ग्लूकोज होमियोस्टैसिस और इंसुलिन शरीर विज्ञान

ग्लूकोज होमियोस्टैसिस नियामक प्रक्रियाओं का वह समूह है जो सेवन और व्यय में बड़े उतार-चढ़ाव के बावजूद रक्त ग्लूकोज को एक संकीर्ण शारीरिक सीमा के भीतर रखता है। अग्नाशयी आइलेट हार्मोन इंसुलिन और ग्लूकागन केंद्रीय नियंत्रक हैं: इंसुलिन भोजन के बाद ग्लूकोज के अवशोषण और भंडारण को बढ़ावा देकर ग्लूकोज को कम करता है, जबकि ग्लूकागन और अन्य प्रति-नियामक हार्मोन उपवास के दौरान ग्लूकोज को बढ़ाते हैं। यह क्षेत्र पाठक को यह समझने में मदद करता है कि ये संकेत कैसे उत्पन्न होते हैं, वे यकृत, मांसपेशियों और वसा पर कैसे कार्य करते हैं, और उन्हें भोजन के बाद और उपवास की स्थिति में कैसे एकीकृत किया जाता है।

Definition

ग्लूकोज होमियोस्टैसिस रक्त ग्लूकोज सांद्रता का समन्वित हार्मोनल और चयापचय नियंत्रण है, जो मुख्य रूप से इंसुलिन (एनाबॉलिक, ग्लूकोज-कम करने वाला) और ग्लूकागन के साथ अन्य प्रति-नियामक हार्मोन (कैटाबॉलिक, ग्लूकोज-बढ़ाने वाला) की विरोधी क्रियाओं के माध्यम से प्राप्त होता है, जो यकृत, कंकाल की मांसपेशी और वसा ऊतक पर कार्य करते हैं।

Scope

यह क्षेत्र स्वास्थ्य में ग्लूकोज विनियमन के शरीर विज्ञान को शामिल करता है: अंतःस्रावी अग्न्याशय की संरचना, इंसुलिन का संश्लेषण और स्राव, इंसुलिन रिसेप्टर और इसके डाउनस्ट्रीम सिग्नलिंग, ग्लूकागन और प्रति-नियामक हार्मोन की भूमिका, और भोजन और उपवास के बीच चयापचय का एकीकरण। यह सामान्य नियामक शरीर विज्ञान और चयापचय संबंधी बीमारी के अंतर्निहित मूलभूत अवधारणाओं का एक संदर्भ-शैक्षणिक अवलोकन है; यह नैदानिक या उपचार संबंधी मार्गदर्शन प्रदान नहीं करता है।

Sub-topics

• ग्लूकागॉन का कार्य और प्रति-नियामक हार्मोन
• इंसुलिन क्रियाविधि और रिसेप्टर सिग्नलिंग
• इंसुलिन संश्लेषण, स्राव और विनियमन
• भोजन के बाद और उपवास की स्थिति में चयापचय एकीकरण
• अग्नाशयी आइलेट की संरचना और कोशिका प्रकार

Core questions

• लैंगरहैंस के आइलेट ग्लूकोज को कैसे महसूस करते हैं और इसे इंसुलिन और ग्लूकागन स्राव में कैसे बदलते हैं?
• किस रिसेप्टर और सिग्नलिंग तंत्र द्वारा इंसुलिन अपने लक्ष्य ऊतकों में रक्त ग्लूकोज को कम करता है?
• उपवास के दौरान ग्लूकागन और अन्य प्रति-नियामक हार्मोन हाइपोग्लाइसीमिया से कैसे बचाव करते हैं?
• पूरे शरीर के चयापचय को भोजन के बाद (भंडारण) और उपवास (लामबंदी) की स्थिति के बीच कैसे स्विच किया जाता है?
• इन प्रणालियों की अव्यवस्था इंसुलिन प्रतिरोध और हाइपरग्लाइसीमिया को कैसे जन्म देती है?

Key concepts

• लैंगरहैंस के आइलेट (अल्फा और बीटा कोशिकाएं)
• ग्लूकोज-उत्तेजित इंसुलिन स्राव
• इंसुलिन रिसेप्टर सिग्नलिंग
• प्रति-नियामक हार्मोन
• यकृत ग्लूकोज उत्पादन
• इंसुलिन प्रतिरोध
• भोजन के बाद-उपवास चयापचय स्विच

Key theories

ग्लाइसेमिया का इंसुलिन-ग्लूकागन द्वि-हार्मोनल नियंत्रण

रक्त ग्लूकोज इंसुलिन और ग्लूकागन के पारस्परिक संतुलन द्वारा नियंत्रित होता है: इंसुलिन भोजन के बाद की स्थिति में भंडारण को बढ़ावा देने के लिए हावी होता है, जबकि ग्लूकागन उपवास में यकृत ग्लूकोज को जुटाने के लिए हावी होता है, और इंसुलिन-से-ग्लूकागन अनुपात शुद्ध चयापचय दिशा निर्धारित करता है।

Mechanisms

भोजन के बाद, बढ़ता ग्लूकोज बीटा-कोशिका इंसुलिन स्राव को ट्रिगर करता है; इंसुलिन अपने रिसेप्टर टायरोसिन किनेज के माध्यम से मांसपेशियों और वसा में ग्लूकोज अवशोषण (GLUT4 के माध्यम से) को उत्तेजित करने, ग्लाइकोजन और लिपिड संश्लेषण को बढ़ावा देने और यकृत ग्लूकोज उत्पादन को दबाने का कार्य करता है। उपवास के दौरान, गिरता ग्लूकोज और इंसुलिन तथा बढ़ता ग्लूकागन इस संतुलन को उलट देता है, जिससे मस्तिष्क को ग्लूकोज की आपूर्ति बनाए रखने के लिए यकृत ग्लाइकोजेनोलिसिस और ग्लूकोनियोजेनेसिस होता है। प्रति-नियामक हार्मोन (ग्लूकागन, एपिनेफ्रीन, कोर्टिसोल, वृद्धि हार्मोन) हाइपोग्लाइसीमिया से बचाव करते हैं। एक क्षेत्र में, ये तंत्र स्तरित होते हैं: आइलेट ग्लूकोज संवेदन, इंसुलिन सिग्नल ट्रांसडक्शन, यकृत ग्लूकोज प्रवाह, और ऊतक-विशिष्ट ईंधन चयन एक साथ यूग्लाइसीमिया (Saltiel & Kahn, 2001; Henquin, 2009) बनाए रखते हैं।

Clinical relevance

सामान्य ग्लूकोज होमियोस्टैसिस को समझना चयापचय संबंधी बीमारी को समझने का आधार है। इंसुलिन प्रतिरोध और बीटा-कोशिका शिथिलता टाइप 2 मधुमेह का आधार है, और बिगड़ा हुआ प्रति-नियमन हाइपोग्लाइसीमिया का आधार है; ये अवधारणाएं बताती हैं कि चिकित्सक और शोधकर्ता ग्लाइसेमिक शरीर विज्ञान की व्याख्या कैसे करते हैं। यह क्षेत्र शैक्षिक संदर्भ के लिए सामान्य विनियमन और अव्यवस्था के आधार का वर्णन करता है; यह व्यक्तिगत निदान या उपचार का आधार नहीं है।

Epidemiology

इस शरीर विज्ञान का नैदानिक महत्व टाइप 2 मधुमेह मेलेटस के वैश्विक बोझ में परिलक्षित होता है, जो दुनिया भर में काफी बढ़ गया है और हृदय, गुर्दे और नेत्र संबंधी जटिलताओं का एक प्रमुख कारण है। ग्लूकोज होमियोस्टैसिस के विकार विश्व स्तर पर सबसे प्रचलित पुरानी चयापचय स्थितियों में से हैं (Zheng, Ley, & Hu, 2018)।

History

इस क्षेत्र की आधुनिक समझ 1920 के दशक में इंसुलिन के अलगाव और उसके बाद ग्लूकागन को इसके प्रति-नियामक साथी के रूप में चित्रित करने से विकसित हुई। बीसवीं शताब्दी के उत्तरार्ध में, इंसुलिन रिसेप्टर और इसके सिग्नलिंग कैस्केड को परिभाषित किया गया, बीटा कोशिका द्वारा ग्लूकोज संवेदन को स्पष्ट किया गया, और इंसुलिन प्रतिरोध की अवधारणा विकसित की गई, जिसमें आइलेट शरीर विज्ञान को पूरे शरीर के ईंधन चयापचय के साथ एकीकृत किया गया (Saltiel & Kahn, 2001; DeFronzo, 2009)।

Debates

क्या टाइप 2 मधुमेह मुख्य रूप से इंसुलिन प्रतिरोध या बीटा-कोशिका विफलता की बीमारी है?

ग्लूकोज अव्यवस्था में ऊतक इंसुलिन संवेदनशीलता में कमी और इंसुलिन स्राव में कमी दोनों शामिल हैं; इन दोषों की सापेक्ष प्रधानता और अनुक्रम, और कितने अंग प्रणालियां योगदान करती हैं, चयापचय शरीर विज्ञान में एक केंद्रीय ढांचागत प्रश्न बना हुआ है।

Key figures

• C. Ronald Kahn
• Alan Saltiel
• Ralph DeFronzo
• Jean-Claude Henquin
• Gerald Shulman

Seminal works

• saltiel-kahn-2001
• defronzo-2009
• henquin-2009

Frequently asked questions

भोजन के बीच रक्त ग्लूकोज को क्या स्थिर रखता है?

जब उपवास के दौरान ग्लूकोज और इंसुलिन गिरते हैं, तो ग्लूकागन और अन्य प्रति-नियामक हार्मोन बढ़ते हैं और यकृत को संग्रहीत ग्लूकोज (ग्लाइकोजेनोलिसिस) जारी करने और नया ग्लूकोज (ग्लूकोनियोजेनेसिस) बनाने का संकेत देते हैं, जिससे मस्तिष्क को रक्त की आपूर्ति स्थिर रहती है।

ग्लूकोज होमियोस्टैसिस के दो मुख्य हार्मोन कौन से हैं?

इंसुलिन, जो अवशोषण और भंडारण को बढ़ावा देकर रक्त ग्लूकोज को कम करता है, और ग्लूकागन, जो यकृत ग्लूकोज को जुटाकर इसे बढ़ाता है। उनका संतुलन, इंसुलिन-से-ग्लूकागन अनुपात, समग्र चयापचय दिशा निर्धारित करता है।