การบูรณาการเมแทบอลิซึมในภาวะอิ่มและภาวะอดอาหาร

ร่างกายมีการสลับระหว่างโหมดเมแทบอลิซึมสองโหมดอย่างต่อเนื่อง: ภาวะอิ่ม (หลังรับประทานอาหาร) ซึ่งมีการดูดซึมและเก็บสะสมสารอาหาร และภาวะอดอาหาร (หลังการดูดซึม) ซึ่งมีการระดมเชื้อเพลิงที่เก็บสะสมไว้เพื่อหล่อเลี้ยงสมองและเนื้อเยื่ออื่น ๆ ความสมดุลของอินซูลินต่อกลูคากอนเป็นตัวควบคุมการสลับนี้ในตับ กล้ามเนื้อโครงร่าง และเนื้อเยื่อไขมัน โดยกำหนดว่าเชื้อเพลิงจะถูกสะสมในรูปของไกลโคเจนและไขมัน หรือถูกปล่อยออกมาในรูปของกลูโคส กรดไขมันอิสระ และคีโตน

Definition

การบูรณาการเมแทบอลิซึมในภาวะอิ่มและภาวะอดอาหารคือการควบคุมการเก็บสะสมและการระดมเชื้อเพลิงที่ประสานงานกันและถูกกำกับโดยฮอร์โมนทั่วทั้งอวัยวะต่าง ๆ โดยมีการสลับระหว่างการสะสมสารอาหารหลังมื้ออาหารและการปล่อยเชื้อเพลิงภายในร่างกายในระหว่างการอดอาหารเพื่อรักษาระดับพลังงานและกลูโคสในเลือด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการประสานงานของเมแทบอลิซึมทั่วร่างกายระหว่างการรับประทานอาหารและการอดอาหาร: การทำงานของอินซูลินในภาวะอิ่ม (การดูดซึมกลูโคส การสังเคราะห์ไกลโคเจนและไขมัน) การทำงานของกลูคากอนและฮอร์โมนควบคุมอื่น ๆ ในภาวะอดอาหาร (การสลายไกลโคเจน การสร้างกลูโคสใหม่ การสลายไขมัน การสร้างคีโตน) และการไหลเวียนของเชื้อเพลิงระหว่างอวัยวะต่าง ๆ ได้แก่ ตับ กล้ามเนื้อ และไขมัน เป็นการสังเคราะห์ข้อมูลอ้างอิงเชิงวิชาการเกี่ยวกับเมแทบอลิซึมพลังงานปกติและความผิดปกติของมัน โดยไม่มีคำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• การเปลี่ยนแปลงทางเมแทบอลิซึมใดที่บ่งบอกถึงภาวะอิ่ม (หลังรับประทานอาหาร)?
• การเปลี่ยนแปลงทางเมแทบอลิซึมใดที่บ่งบอกถึงภาวะอดอาหาร (หลังการดูดซึม)?
• ตับ กล้ามเนื้อ และเนื้อเยื่อไขมันแบ่งหน้าที่ในการเก็บสะสมและการระดมเชื้อเพลิงอย่างไร?
• อัตราส่วนอินซูลินต่อกลูคากอนควบคุมการสลับระหว่างภาวะอิ่มและภาวะอดอาหารได้อย่างไร?
• การอดอาหารเป็นเวลานานเปลี่ยนการใช้เชื้อเพลิงไปสู่ไขมันและคีโตนได้อย่างไร?

Key concepts

• ภาวะอิ่ม (หลังรับประทานอาหาร)
• ภาวะอดอาหาร (หลังการดูดซึม)
• การสังเคราะห์ไกลโคเจนและการสลายไกลโคเจน
• การสร้างกลูโคสใหม่
• การสลายไขมันและการสร้างคีโตน
• การไหลเวียนของเชื้อเพลิงระหว่างอวัยวะ
• อัตราส่วนอินซูลินต่อกลูคากอน

Key theories

การควบคุมด้วยฮอร์โมนของการสลับเชื้อเพลิงระหว่างภาวะอิ่มและภาวะอดอาหาร

การเปลี่ยนผ่านระหว่างการเก็บสะสมและการระดมเชื้อเพลิงถูกกำหนดโดยอัตราส่วนอินซูลินต่อกลูคากอน: อินซูลินสูงในภาวะอิ่มจะกระตุ้นการดูดซึมกลูโคสและการสังเคราะห์ไกลโคเจนและไขมัน ในขณะที่อินซูลินต่ำร่วมกับกลูคากอนและฮอร์โมนควบคุมอื่น ๆ ที่สูงขึ้นในภาวะอดอาหารจะกระตุ้นการสลายไกลโคเจน การสร้างกลูโคสใหม่ การสลายไขมัน และการสร้างคีโตน

Mechanisms

ในภาวะอิ่ม ระดับกลูโคสและอินซูลินที่สูงขึ้นจะส่งเสริมการดูดซึมกลูโคสโดยกล้ามเนื้อและไขมัน การสังเคราะห์ไกลโคเจนในตับและกล้ามเนื้อ และการสร้างไขมัน ในขณะที่ยับยั้งการผลิตกลูโคสจากตับ ร่างกายจึงเก็บสะสมเชื้อเพลิงที่ได้รับเข้ามา ในภาวะอดอาหาร ระดับกลูโคสและอินซูลินจะลดลง และระดับกลูคากอนและฮอร์โมนควบคุมอื่น ๆ จะสูงขึ้น ดังนั้นตับจึงปล่อยกลูโคสโดยการสลายไกลโคเจนและการสร้างกลูโคสใหม่ เนื้อเยื่อไขมันจะปล่อยกรดไขมันอิสระโดยการสลายไขมัน และเมื่ออดอาหารเป็นเวลานาน ตับจะผลิตสารคีโตนเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกที่ช่วยรักษากลูโคสไว้สำหรับสมอง ตับ กล้ามเนื้อ และเนื้อเยื่อไขมันจะแลกเปลี่ยนสารตั้งต้นในลักษณะที่บูรณาการกัน เพื่อให้ระดับกลูโคสในเลือดและการจัดหาพลังงานคงที่ตลอดวงจร (Saltiel & Kahn, 2001)

Clinical relevance

ความผิดปกติของการบูรณาการเมแทบอลิซึมเป็นสาเหตุของโรคเมแทบอลิซึมที่พบบ่อย: ภาวะดื้ออินซูลินทำให้การยับยั้งการปล่อยกลูโคสและไขมันในภาวะอิ่มเป็นไปอย่างไม่ปกติ ซึ่งส่งผลให้เกิดภาวะน้ำตาลในเลือดสูงและการสะสมไขมันนอกตำแหน่ง และการรั่วไหลของเชื้อเพลิงระหว่างอวัยวะต่าง ๆ เชื่อมโยงภาวะอ้วนกับโรคเบาหวานชนิดที่ 2 และโรคหัวใจและหลอดเลือด บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาแบบบูรณาการและพื้นฐานของความผิดปกติเพื่อการอ้างอิงทางการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษา (Samuel & Shulman, 2012; Shulman, 2014)

History

แนวคิดเกี่ยวกับภาวะเมแทบอลิซึมที่แตกต่างกันระหว่างภาวะอิ่มและภาวะอดอาหาร ซึ่งถูกควบคุมโดยความสมดุลของอินซูลินและฮอร์โมนควบคุมอื่น ๆ ได้รับการรวบรวมผ่านงานวิจัยในศตวรรษที่ 20 เกี่ยวกับเมแทบอลิซึมระดับกลางและการแลกเปลี่ยนเชื้อเพลิงระหว่างอวัยวะต่าง ๆ การศึกษาในภายหลังได้เชื่อมโยงความผิดปกติของการบูรณาการนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสะสมไขมันนอกตำแหน่งและการทำงานของอินซูลินที่บกพร่อง กับภาวะดื้ออินซูลินและโรคเบาหวานชนิดที่ 2 ซึ่งเป็นการรวมสรีรวิทยาระดับอวัยวะเข้ากับโรคเมแทบอลิซึม (DeFronzo, 2009; Shulman, 2014)

Debates

ไขมันนอกตำแหน่งรบกวนการจัดการเชื้อเพลิงในภาวะอิ่มและภาวะอดอาหารได้อย่างไร?

การสะสมของไขมันในตับและกล้ามเนื้อมีความสัมพันธ์อย่างมากกับภาวะดื้ออินซูลิน แต่ยังคงเป็นประเด็นที่อยู่ระหว่างการศึกษาอย่างต่อเนื่องว่าไขมันชนิดใดโดยเฉพาะส่งผลต่อการส่งสัญญาณของอินซูลินอย่างเป็นสาเหตุ และสิ่งนี้เปลี่ยนแปลงการสลับปกติระหว่างการเก็บสะสมและการระดมเชื้อเพลิงอย่างไร

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างภาวะอิ่มและภาวะอดอาหารคืออะไร?

ในภาวะอิ่ม หลังจากรับประทานอาหาร อินซูลินจะกระตุ้นให้ร่างกายดูดซึมและเก็บสะสมสารอาหารในรูปของไกลโคเจนและไขมัน ในภาวะอดอาหาร ระหว่างมื้ออาหาร อินซูลินต่ำและกลูคากอนสูงจะกระตุ้นให้ร่างกายปล่อยเชื้อเพลิงที่เก็บสะสมไว้เพื่อรักษาระดับกลูโคสในเลือดให้คงที่

ทำไมร่างกายถึงสร้างคีโตนในระหว่างการอดอาหารเป็นเวลานาน?

เมื่ออดอาหารเป็นเวลานาน ตับจะเปลี่ยนกรดไขมันให้เป็นสารคีโตน ซึ่งสมองและเนื้อเยื่ออื่น ๆ สามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ สิ่งนี้ช่วยรักษากลูโคสและลดความจำเป็นในการสลายโปรตีนเพื่อสร้างกลูโคสใหม่