เมแทบอลิซึมและภาวะธำรงดุลของกลูโคส

เมแทบอลิซึมและภาวะธำรงดุลของกลูโคสอธิบายว่าร่างกายรักษาระดับน้ำตาลในเลือดให้อยู่ในช่วงแคบได้อย่างไร ในขณะที่เซลล์แต่ละเซลล์ดูดซึมและใช้กลูโคสตามความต้องการ กลูโคสเป็นเชื้อเพลิงที่จำเป็นสำหรับเนื้อเยื่อบางชนิด และเป็นเชื้อเพลิงที่ต้องการสำหรับเนื้อเยื่ออื่น ๆ อีกมากมาย ดังนั้นความเข้มข้นของกลูโคสจึงถูกควบคุมให้คงที่โดยการรักษาสมดุลระหว่างอัตราที่กลูโคสเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตกับอัตราที่เนื้อเยื่อกำจัดออกไป สมดุลนี้ถูกควบคุมโดยหลักโดยอินซูลินและฮอร์โมนที่ออกฤทธิ์ต้านกัน

Definition

ภาวะธำรงดุลของกลูโคสคือสมดุลที่ถูกควบคุมระหว่างกลูโคสที่เข้าสู่กระแสเลือด (จากการดูดซึมในลำไส้ การสลายไกลโคเจน และการสร้างกลูโคสใหม่) และกลูโคสที่ออกจากกระแสเลือด (โดยการดูดซึมและการใช้ประโยชน์ของเนื้อเยื่อ) ซึ่งรักษาระดับกลูโคสในระบบไหลเวียนโลหิตให้อยู่ในช่วงสรีรวิทยา

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการดูดซึมกลูโคสเข้าสู่เซลล์ผ่านตัวขนส่ง การควบคุมด้วยฮอร์โมนของการปรากฏและการกำจัดกลูโคส และการทำงานร่วมกันของตับ กล้ามเนื้อ และเนื้อเยื่อไขมันในการรักษาระดับน้ำตาลในเลือด โดยจะกล่าวถึงสรีรวิทยาและชีวเคมีของการจัดการกลูโคสมากกว่าการวินิจฉัยหรือการจัดการความผิดปกติของการควบคุมกลูโคส

Core questions

• กลูโคสเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้าสู่เนื้อเยื่อได้อย่างไร?
• อินซูลินและฮอร์โมนที่ออกฤทธิ์ต้านกันกำหนดสมดุลของการปรากฏและการกำจัดกลูโคสได้อย่างไร?
• ตับ กล้ามเนื้อ และไขมันแบ่งงานการจัดการกลูโคสอย่างไร?
• อะไรคือความแตกต่างทางเมแทบอลิซึมระหว่างภาวะอิ่มกับภาวะอดอาหาร?

Key concepts

• ตัวขนส่ง GLUT และ SGLT
• การเคลื่อนย้าย GLUT4 ที่กระตุ้นด้วยอินซูลิน
• ฮอร์โมนที่ออกฤทธิ์ต้านกัน (กลูคากอน, อะดรีนาลีน, คอร์ติซอล)
• การเปลี่ยนผ่านระหว่างภาวะอิ่มกับภาวะอดอาหาร
• การผลิตกลูโคสจากตับ
• การกำจัดกลูโคสส่วนปลาย
• ความไวของอินซูลินและภาวะดื้ออินซูลิน

Mechanisms

กลูโคสเข้าสู่เซลล์ผ่านตัวขนส่ง GLUT แบบอำนวยความสะดวก และในลำไส้และไต ผ่านตัวขนส่ง SGLT ที่เชื่อมโยงกับโซเดียม ในเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อและไขมัน อินซูลินจะกระตุ้นการเคลื่อนย้ายของ GLUT4 ไปยังเยื่อหุ้มเซลล์พลาสมา ซึ่งเพิ่มการดูดซึมกลูโคสหลังมื้ออาหาร ในขณะที่ตับจะแลกเปลี่ยนกลูโคสกับเลือดตามความเข้มข้นของกลูโคส อินซูลินที่หลั่งออกมาเพื่อตอบสนองต่อระดับน้ำตาลในเลือดที่สูงขึ้น จะส่งเสริมการดูดซึม การเก็บสะสม และการออกซิเดชัน และยับยั้งการผลิตกลูโคสจากตับ ในภาวะอดอาหาร กลูคากอนและฮอร์โมนที่ออกฤทธิ์ต้านกันอื่น ๆ จะย้อนกลับผลเหล่านี้ โดยกระตุ้นการสลายไกลโคเจนและการสร้างกลูโคสใหม่เพื่อรักษาระดับน้ำตาลในเลือด ผลลัพธ์สุทธิคือสมดุลที่ปรับเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องระหว่างการปรากฏและการกำจัดกลูโคสในเนื้อเยื่อต่าง ๆ

Clinical relevance

ความล้มเหลวในการรักษาสมดุลของกลูโคสเป็นสาเหตุของโรคเบาหวาน ซึ่งการหลั่งอินซูลินบกพร่อง ภาวะดื้ออินซูลิน หรือทั้งสองอย่าง ทำให้สมดุลของการปรากฏและการกำจัดกลูโคสผิดปกติ การทำความเข้าใจสรีรวิทยาปกติจะช่วยให้เข้าใจว่าข้อบกพร่องเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร และเป็นรากฐานสำหรับการวิจัยเมแทบอลิซึม บทความนี้เป็นข้อมูลเพื่อการศึกษาและไม่ได้ให้เกณฑ์การวินิจฉัยหรือคำแนะนำในการรักษา

Epidemiology

ความผิดปกติของภาวะธำรงดุลของกลูโคส โดยเฉพาะโรคเบาหวาน เป็นหนึ่งในภาวะเมแทบอลิซึมเรื้อรังที่พบบ่อยที่สุดทั่วโลก และแบบจำลองหลายเนื้อเยื่อของการควบคุมกลูโคสที่บกพร่องได้รับการอธิบายไว้ในการทบทวนทางสรีรวิทยาที่มีอิทธิพล

History

ความเข้าใจเกี่ยวกับภาวะธำรงดุลของกลูโคสเติบโตจากการค้นพบอินซูลินและการทำแผนที่การทำงานของอินซูลินในเนื้อเยื่ออย่างค่อยเป็นค่อยไป การระบุตัวขนส่งกลูโคสแบบอำนวยความสะดวกและวิถี GLUT4 ที่ตอบสนองต่ออินซูลินได้ชี้แจงว่าการดูดซึมถูกควบคุมอย่างไร และแบบจำลองแบบบูรณาการ เช่น คำอธิบายของ DeFronzo เกี่ยวกับเนื้อเยื่อที่เกี่ยวข้องหลายชนิด ได้กำหนดให้การควบคุมกลูโคสเป็นระบบที่ประสานงานกันทั่วร่างกาย

Key figures

• C. Ronald Kahn
• Barbara Kahn
• Ralph DeFronzo

Seminal works

• saltiel-2001
• shepherd-1999
• defronzo-2009

Frequently asked questions

ทำไมระดับน้ำตาลในเลือดจึงถูกควบคุมให้อยู่ในช่วงที่แคบมาก?

เนื้อเยื่อบางชนิด รวมถึงสมองภายใต้สภาวะปกติ พึ่งพากลูโคสอย่างมาก ในขณะที่ระดับกลูโคสที่สูงอย่างต่อเนื่องเป็นอันตราย ดังนั้นร่างกายจึงรักษาสมดุลของการปรากฏและการกำจัดกลูโคสเพื่อรักษาระดับในระบบไหลเวียนโลหิตให้คงที่

อินซูลินมีผลต่อกลูโคสอย่างไร?

อินซูลินลดระดับน้ำตาลในเลือดโดยส่งเสริมการดูดซึมเข้าสู่กล้ามเนื้อและไขมัน (ส่วนใหญ่ผ่านการเคลื่อนย้าย GLUT4) กระตุ้นการเก็บสะสมและการออกซิเดชัน และยับยั้งการปล่อยกลูโคสจากตับ