METABOLIZMUS – PREMENA LÁTOK A ENERGIE

Živá hmota je okrem dráždivosti a rozmnožovania charakterizovaná ešte i ďalšou základnou vlastnosťou a to je metabolizmom – látkou výmenou. Metabolizmus je prepotrebnou podmienkou existencie, pretože práve týmto procesom získavame potrebné substráty nielen pre výstavbu a obnovu organizmu, ale i energiu, ktorú organizmus nemôže vytvoriť, ale môže ju len získať z použitých potravín. Túto energiu môže previesť na iné formy.

Potrava, ktorú sme prijali, je v gastrointestinálnom trakte (GIT) spracovaná mechanicky a chemicky a to tak, aby všetky pre život dôležité komponenty boli vstrebané.

Človek, tak ako ostatné cicavce žijúce na zemi, spracovávajú finálne substráty tzv. aerobným metabolizmom (výhodou je 20% kyslíka v atmosfére). To sa uskutočňuje na bunečnej úrovni a v podstate ide o to, že energeticky bohatý substrát je postupne zbavovaný vodíka, ktorý je finálne spojený s kyslíkom za vzniku vody. Zároveň uhlík substrátu je nakoniec viazaný na kyslík a vo forme CO₂ je vylučovaný z organizmu pľúcami. Časť energie je v organizme transformovaná na biologicky použiteľnú energiu vo forme tzv. makroergných fosfátových väzieb. Hlavným a najdôležitejším predstaviteľom je molekula kyseliny adenozíntrifosforečnej (ATP). Časť energie je uvoľňovaná vo forme tepla.

Energetický ekvivalent

Každá organická látka, prijímaná v našej potrave má určitý energetický obsah a tiež odlišný pomer množstva spotrebovaného kyslíku k uvoľnenej energii. Energia, uvoľnená z jednotlivých živín pri spotrebe 1 litra kyslíka (tzv. energetický ekvivalent) je u sacharidov 21,1 kJ, u lipidov 19,0 kJ, bielkovín niečo cez 18 kJ. Tieto čísla predstavujú priemerné hodnoty. Pri zmiešanej strave (50-60% sacharidov, 15-20% bielkovín a zbytok 20% tukov), vychádza priemerný energetický ekvivalent 20,1 kJ. Je viditeľné, že z tohto aspektu sú najvýhodnejšie sacharidy, pretože pri spotrebe 1 litra kyslíka sa uvoľní najviac energie.

Meranie energetickej premeny vykonávame pomocou tzv. nepriamej kalorimetrie a to tak, že sa meria vydychovaný oxid uhličitý, ale i spotrebovaný kyslík. Z týchto parametrov sa odvodí úroveň metabolizmu. Priama kalorimetria je síce presnejšia, ale prístroje sú nákladné.

Muži vykazujú vyššie hodnoty bazálneho metabolizmu (BM) ako ženy a to o 5-10%. To je dané väčším zastúpením svalovej hmoty. Podobne i telesná teploty veľmi výrazne ovplyvňuje hodnotu BM a to tak, že zvýšenie telesnej teploty o 1 stupeň predstavuje zvýšenie hodnoty BM asi o 14%. – teda i horúčka 40 stupňov zvyšuje spotrebu energie asi o 40 %. Podobne i trávenie je náročný energetický proces, bielkoviny zvyšujú BM o 30%, sacharidy len o 4-6%.

Osud energie v organizme

Energia, ktorá je viazaná vo forme tzv. makroergných fosfátových väzieb, je v tele uvoľňovaná, respektíve zúžitkovaná rôznym spôsobom.

Aktívny transport

Je to systém prenosu látok cez bunkové membrány, ktorý potrebuje ku svojmu uskutočneniu bielkoviny, preto sa môže realizovať i proti koncentračnému spádu. To sa týka predovšetkým glukózy, aminokyselín, ale i kalcia a jódu. Najznámejšia je v tomto smere transportná aktivita tzv. NA+ - K+ stimulovanej ATPázy, ktorá zaisťuje existenciu polarizačného napätia na membráne nervových buniek.

Proteosyntéza

Je rovnako energeticky náročný dej. Túto skutočnosť musíme rešpektovať u rastúcich organizmov (detí), u tehotných a kojacich žien, rekonvalescentov a pod.

Teplo

V organizme je z energetických substrátov asi polovica uvoľňovaná vo forme tepla. Je to preto, že teplotná stabilita je podmienkou fungovania enzymatických systémov cicavcov a to tak, že ich optimálna funkcia je nastavená na teplotu okolo 37 stupňov. Narušenie tejto tepelnej rovnováhy má za následok ich poruchu funkcie a to hlavne v neurónoch a myokarde.

Svalová kontrakcia

Je veľmi výrazným konzumentom energie, keďže v svale dochádza k premene energie chemickej na energiu mechanickú.

Elektrogenéza

Elektrické fenomény v ľudskom organizme, v jeho bunkách sú dané pohybom elektricky nabitých častíc (aniónov a katiónov). Okrem polarizácii nervových a svalových bunkových membrán i zmyslových buniek poznáme ešte i také elektrické aktivity, ktoré sa dajú registrovať a využívať v diagnostike (EKG, EMG, EEG).

Látková premena

Premena látok v organizme prebieha neustále. Rozlišujeme anabolické deje, kedy sa v organizme uskutočňujú syntetické procesy a katabolické deje, kedy dochádza k štiepeniu energetických substrátov spojené sú s uvoľňovaním energie. Obidva tieto procesy prebiehajú pararelne, len pri hladovaní, veľkej telesnej námahe majú prevahu procesy katabolické, naopak v tehotenstve prevažujú procesy anabolické.

Sacharidy

Asi 50-60% energetického krytia (za normálnych, bazálnych) podmienok by mali zaistiť sacharidy. V cirkulácii je dominantná glukóza, v pečeni a v svalovej hmote je to glykogén (živočíšny škrob). Glukóza predstavuje hlavný energetický substrát u človeka. Koncentrácia glukózy v krvi (glykémia) nalačno je 3,3 -5,6 mmol/l. Hladina glukózy je starostlivo regulovaná, hormón inzulín zaisťuje presun glukózy z krvi do tkanív, respektíve do buniek. Jeho nedostatok vedie k cukrovke(diabetes mellitus), ktorá je charakterizovaná postupne rozvratom celého metabolizmu a poškodením mnohých orgánov. Fyziologické kolísanie glykémie súvisí s príjmom potravy. Po jedle stúpa – hovoríme o tzv. aleminetárnej hyperglykémii, opačný stav môže nastať po vysiľujúcej námahe. Tento pokles hladiny cukru vyvolá hormonálnu odozvu – vyplaví sa adrenalín, glukagón, glukokortioidy, prípadne somatotropný hormón. Adrenalín a glukagón zvyšujú hladiny glukózy okamžite (vyplavia glukózu z pečene), ale tento účinok je len krátkodobý, tento efekt dosiahnu štiepením glykogénu a táto energia je pre krátkodobú stresovú odpoveď – útek a boj. Glukokortikoidy aktivujú systém enzýmov, ktorý je zodpovedný za glukoneogenézu, tvorbu glukózy z nesacharidových zdrojov. Ich účinok je dlhodobý.

Lipidy

Lipidy sú veľmi rôznorodé látky s pestrými fyziologickými účinkami. Tuk v ľudskom tele môžeme rozdeliť do nasledujúcich skupín:

Tuk zásobný tvorí podstatnú, v skutočnosti jedinú energetickú zásobu. U dospelého muža o hmotnosti 70 kg zásobný tuk tvorí asi 6 -7 kg, čo predstavuje energetickú rezervu asi na 3-4 týždne, u žien je obsah tuku o niečo vyšší. Tento zásobný tuk okrem energetickej funkcie má i termoizolačný účinok (zabraňuje úniku tepla).

Štrukturálny tuk je imobilný tuk, ktorý vytvára bunkové membrány, ako i tuk, ktorý je podstatou myelinuzovaných pošiev nervových vlákien.

Steroidné látky majú svoj základ v cholesterole, ktorý je trvalou súčasťou bunkových membrán. Potravou prijímame asi 0,3 g cholesterolu (exogénny) a túto dobu tiež vytvoríme približne 1 g cholesterolu (endogénny). Steroidné hormóny majú tiež pôvod v cholesterole. Cholesterol je tak potrebnou súčasťou ľudského organizmu – hladina sa pohybuje medzi 3,7-5,2 mmol/l. jeho trvalé zvýšenie sa považuje za kofaktor pri vzniku aterosklerózy.

Prostaglandíny sú látky odvodené od nenasýtenej mastnej kyseliny – kyseliny arachidonovej. Predstavujú paletu látok, ktoré zasahujú do regulácie funkcie mnohých orgánov.

Kožný maz má lipoidný charakter a pomáha udržovať pokožku vláknitú, má i baktericídny účinok.

Mliečna žľaza. Materské mlieko obsahuje značné množstvo tukov (2-4% u človeka). Pre kojencov predstavujú tuky veľmi výdatný zdroj energie, ale i stavebný materiál (napr. surfaktant).

Tuky cirkulujúce v plazme. Ukázalo sa, že existujú korelácie medzi obsahom tuku v plazme – niektorých foriem – a vzniku aterosklerotického ochorenia.

Celková lipémia predstavuje informatívny súčet všetkých lipidických substancií v plazme a v našich podmienkach sa pohybuje 4-9 g/l. Neutrálny tuk tvorí asi 0,5-1,5 g/l fosfolipidy 1,8-2,5 g/l. Zbytok tvorí tuk a neesterifikované mastné kyseliny. Tieto majú krátky polčas a ukazuje sa, že asi 20 potreby energie organizmu sa pokrýva práve týmito kyselinami. Za zmienku stoja ešte dve formy a to lipoproteíny VLCL a HDL, LDL (spomínané pri plazme) a chylomikróny.

Chylomikróny sú submikroskopické čiastky, ktoré sú vytvárané v sliznici tenkého čreva a prenášajú sa do krvi predovšetkým neutrálnymi tukmi. Portálnym obehom sa dostávajú do pečene, kde sú utilizované. V plazme sú tuky transportované vo väzbe na bielkovinné nosiče, v opačnom prípade by hrozila tuková embólia.

Premeny tukov

Lipolýza. Predstavuje dej pri ktorom sú štiepené predovšetkým zásobné tuky štepným enzýmom, ktorý sa nazýva lipáza. Pri tomto procese sú uvoľňované mastné kyseliny, ktoré potom ako neesterifikované mastne kyseliny sa dostávajú do krvi a tak tvoria energetický substrát. K tomu dochádza vo väčšom rozsahu pri hladovaní, ako i pri vysokej spotrebe energie –pracujúce svaly. Produkcia lipázy je riadená hormonálne katecholamínami (noradrenalín) glukokortikoidmi a somatotropným hormónom, ktoré zvyšujú produkciu tohto hormónu. Inzulín oproti tomu produkciu lipázy tlmí.

Lipogenéza je tvorba tukov, ktorá prebieha permanentne, pretože sa musia neustále obnovovať rozličné štruktúry, v ktorých je tuk zastúpený. Vo väčšej miere prebieha vtedy, keď prísun živím prevýši ich spotrebu. Potom sa zvyšujú tukové rezervy organizmu. K prenosu mastných kyselín do buniek, kde prebieha syntéza mastných kyselín je potrebná látka karnitín (obsahuje ju i materské mlieko). Oxidácie a využitie mastných kyselín ako energetického zdroja prebieha v mitochondriách a i tam je karnitýn potrebný na transport mastných kyselín cez ich membránu. Lipogenéza je podporovaná hlavne inzulínom –hormón nadbytku.

Proteíny

Proteíny tvoria štruktúru živej hmoty. Základným prvkom proteínov sú aminokyseliny, ktoré sa spojujú pomocou tzv. peptidických väzieb (NH=CO) do peptidických reťazcov. Vytváranie týchto väzieb je energeticky veľmi náročné. V ľudskom organizme existuje 20 aminokyselín a ich potreba je krytá potravou. Niektoré si organizmus vie vytvoriť, niektoré musia byť dodané potravou (8) a nazývajú sa esenciálne aminokyseliny. Pretože proteosyntéza a tým i obnova tkanív je podmienkou života, musí byť proteínový metabolizmus v neustálej rovnováhe. Akákoľvek jeho porucha má nedozerný dopad na život jedinca.

Ako glukoplastické aminokyseliny (napr. alanín, glycín) sú označované také, ktoré sa v prípade potreby môžu pretvoriť na glukózu. Tyrozín obsahuje indolové jadro a je základným substrátom pre tvorbu hormónov podobnej skladby – adrenlín, noradrenalín, tyrozín. Treba si uvedomiť, že organizmus nemá zásoby proteínov. Ak organizmus dlhodobo hladuje, tak najskôr spáli tuky a potom postupne katabolizuje i svoje proteíny.

Riadenie proteosyntézy je riadený v podstate genetický kód, ale regulácie tiež podlieha účinku hormónov – proteoanabolický účinok (somatotropný hormóny, androgény, ale i hormóny štítnej žľazy vo fyziologických koncentráciách).

Funkcia pečene

Pečeň je orgán, ktorý je absolútne potrebný pre život. Štrukturálnym základom sú tzv. lalôčiky, v ktorých prebiehajú metabolické procesy najrozličnejšieho typu. Krvné zásobenie týchto štruktúr je dvojaké – jednak nutričné zo systémového obehu a jednak portálnym obehom (1500 ml krvi za minútu). Tento obeh zbiera krv zo žalúdka, duodena a tenkého čreva. Portálnym obehom sú privádzané do pečene vstrebané živiny, minerály, vitamíny.

Základné funkcie pečene je možno schematicky charakterizovať nasledovne:

Produkcia žlče. Pečeň produkuje za normálnych podmienok 600 ml žlče na deň. Žlč obsahuje predovšetkým žlčové farbivá a žlčové kyseliny. Žlčové kyseliny sú potrebné pre vstrebávanie tukov (a tým i vitamínov rozpustných v tukoch) Bez nich sa tuk nevstrebáva.

Detoxikačná funkcia. Toxické látky, ale i lieky, môžu byť v pečeni konjugované hlavne s kyselinou glukuronovou tak sa mení ich účinok. Preto u niektorých liekov pre ich pasáž pečeňou musíme voliť niekoľkonásobne vyššie dávky per os ako parenterálne.

Tvorba tepla. Pečeň pre svoj veľký metabolizmus vytvára veľké množstvo tepla, teplota v pečeni je až 39°C, a tvorí akési „tepelné jadro“ organizmu.

Rezervoár. V pečeni je skladovaný glykogén, železo, niektoré vitamíny (hlavne skupina B), do istej miery i depo krvi.

Tvorba močoviny. Tento proces musíme chápať ako rozhodujúci proces konečného metabolizmu bielkovín v organizme.

Glukostatická funkcia. Pečeň sa podieľa rozhodujúcou mierou na udržovaní glycidových zásob a glycidovom metabolizme. Pečeň má schopnosť tzv. glukoneogenézy, teda tvorbu glukózy z necukrových substrátov, teda z aminokyselín, tukov a kyseliny mliečnej. Tento proces nastáva, ak sa organizmus ocitne v energetickej kríze – nedostatku glukózy. Do tejto funkcie platí i syntéza a štiepenie glykogénu.

Syntéza plazmatických bielkovín. Pečeň je kľúčovým orgánom pre syntézu bielkovín, hlavne albumínov, alfa i betaglobulínov, fibrinogénu. Denná produkcia je asi 50 g. To má rozhodujúci význam okrem iného i pre onkotický tlak a pre transportné funkcie.

Syntéza faktorov pre hemokoaguláciu. Väčšina týchto faktorov sa v pečeni syntetizuje v prítomnosti K vitamínu a pri jeho nedostatku môžu nastať poruchy krvnej zrážanlivosti.

Erytropoéza. Pečeň hospodári so železom, skladujú sa tu niektoré vitamíny skupiny B potrebné pre erytropoézu. V pečeni sa metabolizuje hem z erytrocytov za vzniku žlčových farbív.

Metabolizmus tukov. Prebieha tu prestavba mastných kyselín z potravy na mastné kyseliny telu vlastné. Produkuje lipoproteíny, multimolekulárne útvary, transportujúce v plazme tzv. neutrálne tuky, ale tiež cholesterol.

Pečeň je schopná regenerácie, pokiaľ nedošlo závažnej prestavbe na väzivo – cirhóze. Pomerne dobré výsledky sú vo svete s transplantáciami pečene (nie však na Slovensku).

Racionálna výživa

Zdravotný stav obyvateľstva je dnes považovaný za jeden z najdôležitejších ukazovateľov civilizačnej úrovne a stavu spoločnosti, kde sa ako jeden z najdôležitejších parametrov práve kvalita a nezávadnosť potravín.

Pod pojmom racionálna výživa rozumieme súbor vedomostí a návodov (technologických postupov) týkajúcich sa kvality a kvantity prijímanej potravy a ďalších komponentov vzhľadom k danej populácii a jej rozvrstvenia. Naše vedomosti musíme stále pokladať za neúplné.

Príjem potravy je riadená činnosť a teda je závislá na riadiacich a modulačných centrách v mozgu, ktoré sú aktivované pocitom hladu, či naopak inhibované pocitom sýtosti. Hlad je síce subjektívny pocit, ktorý je však výrazom reálnych fyziologických dejov, medzi ktoré patria i tzv. hladové kontrakcie žalúdka (roztiahnutie žalúdka vyvoláva naopak pocit sýtosti), ale i chladové podnety (v horúčavách sme skôr smädní ako hladní), pokles hladiny cukru v krvi, ale u človeka i impulzy z vyšších oddielov mozgu. Na aktivitu potravinových centier v hypotalame môžu pôsobiť niektoré hormóny GIT. Výrazný vplyv na celkový obrat potravín má látka leptín. Je to hormón produkovaný tukovými bunkami organizmu, ktorý signalizuje stav tukových zásob a viaže sa na hormóny priamo v hypotalame. Dá sa povedať, že pri poklese tukových zásob v organizme (hladovanie) nastáva znížená produkcia leptínu tukovými bunkami a aktivácia centra pre príjem potravy. Naopak, pri veľkom objeme tuku dochádza k vyššej produkcii leptínu s následným znížením príjmu potravy. Leptín označujeme ako regulátor telesnej hmotnosti a energetickej homeostázy.

Pre príjem tekutín platia podobné pravidlá – centrá pre objem a osmolaritu telesných tekutín sú umiestnené v hypotalame a reagujú podľa aktuálneho stavu organizmu.

Bazálny metabolizmus

Bazálny metabolizmus je základná energetická premena pokrývajúca dostatočným spôsobom všetky vitálne funkcie za bazálnych podmienok podľa veku, pohlavia, výšky a hmotnosti. Je logické, že akákoľvek aktivita zvyšuje energetické nároky organizmu (i duševná).

U detí (rastúci organizmus) je priemerný denný výdaj vo veku 1 – 5 rokov približne 6200 kJ, u starších detí (5-10) rokov okolo 9000 kJ. Muži do 50 rokov majú dennú energetickú spotrebu 12 000 kJ, muži starší ako 50 rokov menej. Ženy do 50 rokov asi 9600 kJ a ženy nad 50 rrokov 7500 kJ.

Zreteľný rozdiel v energetických nárokoch prestavuje typ zamestnania. Sedavé s minimálnym pohybom predstavuje denný energetický výdaj 11 000kJ/24 hod. Veľmi namáhavá práca až 18 000 kJ/24 hodín.

Význam jednotlivých živín v potrave

Sacharidy sú považované za tzv. lacné potraviny, pretože náklady na ich výrobu sú najnižšie (škroby, cukry –zemiaky, ryža, cukrová repa). Čím je populácia chudobnejšia, tým väčšie zastúpenie majú práve cukry. V zmiešanej potrave by tento podiel nemal presahovať 50-55%. Je však žiadúce, aby podiel škrobovín (ryža, zemiaky cereálie) bol vyšší a znižoval sa práve podiel cukru. Škroboviny obsahujú i vitamíny – vitamín B obsahuje obilie, a vitamín C obsahujú zemiaky. Repný cukor okrem cukru neobsahuje nič iného.

Proteíny (bielkoviny) majú pokrývať energetickú potrebu organizmu približne 15-20%. Bielkoviny rozlišujeme podľa pôvodu na živočíšne a rastlinné. Dôležitým ukazovateľom metabolizmu bielkovín je tzv. dusíková bilancia. Bielkoviny sú prepotrebným stavebným materiálom pre rastúci pre organizmus. Pretože proteíny (aminokyseliny) obsahujú vždy vo svojej molekule dusík, dá sa merať množstvo vylúčeného dusíku (močou a stolicou) a porovnať s množstvom prijatého potravou. Aby bol tento stav rovnovážny, je potrebné za fyziologických podmienok 0,75 g proteínov na 1 kg hmotnosti tela za 24 hodín. U rastúcich organizmov, tehotných, kojacich žien a rekonvalescentov musí byť prívod proteínov vyšší (2,5 g/24 hod. na 1 kg hmotnosti).

Pri dlhodobej karencii bielkovín vo výžive (negatívna dusíková bilancia), nastávajú výrazné poruchy v metabolizme s klinickými dôsledkami – poruchy imunity, anémia a pod.

Pri bielkovinách je treba myslieť i na spektrum aminokyselín, ktoré obsahujú. Je potrebné, aby obsahovali aminokyseliny, ktoré si organizmus nevie sám vyrobiť (esenciálna aminokyselina). Z tohto pohľadu sú bielkoviny živočíšneho pôvodu kompletnejším zdrojom esenciálnych aminokyselín ako strukoviny. Je teda zrejmé, že energetický význam bielkovín je sekundárny a ako zdroj energie sa využíva len pri hladovaní.

Lipidy (tuky) sú asi najdiskutovanejšou zložkou našej potravy. Tvoria asi 25-30% energetického krytia našich potrieb. Lipidy sú nevyhnutnou zložkou nášho tela, sú súčasťou membrán každej bunky (fosfolidová dvojvrstva). Tvoria potrebnú a v podstate jedinú energetickú rezervu v našom organizme. Majú zásadný význam pre termoreguláciu, pretože sú zlým vodičom tepla. Predstavujú i účinnú mechanickú ochranu. V mozgu sú potrebným materiálom na myelínové pošvy.

Tak ako u aminokyselín, existujú i mastné kyseliny, ktoré organizmus nedokáže syntetizovať, preto sa musia prijímať v potrave – hovoríme o esenciálnych mastných kyselinách – kyseline linolovej a linolénovej. Obe kyseliny majú 18 uhlíkov a líšia sa v počte dvojitých väzieb. Pri nedostatku nenasýtených mastných kyselín dochádza k poruche rastu, vývoja, poruchám nervovej činnosti, imunitných reakcií. Vyšší obsah nenasýtených mastných kyselín priaznivo ovplyvňuje hladinu cholesterolu v organizme.Za minimálnu dennú dávku pokladáme pri kyseline linolovej asi 1,5 g/24 hodín, pri kyseline linolénovej 0,3 g/24 hodín. Vyšší obsah týchto kyselín sa nachádza v rastlinných tukoch a morských rybách.

Minerálne a stopové prvky nie sú zdrojom energie, ale napriek tomu sú potrebnou súčasťou našej výživy. Hlavné minerály tvoria asi 0,7% telesnej hmotnosti, stopové prvky len asi 0,01%, ale napriek tomu ich nedostatok môže znamenať vážne ohrozenie.

Najznámejšie defekty na zdraví predstavuje nedostatok vápnika – rast a deformity kostí, nedostatok železa (porucha krvotvorby), nedostatok jódu môže mať za následok poruchy štítnej žľazy. Jeho nedostatok v potrave je nahradzovaný jodizáciou kuchynskej soli.

Vitamíny nie sú zdrojom energie, ale nutnými zložkami potravy ľudí, pretože sú súčasťou najrôznejších enzýmov, antioxydancií. Sú tiež nezameniteľnou podmienkou mnohých metabolických pochodov, ako i niektorých funkčných štruktúr (vitamín A - sietnica).

V poslednom období sa zvýrazňuje účinok vitamínu E (tokoferolu) v antioxydačných procesoch. Dokáže blokovať účinky kyslíkových radikálov. Podobne je v tomto smere oceňovaný i vitamín C a vitamín A. Kyslíkové radikály vznikajú permanentne v našom tele pri oxidačných procesoch v bunkách. Kyslíkový radikál sa veľmi rýchlo zlučuje so všetkým s čím sa stretne. Poškodzuje napríklad lipidy v membránach a tým i funkciu buniek, dokonca je schopný poškodiť i DNA. S pôsobením kyslíkových radikálov sú spojené rôzne teórie, ktoré ich viažu k procesu starnutia, kancerogénezy a pod. Rozlišujeme vitamíny rozpustné v tukoch a vitamíny rozpustné vo vode.

Vitamín D je v skutočnosti vitamínom iba v prenesenom zmysle. Definitívna účinná látka sa vytvára z prekurzoru v obličkách. K poruche , t.j. hypovitaminóze až avitaminóze vitamínov rozpustných v tukoch (A,D,K, E) môže dôjsť ako dôsledok zlého vstrebávania tukov v dôsledku pečeňového, alebo pankreatického ochorenia.

Medzi vitamíny rozpustné vo vode patria vitamíny C, B1, B2, B5, B6, B12, Bc, kyselina listová, ale i biotin (vitamín H), ktorý účinkuje v celkovom metabolizme. Vitamín PP (niacin) môže pri nedostatku spôsobovať nechutenstvo.

Poruchy výživy

Veľmi všeobecným, ale súčasne i dostatočne informujúcim indikátorom stavu organizmu a výživy je indikátor zvaný BMI –body mass index, ktorý dáva do vzťahu hmotnosť a výšku (BMI= kg/výška v metroch na druhú). Hodnota BMI 20-25 je ideálna hmotnosť, 26-30 mierna nadváha, nad 35 ide o ťažkú obezitu.

Podvýživa predstavuje takú nutríciu, ktorá je nedostatočná vo viacerých aspektoch. Najčastejšie tým myslíme stav, keď je energetická, ale i kvalitatívna stránka nedostatočná a človek nielen chudne, ale i chátra (môže však prebiehať záludne tak, že chýba len jeden kľúčový faktor a na prvý pohľad jedinec budí dojem zdravého človeka).

Hladovanie je skutočná malnutrícia. Zdravý človek má spravidla tukové zásoby na niekoľko týždňov, ale musí mať príjem tekutín. Hladovanie však môže prejsť do marazmu, kedy už ani prívod potravín jedinca nezachráni.

Obezita predstavuje veľmi vážny zdravotnícky a spoločenský problém. Väčšina obéznych ľudí dlhodobo prijímala vo svojej potrave viac, ako na druhej strane vydala. Prebytok energetických substrátov sa ukladajú vo forme tuku. Za obezitu tiež možno označiť stav, keď podiel tuku presiahne u mužov 20% a u žien 25%. Nadváha zaťažuje predovšetkým oporný aparát a cirkulačný systém, čo býva často spojené s hypertenziou a obyčajne i urýchlením procesu starnutia organizmu.

Dodržovanie zásad správnej výživy – udržiavanie správnej telesnej hmotnosti, orientačne podľa BMI, zníženie príjmu čistých sacharidov, soli, nasýtených mastných kyselín, dostatok vitamínov pri dostatočnej pohybovej aktivite môže umožniť spomalenie procesov starnutia a opotrebovania organizmu. Zásadami racionálnej výživy, ako i výživou pri patologických procesoch, sa zaoberá samostatný obor - dietológia.

Fyziológia gastrointestinálneho traktu (GIT)

Organizmus prijíma z vonkajšieho prostredia živiny a všetky potrebné látky, ktoré mu zaisťujú prežitie. Gastrointestinálny trakt zaisťuje, aby prijaté živiny boli najskôr adekvátne spracované jednak mechanicky, ale i chemicky. Tento proces sa nazýva trávenie. Len takto spracované látky môžu byť vstrebané. Tieto dve základné funkcie GIT nie sú jediné – celý GIT musí byť imunologicky zabezpečený dostatočnou imunitnou bariérou, keďže potraviny nie sú sterilné.

Dutina ústna

Mechanické spracovanie potravín sa deje pomocou žuvacích svalov, samotné žuvanie vyžaduje určitý automatizmus, inervácia sa uskutočňuje pomocou trojklanného nervu. Žuvaním je potrava drvená mechanicky a postupne sa zmiešava so slinami. Sliny sú produkované jednak drobnými žliazkami v dutine ústnej, jednak troma pármi veľkých slinných žliaz - podjazykovej, podčelustnej a príušnej. Riadenie sekrécie slín sa deje pomocou vegetatívneho nervového systému, pričom na zvýšenie produkcie slín má vplyv parasympatikus - cholinergné receptory). Sliny sa tvoria permanentne, o to v množstve 1,5 až 2 litre/24 hodín. Produkcia slín závisí od potravy. Samotné sliny obsahujú predovšetkým vodu (okolo 95%), niektoré anorganické komponenty (minerály, chlór), predovšetkým enzým alfa amylázu, imunoglobulíny, lyzozým, a hlien. Hlien umožňuje hladkú pasáž potravy pažerákom do žalúdka pri prehataní. Alfa amyláza v slinách slúži predovšetkým na trávenie škrobov. Lyzozým a imunoglobulíny majú antibakteriálny význam. Sliny tiež pomáhajú kontaktu chuťových pohárikov v dutine ústnej s potravou. Ich neprítomnosť vyvoláva pocit smädu.

Po mechanickej príprave nastáva pocit prehatania. Tento dej je tiež komplexný, je potrebná súhra všetkých orgánov, pričom veľmi dôležité je uzavretie vchodu do hrtanu epiglotis tak, aby nedošlo aspirácii potravy do dýchacích ciest. Dôležitý je i peristaltický pohyb pažeráku smerom do žalúdka so súhrou pažerákových sfinkterov. Na riadení týchto procesov sa podieľajú X. a IX. hlavový nerv.

Žalúdok

V žalúdku je potrava skladovaná a potom ďalej spracovávaná a to mechanicky, ale hlavne chemicky. Stena žalúdka je okrem sliznice vybavená mohutnou hladkou svalovinou, ktorá má cirkulárny, ale i pozdažny charakter. Jednotlivé sústa sa v žalúdku hromadia a stena sa im podvoľuje – adaptívna relaxácia. Po tejto fáze kľudu začína žalúdočná peristaltika, ktorá znamená to, že kontrakcie oboch zakrivení žalúdka postupujú od hora dole, t.j. k pyloru.

Žalúdočná sekrécia

V žalúdku sa tvorí za 24 hodín asi 2 litre žalúdočnej šťavy. Táto šťava má zásadný význam pre ďalšie spracovanie prijatej potravy. Nariadením žalúdočného obsahu a premiešavajúcimi pohybmi žalúdka zaisťuje vytvorenie natráveniny (chýmus). Šťava žalúdka obsahuje protelolytické enzýmy (pepsíny) štiepiace bielkoviny na menšie peptidy. Pepsíny sú produkované hlavnými bunkami ako neúčinné pepsinogény a až v kyslom prostredí žalúdka sa aktivujú a môžu byť účinné. Keby sa enzýmy tvorili už v aktívnej forme, tak by mohli natráviť vlastnú stenu žalúdka, čo by mohlo viesť k vykrvácaniu.

Kyslosť žalúdočnej šťavy pH okolo 2-3 je spôsobená kyselinou chlorovodíkovou (HCl), ktorá je tvorená krycími bunkami žalúdkových žliazok. Význam tejto zložky je približne nasledovný:

a)              ničí baktérie

b)             pomáha redukcii železa v potrave- prijaté železo je trojmocné, po chemickej redukcii dvojmocné a to sa ľahko vstrebá

c)              pomáha rezorbcii vápniku tak, že nerozpustné soli vápnika mení na rozpustný CaCl2

d)             nízke pH chráni niektoré vitamíny pred inaktiváciou (hlavne C)

e)              narušuje štruktúru bielkovín (denaturuje) a tým uľahčuje pôsobenie proteolytických enzýmov

f)               ako bolo uvedené, aktivuje hlavný proteolytický enzým žalúdočnej šťavy – pepsinogén na aktívny pepsín .

Pepsíny v žalúdku môžu svojou kapacitou spracovať približne 1/5 proteínov obsiahnutých v chýme. Zbytok je spracovaný v duodéne a v tenkom čreve.

Žalúdočná sliznica produkuje tiež hlien – mucín, ktorý má vysokú schopnosť odolávať kyslému prostrediu žalúdka i pôsobeniu pepsínu a tak chráni žalúdočnú sliznicu pred poškodením.

Vyprázdňovanie žalúdka je veľmi presne riadený proces, ktorý začína v okamžiku, keď trávenina je dostatočne mechanicky a chemicky spracovaná. Vyprázdňovanie žalúdka sa uskutočňuje tak, aby v duodéne mohlo prebiehať ďalšie trávenie a pokračovanie pochodov potrebných pre vstrebávanie živín - inhibičný vplyv na motilitu žalúdka a teda na jeho adekvátne vyprázdňovanie má predovšetkým tzv. enterogastrický reflex.

Medzi aktivity žalúdka patrí i zvracanie. Ide o obranný reflex, ktorý je zaisťovaný tzv. antiperistaltikou. Vypudzovanie obsahu až do úst a von je sprevádzané nevoľnosťou, slinením, bledosťou. Je potencované zvýšením tlaku v brušnej dutine zapojením brušného lisu. Zvracanie je možno rozlíšiť podľa miesta podnetu na centrálne (emócie, intrakraniálna hypertenzia) alebo periférne (požitie závadnej potravy).

V regulácii produkcii žalúdočnej šťavy hrajú úlohu mnohé faktory. Gastrín je hormón, ktorý ich produkciu veľmi podporuje a uvoľňuje sa v dôsledku aktivity parasympatického systému, ale i chemicky. Sú známe i iné hormóny a pôsobky (sekretín, somatostatín a pod) ktoré sa na produkcii žalúdočných štiav podieľajú, ale podieľajú sa i na koordinácii činnosti medzi žalúdkom a ostatným časťami GIT. Príkladom môžu byť niektoré reflexy – gastrokolický reflex (aktivácia pohybov tračníka po naplnení žalúdka), enterogastrický (tlmenie motility žalúdka pri plnení duodena chýmom) a pod.

Duodénum

Duodénum je začiatok tenkého čreva a predstavuje veľmi dôležitý úsek tráviacej trubice. Do duodéna ústi vývod pankreasu a žlčovod z pečene. Pankreatická šťava (denná produkcia okolo 1 litra) má zásaditú povahu (neutralizuje kyslý chýmus zo žalúdka) a obsahuje široké spektrum enzýmov, ktoré štiepia peptidy, cukry, tuky, nukleové kyseliny. Sekrécia pankreatickej šťavy je stimulovaná parasympatikom (N. vagus). Sympatikus naopak sekréciu tlmí. Okrem toho je sekrécia pankreatickej šťavy riadená i humorálne. Sekretín podporuje a zvyšuje prítomnosť vody a bikarbonátov, cholecystokinín zasa potencuje prítomnosť enzymatickej zložky pankreatickej šťavy.

Pokiaľ v duodéne neprebieha žiaden proces trávenia je žlč odvádzaná do žlčníka. V žlčníku je jednak tvorená zásoba, ale je i značne koncentrovaná (nekoncentrovanej sa jej tvorí asi 1 liter denne). Hlavnou súčasťou žlče sú tzv. žlčové kyseliny. Tie sú syntetizované v pečeni z cholesterolu, alebo sa vracajú späť do pečene portálnym obehom (enterohepatálny obeh). Význam týchto kyselín tkvie v tom, že umožňujú svojimi chemicko-fyzikálnymi vlastnosťami vstrebávanie látok lipoidnej povahy (tukov, mastných kyselín, ale i vitamínov rozpustných v tukoch ). Ďalšou dôležitou zložkou žlče sú žlčové farbivá, pochádzajúce z hemoglobínu po rozpade červených krviniek. Pečeň tieto farbivá (bilirubín) vychytáva a po úpravách seceruje do žlče. Ak je ich vylučovanie zablokované (napríklad mechanicky) vzniká typické zafarbenie sklér –žltačka.

Tenké črevo

V tenkom čreve sa chýmus premiešava s tráviacimi šťavami a žlčou a je naďalej spracovávaný. Na spracovaní sa podieľajú nielen enzýmy pankreasu, ale i enzýmy produkované tenkým črevom samotným. Črevo seceruje asi 2 litre tekutiny za deň a jeho zloženie a množstvo je regulované jednak parasympatikom, ale i vplyvom hormónov GIT (sekretín, cholecystokinín). Zložením obsahujú množstvo proteolytických enzýmov, enzýmy štiepiace cukry (sacharáza, maltáza) ale i črevné enzýmy lipáza, prípadne fosfolipáza. Hlien je prítomný naďalej a je potrebný pre hladký posun potravy a ochranu sliznice.

Do hrubého čreva prechádza trávenina ileocekálnym zvieračom Vyšší tlak, ktorý je svalovina zvierača schopná vytvoriť a prítomné chlopne zabraňujú spätnému návratu tráveniny z colon do ilea (reflux).

Hrubé črevo

Hrubé črevo sa skladá anatomicky z colon ascendens, transversum, descendend, sigmoideum a konečníka (rektum). Hrubé črevo má charakteristickú anatomickú stavbu danú lokalizáciou pozdažnej svaloviny (tzv. ténie), ktoré spolu s cirkulujúcou svalovinou tvoria haustra- výdute. Sliznica hrubého čreva nemá klky a je tu umiestnené veľké množstvo lymfatického tkaniva. V hrubom čreva je secerovaný hlavne hlien, ktorý podporuje pohyb tráveniny. Význam hrubého čreva tkvie v jeho skladovacej funkcii a schopnosti regulovať objem výraznou vstrebávaciou kapacitou pre vodu. Z objemu 1,5 litra tráveniny ostane asi 60-120 ml vody. Rýchlosť posunu obsahu tlstého čreva závisí na zložení potravy. Ak je v potrave nestráviteľná vláknina posúva sa obsah asi za 35 hodín, v prípade minimálneho objemu vláknin (takmer bezozbytková strava) sa obsah vyprázdni až za 48-70 hodín.

Veľmi významnú úlohu v hrubom čreve je prítomnosť saprofytických baktérií v hrubom čreve. Tieto baktérie sú až na malú výnimku anaerobné a môžu bakteriálne štiepiť sacharidy, malé množstvo celulózy a pektínu alebo hnilobne rozkladať bielkoviny a tým sa podieľať na konečnej úprave stolice. Niektoré baktérie syntetizujú i vitamíny, u človeka sa jedná hlavne o vitamín K.

Vyprázdňovanie stolice

Rektum je obyčajne prázdne, ale pri jeho naplnení sa vyvolá reflexný dej, ktorý nazývame defekačný reflex. Medzi sigmoideom a vlastným rektom je slabý kruhový zvierač riadený vegetatívnym nervstvom. Pri naplnení sigmoidea väčšinou tento zvierač postupne povolí a nastáva pocit nútenia na stolicu. Parasympatikus zo sakrálnej miechy zreteľne posilňuje peristaltické vlny posunujúce obsah ďalej zo sigmoidea do rekta, súčasne sa otvára i vnútorný zvierač rekta, ktorý je ovládaný vegetatívnym nervami. Vonkajší zvierač rekta je ovládaný našou vôľou- priečne pruhovaný sval. Vyprázdňovanie konečníka je potenciované nádychom a tlakom brušného lisu.

Vstrebávanie jednotlivých živín v GIT

Vstrebávanie cukrov

V potrave obsiahnuté sacharidy (škroby, polysacharidy) a disacharidy (hlavne sacharóza) sú vstrebávané vo forme jednotlivých hexóz aktívnou formou proti koncentračnému gradientu a tento proces je zviazaný so vstrebávaním sodíka. Fruktóza má samostatný transportný systém a vstrebáva sa rýchlejšie. Hlavná časť sacharidov sa vstrebáva už v duodéne a na začiatku ilea.

Vstrebávanie bielkovín

Bielkoviny obsiahnuté v našej potrave sa postupne štiepia proteolytickými enzýmami (pepsín, trypsín) na polypeptidy a tie na jednotlivé aminokyseliny. Enzýmy sú postupne inaktivované v tenkom čreve neutrálnym pH. Aminové kyseliny sú postupne v tenkom čreve tiež inaktivované neutrálnym pH. Aminové kyseliny sú aktívne vstrebávané v duodene a v tenkom čreve. Transportné mechanizmy sú však v prípade aminových kyselín, podobne však ako glukóza sú transportované aktívne spolu so sodíkom.

Vstrebávanie tukov

V našej potrave tuky tvoria 20-30% jej kalorickej hodnoty a ich trávenie a vstrebávanie závisí od niekoľkých dôležitých faktorov. Predovšetkým je potrebné, aby z tukov obsiahnutých v potrave bola vytvorená emulzia. To sa uskutoční pomocou žlčových kyselín, ktoré majú schopnosť výrazne znižovať povrchové napätie a tým emulgovať tuk na jemné kvapky. Na tak veľkú plochu môže efektívne pôsobiť pankreatická lipáza odštepujúca jednotlivé mastné kyseliny od trojmocného alkoholu (glycerolu). Dochádza k vytvoreniu tzv. micel, čo sú útvary veľkosti asi 5nm, vytvorené jednak žlčovými kyselinami, jednak mastnými kyselinami, cholesterolom, prípadne inými prímesami. Micely sa dostávajú do kartáčového lemu enterocytov, kde sa z nich uvoľňujú vlastné lipidické faktory a rýchlo prechádzajú cez membránu buniek. Lipidy sú v najväčšej miere resorbované v jejune, zatiaľ čo v ideu sa vstrebávajú žlčové kyseliny (enterohepatálny obeh).

Vstrebávanie vody a minerálov

V GITe sa vstrebáva denne veľké množstvo vody. Je to voda, ktorú vypijeme (1,5-2 litre), voda, ktorá je obsiahnutá v potravinách a voda, ktorá je súčasťou tráviacich štiav (sliny, žaludočná šťava, sekrécia žlče, črevná sekrécia – dohromady okolo 5-7 litrov). Vstrebávanie vody sa uskutočňuje hlavne v tenkom čreve. Sodík sa vstrebáva aktívne pomocou Na+ -K+ ATP ázy, ktorá premiestňuje sodík z lumen GITu do intersticia buniek. A pretože je tento pohyb sodíka nutne sprevádzaný pohybom vody (osmotický gradient), je vlastný pohyb vody predovšetkým výsledkom aktívneho vstrebávania sodíka. Veľmi dôležité je zároveň vstrebávanie vápnika, na ktorom sa pozitívne podieľa vitamín D, upravený v pečeni a obličkách na hormón –kalcitriol. Mechanizmus účinku tohto hormónu tkvie vo vytvorení špecifickej bielkoviny v bunkách črevnej steny, ktorá viaže vápnik a transportuje do krvi. Železo sa vstrebáva v dvojmocnej forme, v potravinách je spravidla ako trojmocné. Za prítomnosti HCl (nízke pH) sa trojmocné železo vplyvom redukujúcich látok v potrave (vitamín C, cysteín) redukuje na dvojmocné, vstrebateľné. V krvnej plazme sa železo prepravuje viazané na bielkovinu – transferín.