การบูรณาการเมแทบอลิซึมและภาวะอิ่ม-อดอาหาร

การบูรณาการเมแทบอลิซึมคือการประสานงานของการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีนทั่วร่างกายในสภาวะทางโภชนาการต่างๆ ได้แก่ ภาวะอิ่มหลังรับประทานอาหาร ภาวะหลังการดูดซึม และการอดอาหารที่ยาวนานขึ้นเรื่อยๆ กลไกเดียวกันนี้จะถูกสลับระหว่างการเก็บสะสมและการระดมใช้โดยสัญญาณฮอร์โมน เพื่อให้เนื้อเยื่อที่มีความต้องการเชื้อเพลิงต่างกันได้รับเชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่อง

Definition

การบูรณาการเมแทบอลิซึมในภาวะอิ่มและอดอาหารคือการควบคุมที่ประสานกันของวิถีเมแทบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีนระหว่างอวัยวะต่างๆ ตลอดวงจรการกิน-อดอาหาร โดยชี้นำเชื้อเพลิงไปสู่การเก็บสะสมเมื่อมีสารอาหารอุดมสมบูรณ์ และไปสู่การระดมใช้และการอนุรักษ์เมื่อสารอาหารขาดแคลน

Scope

บทความนี้ครอบคลุมถึงวิธีการแบ่งสรรเชื้อเพลิงหลักระหว่างตับ กล้ามเนื้อ เนื้อเยื่อไขมัน และสมอง; การควบคุมด้วยฮอร์โมนโดยอินซูลิน กลูคากอน และฮอร์โมนควบคุมอื่นๆ; และลำดับการใช้เชื้อเพลิงอย่างเป็นระเบียบตั้งแต่ภาวะอิ่มไปจนถึงการอดอาหารในระยะแรกและระยะยาว นี่เป็นหัวข้ออ้างอิงและไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Key concepts

• ภาวะอิ่ม (ดูดซึม)
• ภาวะหลังการดูดซึมและภาวะอดอาหาร
• อัตราส่วนอินซูลินต่อกลูคากอน
• การแลกเปลี่ยนเชื้อเพลิงระหว่างอวัยวะ
• การประหยัดกลูโคสและการใช้คีโตน
• การสลายไขมันในเนื้อเยื่อไขมัน
• การสร้างกลูโคสใหม่ในตับและการบัฟเฟอร์ไกลโคเจน

Mechanisms

หลังรับประทานอาหาร อัตราส่วนอินซูลินต่อกลูคากอนที่สูงจะกระตุ้นการดูดซึมกลูโคส การสังเคราะห์ไกลโคเจนและไตรกลีเซอรอล และการสะสมโปรตีน โดยตับจะเก็บกลูโคสและลำไส้จะส่งไขมันจากอาหารในรูปของไคโลไมครอน เมื่อการดูดซึมสิ้นสุดลง กลูคากอนและอินซูลินที่ลดลงจะกลับกระบวนการนี้: ไกลโคเจนในตับจะถูกระดมใช้และการสร้างกลูโคสใหม่ (gluconeogenesis) จะเพิ่มขึ้นเพื่อรักษาระดับน้ำตาลในเลือดสำหรับสมองและเซลล์เม็ดเลือดแดง เมื่ออดอาหารต่อเนื่อง การสลายไขมันในเนื้อเยื่อไขมันจะให้กรดไขมันที่เนื้อเยื่อส่วนใหญ่ใช้ออกซิไดซ์ ซึ่งช่วยประหยัดกลูโคส และตับจะเปลี่ยนอะเซทิล-โคเอ (acetyl-CoA) ส่วนเกินให้เป็นคีโตนบอดี (ketone bodies) ที่สมองจะนำไปใช้มากขึ้นเรื่อยๆ โปรตีนกล้ามเนื้อจะให้กรดอะมิโนที่สร้างกลูโคสได้ในช่วงต้นของการอดอาหาร แต่จะลดลงเมื่อการใช้คีโตนเพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยอนุรักษ์เนื้อเยื่อไร้ไขมัน ผลสุทธิคือการประสานงานระหว่างอวัยวะอย่างเป็นระเบียบที่ทำให้แต่ละเนื้อเยื่อได้รับเชื้อเพลิงที่เหมาะสมเมื่อความพร้อมของสารอาหารเปลี่ยนแปลงไป

Clinical relevance

การบูรณาการเมแทบอลิซึมอธิบายว่าร่างกายรักษาระดับเชื้อเพลิงสำหรับสมองได้อย่างไรในระหว่างการอดอาหาร และการควบคุมเหล่านี้ล้มเหลวได้อย่างไรในภาวะต่างๆ เช่น ภาวะเลือดเป็นกรดจากเบาหวาน (diabetic ketoacidosis) หรือการอดอาหารเป็นเวลานาน บทความนี้อธิบายกลไกเหล่านี้เป็นความรู้พื้นฐานและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจด้านอาหารหรือการรักษาของแต่ละบุคคล

History

การศึกษาของ George Cahill เกี่ยวกับมนุษย์ที่อดอาหารในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 ได้แสดงให้เห็นถึงการใช้ไกลโคเจน การสร้างกลูโคสใหม่ และคีโตนบอดีตามลำดับ และแสดงให้เห็นว่าสมองเปลี่ยนไปใช้เชื้อเพลิงคีโตนได้อย่างไร ซึ่งเป็นการกำหนดความเข้าใจสมัยใหม่เกี่ยวกับการบูรณาการเชื้อเพลิงเมื่อเวลาผ่านไป งานวิจัยระดับโมเลกุลในภายหลังเกี่ยวกับการส่งสัญญาณอินซูลินได้ชี้แจงสวิตช์ฮอร์โมนที่ขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้

Key figures

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

Seminal works

• cahill-2006

Frequently asked questions

อะไรคือการเปลี่ยนแปลงระหว่างภาวะอิ่มและอดอาหาร?

ในภาวะอิ่ม อินซูลินจะส่งเสริมการเก็บสะสมกลูโคส ไขมัน และโปรตีน ในขณะที่ในภาวะอดอาหาร กลูคากอนและฮอร์โมนอื่นๆ จะกลับทิศทางการไหล โดยระดมใช้ไกลโคเจน ไขมัน และกรดอะมิโน และเปลี่ยนเนื้อเยื่อไปใช้กรดไขมันและคีโตนบอดี

สมองได้รับเชื้อเพลิงอย่างไรในระหว่างการอดอาหารเป็นเวลานาน?

ในช่วงแรก ตับจะให้กลูโคสโดยการสร้างกลูโคสใหม่ และเมื่อการอดอาหารดำเนินต่อไป สมองจะใช้คีโตนบอดีที่สร้างจากไขมันมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งช่วยประหยัดกลูโคสและอนุรักษ์โปรตีนกล้ามเนื้อ