспериментов, перечисленных на Рисунке 1), что затрудняет анализ данных прямым наблюдением.Однако одна тенденция легко просматривается в необработанных данных. За исключением группы «тяжелая гипоксия из-за гипероксии», поведение которой отличалось от поведения всех других групп, как объясняется в следующем разделе, гипоксический стресс имел тенденцию повышать уровни большинства метаболитов, включая свободную глюкозу. Это согласуется с предыдущими экспериментами и подразумевает, что, поскольку не каждый метаболит может быть анаэробным конечным продуктом, субстраты, такие как крахмалы и белки, распадаются на мономеры для топлива быстрее, чем они могут быть потреблены катаболическими путями.Приведены исходные профили концентрации для наиболее изменяющихся метаболитов [см. Дополнительный файл 1, рисунок S1].

Анализ главных компонентов

Анализ главных компонентов (PCA) — это математический метод, который может уменьшить размерность данных и обеспечить беспристрастное определение того, какие метаболиты и насколько сильно различаются в разных группах. Когда 14 метаболических профилей были разложены с помощью PCA, на первые три основных компонента (ПК) приходилось 90% вариации данных [см. Дополнительный файл 1, рисунок S2].Каждый ПК состоит из нескольких взвешенных вкладов метаболитов. В таблице 1 перечислены три основных ПК и соединения, на которые приходится более 5% веса. Это «базовые наборы» метаболитов, которые вызывают большую часть различий между образцами. Каждое экспериментальное измерение можно разложить на базовый профиль метаболита плюс некоторую линейную комбинацию этих основных компонентов, специфичных для этого измерения.

Таблица 1 Веса основных компонентов для метаболомных данных

Первый главный компонент имел широкое, равномерное распределение весов почти для всех метаболитов, что означает, что большая часть вариаций во время гипоксии была вызвана глобальным увеличением уровней свободных соединений, что — ожидаемый результат, поскольку клетки расщепляют макромолекулы, такие как крахмалы и белки, чтобы высвободить накопленную энергию (эта тенденция очевидна в необработанных данных).Основные компоненты 2 и 3 объясняют различия в ключевых метаболитах, таких как оксалацетат, глюкоза, лактат, аланин и ацетат, которые продуцируются в различных количествах в разных группах.

Кроме того, экспериментальные группы группируются по образцам в пространстве главных компонентов, что может дать интересную биологическую информацию. Этот метод можно использовать для визуализации различных экспериментальных групп и их гипоксических реакций в многомерном пространстве, как показано на рисунке 2, а таблицу 1 можно использовать для отслеживания перемещений в этом пространстве до конкретных метаболитов.На рисунке 2 показано, что профили «устойчивого состояния» — группы, измеряемые по их хроническому уровню O ₂ — имеют тенденцию группироваться в одной и той же области в пространстве ПК. Напротив, группа «воспринимаемой гипероксии» (адаптированные мухи, культивированные при 20% O ₂ ) появилась в той же области метаболического пространства, что и группы, измеренные в условиях гипоксического стресса. Другими словами, адаптированные мухи с 4% кислородом имеют такие же метаболические сигнатуры, что и нормальные мухи при нормоксии, но когда адаптированные мухи выращиваются в нормоксии, они напоминают состояние стресса.Этот результат намекает на то, что метаболические адаптации адаптированных мух специально адаптированы к их хроническому уровню кислорода, а не к колебаниям кислорода в целом (предположительно, стабильная генетическая модификация, поскольку эта группа была выращена из эмбриона в нормоксии),

Рисунок 2

Анализ основных компонентов метаболических профилей . Средние групповые баллы по первым трем основным компонентам (ПК). Линии представляют сдвиги от стимула 4-часовой гипоксии.Группы разделены по цвету в соответствии с кодом на рисунке 1. На рисунке 2 показаны средние баллы для всех 14 групп в пределах первых трех параметров ПК. На верхних осях показаны средние баллы по ПК 1 и ПК 2, а на нижних осях отложены ПК 1 по сравнению с ПК 3. Линии соединяют профили устойчивого состояния для каждой группы с профилями в условиях острой гипоксии. Направление и величину этих линий можно напрямую сопоставить с изменениями конкретных метаболитов, используя рисунок S1 в дополнительных данных.

Поскольку группа «воспринимаемой гипероксии» (адаптированные мухи в нормоксии) оказалась в стрессовом состоянии, имела более вариабельные метаболомные данные ЯМР как до, так и после гипоксии и сильно различалась для мужчин и женщин, эта группа исключена из представления. анализа баланса потоков в следующем разделе. Однако представлены данные для всех групп, включая «тяжелую гипоксию от гипероксии» [см. Дополнительный файл 2].

Для всех других экспериментов самцы и самки в одной группе имели тенденцию группироваться вместе в пространстве ПК, и их гипоксические сдвиги часто были одинаковыми.Общее сходство метаболических сигнатур между мужчинами и женщинами придает некоторую уверенность в точности данных ЯМР для этих групп. Поэтому для простоты представление анализа баланса потоков в следующем разделе будет ограничено мужчинами, хотя общие выводы оказались верными для обоих полов. Доступны данные для обоих полов [см. Дополнительный файл 2].

Для трех экспериментов, в которых группы «устойчивого состояния» подвергались 4-часовой гипоксии (наивные мухи в 4% и 0.5% кислорода и адаптированные мухи в 0,5% кислорода), мы использовали анализ баланса потока для изучения особенностей метаболических изменений на сетевом уровне.

Обзор условий моделирования

Важные метаболиты для энергетического метаболизма, такие как НАДН, АТФ, АДФ, ацетил-КоА и креатин, не были обнаружены в достаточных концентрациях в спектрах ЯМР ¹ H для количественной оценки, однако все они присутствуют как важные переменные в модели. Модель связывает массовые потоки субстрата со всеми этими метаболитами через стехиометрически точную реакционную сеть, которая включает и, следовательно, уравновешивает NAD + и NADH.Также важны сроки проведения экспериментов. Креатин и фосфокреатин (и, что более важно, аналогичная система аргинина и фосфоаргинина у мух [16]) важны в качестве буфера для краткосрочных колебаний отношения АТФ / АДФ, а аденилаткиназа аналогичным образом защищает отношения АТФ / АМФ в краткосрочной перспективе. Однако мы выбрали 4-часовую шкалу времени, чтобы выделить стационарные потоки по сравнению с краткосрочной обратной связью, и поэтому, хотя эти реакции существуют в модели, они не используются.

Десять метаболитов были выбраны для подгонки модели, исходя из требований, чтобы они (1) присутствовали в спектрах ЯМР в достаточных концентрациях для всех экспериментальных условий, (2) были представлены в нашей метаболической реконструкции и (3) измененная концентрация (накапливается или рассеивается) в направлении, допустимом для данной модели.Потоки были аппроксимированы делением разницы в двух концентрациях на время эксперимента (4 часа), а стандартные ошибки для потоков были получены путем сложения дисперсий двух измерений концентрации.

Доступность гликогена оставалась неограниченной для всех моделей. Это предположение было подтверждено значительным увеличением свободной глюкозы для большинства измерений гипоксии, что указывает на то, что расщепление гликогена и трегалозы поставляло мономеры глюкозы быстрее, чем система могла их использовать.Реакции катаболизма жирных кислот присутствуют в модели, но данные литературы свидетельствуют о том, что метаболизм летных мышц у близкородственных насекомых (отряд Diptera) почти полностью основан на углеводах [17, 18]. Большие отложения гликогена в летных мышцах мух, истощение этих резервов после длительных полетов и быстрый катаболизм летных мышц in vitro указывают на то, что гликоген является углеводом, который обеспечивает основной источник энергии для удовлетворения метаболических потребностей. активного полета [19].При гипоксии мы также наблюдаем большое истощение запасов гликогена, что позволяет предположить, что он остается основным источником энергии в условиях колебаний кислорода [13]. Однако, поскольку липиды трудно различить и количественно определить с помощью ЯМР ¹ H, мы не измерили, остаются ли жиры или липиды неиспользованными в качестве источника энергии во время гипоксии. Липиды могут быть измерены в будущих экспериментах, например, с помощью газовой хроматографии с последующей масс-спектрометрией (ГХ-МС), чтобы подтвердить это.

У нас не было измерений потребления кислорода, что представляло проблему моделирования. Поскольку наша модель баланса потоков оптимизирует производство АТФ, комбинация неограниченного гликогена и неограниченного кислорода просто создаст бесконечные потоки обоих. Вместо этого для каждого эксперимента мы охватили ограничение потребления кислорода диапазонами, которые охватывали качественные особенности модели.

Требования к потреблению кислорода при моделировании

Каждое моделирование требовало некоторого минимального уровня кислорода для получения конечных органических продуктов, наблюдаемых в спектрах ЯМР, ниже которого модель была невозможна.Минимально возможное поглощение кислорода было менее 5 нмоль O ₂ в минуту на мг белка для всех трех моделей, что намного ниже, чем физиологические измерения нормоксического поглощения кислорода порядка 1000 и 3000 нмоль O ₂ в минуту на мг белка. в митохондриях и на мг сухой массы у целых мух соответственно [20, 21]. При гипоксии при 4% O ₂ потребление кислорода ранее измерялось примерно на уровне 2200 нмоль O ₂ на мг [14], лишь небольшое отклонение между наивными и адаптированными мухами, и все еще на два порядка выше. чем минимальное поглощение, предложенное моделью.Можно увидеть тенденцию к более низкому минимальному потреблению кислорода у адаптированных мух [см. Дополнительный файл 1, Рисунок S3], что, возможно, предполагает большую гибкость в регулировании потребности в кислороде, но эта тенденция не была статистически значимой для трех протестированных групп.

Ключевые показатели толерантности к гипоксии

При физиологических диапазонах потребления кислорода, указанных выше, митохондриальное дыхание по-прежнему доминирует в центральном метаболизме, маскируя более тонкие различия в потоках. Поэтому, чтобы сосредоточиться на интересных различиях между группами и поскольку у нас нет измерений «рабочих точек» истинного поглощения кислорода для каждой группы, мы сравнили выработку АТФ в разных моделях, используя общее поглощение кислорода, которое было как можно более низким, но при этом оставалось возможным. результат для всех симуляций (O ₂ поглощение = 4.8 нмоль / мин / мг белка). Истинное распределение потоков в организме — это наложение показанных гипоксических путей, плюс некоторый большой поток через гликолиз и митохондриальное дыхание. Поскольку дыхание является нейтральным с точки зрения протонов и не производит конечных продуктов, кроме CO ₂ , а также поскольку небольшие изменения в скорости производства АТФ могут иметь серьезные последствия для концентрации в долгосрочной перспективе, показанные здесь модели гипоксического потока, вероятно, будут важны для толерантность к гипоксии, даже если их величина невелика по сравнению с одновременными высокими уровнями дыхания, наблюдаемыми в физиологических условиях.

У адаптированных мух продукция АТФ выше при обычном поглощении O ₂ , чем у обеих групп наивных мух (p <0,05, см. Рис. 3), и эксперименты по изучению кислородного ограничения показывают, что это справедливо для любого данного O ₂ скорость поглощения [см. дополнительный файл 1, рисунок S3]. Как следствие, потребление O ₂ также ниже у адаптированных мух для любого заданного выхода АТФ. Таким образом, хотя у нас не было измерений потребления кислорода для каждой группы, моделирование предполагает, что адаптированный к гипоксии метаболизм более эффективен с точки зрения АТФ / O ₂ , независимо от того, где может находиться «рабочая точка» O ₂ . .

Рисунок 3

Производство АТФ при моделировании . Моделирование производства АТФ при обычной скорости поглощения O ₂ (4,8 нмоль / мин / мг белка) для групп, начиная с их стационарных концентраций (20% для наивных контролей и 4% для адаптированных мух). При эквивалентном потреблении кислорода адаптированные мухи способны производить больше АТФ, чем контрольные животные (p <0,05 для всех сравнений трех групп). Скорость поглощения O ₂ была установлена ​​близкой к минимально допустимой для всех трех моделей, чтобы получить возможные результаты.Планки погрешностей указывают на стандартное отклонение 100 моделирований, включающих дисперсии измерений ЯМР, как подробно описано в тексте. Для простоты данные показаны только для мужчин.

Ключевые соотношения толерантности к гипоксии сравнивались между группами при этой общей скорости поглощения кислорода. Как показано на рисунке 4, продукция протонов на АТФ (Н + / АТФ) была ниже у адаптированных мух, а также эффективность субстрата — адаптированные мухи потребляли меньше субстрата гликогена на АТФ (гликоген / АТФ), чем наивные мухи. Эти результаты справедливы для женщин и не нормализованы для выработки АТФ.Различия более выражены при более низком поглощении кислорода, но справедливы для всех скоростей поглощения O ₂ .

Рисунок 4

Ключевые показатели толерантности к гипоксии при моделировании . Получение ключевых соотношений толерантности к гипоксии при обычной скорости поглощения O ₂ (4,8 нмоль / мин / мг белка). Наивные мухи имеют более низкие отношения протон / АТФ и субстрат / АТФ, чем адаптированные мухи при любом заданном снабжении кислородом (p <0,05 для всех сравнений адаптированных групп с двумя наивными контрольными группами, и p <0.05 для различий в соотношении H + / ATP между двумя контролями). Планки погрешностей указывают на стандартное отклонение 100 имитаций, включающих вариации измерений ЯМР. H + означает накопление протонов. Для простоты данные показаны только для мужчин.

Производство протонов в модели сложное. В недавнем обзоре хорошо описан детальный механизм образования протонов при гидролизе АТФ во время гипоксии [22]. В нем авторы используют стехиометрию обращения с протонами, чтобы утверждать, что это гидролиз двух АТФ, созданных гликолизом, каждый из которых производит протон, а реакция пирувата в лактат фактически потребляет один протон, что приводит к чистому протону +1 для превращения. глюкозы в лактат.С другой стороны, каждый пируват, который направляется через ПДГ для окисления митохондрий, потребляет два суммарных протона, что уравновешивает протоны, созданные гидролизом АТФ, образующегося при формировании этой молекулы пирувата. Следовательно, каждый пируват, отводимый из митохондрии для преобразования в лактат (или в любой конечный продукт, например, аланин), отделяет этот нулевой баланс протонов и накапливает ацидоз в цитоплазме [22]. Наша модель учитывает стехиометрию протонов всех ключевых переносчиков и реакций, участвующих в производстве и потреблении АТФ, и демонстрирует только что описанное поведение.С этой точки зрения и в рамках нашей модели именно степень отделения гликолиза от митохондриального дыхания вызывает ацидоз, а не лактат в качестве конкретного конечного продукта.

Сравнение активных путей

Мы исследовали различия в потоках ферментов при моделированном поглощении кислорода. Каждая экспериментальная группа, вероятно, работала при разном поглощении O ₂ , но по причинам, указанным выше, модели снова сравнивали при минимально возможном O ₂ для всех групп.Как и на двух предыдущих рисунках, на рис. 5А изображены модели потока, полученные на основе данных ЯМР у мужчин для трех экспериментальных групп, которые начали в условиях устойчивого состояния культивирования. Все реакции с ненулевыми потоками, которые не были реакциями переноса или обмена (то есть реакциями ферментно-связанного преобразования), оценивались по наибольшим различиям между экспериментальными группами. Показаны потоки с наибольшей разницей в этих группах.

Рис. 5

Различия в путях у адаптированных и наивных мух . A) Поток через ключевые реакции при обычном поглощении кислорода. По сравнению с наивными мухами моделирование адаптированных мух показало более низкий гликолиз, активность пируваткарбоксилазы, GPDH и Комплекса II и более высокие потоки через Комплекс I. Все тесты между адаптированной группой и двумя наивными группами имели p <0,05, за исключением LDH. который показан только для сравнения. Планки погрешностей указывают на стандартное отклонение 100 имитаций, включающих вариации измерений ЯМР. B) Мультфильм различий в потоках при моделировании адаптированных мух по сравнению с наивными контрольными объектами.У наивных мух продукция оксалацетата в профилях ЯМР стимулирует повышенную активность гликолиза, пируваткарбоксилазы и Комплекса II в цепи переноса электронов. Аббревиатуры : PYK — пируваткиназа, ACS — ацетил-CoA-синтаза, ALAT — аланинтрансаминаза (цитозольная), LDH — лактатдегидрогеназа, PC — пируваткарбоксилаза, PDH — пируватдегидрогеназа, CS — цитрат-синтаза Цикл TCA), MDH — малатдегидрогеназа (митохондриальная), GPDH — шаттл глицерин-3-фосфатдегидрогеназы, Комплекс II — сукцинил-КоА дегидрогеназа (электрон-транспортная цепь), Комплекс I — НАДН-дегидрогеназа.

Значения, представленные на рисунке 5A, представляют собой потоки, а не концентрации. Гипоксическая продукция метаболитов в летных мышцах насекомых для сравнения в литературе недостаточно документирована, хотя цельные жуки ольхи продуцировали чуть более 4 мкмоль / г лактата через 10 часов, что составляет примерно 6 пмоль / мин / мг [22]. Они были рассчитаны на основе сырого веса, а не сухого веса, что может частично объяснить расхождение с нашими измерениями. Кроме того, по сравнению с млекопитающими насекомые часто производят гораздо меньше лактата.В головном мозге саранчи было измерено 10 мкмоль / г лактата после 4 часов отсутствия кислорода, что примерно соответствует тому, что мозг мыши с ишемией продуцирует за 2 минуты [23].

На рис. 5В показана интерпретация пути сравнения смоделированных гипоксических потоков. Эти потоки являются сравнением адаптированных и наивных мух во время гипоксии и не отражают регуляцию от нормоксии к гипоксии. Пируваткиназа (PYK), последняя стадия гликолитического образования пирувата, является представителем низшего гликолитического потока у адаптированных мух.Ферментация пирувата до аланина с помощью аланинтрансаминазы (ALAT) активна в контроле, но почти полностью прекращается у адаптированных мух, но производство лактата из лактатдегидрогеназы (LDH), показанное для сравнения, одинаково для всех групп. Пируваткарбоксилаза (ПК), анаплеротическая реакция образования оксалацетата из пирувата, почти вдвое меньше у адаптированных мух, в то время как продукция пируватдегидрогеназы (ПДГ) и ацетата из ацетил-КоА-синтазы (ACS) выше в адаптированной популяции.

Цепь переноса электронов также показывает важные различия между группами. Во время гипоксии адаптированные мухи утилизируют Комплекс I (НАДН-дегидрогеназа) с большей скоростью, в то время как наивные мухи больше полагаются на активность Комплекса II (сукцинатдегидрогеназа). Поток Комплекса II у наивных мух управляется глицеринфосфатным челноком (GPDH), который переносит накопленные цитозольные восстанавливающие эквиваленты в форме NADH в митохондрии в форме FADH ₂ . Восстанавливающий эквивалент, входящий в цепь переноса электронов через Комплекс I, генерирует больше АТФ и потребляет дополнительный протон по сравнению с одним, входящим через Комплекс II.Эксперименты с изолированными митохондриями также продемонстрировали, что активация Комплекса II вызывает более низкое соотношение P / O (АТФ, произведенное на расход кислорода), чем Комплекс I [20].

Что такое метаболизм?

4 сентября 2015 г.

2 мин чтения

ДОБАВИТЬ ТЕМУ В ОПОВЕЩЕНИЯ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ