Mensurando o Metabolismo Energético: calorimetria e

quociente respiratório

Prof. Dr. Tiago R. Figueira

Bioquímica do Exercício- 2019

EEFERP/USP

O que se observa durante o exercício (II) Algumas aulas atrás....

O que se observa durante o exercício (III)

Carb Carb

Fat

Fat

Algumas aulas atrás....

A Energia do Nutrientes

Calorímetro de Combustão

Fora do organismo (kCal/g)

No organismo (kCal/g)

Carboidrato 4,2 4,0

Lipídio 9,0 9,0

Proteína 5,7 4,0

Δ = 26%

Referência Utilizada e Sugerida

http://www.sportsci.org/news/history/atwater/atwater.html

Início dos estudos sobre o Metabolismo

Anos 1600: •O que acontece com a comida que ingerimos?

•Por que a soma das massas das nossas excreções é menor do que a massa do alimento ingerido?

Primeiro Experimento “Controlado” Santorio Santorio (1561-1636) em 1614, no seu livro Ars de Statica Medecina

He weighed himself in a chair suspended from a steelyard balance before and after eating, sleeping, working, sex, fasting, depriving from drinking, and excreting. He found that by far the greatest part of the food he took in was lost from the body through perspiratio insensibilis (insensible perspiration).

Metabolismo produz calor!

O metabolismo total de um organismo inclui todos os processos bioquímicos que nele ocorrem

As reações bioquímicas transformam a matéria e parte da energia liberada nestas reações está na forma de calor.

Medir o calor gerado é inferir sobre a “atividade” das reações químicas – quanto maior a atividade metabólica,

maior o calor liberado

Calorímetro de Gelo de Lavoisier

Lavoisier, 1780

Calorímetro de Atwater&Rosa Séc. XIX

•Liberação de calor

•Consumo de O2

•Produção de CO2

Calorimetria Direta

Calorimetria direta não é útil para

estudar exercício físico

Calorimetria Indireta

Primeira Metade do Séc. XX

Amostragem de gases expirados

•Consumo de O2

•Liberação de CO2

E o que se faz com estas medidas de Consumo de Oxigênio e de Liberação de CO2?

Equivalente Calórico (kCal/L O2)

Quociente Respiratório (VCO2/VO2)

Carboidrato 5.05 1,00

Lipídio 4,7 0,70

Proteína 4,5 0,83

Δ = 6,4 %

Base teórica: • Relações entre calor e consumo de O2

• Manipulações dietéticas e estequiometria de vias metabólicas

O Quociente Respiratório (QR = VCO2/VO2) metabólico varia de 0,7 a 1,0

Percentual de Carboidrato Oxidado

0,7

1,0

100 % 0

Percentual de Lipídio Oxidado

*Desconsiderando as proteínas neste momento

QR estima a contribuição energética relativa de CHO e Gorduras, permitindo estimativa do gasto energético

do QR e o

Limitações do Uso da Razão VCO2 : VO2

•QR vs. R ou RER

•Quando se analisa em nível pulmonar (i.e corpo todo), usa-se o termo abreviado RER (ou simplesmente R)

•Em algumas situações, podemos produzir CO2 independentemente do metabolismo energético e gerar R > 1,0

•Durante Exerc. Intenso

• Quando a oxidação de Proteínas não for negligível •Jejum muito prolongado •Diabetes

Quais são as bases teóricas para o QR (VCO2:VO2 ) de 1,0 representar

oxidação de carboidratos e o QR de 0,7 representar oxidação de lipídios ?

Degradação de Glicose e Ácidos Graxos

Balanço da Glicólise

Degradação de Glicose = 10NADH + 2FADH2 + 6CO2

Degradação do palmitato = 31NADH + 15 FADH2 + 16 CO2

Balanço da β–oxidação de FFA

NADH/FADH2 = 5

NADH/FADH2 = ~2

Cada piuvato pela PDH = 1NADH + 1CO2 + Acetil-CoA

Balanço do Ciclo de Krebs: Cada Acetil-CoA =

3NADH + 1FADH2 + 1 ATP + 2CO2

Guarde isso, por hora.

Oxidação de Glicose e Ácidos Graxos têm diferentes razões entre O2 consumido e CO2 produzido

Degradação de Glicose (C6H12O6) = 10NADH + 2FADH2 + 6CO2

Degradação do Palmitato (C16H32O2) = 31NADH + 15 FADH2 + 16 CO2

Quantidades Razão

Substrato O2 CO2 CO2 : O2

1 Glicose 6 6 1,00

1 Palmitato 23 16 0,70

A origem da diferença entre o equivalente calórico de glicose e ácidos graxos

Degradação de Glicose (C6H12O6) = 10NADH + 2FADH2 + 6CO2

Degradação do Palmitato (C16H32O2) = 31NADH + 15 FADH2 + 16 CO2

Consumo de Oxigênio

O2 ATP:O2

6 4,67

23 4,35

4H+

Δ = 7,3 %

ATPs pela Fosforilação Oxidativa

NADH FADH2 Total

Glicose 25 3 28

Palmitato 77,5 22,5 100

O problema da “contabilização” do metabolismo oxidativo de proteínas na

calorimetria indireta

O Nitrogênio (N) das Proteínas não é oxidado pelas células, sendo excretado na urina

O N representa ~17% da massa da molécula da proteína Excreção (urinária) de 1g de N ocorre quando há oxidação de ~5,9 g de Proteínas

Quantidades (L)

O2 CO2

1g N 5,9 g Proteínas

~5,9 ~4,72

Um Indivíduo foi avaliado metabolicamente por 24 h. Temos:

Calorimetria Indireta (VO2, VCO2) Excreção de Nitrogênio na urina

Variável Quantidade por 24h

VO2 634 L

VCO2 453 L

Nitrogênio na Urina

14,7 g

Quantidades (L)

O2 CO2

1g N 5,9 g Proteínas

~5,9 ~4,72

69 L

86,7 L 547 L

384 L

R (VCO2/VO2) não proteico = 384 L/547 L = 0,70

No organismo (kCal/g)

Equivalente Calórico (kCal/L O2)

Quociente Respiratório (VCO2/VO2)

Carboidrato 4,0 5.05 1,00

Lipídio 9,0 4,7 0,70

Proteína 4,0 4,0

Gasto Energético: Proteína: 14,7 x 5,9 x 4,2 = 347 kCal Total 2919 kCal Não Proteína: 547,3 x 4,7 = 2572 kCal

Referência Utilizada e Sugerida

http://www.sportsci.org/news/history/atwater/atwater.html