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Prof. Dr. Fábio Haach Téo Metabolismo dos carboidratos Regulação da glicemia e variações patológicas Carboidratos (CH2O)n Monossacarídeos Carboidratos (CH2O)n Forma cíclica Carboidratos (CH2O)n Formação dos dissacarídeos Carboidratos (CH2O)n Os polissacarídeos são formados por mais de 20 unidades de monossacarídeos unidos por ligações glicosídicas, possuindo alto peso molecular Carboidratos (CH2O)n Os polissacarídeos possuem diversas funções nas células constituem a fonte de energia principal nos processos de respiração celular e fermentação constituem a reserva imediata de energia formam elementos estruturais contribuem na formação da estrutura da membrana celular, constituindo o “glicocálix” contribuem para a formação da parede celular das bactérias formam a cápsula das bactérias Carboidratos (CH2O)n Carboidratos (CH2O)n Glicogênio Relação da glicose com as diversas vias metabólicas Metabolismo de carboidratos Mapa metabólico simplificado Catabolismo de carboidratos Visão geral Glicólise Processo no qual uma molécula de glicose é oxidada a ácido pirúvico. Ocorre no citoplasma das células e sua equação geral é Etapa em comum da respiração celular e da fermentação. Dividida em duas fases: preparatória molécula de glicose é fosforilada e gera 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato recuperação de energia as moléculas de gliceraldeído-3-fosfato são oxidadas a ácido pirúvico, gerando 4 moléculas de ATP Saldo energético de apenas 2 ATPs (4 são produzidos, mas 2 são gastos na fase preparatória) Ciclo de Krebs Ocorre nos processos de respiração celular. O ácido pirúvico é convertido a acetil-CoA e é completamente oxidado até CO2. A energia é armazenada na forma de ATP e, principalmente, na forma de coenzimas reduzidas (NADH e FADH2). A síntese de aminoácidos e ácidos nucleicos nos organismos vivos é realizada a partir de intermediários do ciclo de Krebs. A equação geral do ciclo de Krebs é Cadeia transportadora de elétrons Ocorre nos processos de respiração celular. Sequência de moléculas carreadoras de elétrons capazes de realizar oxidação e redução. Elétrons provenientes das coenzimas passam pela cadeia e vão liberando gradualmente energia na forma de um gradiente quimiosmótico para a síntese de ATP. Ao final do processo, os elétrons sobressalentes são transferidos para aceptores finais: oxigênio (respiração aeróbia) outras substâncias inorgânicas (respiração anaeróbia) A cadeia transportadora de elétrons gera a maior parte do ATP produzido na respiração celular. Síntese de ATP Fosforilação oxidativa - teoria quimiostática Fermentação Libera energia a partir de açúcares ou outras moléculas orgânicas. Não requer oxigênio. Não requer a utilização do ciclo de krebs ou de uma cadeia de transporte de elétrons. Utiliza uma molécula orgânica como aceptor final de elétrons. Possui baixo rendimento enérgico (apenas duas moléculas de ATP para cada molécula inicial). O processo fermentativo ocorre na contração muscular em anaerobiose, o que acontece no exercício físico extenuante, no qual a fibra muscular entra em fadiga. A fermentação também é utilizada na oxidação da glicose pelas hemácias. Fermentação As células humanas realizam apenas a fermentação lática Metabolismo do glicogênio O glicogênio é um polímero de glicose, constituindo a forma de reserva desse açúcar. O glicogênio é sintetizado principalmente pelo fígado e músculos quando a oferta de glicose ultrapassa a demanda (logo após as refeições). Ao ser degradado, produzindo glicose, o glicogênio hepático e o glicogênio muscular possuem destinos diferentes glicogênio hepático - manutenção da glicemia em períodos de jejum glicogênio muscular - fornece energia exclusivamente para a fibra muscular em contração intensa, quando a demanda energética ultrapassa o aporte de oxigênio A degradação do glicogênio produz glicose 1-fosfato, que é convertida a glicose 6-fosfato. Glicogenólise Transferase Glicogenólise Glicose 1-fosfato é convertida a glicose 6-fosfato pela enzima fosfoglicomutase. No músculo, a glicose 6-fosfato pode ser degrada pela glicólise anaeróbia (fermentação), produzindo lactato (fibras rápidas), ou ser completamente oxidada na respiração aeróbia, produzindo CO2 e H2O (fibras lentas). No fígado, a glicose 6-fosfato é hidrolisada por ação da glicose 6- fosfatase, produzindo glicose, que pode atravessar a membrana plasmática por meio de permeases específicas e ser distribuída, via corrente sanguínea, aos diferentes tecidos. A glicogenólise é ativada por hormônios fígado - glucagon músculo - adrenalina Glicogenogênese Gasto de 2 ATPs para incorporar uma molécula de glicose ao glicogênio Glicogenogênese Degradação X Síntese Distúrbios do metabolismo do glicogênio Glicogenoses Gliconeogênese A maioria das células dos animais superiores é capaz de suprir as suas necessidades energéticas a partir da oxidação de vários tipos de compostos: açúcares ácidos graxos aminoácidos Alguns tecidos e células, entretanto, utilizam apenas glicose como fonte de energia. cérebro hemácias Durante o jejum e entre as refeições, a glicogenólise é de suma importância para a manutenção da glicemia. Entretanto, a reserva hepática de glicogênio dura aproximadamente 8 horas, sendo a gliconeogênese acionada para manter os níveis normais de açúcar no sangue. Gliconeogênese A gliconeogênese consiste na síntese de glicose a partir de compostos que não são carboidratos. Gliconeogênese No ser humano, a gliconeogênese ocorre principalmente no fígado e no córtex renal, sendo os aminoácidos, o lactato e o glicerol os principais precursores utilizados na via. Síntese de carboidratos Gliconeogênese Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 A enzima glicose 6-fosfatase existe apenas no fígado e nos rins, razão pela qual apenas esses órgãos são capazes de exportar glicose. Esquema simplificado da gliconeogênese e equação geral Gliconeogênese entra sai Regulação das vias metabólicas Mecanismos de regulação da atividades enzimática Regulação das vias metabólicas Controle hormonal insulina - anabolismo glucagon/adrenalina - catabolismo Regulação do metabolismo dos carboidratos A glicólise e a gliconeogênese são vias metabólicas com funções opostas e, portanto, quando uma está ativa, a outra está inativa. A regulação da glicólise e da gliconeogênese, assim como ocorre em outras vias metabólicas, é realizada, principalmente, por alosteria e por fosforilação/desfosforilação de enzimas decorrente de sinalização intracelular mediada por hormônios . Regulação do metabolismo dos carboidratos Regulação da hexoquinase IV (glicoquinase) Regulação do metabolismo dos carboidratos Regulação da fosfofrutoquinase 1 (PK1) e da frutose 1,6- bifosfatase (FBPase 1) Regulação do metabolismo dos carboidratos Influência dos hormônios insulina e do glucagon na produção do regulador frutose-2,6 bifosfato (F26BP) insulina - aumenta a produção de F26BP, o que ativa a FK1 e a glicólise glucagon - diminui a produção de F26BP, o que libera a FBPase 1da inibição e ativa a gliconeogênese Regulação do metabolismo dos carboidratos Regulação da piruvato quinase Regulação do complexo piruvato desidrogenase Regulação do metabolismo dos carboidratos A regulação do metabolismo do glicogênio ocorre, basicamente, por modificações covalentes em enzimas. insulina - aumenta a síntese de glicogênio pela ativação da glicogêniosintase glucagon/adrenalina - estimula a glicogenólise pela ativação da glicogênio fosforilase Importante: o fígado e o músculo diferem na regulação do metabolismo de carboidratos Regulação do metabolismo dos carboidratos Glucacon Glicogênio fosforilase ativa Insulina Glicogênio sintase ativa Regulação do metabolismo dos carboidratos Regulação do metabolismo de carboidratos no fígado Regulação do metabolismo dos carboidratos Período de pós- absortivo e jejum prolongado predomínio do glucagon processos degradativos glicogenólise gliconeogênese oxidação da glicose (tecidos dependentes de glicose) lipólise e oxidação de ácidos graxos cetogênese Regulação do metabolismo dos carboidratos Período absortivo predomínio da insulina processos de síntese glicogênio proteínas ácidos graxos A insulina apresenta efeito oposto ao par glucagon/adrenalina e, portanto, diminui a concentração de glicose no sangue Glicemia Glicemia = concentração de glicose no sangue A homeostase da glicose é controlada, por um lado, pelo hormônio anabólico insulina e, por outro, por hormônios catabólicos (glucagon, catecolaminas, cortisol e hormônio do crescimento), os quais são conhecidos também como hormônios anti-insulínicos ou contrarregulatórios. Glicemia Hiperglicemia níveis de glicose no sangue em jejum acima dos valores de referência (acima de 110mg/dL) a causa mais frequente é o diabetes melito o diabetes melito é um grupo de distúrbios metabólicos que compartilha a característica subjacente comum de hiperglicemia a hiperglicemia no diabete melito resulta de um defeito na secreção de insulina, na ação da insulina ou, mais comumente, ambas. Hipoglicemia níveis de glicose no sangue em jejum abaixo dos valores de referência (abaixo de 70mg/dL) as principais causas de hipoglicemia diferem entre neonatos, crianças e adultos Euglicemia níveis de glicose no sangue em jejum dentro da normalidade Hiperglicemia A resposta a estresse e lesão leva a um estado hiperglicêmico, pois há estimulação da gliconeogênese e da glicogenólise, o que resulta em aumento do fornecimento de glicose. A principal causa de hiperglicemia é a diabetes melito, que pode ser classificada em: tipo 1 - destruição das células β das ilhotas de Langerhan pancreáticas, geralmente levando a deficiência absoluta de insulina. É imunomediada ou idiopática. tipo 2 - combinação de resistência à insulina e disfunção das células β pancreáticas, sendo associada a obesidade. diabetes gestacional - qualquer grau de intolerância à glicose diagnosticada durante a gestação A diabetes melito também pode ser decorrente de: defeitos genéticos monogênicos na função da célula β ou na ação da insulina, defeitos pancreáticos exócrinos, infeccções, endocrinopatias, drogas e síndromes genéticas Hiperglicemia Metabolismo durante o estresse Hiperglicemia A diabetes melito, principal causa de hiperglicemia, pode ser diagnosticada por qualquer um de três critérios concentração de glicose randômica maior do que 200 mg/dL, com sinais e sintomas clássicos. políúria polidipsia perda de peso sem explicação concentração de glicose no jejum maior do que 126 mg/dL em mais de uma ocasião. teste de tolerância à glicose oral (TTGO) anormal, no qual a concentração de glicose é maior do que 200 mg/dL 2 horas após uma carga de carboidratos padrão. A diabetes melito e a consequente elevação da glicemia de jejum para valores acima de 126mg/dL geralmente são precedidas por um estado de resistência à insulina glicemia de jejum: 110 - 126mg/dL; TTGO: 140 - 200mg/dL Insulina Em todas as formas de diabetes melito, os efeitos mediados pela insulina estão parcialmente ou totalmente ausentes. O pâncreas é responsável pela síntese e liberação dos principais hormônios que controlam a glicemia Insulina Carga de glicose induz o aumento dos níveis séricos de insulina hormônio pré-formado armazenado nas células β pancreáticas. síntese Controle da produção e liberação de insulina Insulina A ligação da insulina a seu receptor provoca a ativação de diferentes vias de sinalização que levam ao translocamento do GLUT4 para a membrana plasmática, possibilitando a entrada de glicose nas células. Insulina A concentração de glicose no sangue diminui quando há aumento da captação pelas células e utilização por vias metabólicas vias hipoglicemiantes respiração celular fermentação via das pentoses fosfato glicogenogênese vias hiperglicemiantes gliconeogênese glicogenólise A insulina ativa as vias hipoglicemiantes Diabetes melito do tipo 1 O diabetes do tipo 1 é uma doença autoimune na qual a destruição das ilhotas é causada principalmente por células efetoras imunológicas. O diabetes do tipo 1 se desenvolve mais comumente na infância, se torna manifestante na puberdade e progride com a idade. A maioria dos pacientes com diabetes do tipo 1 depende da insulina para sobreviver. Nesses pacientes, a completa ausência de insulina leva a sérias complicações metabólicas, tais como cetoacidose e coma. Assim como na maioria das doenças autoimunes, a patogenia do diabetes tipo 1 representa a ação recíproca da suscetibilidade genética e dos fatores ambientais. alelos do MHC de classe II - cromossomo 6p21 infecções virais Diabetes melito do tipo 1 Embora o início clínico do diabetes tipo 1 seja frequentemente abrupto, o processo autoimune geralmente se inicia muitos anos antes da doença se tornar evidente, com a perda progressiva das reservas de insulina com o passar do tempo. As manifestações clássicas da doença (hiperglicemia e cetoacidose) ocorrem após mais de 90% das células β terem sido destruídas. A anormalidade imunológica que desencadeia o diabetes tipo 1 é, basicamente, uma falha na autotolerância das células T. Anticorpos circulantes contra várias proteínas das células β podem estar presentes. Diabetes melito do tipo 2 O diabetes tipo 2 é uma doença complexa, multifatorial e prototípica. Os fatores ambientais, como estilo de vida sedentário e os hábitos alimentares, inequivocamente desempenham papel preponderante. Os fatores genéticos também estão envolvidos na patogenia. Geralmente a doença se desenvolve em indivíduos obesos acima de 40 anos. Os dois defeitos metabólicos que caracterizam o diabetes tipo 2 são (1) a resposta diminuída dos tecidos periféricos à insulina (resistência à insulina) e (2) disfunção da célula β que é manifestada como secreção inadequada de insulina diante da resistência à insulina e da hiperglicemia. A resistência a insulina prediz o desenvolvimento da hiperglicemia e é, geralmente, acompanhada pelo hiperfuncionamento células β. Diabetes melito do tipo 2 Incapacidade dos tecidos- alvo de responder a insulina de maneira adequada. Está fortemente associada à obesidade obesidade central obesidade periférica A obesidade pode contribuir para o quadro de resistência a insulina por diferentes mecanismos NEFAs adipocinas inflamação PPARγ Resistência a insulina Diabetes melito do tipo 2 A sobrecarga de triglicerídeos nos adipócitos desencadeia inflamação do tecido adiposo, deposição ectópica de lipídeos e resistência a insulina no músculo. Metabolismo hepático no diabetes melito não-controlado Complicações do diabetes melito A morbidade associada ao diabetes prolongado de ambos os tipos resulta de várias complicações sérias, causadas principalmente por lesões envolvendo as artérias musculares de médio e de grande calibre (doença macrovascular)e disfunção em órgãos- alvos (doença microvascular). doença macrovascular aterosclerose doença microvascular nefropatia retinopatia neuropatia Pelo menos três vias metabólicas distintas foram implicadas nos efeitos da hiperglicemia persistente nos tecidos periféricos. formação de produtos finais de glicação avançada (AGEs) ativação da proteína cinase C hiperglicemia intracelular e distúrbios na via do poliol glicotoxicidade Complicações do diabetes melito Formação de produtos de glicação Modificações dos produtos de Amadori geram produtos de glicação avançada. interação AGE –RAGE liberação de citocinas pró-inflamatórias geração de ROS hipercoagulabilidade proliferação celular e síntese de M.E.C. Ligação cruzada com proteínas da M.E.C. diminuição da elasticidade danos à membrana basal aumento da deposição de proteínas e diminuição da proteólise aprisionamento de proteínas plasmáticas ou intersticiais • acúmulo de LDL, levando a aterogênese • espessamento da membrana basal nos glomérulos renais Complicações do diabetes melito Formação da hemoglobina glicada A velocidade de formação da hemoglobina glicada é proporcional à concentração de glicose no sangue. A glicação da hemoglobina é irreversível. A quantificação da Hb1c reflete os níveis glicêmicos ao longo de semanas. Complicações do diabetes melito Ativação da proteína cinase C Produção do fator de crescimento endotelial vascular pró- angiogênico, implicado na neovascularização que caracteriza a retinopatia diabética. Níveis elevados do vasoconstrictor endotelina-1 e diminuídos do vasodilatador NO, decorrentes da expressão diminuída da óxido nítrico sintase endotelial. Produção de fatores pró-fibrogênicos, como o TGF-β, levando à deposição aumentada de matriz extracelular e de material da membrana basal. Produção de PAI-1, levando à fibrinólise reduzida e a possíveis episódios oclusivos vasculares. Produção de citocinas pró-inflamatórias pelo endotélio. Distúrbios da via do poliol A glicose em excesso é metabolizada pela enzima aldose redutase a sorbitol, um poliol, e eventualmente a frutose. Complicações do diabetes melito Mecanismo de desenvolvimento de complicações microvasculares e macrovasculares do diabetes melito Complicações do diabetes melito Complicações de longo prazo do diabetes Complicações macrovasculares Nefropatia diabética microalbuminúria Neuropatia Danos visuais Polineuropatia periférica Maior susceptibilidade a infecções Cicatrização deficiente Sequência de desarranjos metabólicos que podem levar a cetoacidose e coma Complicações do diabetes melito Diabetes melito tipo 1 X Diabetes melito tipo 2 Investigação laboratorial Glicose plasmática de jejum realizada com o paciente em jejum de 12-14 h valores de referência para homens adultos e mulheres não- gestantes normal : 70 - 110mg/dL glicemia de jejum inapropriada : 110 - 126mg/dL diabéticos: acima de 126mg/dL Glicose plasmática pós-prandial de 2 horas glicemia duas horas após a ingestão de 75 g de glicose em solução aquosa a 25% (ou refeição com 75 g de carboidratos) normal: menor do que 140mg/dL tolerância a glicose alterada: 140 - 200mg/dL diabetes: acima de 200mg/dL medicações, agentes químicos, desordens hormonais e dietas devem ser considerados ao examinar os resultados. valores tendem a crescer com a idade (10 mg/dL por década) Investigação laboratorial Teste de O´Sullivan empregado para detectar o diabetes gestacional deve ser realizado entre 24ª e a 28ª semana de gestação à paciente em jejum é administrada 50 g de glicose em solução aquosa a 25% por via oral, sendo colhido após 1 hora. resultados iguais ou superiores a 140 mg/dL indicam a necessidade de um teste completo. Teste oral de tolerância à glicose (TOTG) medidas seriadas da glicose plasmática, nos tempos 0, 30, 60, 90 e 120 minutos após administração de 75 g de glicose anidra (em solução aquosa a 25%) as crianças devem receber 1,75 g/kg de peso até a dose máxima de 75 g de glicose anidra a menos que os resultados sejam indubitavelmente anormais, a TOTG deve ser realizada em duas ocasiões diferentes para ter valor diagnóstico Investigação laboratorial Teste oral de tolerância à glicose (TOTG) indicações diagnóstico do diabetes melito gestacional diagnóstico de “tolerância à glicose alterada” avaliação de pacientes com nefropatia, neuropatia ou retinopatia não explicada e com glicemia em jejum abaixo de 126 mg/dL. para garantir a fidelidade nos resultados dos testes de tolerância à glicose cuidados devem ser tomados o paciente deve estar exercendo suas atividades físicas habituais, mantendo-se em regime alimentar usual durante o teste, o paciente deve se manter em repouso e sem fumar. o paciente não deve estar usando medicação que interfira no metabolismo dos carboidratos. a prova deve ser realizada pela manhã com o paciente em jejum de 8-10 horas Investigação laboratorial Fatores que afetam a TOTG Investigação laboratorial Características laboratoriais da cetoacidose diabética hiperglicemia, geralmente >300 mg/dL. acidose metabólica com aníons indeterminados elevados, pH <7,30 e bicarbonato <15mmol/L cetonemia e cetonúria (diluição > 1:2) pCO2 diminuída (hiperventilação compensatória) hiperpotassemia hiperfosfatemia elevações da amilasemia são comuns níveis de creatinina e ureía estão elevados Achados laboratoriais na síndrome hiperosmolar não - cetônica hiperglicemia (>500 mg/dL). osmolalidade sérica bastante elevada (>320 mosmol/kg) acidemia mínima ou ausente (pH sangüíneo > 7,30 e bicarbonato plasmático > 15 mmol/L) cetonemia negativa Investigação laboratorial Achados laboratoriais na nefropatia diabética proteinúria ureia e creatinina plasmáticas elevadas clearence de creatinina abaixo do normal O termo microalbuminúria designa a excreção aumentada de albumina urinária não detectável pelas tiras reativas utilizadas rotineiramente. • A albumina é excretada em pequenas quantidades por diabéticos com redução da filtração glomerular. • A microalbuminúria geralmente antecede a nefropatia diabética e suas complicações. Outros achados laboratoriais associados a diabetes melito hipertrigliceridemia hipercolesterolemia Acidose lática glicosúria Hipoglicemia A hipoglicemia é uma condição médica aguda caracterizada pela concentração da glicose sanguínea abaixo dos limites encontrados no jejum. Os sintomas clássicos incluem fraqueza, suor, calafrios, náusea, pulso rápido, fome, tonturas e desconforto epigástrico. Principais causas de hipoglicemia nas diferentes faixas etárias neonatais pequeno para a idade gestacional/prematuros síndrome do sofrimento respiratório diabetes melito materna toxemia da gravidez crianças hipoglicemia cetônica defeitos enzimáticos congênitos hipersensitividade à leucina. hiperinsulinismo endógeno (nesidioblastose) síndrome de Reye Hipoglicemia Principais causas de hipoglicemia nas diferentes faixas etárias adultos medicações/toxinas - doses excessivas de insulina ou agentes hipoglicemiantes orais. Salicilatos e bloqueadores β-adrenérgicos excesso de etanol doenças hepáticas - cirrose portal, necrose hepática aguda e tumores hepáticos doenças endócrinas: insuficiência adrenocortical (doença de Addison), hipotireoidismo, hipopituitarismo (primário ou secundário), deficiência do hormônio de crescimento tumores pancreáticos produtores de insulina – insulinomas tumores não-pancreáticos septicemia insuficiência renal crônica desnutrição severa. erros inatos do metabolismo (ex.: glicogenose do tipo I). Determinação da glicose Paciente Deve permanecer em jejum por 12-14 hs. Caso seja diabético, não deve usar insulina ou hipoglicemiantes orais antes da coleta. Amostra Soro, plasma, LCR e urina Quando o sangue for colhido sem conservantes e deixado a temperatura ambiente, as enzimas glicolíticas das células sanguíneas, plaquetas e de alguns contaminantes bacterianos reduzem os níveis de glicose na amostra em aproximadamente 5 a 7% por hora (5 a 10 mg/dL). Esta redução torna-se negligenciável quando • o plasma ou soro for separado em menos de 30 minutos após a coleta. • o sangue for coletado em tubos contendo fluoreto de sódio ou de iodoacetato de sódio • material for mantido em refrigeração Determinação da glicose Interferências Resultados falsamente elevados paracetamol, ácido acetilsalicílico (AAS), ácido nalidíxico, ácido nicotínico, adrenalina, benzodiazepínicos, cafeína, cimetidina, clonidina, cortisona, dopamina, esteróides anabólicos, estrogênios, fenitoína, furosemida, levodopa, tiazidas Resultados falsamente reduzidos alopurinol, anfetaminas, β-bloqueadores, hipoglicemiantes orais, clofibrato, fenacitina, fenazopiridina, fenformina, insulina, isoniazida, nitrazepan Métodos Químicos o-toluidina Enzimáticos glicose oxidase, hexoquinase e glicose desidrogenase Determinação da hemoglobina glicada Paciente Não necessita jejum para a coleta. Amostra Sangue total colhido em tubo contendo EDTA, oxalato de potássio - fluoreto de sódio. O sangue pode ser armazenado em refrigerador por uma semana. Amostras heparinizadas devem ser ensaiadas no máximo em dois dias. Métodos Microcolunas Eletroforese Valor de referência indivíduos normais - entre 5 a 8% da HbA total pacientes com diabetes - variam entre 8 a 30% da HbA total Determinação da hemoglobina glicada Importante.... As dosagens da hemoglobina A1c refletem o tempo médio de controle da glicemia. O exame é usado, basicamente, para monitoramento da terapêutica, tendo pouco valor para o diagnóstico.
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