ภาวะธำรงดุลของกลูโคสและสรีรวิทยาของอินซูลิน
ภาวะธำรงดุลของกลูโคสคือชุดของกระบวนการควบคุมที่รักษาระดับน้ำตาลในเลือดให้อยู่ในช่วงสรีรวิทยาที่แคบ แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในการรับประทานและการใช้พลังงาน ฮอร์โมนอินซูลินและกลูคากอนจากตับอ่อนเป็นตัวควบคุมหลัก: อินซูลินลดระดับน้ำตาลโดยส่งเสริมการดูดซึมและการเก็บสะสมหลังมื้ออาหาร ในขณะที่กลูคากอนและฮอร์โมนควบคุมอื่นๆ จะเพิ่มระดับน้ำตาลในระหว่างการอดอาหาร พื้นที่นี้จะช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจว่าสัญญาณเหล่านี้ผลิตขึ้นได้อย่างไร ออกฤทธิ์ต่อตับ กล้ามเนื้อ และไขมันอย่างไร และมีการบูรณาการอย่างไรในภาวะอิ่มและอดอาหาร
Definition
ภาวะธำรงดุลของกลูโคสคือการควบคุมความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดที่ประสานกันทั้งทางฮอร์โมนและเมแทบอลิซึม ซึ่งส่วนใหญ่ทำได้ผ่านการทำงานที่ตรงข้ามกันของอินซูลิน (สร้าง, ลดกลูโคส) และกลูคากอนร่วมกับฮอร์โมนควบคุมอื่นๆ (สลาย, เพิ่มกลูโคส) โดยออกฤทธิ์ต่อตับ กล้ามเนื้อโครงร่าง และเนื้อเยื่อไขมัน
Scope
พื้นที่นี้ครอบคลุมสรีรวิทยาของการควบคุมกลูโคสในภาวะสุขภาพ: โครงสร้างของตับอ่อนส่วนต่อมไร้ท่อ การสังเคราะห์และการหลั่งอินซูลิน ตัวรับอินซูลินและการส่งสัญญาณปลายน้ำ บทบาทของกลูคากอนและฮอร์โมนควบคุม และการบูรณาการเมแทบอลิซึมระหว่างการรับประทานอาหารและการอดอาหาร เป็นภาพรวมเชิงการศึกษาอ้างอิงของสรีรวิทยาการควบคุมปกติและแนวคิดพื้นฐานที่รองรับโรคเมแทบอลิซึม โดยไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา
Sub-topics
Core questions
- หมู่เกาะของลังเกอร์ฮันส์รับรู้กลูโคสและเปลี่ยนเป็นอินซูลินและกลูคากอนได้อย่างไร?
- อินซูลินลดระดับน้ำตาลในเลือดในเนื้อเยื่อเป้าหมายด้วยกลไกตัวรับและการส่งสัญญาณใด?
- กลูคากอนและฮอร์โมนควบคุมอื่นๆ ป้องกันภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำในระหว่างการอดอาหารได้อย่างไร?
- เมแทบอลิซึมทั่วร่างกายเปลี่ยนระหว่างภาวะอิ่ม (การเก็บสะสม) และภาวะอดอาหาร (การระดม) ได้อย่างไร?
- ความผิดปกติของระบบเหล่านี้ทำให้เกิดภาวะดื้ออินซูลินและภาวะน้ำตาลในเลือดสูงได้อย่างไร?
Key concepts
- หมู่เกาะของลังเกอร์ฮันส์ (เซลล์อัลฟาและเบต้า)
- การหลั่งอินซูลินที่กระตุ้นด้วยกลูโคส
- การส่งสัญญาณตัวรับอินซูลิน
- ฮอร์โมนควบคุม
- การผลิตกลูโคสจากตับ
- ภาวะดื้ออินซูลิน
- การสลับเมแทบอลิซึมระหว่างภาวะอิ่ม-อดอาหาร
Key theories
- การควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดด้วยฮอร์โมนสองชนิดคืออินซูลิน-กลูคากอน
- ระดับน้ำตาลในเลือดถูกควบคุมโดยความสมดุลที่ตรงข้ามกันของอินซูลินและกลูคากอน: อินซูลินมีบทบาทหลักในภาวะอิ่มเพื่อส่งเสริมการเก็บสะสม ในขณะที่กลูคากอนมีบทบาทหลักในการอดอาหารเพื่อระดมกลูโคสจากตับ และอัตราส่วนอินซูลินต่อกลูคากอนเป็นตัวกำหนดทิศทางเมแทบอลิซึมโดยรวม
Mechanisms
หลังมื้ออาหาร ระดับกลูโคสที่สูงขึ้นจะกระตุ้นการหลั่งอินซูลินจากเซลล์เบต้า; อินซูลินออกฤทธิ์ผ่านตัวรับไทโรซีนไคเนสเพื่อกระตุ้นการดูดซึมกลูโคสในกล้ามเนื้อและไขมัน (ผ่าน GLUT4) ส่งเสริมการสังเคราะห์ไกลโคเจนและไขมัน และยับยั้งการผลิตกลูโคสจากตับ ในระหว่างการอดอาหาร ระดับกลูโคสและอินซูลินที่ลดลง และกลูคากอนที่เพิ่มขึ้นจะกลับสมดุลนี้ โดยกระตุ้นการสลายไกลโคเจนในตับและการสร้างกลูโคสใหม่เพื่อรักษาระดับกลูโคสให้สมอง ฮอร์โมนควบคุม (กลูคากอน, อิพิเนฟริน, คอร์ติซอล, โกรทฮอร์โมน) ป้องกันภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำ กลไกเหล่านี้มีการซ้อนทับกันในพื้นที่: การรับรู้กลูโคสของไอส์เลต การส่งสัญญาณอินซูลิน การไหลเวียนของกลูโคสในตับ และการเลือกเชื้อเพลิงเฉพาะเนื้อเยื่อร่วมกันรักษาระดับน้ำตาลในเลือดปกติ (Saltiel & Kahn, 2001; Henquin, 2009)
Clinical relevance
การทำความเข้าใจภาวะธำรงดุลของกลูโคสปกติเป็นรากฐานสำหรับการทำความเข้าใจโรคเมแทบอลิซึม ภาวะดื้ออินซูลินและความผิดปกติของเซลล์เบต้าเป็นสาเหตุของโรคเบาหวานชนิดที่ 2 และความบกพร่องของการควบคุมเป็นสาเหตุของภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำ; แนวคิดเหล่านี้เป็นกรอบที่แพทย์และนักวิจัยใช้ในการตีความสรีรวิทยาของระดับน้ำตาล พื้นที่นี้อธิบายการควบคุมปกติและพื้นฐานของความผิดปกติสำหรับการอ้างอิงทางการศึกษา; ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล
Epidemiology
ความสำคัญทางคลินิกของสรีรวิทยานี้สะท้อนให้เห็นในภาระโรคเบาหวานชนิดที่ 2 ทั่วโลก ซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างมากทั่วโลกและเป็นสาเหตุหลักของภาวะแทรกซ้อนทางหัวใจและหลอดเลือด ไต และตา ความผิดปกติของภาวะธำรงดุลของกลูโคสเป็นหนึ่งในภาวะเรื้อรังทางเมแทบอลิซึมที่พบมากที่สุดทั่วโลก (Zheng, Ley, & Hu, 2018)
History
ความเข้าใจสมัยใหม่ในพื้นที่นี้เติบโตมาจากการแยกอินซูลินได้ในทศวรรษ 1920 และการระบุลักษณะของกลูคากอนในฐานะคู่หูควบคุม ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 ได้มีการกำหนดตัวรับอินซูลินและลำดับการส่งสัญญาณ การรับรู้กลูโคสโดยเซลล์เบต้าได้รับการอธิบาย และแนวคิดเรื่องภาวะดื้ออินซูลินได้รับการพัฒนา โดยบูรณาการสรีรวิทยาของไอส์เลตเข้ากับการเผาผลาญเชื้อเพลิงทั่วร่างกาย (Saltiel & Kahn, 2001; DeFronzo, 2009)
Debates
- โรคเบาหวานชนิดที่ 2 เป็นโรคที่เกิดจากภาวะดื้ออินซูลินเป็นหลัก หรือเกิดจากความล้มเหลวของเซลล์เบต้าเป็นหลัก?
- ความผิดปกติของกลูโคสเกี่ยวข้องกับการลดลงของความไวของอินซูลินในเนื้อเยื่อและความบกพร่องของการหลั่งอินซูลิน; ความสำคัญและลำดับของความบกพร่องเหล่านี้ และจำนวนระบบอวัยวะที่เกี่ยวข้อง ยังคงเป็นคำถามหลักในการกำหนดกรอบสรีรวิทยาของเมแทบอลิซึม
Key figures
- C. Ronald Kahn
- Alan Saltiel
- Ralph DeFronzo
- Jean-Claude Henquin
- Gerald Shulman
Related topics
Seminal works
- saltiel-kahn-2001
- defronzo-2009
- henquin-2009
Frequently asked questions
- อะไรที่ช่วยรักษาระดับน้ำตาลในเลือดให้คงที่ระหว่างมื้ออาหาร?
- เมื่อระดับกลูโคสและอินซูลินลดลงในระหว่างการอดอาหาร กลูคากอนและฮอร์โมนควบคุมอื่นๆ จะเพิ่มขึ้นและส่งสัญญาณให้ตับปล่อยกลูโคสที่เก็บสะสมไว้ (การสลายไกลโคเจน) และสร้างกลูโคสใหม่ (การสร้างกลูโคสใหม่) เพื่อรักษาระดับเลือดที่ส่งไปยังสมองให้คงที่
- ฮอร์โมนหลักสองชนิดของภาวะธำรงดุลของกลูโคสคืออะไร?
- อินซูลิน ซึ่งลดระดับน้ำตาลในเลือดโดยส่งเสริมการดูดซึมและการเก็บสะสม และกลูคากอน ซึ่งเพิ่มระดับน้ำตาลโดยการระดมกลูโคสจากตับ ความสมดุลของทั้งสองนี้ หรืออัตราส่วนอินซูลินต่อกลูคากอน เป็นตัวกำหนดทิศทางเมแทบอลิซึมโดยรวม