Energie - Physiologie Hilfsskript
Werbung
Energie Leistung Berechnung Einheit Energie Arbeit Berechnung Einheit Energie Fette Brennwert (physikalisch/physiologisch) Energetisches Äquivalent Respiratorischer Quotient Energie Kohlenhydrate Brennwert (physikalisch/physiologisch) Energetisches Äquivalent Respiratorischer Quotient Energie Proteine Brennwert (physikalisch/physiologisch) Energetisches Äquivalent Respiratorischer Quotient Energie gemischte Kost Energetisches Äquivalent Respiratorischer Quotient Energie Kalorimetrie direkt und indirekt Energie Energetisches Äquivalent Kraft x Weg Einheit: Watt (W) Einheit: Joule (J) • Brennwert: - physikalisch: 17 kJ/g - physiologisch: 17 kJ/g • Brennwert: - physikalisch: 39 kJ/g - physiologisch: 39 kJ/g • EÄ: 21 kJ/l O2 • EÄ: 19,6 kJ/l O2 • RQ: 1 • RQ: 0,7 • Brennwert: - physikalisch: 23 kJ/g - physiologisch: 17 kJ/g • EÄ: 20,2 kJ/l O2 • EÄ: 18,8 kJ/l O2 • RQ: 0,82 • RQ: 0,81 • direkt: Ermittlung des Energieverbrauchs einer Per- Energieausbeute aus einem Stoff bei Verbrennung mit 1 l O2 son über ihre Wärmeabgabe • indirekt: Ermittlung des Energieverbrauchs einer Person über ihren Sauerstoffverbrauch Energie Spirometrie offen und geschlossen Energie Respiratorischer Quotient Berechnung fälschliche Veränderung Energie STPD Energie BTPS Energie Energie ATPS Sauerstoffdefizit/-schuld Energie Grundumsatz Standardbedingungen Normwerte Energie Energieumsatz Zelle • Ermittlung der O2-Aufnahme und CO2-Abgabe • geschlossene Spirometrie: definierte Menge O2 im Spirometer Fälschliche Veränderung: • Kohlenhydratmast: - O2-Freisetzung bei Umwandlung in Fette - ↑ RQ • Hunger/ schlecht eingestellter Diabetes: - gesteigerte β-Oxidation: ↑ O2-Bedarf • offene Spirometrie: Proband atmet Umgebungsluft ein und in Douglassack aus - ↓ RQ Durchgang 3: Energie body temperature pressure saturated Temperatur STPD T: 37°C 0 °C BTPS 37 °C standard-temperature-pressure-dry Druck: aktueller Luftdruck body-temperature-pressure- standard temperature pressure dry Druck Wasserdampfdruck 760 mmHg 0 mmHg aktueller Luftdruck 47 mmHg T: 0°C Druck: 760 mmHg (Wasserdampfsättigung) saturated Wasserdampfdruck: 47 mmHg (gesättigt) ATPS Umgebungstemperatur ambient-temperature-pressuresaturated Wasserdampfdruck: mmHg aktueller Luftdruck 470mmHg (Wasserdampfsättigung) Spiroergometrie und Sauerstoffschuld • Spiroergometrie: spirometrische Belastungsmessung auf einem Ergometer • bei Belastung steigt O2-Aufnahme rasch bis auf ein „steady state“ an ambient temperature saturated - vor dem „steady state“:pressure O2-Aufnahme < O2-Bedarf = Sauerstoffdefizit T: - am Belastungsbeginn wird Energie über anaerobe Mechanismen bereitgestellt • in der Erhohlungsphase fällt die O2-Aufnahme auf einen Ruhewert ab Umgebungstemperatur - vor Erreichen des Ruhewerts: O2-Aufnahme > O2-Bedarf ≙ Sauerstoffschuld O2-Aufnahme Sauerstoffsteady state defizit O2-Bedarf Arbeit O2-Bedarf Ruhe - mit zusätzlicher O2-Aufnahme werden anaeroben Speicher wieder aufgefüllt Druck: aktueller Luftdruck Arbeit Sauerstoff- schuld Zeit KLB Der Energieumsatz der Zelle • Sauerstoffdefizit: O2-Aufnahme < O2-Bedarf < Erhaltungsumsatz → Zelltod) bereitgestellt • Erhaltungsumsatz: Energieumsatz zur Zellstrukturerhaltung (Energieumsatz Energie über anaerobe Speicher Wasserdampfdruck: 47Energieumsatz mmHg (gesättigt) zur Aufrechterhaltung einer Aktivitätsbereitschaft der Zelle • Bereitschaftsumsatz: • Tätigkeitsumsatz: Energieumsatz während einer Zellaktivität • Sauerstoffschuld: O2-Aufnahme > O2-Bedarf Auffüllung der anaeroben Speicher Der Grundumsatz • minimaler Energieumsatz eines Erwachsenen zur Aufrechterhaltung der Organfunktionen Standardbedingungen bei Bestimmung des Grundumsatzes • Erhaltungsumsatz: • Messung am Morgen zur •Zellstrukturerhaltung nach 12 Stunden Nüchternheit • in geistiger und körperlicher Ruhe • Bereitschaftsumsatz: • bei Indifferenztemperatur (kein Zittern oder Schwitzen) zur Aufrechterhaltung einer Aktivitätsbereitschaft • bei normaler Körpertemperatur • Tätigkeitsumsatz: Änderungen und Unterschiede des Grundumsatzes während einer Zellaktivität Tageszeit: • - maximaler Grundumsatz vormittags - minimaler Grundumsatz nachts • Nahrungsaufnahme: - Steigerung des Grundumsatzes durch Verdauungsprozesse • Standardbedingungen: - Messung am Morgen - nach 12 h Nüchternheit - in geistiger und körperlicher Ruhe - bei Indifferenztemperatur - bei normaler Körpertemperatur • Normwerte: - ♂: 84 W (7 MJ/d) - ♀: 76 W (6 MJ/d) • Temperaturänderung: - Steigerung des Grundumsatzes durch Ausgleichsmechanismen (Zittern, Schwitzen) Energie Ruheumsatz Energie Anteile der Organe am Grundumsatz Energie Freizeitumsatz Energie Arbeitsumsatz Energie Temperaturverteilung im menschlichen Körper Energie Wirkungsgrad Energie Temperaturregulation Energie Thermoneutraler Bereich • • • • • Leber: 26 % Muskeln: 26 % Gehirn: 18 % Herz: 9 % Nieren: 7 % Grundumsatz + Leistungszuschlag • Netto-Wirkungsgrad: • Brutto-Wirkungsgrad: • Einheit: % • max. Wirkungsgrad isolierter Muskeln: 35 % • max. Wirkungsgrad dynamischer Arbeit: 25% • ca. 5 % über Grundumsatz • weniger strenge Messbedingungen • ca. 30 % über Grundumsatz • Umsatz eines nicht körperlich arbeitenden Menschen • homoiothermer Körperkern: ca. 37°C - nahezu konstante Temperatur - physiologische Schwankungen: ‣ tagesrhythmisch (minimal morgens) ‣ hormonell (+ 0,5°C nach Ovulation) ‣ emotional ‣ körperliche Belastung • poikilotherme Körperschale: - Haut und Extremitäten - an Umgebung angepasst - im thermoneutralen Bereich: 33-34°C • Bereich ohne Zittern und Schwitzen Regelzentrum: hinterer Hypothalamus • Afferenzen: Thermosensoren • Unbekleideter: 28-30°C • Bekleideter: 20-22°C • Neugeborenes: 32-34 °C - peripher: TRP-Kanäle der Haut - zentral: z.B. im rostralen Hirnstamm • Efferenzen: an Stellglieder der Regulation - Hautdurchblutung - Muskeltonus/-zittern - Schwitzen - braunes Fettgewebe - Verhaltensänderung Energie Verdunstungswärme Wasser Energie Regulation der Vasomotorik Energie Zitterfreie Wärmebildung Energie 1 cal Energie Feuchte Wärmeabgabe Energie Trockene Wärmeabgabe Energie Kälteakklimatisation und Kälte-Toleranzadaptation Energie Hitzeakklimatisation und Hitze-Toleranzadaptation • Regulation über Sympathikusaktivität • Vasokonstriktion über α1-Rezeptoren • bei Kälte: Vasokonstriktion → verminderte Hautdurchblutung 2400 kJ/l • bei Hitze: Vasodilatation → erhöhte Hautdurchblutung • im braunen Fettgewebe 1. Kältereiz → Sympathikusaktivierung 2. über β3-Rezeptor: ↑ cAMP Energiemenge, die benötigt wird, um 1 g Wasser um 1°C zu erwärmen = 4,184 J 3. Aktivierung der PKA 4. Aktivierung der Lipase → Lipolyse → Wärme • Außerdem: Entkoppelung der Atmungskette über Thermogenin → statt ATP entsteht Wärme • Strahlung: - 50-60% der gesamten Wärmeabgabe - Infrarot-Strahlung • Konduktion: - über unbewegtes Medium - abhängig von Wärmeleitfähigkeit und -kapazität • Konvektion: - über bewegtes Medium - schneller als Konduktion • Hitzeakklimatisation: - ↑ Durchblutung - ↑ Schwitzen • Hitzetoleranzadaptation: - Erhöhung der Schwitzschwelle • Umgebungstemperatur > Körpertemperatur • Perspiratio sensibilis: - Schwitzen - Wasserdampfdruck Haut > Umgebung - über cholinerge sympathische Innervation • Perspiratio insensibilis: nicht regulierbar - über Exspirationsluft - über Diffusion von Wasser durch die Haut - ca. 600 ml/Tag ≙ 20% der Wärmeabgabe • Kälteakklimatisation: - erhöhter Energieumsatz - Steigerung der Wärmebildung (Zittern) - Drosselung der Wärmeabgabe • Kältetoleranzadaptation: - Absenkung der Zitterschwelle - Nachlassen der subjektiven Kälteempfindung Energie Fieber Energie Pathophysiologische Körperkerntemperaturen Energie Hitzschlag Energie Hitzekollaps Energie Endogene maligne Hyperthermie Energie Sonnenstich Energie Regulationsmechanismus Schilddrüse Energie Wirkung T3 und T4 1. Exogene Pyrogene stimulieren Immunsystem 2. Bildung endogener Pyrogene (z.B. Zytokine) • KKT > 42-43°C: Hitzetod • KKT < 25-27°C Tod durch Kammerflimmern 3. Stimulation N. vagus 4. Produktion von Prostaglandin E2 5. SOLL-Wert-Verstellung im Hypothalamus 6. Kältegefühl 7. erhöhte Wärmeproduktion (Schwitzen) 8. Rückstellung des SOLL-Werts 9. Wärmegefühl 10.Schweißproduktion, Vasodilatation • Ursache: - Körperkerntemperatur > 39 °C • Ursache: - lange Hitze- und Sonnenexposition - regulatorische Dilatation der Hautgefäße • Folge: - Blutdruckabfall - Überlastung des Kreislaufs - unzureichende Wärmeabgabe • Folge: - Wärmestau - Fehlregulation des Hypothalamus - starker Körperkerntemperaturanstieg > 41°C - Hirnödem • Ursache: - direkte Einwirkungen von Sonnenlicht auf • Ursache: - Mutation des RyR1 im Skelettmuskel den ungeschützten Kopf • Folge: - Wärmestau im Kopfbereich • Folge: Komplikationen bei Narkosen → hohe intrazelluläre Ca2+-Konzentration → Hirnhautreizung • ↑ Grundumsatz • geistige und körperliche Entwicklung → generalisierte Kontraktion (Wärmebildung) → Erhöhung der Körpertemperatur Hypothalamus Somatostatin TRH Thyreotropin-Releasing-Hormon • ↑ intrazellulärer ATP-Umsatz • ↑ Lipolyse, Protein-, Kohlenhydratstoffwechsel • ↑ Herzfrequenz und -kraft Adenohypophyse TSH Thyreoideastimulierendes Hormon • ↑ Körpertemperatur • ↑ Schweiß- und Talgdrüsenaktivität Schilddrüse T3, T4 Energie Hyperthyreose Energie Morbus Basedow Energie Energie Hypothyreose Energie Energie Energie Energie • Ursachen: - Morbus Basedow • Autoimmunerkrankung • Autoantikörper gegen TSH-Rezeptor der Schilddrüse • Schilddrüse wird dauerhaft aktiviert • ↑ T3 und T4 - Autonomes Adenom • Folgen: - ↑ Grundumsatz - ↑ Herzfrequenz - ↑ RR-Amplitude - ↑ Körpertemperatur, Schwitzen - Unruhe - Gewichtsverlust • Ursachen: - Synthesestörung von T3/4 - verminderte TSH-Stimulation - Iodmangel • Folgen: - beim Kind: Kretinismus - beim Erwachsenen u.a. ‣ Obstipation ‣ ↓ Grundumsatz ‣ Myxödem - Struma (bei Iodmangel)
