代謝統合と摂食絶食状態

代謝統合とは、体の栄養状態、すなわち食後の摂食状態、吸収後期間、そして徐々に長くなる絶食期間を通じて、炭水化物、脂質、タンパク質の代謝が協調的に行われることです。同じ経路がホルモン信号によって貯蔵と動員の間で切り替えられ、異なる燃料嗜好を持つ組織に継続的に供給されます。

Definition

摂食状態と絶食状態における代謝統合とは、摂食・絶食サイクルを通じて、臓器間で炭水化物、脂質、タンパク質の経路が協調的に調節されることであり、栄養が豊富なときには燃料を貯蔵に向け、不足しているときには動員と温存に向けます。

Scope

この項目では、主要な燃料が肝臓、筋肉、脂肪組織、脳の間でどのように分配されるか、インスリン、グルカゴン、および拮抗ホルモンによって行われるホルモン制御、そして摂食状態から初期および長期の絶食に至るまでの燃料利用の秩序ある進行について説明します。これは参照トピックであり、臨床ガイダンスではありません。

Key concepts

• 摂食（吸収）状態
• 吸収後および絶食状態
• インスリン対グルカゴン比
• 臓器間燃料交換
• グルコース温存とケトン体利用
• 脂肪組織リポライシス
• 肝臓の糖新生とグリコーゲン緩衝作用

Mechanisms

食後、高いインスリン対グルカゴン比は、グルコースの取り込み、グリコーゲンとトリアシルグリセロールの合成、タンパク質の沈着を促進し、肝臓はグルコースを貯蔵し、腸は食事性脂肪をカイロミクロンとして供給します。吸収が終了すると、グルカゴンとインスリンの低下がこれを逆転させます。肝臓のグリコーゲンが動員され、糖新生が増加して、脳と赤血球のために血糖値を維持します。絶食が続くと、脂肪組織のリポライシスが脂肪酸を供給し、ほとんどの組織がこれを酸化してグルコースを温存し、肝臓は余剰のアセチルCoAをケトン体に変換し、脳はこれを徐々に利用するようになります。絶食初期には筋肉タンパク質が糖原性アミノ酸を供給しますが、ケトン体の利用が増加するにつれてこれは抑制され、除脂肪組織が温存されます。その結果、栄養利用可能性が変化しても、各組織に適切な燃料が供給されるように、秩序だった臓器間の協調が生まれます。

Clinical relevance

代謝統合は、絶食中に体がどのように脳の燃料を維持するか、また糖尿病性ケトアシドーシスや長期飢餓などの病態で制御がどのように破綻するかを説明します。この項目は、これらのメカニズムを背景知識として記述しており、個々の食事や治療の決定の根拠となるものではありません。

History

1960年代から1970年代にかけてのジョージ・ケイヒルによる絶食中のヒトの研究は、グリコーゲン、糖新生、ケトン体の連続的な利用を明らかにし、脳がケトン体を燃料として利用するように移行することを示し、時間経過に伴う燃料統合の現代的な理解を確立しました。その後のインスリンシグナル伝達に関する分子生物学的研究は、これらの移行を駆動するホルモンスイッチを明確にしました。

Key figures

• George Cahill
• Philip Felig
• C. Ronald Kahn
• Alan Saltiel

Seminal works

• cahill-2006

Frequently asked questions

摂食状態と絶食状態の間で何が変化しますか？

摂食状態ではインスリンがグルコース、脂肪、タンパク質の貯蔵を促進しますが、絶食状態ではグルカゴンや他のホルモンがその流れを逆転させ、グリコーゲン、脂肪、アミノ酸を動員し、組織を脂肪酸とケトン体へと移行させます。

長期絶食中に脳はどのように燃料を供給され続けますか？

初期には肝臓が糖新生によってグルコースを供給し、絶食が続くにつれて脳は脂肪から作られるケトン体をますます利用するようになり、これによりグルコースが温存され、筋肉タンパク質が保護されます。