Utilisation des substrats et flexibilité métabolique

L'utilisation des substrats désigne la sélection de glucides, de lipides ou de protéines comme carburant qu'un tissu oxyde à un moment donné, et la flexibilité métabolique est la capacité de basculer entre ces carburants en fonction de l'état nutritionnel et physiologique. Un métabolisme sain oxyde les lipides pendant le jeûne et s'oriente vers les glucides après un repas riche en glucides ; la perte de cette réactivité, appelée inflexibilité métabolique, est liée à la résistance à l'insuline.

Definition

L'utilisation des substrats fait référence à l'oxydation relative des glucides, des lipides et des protéines par les tissus ; la flexibilité métabolique est la capacité d'ajuster l'oxydation des carburants à leur disponibilité — en basculant vers l'oxydation des lipides à jeun et vers l'oxydation des glucides en réponse à l'insuline et à l'apport de glucides.

Scope

Ce sujet aborde la régulation de la sélection des carburants, sa mesure par le quotient respiratoire, et la signification de la flexibilité métabolique lors de la transition jeûne-postprandial et dans les maladies. Il s'agit d'un exposé de référence et éducatif sur le métabolisme des carburants, et non d'une directive clinique.

Core questions

• Quels signaux déterminent si un tissu oxyde du glucose ou des acides gras à un moment donné ?
• Comment la sélection des carburants est-elle mesurée in vivo à partir des échanges gazeux respiratoires ?
• Comment le corps bascule-t-il entre les carburants lors de la transition jeûne-postprandial ?
• Comment l'altération du basculement des carburants (inflexibilité métabolique) est-elle liée à la résistance à l'insuline ?

Key concepts

• Sélection des carburants
• Quotient respiratoire
• Cycle glucose-acides gras (Randle)
• Transition jeûne-postprandial
• Flexibilité et inflexibilité métaboliques
• Oxydation du glucose stimulée par l'insuline
• Gestion des substrats par le muscle squelettique

Key theories

Cycle glucose-acides gras (Randle)

L'augmentation de l'oxydation des acides gras élève les niveaux d'acétyl-CoA et de citrate mitochondriaux, inhibant les enzymes clés de la glycolyse et du métabolisme du pyruvate, et supprimant ainsi l'oxydation du glucose ; les deux carburants sont en compétition réciproque, fournissant une base biochimique pour la sélection des carburants et son lien avec la sensibilité à l'insuline.

Flexibilité métabolique

Le muscle squelettique sain et le métabolisme de l'organisme entier ajustent l'oxydation des carburants de manière appropriée avec le jeûne et l'alimentation ; une capacité émoussée à supprimer l'oxydation des lipides et à augmenter l'oxydation du glucose après un apport d'insuline ou de glucides est appelée inflexibilité métabolique et est associée à la résistance à l'insuline et à l'obésité.

Mechanisms

La sélection des carburants est régie à la fois par la compétition des substrats — décrite par le cycle glucose-acides gras, dans lequel l'oxydation des acides gras supprime l'oxydation du glucose par l'accumulation d'acétyl-CoA et de citrate (Randle et al., 1963) — et par le contrôle hormonal, principalement l'insuline, qui favorise l'oxydation et le stockage du glucose tout en limitant la lipolyse. In vivo, le carburant prédominant est déduit du quotient respiratoire et des équations de partitionnement de la calorimétrie indirecte (Frayn, 1983). Un muscle métaboliquement flexible augmente l'oxydation des lipides à jeun et bascule vers l'oxydation des glucides après un apport d'insuline ou de glucides ; une capacité réduite pour ce basculement, observée dans l'obésité et la résistance à l'insuline, caractérise l'inflexibilité métabolique (Kelley et al., 1999 ; Galgani et al., 2008 ; Goodpaster & Sparks, 2017).

Clinical relevance

L'utilisation des substrats et la flexibilité métabolique constituent le cadre d'interprétation des chercheurs concernant la gestion des carburants dans l'obésité, le diabète de type 2 et les affections métaboliques associées. Le contenu est descriptif et éducatif et ne constitue pas une base pour le diagnostic ou un traitement individualisé.

History

Randle et ses collègues ont introduit le cycle glucose-acides gras en 1963, reformulant la sélection des carburants comme un problème de compétition des substrats avec des implications pour la sensibilité à l'insuline. Des études sur la gestion des carburants par le muscle squelettique, notamment par Kelley et ses collègues dans les années 1990, ont montré que l'obésité et la résistance à l'insuline s'accompagnent d'une altération du basculement entre l'oxydation des lipides et des glucides, conduisant au concept de flexibilité métabolique que des revues ultérieures (Galgani et al., 2008 ; Goodpaster & Sparks, 2017) ont affiné.

Debates

L'inflexibilité métabolique est-elle une cause ou une conséquence de la résistance à l'insuline ?

La question de savoir si l'altération du basculement des carburants est un moteur du développement de la résistance à l'insuline ou si elle en est le reflet reste débattue ; la relation est bidirectionnelle et dépend du tissu, de la méthodologie et du contexte physiologique.

Key figures

• Philip Randle
• David Kelley
• Bret Goodpaster
• Eric Ravussin

Seminal works

• randle-1963
• kelley-1999
• galgani-2008
• goodpaster-sparks-2017

Frequently asked questions

Que nous apprend le quotient respiratoire sur l'utilisation des carburants ?

Le quotient respiratoire — le rapport entre le dioxyde de carbone produit et l'oxygène consommé — approche environ 1,0 lorsque les glucides sont le carburant principal et environ 0,7 lorsque les lipides prédominent ; il indique donc le mélange de substrats oxydés.

Qu'est-ce que l'inflexibilité métabolique ?

C'est une capacité réduite à ajuster l'oxydation des carburants de manière appropriée avec l'alimentation et le jeûne — par exemple, l'incapacité à supprimer l'oxydation des lipides et à augmenter l'oxydation du glucose après une charge de glucides — et elle est associée à la résistance à l'insuline et à l'obésité.