सब्सट्रेट उपयोग और चयापचय लचीलापन

सब्सट्रेट उपयोग किसी दिए गए समय में एक ऊतक द्वारा ऑक्सीकृत ईंधन के रूप में कार्बोहाइड्रेट, वसा या प्रोटीन का चयन है, और चयापचय लचीलापन पोषण और शारीरिक स्थिति के जवाब में इन ईंधनों के बीच स्विच करने की क्षमता है। एक स्वस्थ चयापचय उपवास के दौरान वसा का ऑक्सीकरण करता है और कार्बोहाइड्रेट-समृद्ध भोजन के बाद कार्बोहाइड्रेट की ओर बढ़ता है; इस प्रतिक्रियाशीलता का नुकसान, जिसे चयापचय अनम्यता कहा जाता है, इंसुलिन प्रतिरोध से जुड़ा है।

Definition

सब्सट्रेट उपयोग ऊतकों द्वारा कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन के सापेक्ष ऑक्सीकरण को संदर्भित करता है; चयापचय लचीलापन ईंधन ऑक्सीकरण को ईंधन की उपलब्धता के अनुसार समायोजित करने की क्षमता है - उपवास की स्थिति में वसा ऑक्सीकरण की ओर और इंसुलिन और कार्बोहाइड्रेट सेवन के जवाब में कार्बोहाइड्रेट ऑक्सीकरण की ओर स्विच करना।

Scope

यह विषय बताता है कि ईंधन चयन कैसे विनियमित होता है, श्वसन भागफल के माध्यम से इसे कैसे मापा जाता है, और उपवास से भोजन के बाद की स्थिति और बीमारी में चयापचय लचीलेपन का क्या अर्थ है। यह ईंधन चयापचय का एक संदर्भ और शैक्षिक विवरण है, न कि नैदानिक मार्गदर्शन।

Core questions

• कौन से संकेत यह निर्धारित करते हैं कि एक ऊतक किसी दिए गए क्षण में ग्लूकोज या फैटी एसिड का ऑक्सीकरण करता है?
• श्वसन गैस विनिमय से इन विवो में ईंधन चयन को कैसे मापा जाता है?
• शरीर उपवास से भोजन के बाद की स्थिति में ईंधनों को कैसे बदलता है?
• बिगड़ा हुआ ईंधन स्विचिंग (चयापचय अनम्यता) इंसुलिन प्रतिरोध से कैसे संबंधित है?

Key concepts

• ईंधन चयन
• श्वसन भागफल
• ग्लूकोज-फैटी एसिड (रैंडल) चक्र
• उपवास से भोजन के बाद की स्थिति
• चयापचय लचीलापन और अनम्यता
• इंसुलिन-उत्तेजित ग्लूकोज ऑक्सीकरण
• कंकाल की मांसपेशी सब्सट्रेट प्रबंधन

Key theories

ग्लूकोज-फैटी एसिड (रैंडल) चक्र

बढ़ा हुआ फैटी एसिड ऑक्सीकरण माइटोकॉन्ड्रियल एसिटाइल-CoA और साइट्रेट को बढ़ाता है, प्रमुख ग्लाइकोलाइटिक और पाइरूवेट-हैंडलिंग एंजाइमों को रोकता है और इस प्रकार ग्लूकोज ऑक्सीकरण को दबाता है; दोनों ईंधन पारस्परिक रूप से प्रतिस्पर्धा करते हैं, जो ईंधन चयन और इंसुलिन संवेदनशीलता से इसके संबंध के लिए एक जैव रासायनिक आधार प्रदान करते हैं।

चयापचय लचीलापन

स्वस्थ कंकाल की मांसपेशी और पूरे शरीर का चयापचय उपवास और भोजन के साथ ईंधन ऑक्सीकरण को उचित रूप से बदलता है; इंसुलिन या कार्बोहाइड्रेट के बाद वसा ऑक्सीकरण को दबाने और ग्लूकोज ऑक्सीकरण को बढ़ाने की एक कुंद क्षमता को चयापचय अनम्यता कहा जाता है और यह इंसुलिन प्रतिरोध और मोटापे से जुड़ा है।

Mechanisms

ईंधन चयन सब्सट्रेट प्रतिस्पर्धा - ग्लूकोज-फैटी एसिड चक्र द्वारा वर्णित, जिसमें फैटी एसिड ऑक्सीकरण एसिटाइल-CoA और साइट्रेट (Randle et al., 1963) के संचय के माध्यम से ग्लूकोज ऑक्सीकरण को दबाता है - और हार्मोनल नियंत्रण, मुख्य रूप से इंसुलिन द्वारा नियंत्रित होता है, जो ग्लूकोज ऑक्सीकरण और भंडारण को बढ़ावा देता है जबकि लाइपोलिसिस को रोकता है। इन विवो में, प्रमुख ईंधन को श्वसन भागफल और अप्रत्यक्ष कैलोरीमेट्री (Frayn, 1983) के विभाजन समीकरणों से अनुमानित किया जाता है। चयापचय रूप से लचीली मांसपेशी उपवास में वसा ऑक्सीकरण को बढ़ाती है और इंसुलिन या कार्बोहाइड्रेट सेवन के बाद कार्बोहाइड्रेट ऑक्सीकरण में बदल जाती है; इस स्विच के लिए एक कम क्षमता, जो मोटापे और इंसुलिन प्रतिरोध में देखी जाती है, चयापचय अनम्यता (Kelley et al., 1999; Galgani et al., 2008; Goodpaster & Sparks, 2017) की विशेषता है।

Clinical relevance

सब्सट्रेट उपयोग और चयापचय लचीलापन शोधकर्ताओं को मोटापा, टाइप 2 मधुमेह और संबंधित चयापचय स्थितियों में ईंधन प्रबंधन की व्याख्या करने का एक ढांचा प्रदान करते हैं। सामग्री वर्णनात्मक और शैक्षिक है और निदान या व्यक्तिगत उपचार का आधार नहीं है।

History

रैंडल और उनके सहयोगियों ने 1963 में ग्लूकोज-फैटी एसिड चक्र की शुरुआत की, जिसमें ईंधन चयन को सब्सट्रेट प्रतिस्पर्धा की समस्या के रूप में फिर से परिभाषित किया गया, जिसके इंसुलिन संवेदनशीलता के लिए निहितार्थ थे। कंकाल की मांसपेशी ईंधन प्रबंधन के अध्ययन, विशेष रूप से 1990 के दशक में केली और उनके सहयोगियों द्वारा, ने दिखाया कि मोटापा और इंसुलिन प्रतिरोध वसा और कार्बोहाइड्रेट ऑक्सीकरण के बीच बिगड़े हुए स्विचिंग के साथ होते हैं, जिससे चयापचय लचीलेपन की अवधारणा सामने आई जिसे बाद की समीक्षाओं (Galgani et al., 2008; Goodpaster & Sparks, 2017) ने परिष्कृत किया।

Debates

क्या चयापचय अनम्यता इंसुलिन प्रतिरोध का कारण है या परिणाम?

क्या बिगड़ा हुआ ईंधन स्विचिंग इंसुलिन प्रतिरोध के विकास को बढ़ावा देता है या इसके बजाय इसे दर्शाता है, इस पर अभी भी चर्चा की जाती है; संबंध द्विदिश है और ऊतक, कार्यप्रणाली और शारीरिक संदर्भ पर निर्भर करता है।

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

श्वसन भागफल हमें ईंधन के उपयोग के बारे में क्या बताता है?

श्वसन भागफल - उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड और खपत ऑक्सीजन का अनुपात - लगभग 1.0 के करीब होता है जब कार्बोहाइड्रेट मुख्य ईंधन होता है और लगभग 0.7 जब वसा प्रमुख होता है, इसलिए यह ऑक्सीकृत होने वाले सब्सट्रेट के मिश्रण को इंगित करता है।

चयापचय अनम्यता क्या है?

यह भोजन और उपवास के साथ ईंधन ऑक्सीकरण को उचित रूप से बदलने की एक कम क्षमता है - उदाहरण के लिए, कार्बोहाइड्रेट लोड के बाद वसा ऑक्सीकरण को दबाने और ग्लूकोज ऑक्सीकरण को बढ़ाने में विफल होना - और यह इंसुलिन प्रतिरोध और मोटापे से जुड़ा है।