Метаболическая интеграция в состояниях насыщения и голодания

Организм постоянно переключается между двумя метаболическими режимами: состоянием насыщения (постпрандиальным), при котором питательные вещества усваиваются и запасаются, и состоянием голодания (постабсорбтивным), при котором запасенные источники энергии мобилизуются для поддержания работы мозга и других тканей. Баланс инсулина и глюкагона регулирует это переключение в печени, скелетных мышцах и жировой ткани, определяя, будут ли источники энергии откладываться в виде гликогена и жира или высвобождаться в виде глюкозы, свободных жирных кислот и кетонов.

Definition

Метаболическая интеграция в состояниях насыщения и голодания — это скоординированная, гормонально регулируемая регуляция запасания и мобилизации источников энергии в различных органах, переключающаяся между отложением питательных веществ после еды и высвобождением эндогенных источников энергии во время голодания для поддержания энергоснабжения и уровня глюкозы в крови.

Scope

Тема охватывает координацию метаболизма всего организма между приемом пищи и голоданием: действия инсулина в состоянии насыщения (поглощение глюкозы, синтез гликогена и жира), действия глюкагона и контррегуляторных гормонов в состоянии голодания (гликогенолиз, глюконеогенез, липолиз, кетогенез), а также межорганный поток источников энергии между печенью, мышцами и жировой тканью. Это справочно-образовательный синтез нормального энергетического метаболизма и его дисрегуляции, без клинических рекомендаций.

Core questions

• Какие метаболические изменения определяют состояние насыщения (постпрандиальное)?
• Какие метаболические изменения определяют состояние голодания (постабсорбтивное)?
• Как печень, мышцы и жировая ткань распределяют функции запасания и мобилизации?
• Как соотношение инсулина и глюкагона регулирует переключение между состояниями насыщения и голодания?
• Как длительное голодание смещает использование источников энергии в сторону жиров и кетонов?

Key concepts

• Состояние насыщения (постпрандиальное)
• Состояние голодания (постабсорбтивное)
• Синтез гликогена и гликогенолиз
• Глюконеогенез
• Липолиз и кетогенез
• Межорганный поток источников энергии
• Соотношение инсулина и глюкагона

Key theories

Гормональный контроль переключения источников энергии в состояниях насыщения и голодания

Переход между запасанием и мобилизацией определяется соотношением инсулина и глюкагона: высокий уровень инсулина в состоянии насыщения стимулирует поглощение глюкозы и синтез гликогена и жира, тогда как низкий уровень инсулина с высоким уровнем глюкагона и контррегуляторных гормонов при голодании стимулирует гликогенолиз, глюконеогенез, липолиз и кетогенез.

Mechanisms

В состоянии насыщения повышение уровня глюкозы и инсулина способствует поглощению глюкозы мышцами и жировой тканью, синтезу гликогена в печени и мышцах, а также липогенезу, одновременно подавляя выработку глюкозы печенью; организм запасает поступающие источники энергии. В состоянии голодания уровень глюкозы и инсулина снижается, а уровень глюкагона и других контррегуляторных гормонов повышается, поэтому печень высвобождает глюкозу посредством гликогенолиза и глюконеогенеза, жировая ткань высвобождает свободные жирные кислоты посредством липолиза, а при длительном голодании печень производит кетоновые тела в качестве альтернативного источника энергии, который экономит глюкозу для мозга. Печень, мышцы и жировая ткань обмениваются субстратами интегрированным образом, так что уровень глюкозы в крови и энергоснабжение поддерживаются на протяжении всего цикла (Saltiel & Kahn, 2001).

Clinical relevance

Нарушение метаболической интеграции лежит в основе распространенных метаболических заболеваний: инсулинорезистентность нарушает нормальное подавление высвобождения глюкозы и жира в состоянии насыщения, способствуя гипергликемии и эктопическому накоплению жира, а переток источников энергии между органами связывает ожирение с сахарным диабетом 2 типа и кардиометаболическими заболеваниями. Эта статья описывает интегрированную физиологию и основы ее нарушений для образовательных целей и не является основанием для диагностики или лечения (Samuel & Shulman, 2012; Shulman, 2014).

History

Концепция различных метаболических состояний насыщения и голодания, регулируемых балансом инсулина и контррегуляторных гормонов, была консолидирована в ходе работы XX века по промежуточному метаболизму и межорганному обмену источниками энергии. Более поздние исследования связали нарушения этой интеграции, в частности эктопическое отложение жира и нарушение действия инсулина, с инсулинорезистентностью и сахарным диабетом 2 типа, объединив физиологию на уровне органов с метаболическими заболеваниями (DeFronzo, 2009; Shulman, 2014).

Debates

Как эктопический жир нарушает обработку источников энергии в состояниях насыщения и голодания?

Накопление липидов в печени и мышцах тесно связано с инсулинорезистентностью, но является ли причинным фактором нарушения передачи сигналов инсулина конкретными видами липидов и как это изменяет нормальное переключение между запасанием и мобилизацией, остается областью активных исследований.

Key figures

• Gerald Shulman
• Ralph DeFronzo
• C. Ronald Kahn
• Varman Samuel

Seminal works

• saltiel-kahn-2001
• defronzo-2009
• shulman-2014

Frequently asked questions

В чем разница между состояниями насыщения и голодания?

В состоянии насыщения, после еды, инсулин стимулирует организм поглощать и запасать питательные вещества в виде гликогена и жира. В состоянии голодания, между приемами пищи, низкий уровень инсулина и высокий уровень глюкагона побуждают организм высвобождать запасенные источники энергии для поддержания стабильного уровня глюкозы в крови.

Почему организм производит кетоны во время длительного голодания?

При длительном голодании печень превращает жирные кислоты в кетоновые тела, которые мозг и другие ткани могут использовать в качестве топлива. Это экономит глюкозу и снижает потребность в расщеплении белка для глюконеогенеза.