Θεματολόγιο Πνευμονολογίας

Περιεχόμενα  Εισαγωγή / Μεταβολισμός λιπών /  Μεταβολισμός πρωτεϊνών  /Μεταβολισμός υδατανθράκων, αερόβιος / Μεταβολισμός υδατανθράκων, αναερόβιος / Μεταβολισμού, ρυθμός  / ενέργεια μεταβολισμού /

Εισαγωγή Μεταβολισμός είναι το σύνολο των διεργασιών, με τις οποίες αποσκοπείται ο σχηματισμός ΑΤΡ και η διάθεση ενέργειας για την κίνηση των μυών. Ο αερόβιος μεταβολισμός των υδατανθράκων (γλυκόζης) παρέχει μια πολύ παραστατική εικόνα της χημείας του μεταβολισμού:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂  → 6Ο₂ +6 Η₂Ο+ενέργεια (ΑΤΡ)
Ο αερόβιος μεταβολισμός της γλυκόζης δεν είναι ο μόνος τρόπος για παραγωγή ΑΤΡ. Τα λιπίδια και οι πρωτεΐνες μπορούν επίσης να υποστούν αερόβιο μεταβολισμό και να αποδώσουν ΑΤΡ. Πέραν του αερόβιου μεταβολισμού, η γλυκόζη μπορεί επίσης, να υποστεί αναερόβιο μεταβολισμό.
Οι αερόβιες αντιδράσεις πραγματοποιούνται στα μιτοχόνδρια των κυττάρων, αν και η PμΟ₂ ( μερική πίεση Ο₂ στο επίπεδο των μιτοχόνδριων) είναι πολύ χαμηλή. Η οξειδωτική φωσφορυλίωση συνεχίζεται απρόσκοπτα στα μιτοχόνδρια, ενόσω η PΟ₂ σ’αυτά διατηρείται μεγαλύτερη του 1 mmHg (κριτική τιμή PΟ₂, σημείο Pasteur). Σε καταστάσεις με μικρότερη παροχή Ο₂ στο επίπεδο των μιτοχόνδριων, η παραγωγή ενέργειας συνεχίζεται στο κυτταρόπλασμα, μέσω αναερόβιων αντιδράσεων, αν και η μαζικότερη παραγωγή ΑΤΡ προϋποθέτει την παρουσία Ο₂. Πραγματικά, παράγεται 19 φορές περισσότερη ενέργεια κατά την αερόβια, παρά την αναερόβια καύση της γλυκόζης. Έτσι, 1 gr γλυκόζης αποδίδει 38 moles ΑΤΡ και 1270 KJ ενέργεια, εάν υποστεί αερόβιο μεταβολισμό, αλλά μόνο 2 moles ΑΤΡ και 67 KJ ενέργεια, εάν υποστεί αναερόβιο.
Ο φυσιολογικός μεταβολισμός, αναπαύσεως, διενεργείται μέσω συνδυασμένου μεταβολισμού υδατανθράκων και λιπών. Τα τροφικά αυτά συστατικά χρησιμοποιούνται με το ρυθμό που προσλαμβάνονται και πέπτονται στον οργανισμό. Κάτω από αυτές τις φυσιολογικές συνθήκες, για κάθε 250 ml/min Ο₂ που καταναλώνονται από το μεταβολισμό, παράγονται 200 ml/min CO₂ προς αποβολή. Αυτό συνεπάγεται αναπνευστικό πηλίκο,  RQ = με 0.8.  
ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ
H ενέργεια μεταβολισμού είναι κρίσιμης σημασίας μέγεθος για τη διατήρηση της ζωής και η βασική λειτουργία του αναπνευστικού συστήματος είναι η διατήρηση του αερόβιου μεταβολισμού στον οργανισμό. Παρά το καίριας σημασίας αυτόν ρόλο του αναπνευστικού συστήματος, η ενέργεια μεταβολισμού ατελώς μόνο αναζητείται στις διαφοροδιαγνωστικές διαδικασίες των χρόνιων πνευμονικών παθήσεων. Τις τελευταίες δεκαετίς, εν τούτοις, η επιστημονική προσοσχή έχει επικεντρωθεί στην εισφορά της ανατροπής της ισορροπίας στην παθογένεια της απώλειας σωματικού βάρους ιδιαίτερα σε ασθενείς με χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια, ΧΑΠ. Για την ενέργεια που κάθε άτομο δαπανά για τον μεταβολισμό του εισφέρουν διάφοροι παράγοντες:
Α. κατανάλωση ενέργειας κατά την ηρεμία, 
Β. φυσική δραστηριότητα
Γ. θερμογένεση, επαγόμενη από τη δίαιτα (σε χαμηλότερο βαθμό).
Στους παράγοντες που εμπλέκονται στην κατανάλωση ενέργειας σε ηρεμία, καθώς, επίσης, και στην συνολική κατανάλωση ενέργειας περιλαμβάνονται:
Η πρόσληψη τροφής, καθώς επίσης, και η χρησιμοποίηση θρεπτικών συστατικών είναι ουσιώδους σημασίας παράγοντες για τη διατήρηση της ισορροπίας της ενέργειας. Πρόσφατες πρόοδοι στη κατανόηση της ομοιοστασίας της ενέργειας διαυγάζουν την πολυπλοκότητα του ρυθμιστικού νευροενδοκρινικού συστήματος, ενώ ο ρόλος των ανορεξιγενικών και της λιποστατικής ορμόνης, της λεπτίνης, αναλύεται στην παρούσα ανασκόπηση.  
ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η συνολική, ημερήσια κατανάλωση ενέργειας  (Total daily energy expenditure, TDEE) μπορεί να διαιρεθεί σε τρία στοιχεία:
α. κατανάλωση ενέργειας αναπαύσεως (resting energy expenditure (REE), στην οποία εμπεριέχονται η ενέργεια που δαπανάται κατά τον ύπνο, και η ενέργεια που δαπανάται κατά την εγρήγορση,
β. η επαγόμενη από τη δίαιατα θερμογένεση και,
γ. η επαγόμενη από τη φυσική δραστηριότητα θερμογένεση. 
Α. ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΝΑΠΑΥΣΕΩΣ [resting energy expendidure, REE). H έμμεση θερμιδομετρία είναι μέθοδος, στην οποία χρησιμοποιούνται μετρήσεις από τις εξετάσεις ανταλλαγής αερίων στους πνεύμονες (κατανάλωση Ο2 και παραγωγή CO2) για την εκτίμηση του τύπου και του ποσού του οξειδούμενου υποστρώματος κια του ποσού της ενέργειας που παράγεται κατά τις βιολογικές αξειδώσεις. Με την έμμεση θερμιδομετρία θεωρείται ολόκληρος ο οργανισμός ως εξιδανικευμένο σύστημα, στο οποίο θεωρούνται το σύνολο των ζώντων κυττάρων του οργανισμού, εντός 'λουτρού' ομοιογενούς εξωκυττάριου υγρού, που ανανεώνεται με την κυκλοφορία του αίματος. Η ανάλυση ενός παρόμοιου συστήματος επιτρέπει μετρήσεις των V̇O₂ (κατανάλωση οξυγόνου και V̇CO₂ (παραγωγή διοξειδίου του άνθρακος). Ενόσω το REE αποτελεί το μέγιστο μέρος της TDEE σε κατεσταλμένους ασθενείς, οπότε μπορεί εύκολα να μετρηθεί, έχει επανειλημμένα μετρηθεί η REE, ιδίως, μάλιστα, σε ασθενείς με ΧΑΠ, σχετιζόμενες με την απώλεια βάρους και μυϊκής μάζας που συνοδεύουν την πάθηση. Δεδομένα που έχουν συγκεντρωθεί σε μελέτες έμμεσης θερμιδομετρίας, σχετίζονται γενικά με την αναγνώριση συστήματος προβλεπόμενων τιμών. Η κοινότερη προσέγγιση για την αναγνώριση προβλεπόμενων τιμών της REEγια κάθε άτομο στην κλινική πράξη είναι η εφαρμογή των εξισώσεων Harris και Benedict, με τις οποίες μετριέται ο βασικός μεταβολισμός, που βασίζονται στο φύλο, την ηλικία, το ύψος, και τη σωματική μάζα.

Ε

 Σε διάφορες μελέτες έχει μετρηθεί το υπερμεταβολικό σ΄θυνδρομο,μ επί ασθενών με σταθεροποιημένη ΧΑΠ, με βάση τις εξισώσεις HB, στις περισσ΄τοερες από τις ποίες δείχτηκε αύξηση της REE με τα αποτελέσματα από την επίλυση των εξισώσεωςν για το φύλο, την ηλικία και το βάρος των ασθενών ή με ομάδα μαρτύρων, αλλά σε περιορισμένο αριοθμό μελετών έχει επιχειρηθεί η προσέγγιση του φαινομένου του υπερμεταβολικού συνδρόμου σε ασθενείς με ΧΑΠ. Η επίπτωση του υπερμεταβολικού συνδρόμου φτάνει το 25% των ασθενών με σταθεροποιημένη ΧΑΠ, Εκτός από την ελέυθερη λίπους μάζας (fat free mass, FFM), άλλοι παράγοντες oόπως το έργο αναπνοής, τα χρησιμοποιούμενα φάρμακα και η συστηματική φλεγμονή, έχουν ελεγχθεί ως πιθανές ερμηνείες της διατομικής διακυμάνσεως της REE επί ασθενών με ΧΑΠ. Η αύξηση του σε οξυγόνο κόστους αναπνοής (oxygen cost of breathing, OCB), πιστεύεται  ότι, είναι μια από τις πλέον αξιόπιστες εξηγήσεις για την αύξηση της REE σε ασθενείς με ΧΑΠ. Σε πολλές μελέτες, πάλι, έχει διεθχεί ότι το OCB είναι αυξημένο στους ασθενείς με ΧΑΠ, συγκριτικά με τους μάρτυρες. Το OCB, εν γένει, μετριέται αυξάνοντας τον αερισμό ή την αναπνευστική προσπάθεια, συνθήκες δηλαδή, στις οποίες προστίθεται ένα πρόσθετο ελαστικό φορτίο, στο αναπνευστικό σύστημα, που οφείλεται στον προοδευτικό δυναμικό υπεραερισμό.
ΘΕΡΜΟΓΕΝΕΤΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ. Ένας άλλος, ποιθανός μηχανισμός αυξήσεως της REΕ σε ασθενείς με ΧΑΠ είναι η θερμογενετική επίδραση της φαρμακολογικής θεραπείας συντήρησεως ως μέρος της συμπτωματικής αγωγής. Οι βρογχοδιασταλτικοί παράγοντες, όπως η θεοφυλλίνη και τα β2-συμοπαθητικομιμητικά είναι φάρμακα που συνταγογραφούνται ευρέως για την άρση του βρογχοσπάσμου και τη βελτίωση της ανοχής στην άκηση. Και τα δύο φάρμακα προκαλούν αύξηση της REE σε νεαρούς υγιείς, ενώ η αύξηση της REE σε ασθενείς με ΧΑΠ είναι ιδιαίτερα περιορισμένη.
Εικόνα 1. Μεταβολές στη REE (άξονας Y) μετά από νεφελοποίηση 5 mg συμπαθητικομιμητικού φαρμάκου σε τρεις ομάδες. Στηνπάνω γραμμή απεικονίζονται τα ευρήματα υγιών ατόμων, και η κάτω γραμμή, τα ευρήματα επί ασθνεών με ΧΑΠ και επί ηλικιωμένων ατόμων.
Τελικά, έχει δειχθεί ότι οι ασθενείς με ΧΑΠ εμφανίζουν άμβλυνση του ιθερμογενετικού αποτελέσματος που διαμεσολαβείται μέσω των β2-αδρενεργικών φαρμάκων, αντιστοιχισμένου καθ΄ηλικία και σωματική σύνθεση. Από κοινού αυτές οι ήπιες επιδράσεις β-αδρενεργικής διεγέρσεως επί της REE δεν μπορούν να εξηγήσουν πλήρως την αύξηση της REE στους ασθενείς αυτούς. Ένας άλλος παράγοντας που εισφέρει στην εγκατάσταση υπερμεταβολικής καταστάσεως στους ασθενείς με ΧΑΠ μπορεί να συνδέεται με τη διάχυτη, συστηματική φλεγμονή. Ο  ογκονεκρωτικός παράγοντας-α (TNF-a πολυπεπτιδική κυτοκίνη) είναι ένας προφλεγμονώδης μεσολαβητής που παράγεται από διάφορους κυτταρικούς τύπους. Ο TNF-a αναστέλλει την δραστηριότητα της λιποπρωτεϊνικής λιπάσης, είναι πυρετογόνος και πυροδοτεί την απελευθέρωση άλλων κυτοκινών, που μεσολαβούν αύξηση της καταναλώσεως ενέργειας όπως και την κινητοποίηση αμινοξέων και τον καταβολισμό μυϊκών πρωτεϊνών. Χρησιμοποιώντας διάφορους δείκτες, σε διάφορες μελέτες, έχει με σαφήνεια δειχθεί η εμπλοκή της σχετιής με τον ΤNF-a συστηματικής φλεγμονής στην παθογένεια του ιστικού καταβολισμού. Έχει, επίσης, δειχτεί ότι ο υπερμεταβολισμός κατά την ανάπαυση σχετίζεται με τις συγκεντρώσεις του TNF-a στον ορό, όπως και στην ένταση της απαντήσεως οξείας φάσεως στους ασθενείς με ΧΑΠ.
ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ. Μετρήσεις της καταναλώσεως ενέργειας επί χρονικά διαστήματα ημερών ή τουλάχιστον κατά τη διάρκεια ενός 24ώρου, έχουν επιχειρηθεί για την προσέγγιση των ενεργειακών απαιτήσεων στον άνθρωπο. Η χρήση αναπνευστικών θαλάμων επιτρέπει την εκτίμηση του μεταβολισμού ενέργιας σε άτομα σε ηρεμία (:καθιστή θέση) ή κατά τη διάρκεια κοπώσεως. Με τη χρήση ενός αναπνευστικού θαλάμου, μπορούν να εκτιμηθούν διάφοροι παράμετροι της καθημερινής φυσικής δραστηριοτητας σε ηρεμία: i. ο μεταβολικός ρυθμός κατά τον ύπνο. ii. το ενεργειακό κόστος κατά την εγρήγορση, (ο βασικός μεταβολικός ρυθμός μείον ο μεταβολισμός κατά τον ύπνο), iii. οι θερμικές συνέπειες των γευμάτων και, iv. το ενεργειακό κόστος της φυσικής δραστηριότητας.
Εικόνα 2. περίληψη των διαφόρων παραγόντων που εισφέρουν στην αύξηση του ενεργιακού κόστους ηρεμίας επί ΧΑΠ.
Εν τούτοις, ένα από τα μεγαλύτερα κλάσματα του καθημερινού ενεργειακού κόστους και, προφανώς, το πλέον ευμετάβλητο, είναι το ενεργειακό κόστος που καταβάλλεται με την κίνηση ή τη φυσική δραστηριότητα. Παρά το γεγονός ότι η μέτρηση της TDEE είναι μεθοδολογικά δύσκολη και ακριβή, πρόσφατες μελέτες έχουν εστιάσει στην μελέτη της ενέργειας που σχετίζεται με δραστηριότητα ασθενών με ΧΑΠ. Με τη χρήση πολύπλοκων mεθόδων (όπως η μέθοδος της διπλής σημάνσεως του νερού [²H₂¹⁸O] για τη μέτρηση της TDEE έχει διεχτεί ότι οι ασθενείς με ΧΑΠ έχοθυν σημαντικά υψηλότερη TDEE, παρ΄ό,τι υγιείς. Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι τα κλάσματα του ημερήσιου ενεργειακού κόστους για φυσική δραστηριότητα είναι σημαντικά υψηλότερα στους ασθενείς με ΧΑΠ παρ΄ότι επί υγιών (εικόνα 3). Η σχέση μεταξύ TDEE και REE είναι 1.7 επί ασθενών με ΧΑΠ, έναντι 1.4 σε υγιείς μάρτυρες.
εικόνα 3.Το κατά την φυσική δραστηριότητα κλάσμα του ημερήσιου ενεγειακού κόστους σε ασθενείς με ΧΑΠ και υγιείς αντιστοιχισμένων καθ΄ηλικία, φύλο και σύνδεση σώματος. 
Το εξαρτώμενο από την φυσική δραστηριότητα ενεργειακό κόστος συνιστά την παρουσία μιας μηχανικής ανεπάρκειας κατά τη διάρκεια της ασκήσεως.Εξ άλλου, όταν η TDEE μετριέται με τη χρήση αναπνευστικού θαλάμου δεν ευρίσκονται διαφορές στην TDEE μεταξύ ασθενών και υγιών, προφανώς λόγω περιορισμένης δραστηριότητας στον θάλαμο. Σε όλες τις σχετικές μελέτες, διαπιστώνεται ευρεία διακύμανση μεταξύ των τιμών ενεργειακού κόστους στους ασθενείς με ΧΑΠ. Η μεταβλητότηα αυτή στην TDEE πρέπει ναθεωρηθεί στη διατήρηση της ενεργειακής ισορρροπίας σε ασθενείς με ΧΑΠ, ιδιαίτερα, εάν η άσκηση προτείνεται ως σηματική παράμετρος προγραμμάτων ολοκληρωμένης διαχειρίσεως της ΧΑΠ.
Μέρος της αυξημένης καταναλώσεως οξυγόνου κατά τη διάρκεια ασκήσεως μπορεί να σχετίζεται με ανεπάρκεια των μυών. Όπως σε διάφορες μελέτες δείχνεται, υπάρχει σημαντική διαταραχή της οξειδωτικής φωσφορυλιώσεως κατά τη διάρκεια ασκήσως, επί ΧΑΠ, αλλά χρειάζεται περαιτέρω έρευνα για να καταδειχθεί η πιθανή σχέση μεταξύ της ανικανότητας ή της πιθανής αυξημένης καταναλώσεως κατά τη διάρκεια δραστηριοτήτων και μεταβολών του μεταβολικού υποστρώματος. προκειμένου να εκτιμηθούν οι ενεργειακές απαιτήσεις σε ασθενείς με ΧΑΠ, είναι αναγκαία η μέτρηση των φυσικών δραστηριοτήτων, όπως επίσης και της μεταβολικής ικανότητας., ακτά την κόπωση.
πρόσληψη ενέργειας [βλ. πρόσληψη ενέργειας]
λεπτίνη. Οι λόγοι μειωμένης προσλήψεως θερμίδων από τους ασθενείς με ΧΑΠ... [βλέπε: πρόσληψη ενέργειας]
κρελίνη.  Η κρελίνη έχει ανακαλυφθεί πρόσφατα... [βλέπε: κρεμλίνη]
συμπεράσματα
Το εντεινόμενο ενδιαφέρον στον μεταβολισμό της ενέργειας, στην Πνευμονολογία, κατά τις τελευταίες τρεις δεκαετίες, έχει εισφέρει σημαντικά στην καλύτερη κατανόηση των παθογενετικών εξελίξεων των διαφόρων πνευμονοπαθειεών. Ο κεντρικός ρόλος της καταναλώσεως ενέργειας που καταναλώνεται για την επιτέλεση φυσικής δραστηριότητας, έχει σε κατάλληλο επίεπδο τονιστεί και έχει χυθεί φως στο πεδίο της ομοιστασίας της ενέργειας, διανοίγοντς νέοα ενδεχόμενα στη μελέτη και θεραπεία των διαφόρων παθολογικών καταστάσεων. ΟΙ ερευνητικές προσπάθειες πρέπει να συνεχιστούν και να αναπροσανατολιστούν προς το πεδίο της κατανοήσεως του ολοκληρωμένου κυτταρικού μεταβολισμού κατά τις διάφορες πνευμονοπάθειες, όπως, βεβαίως, ιδιαίτερα, της ΧΑΠ.
βιβλιογραφία
1. Baarends EM, Schols AMWJ, Pannemans DL, Westerterp KR, and
Wouters EFM (1997) Total free living energy expenditure in patients with severe chronic obstructive pulmonary disease. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 155: 549–554.
2. Cherniack RM (1958) The oxygen consumption and efficiency of
the respiratory muscles in health and emphysema. Journal of Clinical Investigation 38: 494–499.
3. Coward WA, Prentice AM, Murgatroyd PR, et al. (1984) Measurement
of CO2 and water production rates in man using 2H, 18O-labeled H2O: comparisons between calorimeter and isotope values. In: van Es AJH (ed.) Human Energy Metabolism: Physical Activity and Energy Expenditure Measurements in Epidemiological Research Based upon Direct and Indirect Calorimetry, pp. 126–128. Wageningen: Stichting Nederlands Instituut voor de Voeding.
4. Creutzberg EC, Schols AMWJ, Bothmer-Quaedvlieg FCM, Wesseling
G, and Wouters EFM (1998) Acute effects of nebulized salbutamol on resting energy expenditure in patients with chronic obstructive pulmonary disease and in healthy subjects. Respiration 65(5): 375–380.
5. Creutzberg EC, Schols AMWJ, Bothmer-Quaedvlieg FCM, and Wouters EFM (1998) Prevalence of an elevated restingexpenditure in patients with chronic obstructive pulmonary disease in relation to body composition and lung function. European Journal of Clinical Nutrition 52: 1–6.
6. Creutzberg EC, Wouters EF, Vanderhoven-Augustin IM, Dentener
MA, and Schols AM (2000) Disturbances in leptin metabolism are related to energy imbalance during acute exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 162: 1239–1245.
7. Cunningham JJ (1991) Body composition as a determinant of energy
expenditure: a synthetic review and a proposed general prediction equation. American Journal of Clinical Nutrition 54: 963–969.
8. Durnin JVGA, Edholm OG, Miller DS, and Waterlow J (1973) How much food does man require? Nature 242: 418.
9. Friedman JM and Halaas JL (1998) Leptin and the regulation of
body weight in mammals. Nature 395: 763–770.
10. Harris JA and Benedict EG (1919) A Biometric Study of Basal
Metabolism. Washington: Carnegie Institute of Washington.
11. Inui A (2001) Ghrelin: an orexigenic and somatotrophic signal
from stomach. Nature Reviews: Neuroscience 2: 551–560.
12. Klein PD, James WP, Wong WW, et al. (1984) Calorimetric validation
of the doubly-labelled water method for determination of energy expenditure in man. Human Nutrition: Clinical Nutrition 38(2): 95–106.
13. Kojima M, Hosoda H, Date Y, et al. (1999) Ghrelin is a growthhormone-releasing acylated peptide from stomach. Nature 402:
656–660.
14. McGregorMand Becklake MR (1961) The relationship of oxygen
cost of breathing to respiratory mechanical work and respiratory force. Journal of Clinical Investigation 40: 971–980.
15. Nguyen LT, Bedu M, Caillaud D, et al. (1999) Increased resting
energy expenditure is related to plasma TNF-alpha concentration
in stable COPD patients. Clinical Nutrition 18: 269–274.
16. Schoeller DA and van Santen E (1982) Measurement of energy
expenditure in humans by double-labeled water method. Journal
of Applied Physiology 53: 955–959.
17. Schols AMWJ, Creutzberg EC, Buurman WA, et al. (1999) Plasma
leptin is related to proinflammatory status and dietary intake in
patients with chronic obstructive pulmonary disease. American
Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 160: 1220–1226.
18.Schols AMWJ, Fredrix EW, Soeters PB, Westerterp KR, and Wouters
EFM (1991) Resting energy expenditure in patients with chronic obstructive pulmonary disease. American Journal of Clinical Nutrition 54: 983–987.