Chimia sistemelor deschise biologice

Cuprins

1.Teoria sistemelor deschise2.Metabolism Definitie Clasificare Tipuri de reactii metabolice Rata metabolica de baza Conversia energiei in reactii biochimice3. Analize clinice de fluide biologice Sange Urina Lichidul cefalorahidian Saliva4.Bibliografie

1.Teoria sistemelor deschise

• Organismul uman este un sistem deschis. Este foarte uşor de înţeles teoria sistemelor deschise având ca exemplu organismul uman cu părţile (organele) lui componente şi relaţiile dintre acestea.

• Teoria generală a sistemelor a fost formulată încă din anul 1932 de savantul Ludwig von Bertalanffy. El defineşte un sistem ca fiind un ansamblu de elemente de diferite naturi, identice sau diferite, unite prin conexiuni şi interacţiuni, în aşa fel incât realizează un întreg.

• Un alt om de ştiinţă, I. Prigogine, studiind sistemele organizate din punct de vedere al relaţiilor cu mediul, deosebeşte trei categorii de sisteme:1. izolate – nu realizează cu mediul nici schimburi de materie nici de energie, 2. Închise – realizează cu mediul doar schimburi de energie, 3. deschise – realizează cu mediul atât schimburi de energie cât şi de materie.

2.Metabolism

Prin metabolism se înțelege totalitatea transformărilor biochimice și energetice care au loc în tesuturile organismului viu. Metabolismul este un proces complex, ce implică schimburi de materiiși energii, și care include două procese (simultane) opuse:

•catabolism / dezasimilație - totalitatea proceselor chimice de degradare a substanțelor din organism; se produce în special ruperea legăturilor dintre atomii de carbon, din moleculele diferitelor substanțe; acest tip de reacții este însoțit de eliberare de energie (reacție exotermă). •anabolism / asimilație - procesele chimice de biosinteză a substanțelor ce intră în alcătuirea materiei vii. Reacțiile anabolice se caracterizează prin consum de energie și se numesc reacții endergonice (reacții endoterme).

Catabolismul și anabolismul se desfășoară printr-o succesiunede numeroase reacții chimice: hidroliza, hidrogenare, deshidratare,decarboxilare, dezaminare, transaminare, esterificare, condensare, polimerizare.

Tipuri de reactii metaboliceCatabolism/Dezasimilatie

•Glicogenoliză - transformarea glicogenului în glucoza•Glicoliză - transformarea glucozei în piruvat și ATP•Fosforilarea oxidativă •Degradarea glucidelor prin ciclul pentozofosfaților (numit și șuntul hexozomonofosfatului) •Proteic - hidroliza proteinelor în aminoacizi•Degradări fermentative:

Fermentația anaeroba: Fermentatia alcoolica Fermentatia lactica Fermentația propionică Fermentația butirică Fermentația celulozei

Fermentația aerobă: Fermentația acetică Fermentația citrică, succinică și malică Fermentația oxalică

•Calea acidului mevalonic

Anabolism/Asimilatie

•Glicogeneza - formarea glicogenului în glucoză prin procesul de hidroliză •Gliconeogeneza - formarea glucozei din proteine și grasimi •Fotosinteza - sintetizarea substanțelor organice complexe din substanțe minerale cu ajutorul luminii •Sinteza porfirinelor

Metabolismul medicamentelor și xenobioticelor

•Metabolismul substanțelor medicamentoase și a altor xenobiotice includedouă căi principale de metabolism: Citocromul P450 Calea flavinmonooxigenazelor

Metabolismul azotului este reprezentat de:•Ciclul ureei•Asimilarea azotului •Nitrificarea •Denitrificarea .

La om, metabolismul începe odată cu ingestia alimentelorşi sfârşeşte cu excreţia produşilor neutilizabili.El se desfăşoară în trei etape: digestivă celulară excretorie Legătura dintre aceste etape o asigură sângele şi circulaţia acestuia.In termenii cei mai simpli, metabolismul reprezintaritmul in care corpul consuma energia, iar acesta este diferit de la o persoana la alta.

Rata metabolica de baza

Pentru a compara metabolismul diferitelor persoane, oamenii de stiinta auimpus un nou termen numit rata metabolica de baza(Basal Metabolic Rate ). BMR reprezinta ritmul in care este consumata energia in stare de repaos(de exemplu stand intins sau dormind).

Cu cat greutatea corporala este mai mare cu atat mai crescuta va fi si BMR. Rata metabolica a unei femei care sufera de obezitate este cu 25% mai mare decat cea a unei femei slabe.BMR inregistraza valori mai mari in copilarie decat in faza de adult. Dupa varsta de 20 de ani, scade cu aproximativ 2 procente la fiecare zece ani. Dar care este valoarea medie a BMR pentru o persoana?Privita strict, valoarea medie a BMR pentru o persoana este 1,1 calorii la 1 kg greutate corporala, pe ora. Deci, daca o persoana cantareste 64 kg,va consuma aproximativ 70 calorii pe ora sau 1680 de calorii pe zi, nefacand nimic.

5 lucruri care trebuie stiute despre BMR

1. Cu cat este mai crescuta valoarea BMR,cu atat slabesti mai usor.Cu alte cuvinte, cu cat corpul consuma mai multa energie cu atat poti manca mai mult fara sa iei in greutate.

2.

2. Valoarea BMR descreste in momentulin care se incepe o dieta care continemai putine calorii decat dieta obisnuita. Ca raspuns la un numar mai scazut de calorii, organismul scade si BMR. De aceea, metabolismul inregistreazao scadere pentru a conserva energie.De aici efectul de stagnare din timpul dietelor.

3. Valoarea BMR creste odata cu intensificarea efortului fizic.In timpul exercitiilor fizice, efectul nu este doar de ardere a caloriilorci si de crestere a BMR, care va continua procesul de consumarea caloriilor si dupa incetarea programului de exercitii, adesea timp de cateva ore.

4.Exercitiile fizice reprezinta singura modalitate de crestere a BMR.Multe diete pretind ca produc o crestere a metabolismuluiprintr-un program alimentar de ardere a grasimilor. Adevarul este carata metabolica scade in momentul in care incep sa scada si kilogramele in exces. Scaderea BMR poate fi incetinita prin intensificareaprogramului de exercitii fizice, dar nu exista nici o dovada ca rata metabolica va creste pana la nivelul dinainte de dieta.

5. Obezitatea nu este cauzata neaparat de o valoare a BMR scazuta.Cu exceptia cazurilor bolilor metabolice grave, nu metabolismul este de vina pentru obezitate. Are si metabolismul o influenta asupra greutatii corporale, insa motivul principal al obezitatii trebuie cautat in cu totul alta parte.

Conversia energiei in reactii biochimice

Reactiile biochimice cuprind toata gama de reactii chimice care au loc in organism. Exemple: conversia zaharului sanguin in energie efectele testosteronului asupra dezvoltarii celulelor musculare producerea impulsurilor nervoase. Tot ceea ce mancam se transforma in glucoza, combustibilul care ne mentine corpul in miscare. Totusi, fiecare aliment semetabolizeaza diferit, intr-o perioada specifica de timp.

Carbohidratii ies foarte repede din cursa, in timp ce proteinele si fibrele au o conversie lenta si sigura.

3.Analize clinice de fluide biologice

Analizele biochimice reprezinta un procedeu de cercetare prin care este pusa in evidenta o substanta chimica aflata intr-un lichid organic. Aceasta procedura este folosita curent în clinică pentru decelarea unor tulburări ale metabolismului.

Fluide biologice:

SangeUrinaLichid cefalorahidianSalivaSucuri digestiveLichid pleuralLichid amniotic

Sângele

Sângele este un tesut special sub formălichidă care, prin intermediul aparatului circulator,alcătuit din inimă și vasele sanguine, transportă nutrienții și oxigenul la nivelul țesuturilor corpului, de unde preia bioxidulde carbon și produșii de catabolism tisular,transportându-i la nivelul organelor de eliminare.În medicină, disciplina care se ocupă custudiul sângelui se numește hematologie. Sângele este compus din elemente celulare (cca.44 %) și plasmă (cca. 55 %). Elementele celulare ale sângelui sunteritrocitele (globulele rosii), leucocitele (globulele albe) și trombocitele (plachete sanguine, cu rol în coagulare) . Culoarea roșie a sângelui este datoratăpigmentului hemoglobina din eritrocite care, încărcate cu oxigen, au o culoaremai deschisă.

Plasma sanguină reprezintă aproximativ 55% din sânge și este formată din aproximativ 90% apă, 1% substanțe anorganice (săruri minerale care conțin ioni dintre care mai importanți sunt cei de Na, Cl, K, Mg, P și Ca) și aproximativ 9% substanțe organice(proteine, glucide, lipide etc).

În dreapta - sânge proaspăt recoltat.În stânga - sânge recoltat pe anticoagulant(EDTA) şi lăsat să sedimenteze.Se observă separarea de plasmă a elementelor celulare, care au sedimentatla fundul eprubetei.Plasma este lichidul transparent şi uşor gălbui aflat deasupra.

Grupe de sange

Desi tot sangele uman pare la fel, atuncicand este testat folosind substante speciale,diferentele devin vizibile. Principalele grupe de celule rosii sunt A II, B III, AB IV, si O I. Literele simbolizeaza doi antigeni (substante care pot fi atacate de catre sistemul imunitar) denumite A si B.

Recoltarea de sange

Recoltarea sangelui se face fie pentru o analiza, fie pentru pregatirea unei interventii chirurgicale (autotransfuzie), sau pentru a face posibila donarea de sange (transfuzie).

Pregatire si desfasurare

Cu scopul de a evita riscurile de contaminare (indeosebi cu virusul SIDA), luarea de sange se face cu ajutorul unor ace si instrumente de intrebuintare unica.Recoltarea sangelui se face, de obicei, dintr-o vena din plica cotului (lichidul rosu,vascos, care circula la nivelul arterelor si venelor sub actiunea pompei cardiace) sau, la persoanele ale caror vene sunt putin vizibile si la copiii mici, din venele piciorului, incheieturii mainii sau fetei dorsale a mainii.De asemenea, se poate lua o priza de sange dintr-o artera (de exemplu pentru a masura gazele din sange) sau din vaselecapilare.

De ce sa donez sange?

Donarea de sange este sigura si usoara!

Din cantitatea de sange donata o singura data se pot extrage elementele care pot salva vietile a trei pacienti.

•Celulele rosii (hematiile) - se pot pastra 35 zile si se folosesc in special lapacientii din salile de operatii si reanimare.

•Trombocitele - se pot pastra maxim 5 zile si sunt de mare ajutor bolnavilor de cancer si leucemie.

•Plasma - poate fi congelata si rezista pana la un an, este folositain principal in tratamentele accidentatilor si bolnavilor cu arsuri.

Urina Urina este un lichid secretat de catre nefroni (unitati functionale ale rinichiului), care se scurge pe caile urinare excretorii (calice, bazinete, uretere) si se acumuleaza in vezica inainte de a fi evacuata prin uretra.

Compozitie Urina este un lichid galben-pai sau deculoarea chihlimbarului, limpede inmomentul emisiei ei, cu un miros specificsi usor acida. Ea este constituita din apa,in care sunt dizolvate substante minerale (sodiu, potasiu, calciu, magneziu sub formade cloruri, sulfati, fosfati) si organice (uree, creatinina, acid uric, acizi aminati,enzime, hormoni, vitamine), si contine globule rosii si globule albe in cantitate mica (mai putin de 5 000 pe mililitru). Volumul urinei excretate este cuprins in mod normal intre 0,5 si 2 litri in 24 ore,dar variaza in functie de varsta subiectului,de cantitatea de lichide absorbite, de alimentatie, de activitatea fizica, de climat etc.

Patologie

• O schimbare a culorii urinei poate pune in evidenta un icter (urina brun-roscata) sau o hematurie (urina rosie).

•Prezenta unor elemente anormale in urina sau in sedimeniul urinar este simptomatica pentru anumite boli: diabet daca este vorba deglucoza, nefropatie atunci cand acestea sunt proteine, acidocetoza in cazde corpi cetonici, afectiune hepatica in caz de urobilina etc.

•O variatie a compozitiei urinei poate dezvalui o boala: astfel,o crestere anormala a nivelului de calciu poate semnala o hiperparatiroidie,in timp ce o micsorare anormala a acestui nivel este caracteristicaunei hipoparatiroidii sau unei insuficiente renale.

Recoltarea urinei

•Analiza urinei se face nu numai in bolile aparatului urinar, ci si in bolile altor organe.•In functie de analiza solicitata  se recolteaza urina de dimineata sauurina din 24 de ore.

•Astfel, urina se recolteaza pentru:examenul sumar de urinaamilazuriereactia imunologica de sarcinadepistaj droguri urinaredozarea Deoxipiridolinei urinareefectuarea Sedimentului Addismicroplasme genitale

Lichidul cefalorahidian

Lichidul cefalorahidian este un lichid care se gaseste in cavitatile ventriculare ale creierului si in canalul central al maduvei spinarii, precum si intre foitele care invelesc diversele parti ale sistemului nervos central. Secretat deformatiuni speciale din sistemul nervos, lichidul cefalorahidian se compune incea mai mare parte din apa (98,5%), clorura de sodiu (0,7%), albumine, saruri alcaline si urme de zahar.

Recoltarea lichidului cefalorahidian

Lichidul cefalorahidian, care circula in jurul creierului si in jurul coloaneivertebrale, este recoltat prin punctie lombara. In timpul acestei proceduri doctorul specialist va introduce cu grija un ac in zona lombara si va colecta astfel o mostra de lichid cefalorahidian. Mostra va fi supusa unor investigatii medicale care vizeaza culoarea, numarul de celule sangvine, proteine, glucoza si alte substante. Mostra mai poate fi asezata intr-un mediu favorabil dezvoltarii bacteriilor (procedeu numit cultura de lichid cefalorahidian) pentru a se descoperi daca in lichidulcefalorahidian exista bacterii sau ciuperci. In timpul recoltarii mostrei de lichid cefalorahidian se analizeaza si presiunea acestuia.

Punctia lombara se efectueaza in urmatoarele cazuri:

cand pacientul prezinta simptome indicatoare de: meningita, cancer, inflamare, sangerare in zona din jurul creierului sau din jurul coloanei vertebrale. pentru a se diagnostica conditii medicale ale creierului sau coloanei vertebrale (de ex: scleroza multipla, sindromul Guillain-Barré). pentru a se masura presiunea lichidului cefalorahidian pentru a injecta anestezice sau medicamente in lichidul cefalorahidian. Acest procedeu se executa cand pacientul sufera de leucemie sau de anumite tipuride cancer. pacientul trebuie supus unei investigatii cu raze X si in acest scop un colorant este injectat in lichidul cefalorahidian. in cazuri rare, pentru a se reduce presiunea lichidului cefalorahidianasupra creierului.

Saliva

Saliva reprezinta produsul desecretie a 3 perechi de glande –parotidele, submaxilarele sisublingualele, la care se adaugasecretia micilor glande existente inMucoasele labiala, linguala,bucala si palatina. Compozitia chimica a saliveivariaza cantitativ si calitativ foartemult de la un individ la altul si chiarla acelasi individ, in functie de stimulii locali si centrali. Conține 99 % apă, precum șimicroelemente, săruri dizolvate,enzime, proteine, aminoacizi,vitamine, mucus.

Recoltarea salivei Saliva este un produs biologic incolor, inodor, insipid care se recolteazǎîn scopul studiului de laborator. Imediat dupa recoltare, saliva are un aspectspumos datoritǎ conţinutului în bule gazoase, iar în timp precipitǎ datoritǎ conţinutului în carbonaţi. Saliva este apreciatǎ ca având gustul zero, ceea ceindicǎ cǎ individul nu îşi poate percepe gustul propriei salive, în schimb pentru altindivid saliva are un anume gust.

În anumite stǎri patologice aceste proprietǎţi organoleptice se pot modifica constituind simptome pentru anumite boli: în cetoza rumegǎtoarelor saliva are miros de acetonǎ.În cazul în care conţine eritrocite sau hemoglobinǎ, saliva capǎtǎ o culoare roşie sau brunǎ; când conţine puroi,culoarea salivei este verzuie.

Testele de salivă, alternativă la cele sanguine

Cancerul, bolile de inimă, diabetul şi infecţia cu HIVpot fi depistate prin măsurarea nivelului proteinelor de lanivelul cavităţii bucale. Specialiştii spun că testul de salivăeste foarte uşor de efectuat, are o precizie ridicată, esteieftin şi va înlocui analizele de sânge pentru a diagnostica numeroase afecţiuni cronice.

Diagnosticul poate fi pus după 12 ore de la realizarea testului de salivă.

Asemănătoare testului de sarcină, analiza salivei poate indica dacă o persoanăeste predispusă către o anumită afecţiune cronică sau dacă suferă deja de oboală. Astfel, cercetătorii de la Universitatea de Sănătate şi Ştiinţă din Oregon,SUA, au descoperit că saliva conţine 1.166 de proteine, adică mai mult cu o treime decât se găsesc în sânge. Iar majoritatea proteinelor din salivă facparte din sistemul central al reacţiilor corpului la boli. Testul de salivă este o metodă de diagnostic considerabil mai simplă, mai economică şi mai puţin invazivă comparativ cu analiza sângelui. Aceasta constă în prelevarea de salivă din interiorul cavităţii bucale, ce se aplică apoi pe tester pentru a indica prezenţa sau absenţa unei patologii. Testul se face atunci când există suspiciunea unei anumite afecţiuni în urma consultului medical sau poate fi folosit ca test screening (preventiv) pentru anumite patologii precum cancerul.

Indică predispoziţia către infarct

Prin analiza biomarkerilor din salivă se poate depista predispoziţia către un atac de cord. Aceasta este concluzia cercetătorilor de la Universitatea din Texas, SUA, care susţin că, prin această metodă, se poate observa dacă o persoană tocmai a suferit infarct sau dacă se va confrunta cu o astfel de problemă în viitorul apropiat. În plus, proteinele ce se găsesc în salivă sunt un indiciu şi pentru afecţiuni precum diabetul, maladia Alzheimer şi boala Parkinson. De asemenea, osteoporoza, artrita, calculii renali şi cei biliari sunt boli asociate cu un exces de aciditate în organism, iar măsurarea pH-ului din salivă este o metodă simplă de a le depista.

•A. Lehninger, Biochimie generală, Editura Tehnică, 1981 •V. Ranga I.T. Exarcu Anatomia și fiziologia omului, Editura Medicală, 1970 •"MDNeolog", 2007, pag. 175, 593. (Florin Marcu) •www.i-medic.ro•www.wikipedia.ro•www.adevarul.ro•www.scritube.com/medicina

Bibliografie