HC1: Inleiding

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • Dit college vormt een inleiding voor het blok Sturing en Stofwisseling, enkele belangrijke begrippen worden toegelicht
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Er zijn geen opmerkingen over het tentamen gemaakt
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Sturing en stofwisseling

De mens is een systeem vol regelmechanismen, van de geboorte tot de dood. Veel sturing is autonoom, maar wel beïnvloedbaar door de wil. De stofwisseling van het lichaam omvat alle chemische en fysische processen die betrokken zijn bij:

• De productie van energie
• Energieafgifte
• Groei (opslag)

Voorbeelden hiervan zijn vertering, verplaatsing en verbranding. Stofwisselingsprocessen kunnen katabool (afbraak) of anabool (vorming van stoffen) zijn.

Thermodynamische wetten

Centrale begrippen zijn temperatuur en energie → al het leven, dus ook menselijk leven, is onderworpen aan alle wetten van de thermodynamica:

• Nulde wet: mensen zijn homeotherm (warmbloedig) en hebben gedurende alle levensfasen een constante temperatuur
  • Warmte gaat van warm naar koud
    • Warmtewisseling vindt niet plaats bij het geven van een hand aan iemand met dezelfde temperatuur
  • De lichaamstemperatuur is 37 °C, met een normale variatie 1 graad
  • Afwijkingen kunnen gediagnosticeerd worden door bijv. rectale temperatuurmeting
  • Er zijn therapeutische maatregelen
    • Bij hypothermie: kleding, verwarming, etc.
    • Bij hyperthermie: afkoeling, beschutting, etc.
• Eerste wet: behoud van energie → alle energie uit de opgenomen voedingsstoffen wordt gebruikt → manifesteert zich uiteindelijk als warmte, arbeid of groei (opslag)
  • Behoud van energie: vrije (chemische) energie, warmte en beweging
  • Energie-eenheden
    • Joule: de eenheid van bewegingsenergie
    • Calorie: de eenheid van warmte-energie
  • Stofwisseling is het gebruik van calorie en kilocalorie (kcal)
  • Oude definitie calorie: de hoeveelheid warmte nodig om 1 gram zuiver water 1 graad in temperatuur te doen stijgen
  • Huidige definitie: 1 calorie (cal) = 4,1868 joule (J)
    • 1 kcal/Cal = 4,1868 kJ
  • Vrije (chemische) energie-inhoud van macronutriënten:
    • Eiwit: 4 kcal/gram
    • Koolhydraat: 4 kcal/gram
    • Vet: 9 kcal/gram
    • Alcohol: 7 kcal/gram
  • Een gemiddeld gezond persoon heeft 30 kcal/kg lichaamsgewicht per dag nodig voor zijn stofwisseling
• Tweede wet: bij alle levensprocessen neemt de entropie van de omgeving toe → biologische omzettingen leiden altijd tot warmteproductie
  • DE =DG + (T x DS) → de toename van de inwendige energie van het menselijk lichaam is de som van de opgenomen vrije energie en verloren energie die als warmte verdwijnt
    • Verloren energie is het product van de absolute temperatuur (T) en de entropieverandering (S)
  • Cellulaire verbranding van glucose levert ca. 400 kcal/mol inwendige energie → de overige 286 kcal/mol wordt als warmte aan de omgeving afgegeven
  • Adenosinetrifosfaat (ATP) is de belangrijkste drager van vrije energie in cellen
    • Energie-inhoud: 7 kcal/mol
  • Glucose is de belangrijkste drager van energie tussen de cellen
    • Energie-inhoud: 7 kcal/mol
• Derde wet: de lichaamstemperatuur is niet relatief maar absoluut
  • De absolute temperatuur in het heelal varieert van 0 tot 10³² K
  • De lichaamstemperatuur van de mens is in alle levensfasen constant op 310 K, +/- 1 K
  • Kleine variaties in de absolute temperatuur hebben grote invloed op chemische evenwichtsconstanten, membraanpotentialen, fase-overgangen, oplosbaarheid, etc.
  • Tijdens alle levensfasen is de kerntemperatuur hetzelfde
  • De zelfregulatie van de lichaamstemperatuur begint tijdens de foetale ontwikkeling
  • Zuigelingen hebben de meeste moeite om hun lichaamstemperatuur zelfstandig op peil te houden → hierdoor hebben ze veel bruin vet

Energie

Kwijtraken:

Energie kan op 3 manieren kwijtgeraakt worden:

• BMR (basal metabolic rate)
  • 51% van de energie bij actieve volwassenen
  • 70% van de energie bij inactieve volwassenen
• PAR (physical activity ratio)
  • 36% van de energie bij actieve volwassenen
  • 17% van de energie bij inactieve volwassenen
• DIT (diëtary induced thermogenesis)
  • 10% van de energie
• Andere manieren
  • 3% van de energie

Krijgen:

Een mens komt voor- en na de geboorte op verschillende manieren aan energie:

• Voor de geboorte komt alle benodigde energie van de moeder
• Na de geboorte komt alle benodigde energie uit de voeding

De belangrijkste macronutriënten zijn koolhydraten, eiwitten en vetten. Verbranding vindt plaats in het waterig milieu van de lichaamscellen bij 37 °C:

• Macronutriënten + O2→ CO2+ H2O + inwendige energie + warmte

Gaswisseling en huishouding horen dus ook bij de stofwisseling.

Sturing en regeling:

Vrije energie inname en verbruik moet in evenwicht zijn. Dit wordt gestuurd door energiebuffers zoals glycogeen, creatininefosfaat, eiwitten en vet. De energiebalans is in verschillende levensfases anders → om inzicht te krijgen in positieve en negatieve energiebalans is meting van het gewicht, en vooral het verloop daarvan, belangrijk.

Alle levensprocessen vinden dus plaats in een geordend systeem met een sterke sturing en regeling. Normaal is het lichaam in homeostase, bij ziekte is er een ontregeling.