مصرف سوبسترا و انعطافپذیری متابولیک
مصرف سوبسترا به انتخاب کربوهیدرات، چربی یا پروتئین به عنوان سوخت توسط بافت در یک زمان معین اشاره دارد و انعطافپذیری متابولیک، ظرفیت تغییر بین این سوختها در پاسخ به وضعیت تغذیهای و فیزیولوژیکی است. متابولیسم سالم در طول ناشتایی چربی را اکسید میکند و پس از یک وعده غذایی غنی از کربوهیدرات به سمت کربوهیدرات تغییر میکند؛ از دست دادن این پاسخگویی، که عدم انعطافپذیری متابولیک نامیده میشود، با مقاومت به انسولین مرتبط است.
Definition
مصرف سوبسترا به اکسیداسیون نسبی کربوهیدرات، چربی و پروتئین توسط بافتها اشاره دارد؛ انعطافپذیری متابولیک توانایی تنظیم اکسیداسیون سوخت با توجه به در دسترس بودن سوخت است — تغییر به سمت اکسیداسیون چربی در حالت ناشتا و به سمت اکسیداسیون کربوهیدرات در پاسخ به انسولین و مصرف کربوهیدرات.
Scope
این موضوع به چگونگی تنظیم انتخاب سوخت، نحوه اندازهگیری آن از طریق نسبت تنفسی، و معنای انعطافپذیری متابولیک در گذار از حالت ناشتا به سیر و در بیماری میپردازد. این یک مرجع و توضیح آموزشی در مورد متابولیسم سوخت است، نه راهنمایی بالینی.
Core questions
- چه سیگنالهایی تعیین میکنند که یک بافت در یک لحظه معین گلوکز یا اسیدهای چرب را اکسید کند؟
- انتخاب سوخت در شرایط in vivo چگونه از تبادل گازهای تنفسی اندازهگیری میشود؟
- بدن چگونه سوختها را در گذار از حالت ناشتا به سیر تغییر میدهد؟
- اختلال در تغییر سوخت (عدم انعطافپذیری متابولیک) چگونه با مقاومت به انسولین مرتبط است؟
Key concepts
- انتخاب سوخت
- نسبت تنفسی
- چرخه گلوکز-اسید چرب (رندل)
- گذار از حالت ناشتا به سیر
- انعطافپذیری و عدم انعطافپذیری متابولیک
- اکسیداسیون گلوکز تحریکشده با انسولین
- مدیریت سوبسترای عضله اسکلتی
Key theories
- چرخه گلوکز-اسید چرب (رندل)
- افزایش اکسیداسیون اسید چرب، استیل-کوآ و سیترات میتوکندریایی را افزایش میدهد و آنزیمهای کلیدی گلیکولیتیک و مدیریت پیروات را مهار میکند و بدین ترتیب اکسیداسیون گلوکز را سرکوب میکند؛ این دو سوخت به طور متقابل رقابت میکنند و مبنای بیوشیمیایی برای انتخاب سوخت و ارتباط آن با حساسیت به انسولین را فراهم میکنند.
- انعطافپذیری متابولیک
- عضله اسکلتی سالم و متابولیسم کل بدن، اکسیداسیون سوخت را به طور مناسب با ناشتایی و تغذیه تغییر میدهند؛ توانایی کاهشیافته برای سرکوب اکسیداسیون چربی و افزایش اکسیداسیون گلوکز پس از انسولین یا کربوهیدرات، عدم انعطافپذیری متابولیک نامیده میشود و با مقاومت به انسولین و چاقی مرتبط است.
Mechanisms
انتخاب سوخت هم توسط رقابت سوبسترا — که توسط چرخه گلوکز-اسید چرب توصیف میشود، که در آن اکسیداسیون اسید چرب از طریق تجمع استیل-کوآ و سیترات، اکسیداسیون گلوکز را سرکوب میکند (Randle و همکاران، 1963) — و هم توسط کنترل هورمونی، عمدتاً انسولین، که اکسیداسیون و ذخیرهسازی گلوکز را ترویج میکند در حالی که لیپولیز را مهار میکند، کنترل میشود. در شرایط in vivo، سوخت غالب از نسبت تنفسی و معادلات تقسیمبندی کالریسنجی غیرمستقیم (Frayn، 1983) استنباط میشود. عضله با انعطافپذیری متابولیک، اکسیداسیون چربی را در ناشتایی افزایش میدهد و پس از مصرف انسولین یا کربوهیدرات به اکسیداسیون کربوهیدرات تغییر میکند؛ کاهش ظرفیت برای این تغییر، که در چاقی و مقاومت به انسولین مشاهده میشود، عدم انعطافپذیری متابولیک را مشخص میکند (Kelley و همکاران، 1999؛ Galgani و همکاران، 2008؛ Goodpaster & Sparks، 2017).
Clinical relevance
مصرف سوبسترا و انعطافپذیری متابولیک چارچوبی را برای محققان فراهم میکنند تا نحوه مدیریت سوخت را در چاقی، دیابت نوع 2 و شرایط متابولیک مرتبط تفسیر کنند. محتوا توصیفی و آموزشی است و مبنایی برای تشخیص یا درمان فردی نیست.
History
رندل و همکارانش چرخه گلوکز-اسید چرب را در سال 1963 معرفی کردند و انتخاب سوخت را به عنوان مشکلی از رقابت سوبسترا با پیامدهایی برای حساسیت به انسولین بازتعریف کردند. مطالعات مدیریت سوخت عضله اسکلتی، به ویژه توسط کلی و همکارانش در دهه 1990، نشان داد که چاقی و مقاومت به انسولین با اختلال در تغییر بین اکسیداسیون چربی و کربوهیدرات همراه است، که منجر به مفهوم انعطافپذیری متابولیک شد که بررسیهای بعدی (Galgani و همکاران، 2008؛ Goodpaster & Sparks، 2017) آن را اصلاح کردند.
Debates
- آیا عدم انعطافپذیری متابولیک علت یا پیامد مقاومت به انسولین است؟
- اینکه آیا اختلال در تغییر سوخت باعث ایجاد مقاومت به انسولین میشود یا آن را منعکس میکند، همچنان مورد بحث است؛ این رابطه دوطرفه است و به بافت، روششناسی و زمینه فیزیولوژیکی بستگی دارد.
Key figures
- Philip Randle
- David Kelley
- Bret Goodpaster
- Eric Ravussin
Related topics
Seminal works
- randle-1963
- kelley-1999
- galgani-2008
- goodpaster-sparks-2017
Frequently asked questions
- نسبت تنفسی چه چیزی در مورد مصرف سوخت به ما میگوید؟
- نسبت تنفسی — نسبت دیاکسید کربن تولید شده به اکسیژن مصرفی — زمانی که کربوهیدرات سوخت اصلی است به حدود 1.0 و زمانی که چربی غالب است به حدود 0.7 نزدیک میشود، بنابراین ترکیب سوبستراهای در حال اکسیداسیون را نشان میدهد.
- عدم انعطافپذیری متابولیک چیست؟
- این یک توانایی کاهشیافته برای تغییر مناسب اکسیداسیون سوخت با تغذیه و ناشتایی است — به عنوان مثال، عدم سرکوب اکسیداسیون چربی و افزایش اکسیداسیون گلوکز پس از بار کربوهیدرات — و با مقاومت به انسولین و چاقی مرتبط است.