เมแทบอลิซึมของไนโตรเจนและการจัดการแอมโมเนีย

เมแทบอลิซึมของไนโตรเจนคือการคำนวณไนโตรเจนทั่วร่างกาย: ไนโตรเจนเข้าสู่ร่างกายส่วนใหญ่ในรูปของโปรตีนจากอาหาร เคลื่อนที่ระหว่างเนื้อเยื่อส่วนใหญ่ในรูปของกรดอะมิโนและสารพาหะเฉพาะบางชนิด และออกจากร่างกายในรูปของยูเรียและของเสียไนโตรเจนอื่น ๆ ข้อกังวลหลักคือการจัดการแอมโมเนียอย่างปลอดภัย ซึ่งเป็นสารพิษและต้องถูกขนส่งและกำจัดอย่างระมัดระวัง

Definition

เมแทบอลิซึมของไนโตรเจนคือชุดของกระบวนการที่บูรณาการกันซึ่งร่างกายได้รับ ขนส่ง เปลี่ยนแปลง และขับถ่ายไนโตรเจน รวมถึงการบัฟเฟอร์และการกำจัดพิษของแอมโมเนีย และการรักษาสมดุลของไนโตรเจน

Scope

บทความนี้ใช้มุมมองเชิงระบบที่เชื่อมโยงบทความระดับวิถี: ไนโตรเจนถูกขนส่งระหว่างเนื้อเยื่ออย่างไร แอมโมเนียถูกบัฟเฟอร์และกำจัดพิษอย่างไร และความสมดุลของไนโตรเจนหมายถึงอะไร เคมีโดยละเอียดของการกำจัดหมู่อะมิโนอยู่ในบทความเกี่ยวกับการสลายตัว และการสังเคราะห์ยูเรียอยู่ในบทความเกี่ยวกับวัฏจักรยูเรีย

Core questions

• ไนโตรเจนถูกขนส่งระหว่างเนื้อเยื่ออย่างปลอดภัยได้อย่างไร?
• แอมโมเนียที่เป็นพิษถูกบัฟเฟอร์และกำจัดพิษได้อย่างไร?
• การมีความสมดุลของไนโตรเจนเป็นบวก เป็นลบ หรือเป็นกลางหมายความว่าอย่างไร?

Key concepts

• ความสมดุลของไนโตรเจน
• ความเป็นพิษของแอมโมเนีย
• กลูตามีนในฐานะสารพาหะไนโตรเจนที่ไม่เป็นพิษ
• วัฏจักรกลูโคส-อะลานีน
• การแลกเปลี่ยนไนโตรเจนระหว่างอวัยวะ
• การจัดการไนโตรเจนและแอมโมเนียมโดยไต

Mechanisms

เนื่องจากแอมโมเนียอิสระเป็นพิษ โดยเฉพาะต่อสมอง ร่างกายจึงเคลื่อนย้ายไนโตรเจนระหว่างเนื้อเยื่อในรูปแบบที่ปลอดภัยกว่า กลูตามีนซึ่งมีอะตอมไนโตรเจนสองอะตอม เป็นสารพาหะสำคัญในกระแสเลือดที่ขนส่งไนโตรเจนไปยังตับและไต; กลูตาเมตและอะลานีนก็มีส่วนร่วมด้วย ในวัฏจักรกลูโคส-อะลานีน กล้ามเนื้อจะถ่ายโอนไนโตรเจนไปยังตับในรูปของอะลานีนในขณะที่ฟื้นฟูกลูโคส ซึ่งเชื่อมโยงการขนส่งไนโตรเจนเข้ากับการจัดหาพลังงาน ตับเป็นแหล่งหลักที่เปลี่ยนแอมโมเนียที่สะสมเป็นยูเรียเพื่อขับถ่ายออก ในขณะที่ไตทั้งขับถ่ายยูเรียและสามารถปล่อยแอมโมเนียมที่ได้จากกลูตามีนเพื่อช่วยควบคุมสถานะกรด-เบส ทั่วทั้งร่างกาย ความสมดุลของไนโตรเจนเปรียบเทียบปริมาณที่ได้รับกับปริมาณที่สูญเสีย: การเจริญเติบโตและการฟื้นตัวมีแนวโน้มที่จะมีความสมดุลเป็นบวก ในขณะที่การบาดเจ็บ การอดอาหาร หรือการได้รับสารอาหารไม่เพียงพออาจทำให้เกิดความสมดุลเป็นลบได้ เมื่อการกำจัดพิษของแอมโมเนียล้มเหลว เช่น ในภาวะตับวาย แอมโมเนียจะสะสมและมีส่วนทำให้เกิดความผิดปกติทางระบบประสาท

Clinical relevance

การจัดการแอมโมเนียเป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจภาวะสมองเสื่อมจากตับ (hepatic encephalopathy) และภาวะอื่น ๆ ที่มีการกำจัดไนโตรเจนบกพร่อง และความสมดุลของไนโตรเจนเป็นแนวคิดที่ใช้ในการประเมินภาวะโภชนาการ บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาและชีวเคมีพื้นฐาน; ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

การจัดการไนโตรเจนและแอมโมเนียระหว่างอวัยวะเป็นสรีรวิทยาและชีวเคมีที่ได้รับการยอมรับซึ่งสรุปไว้ในตำราและบทความทบทวนมาตรฐาน; การจัดการทางคลินิกของภาวะต่าง ๆ เช่น ภาวะสมองเสื่อมจากตับนั้นอยู่ภายใต้แหล่งข้อมูลเฉพาะทางที่เกินขอบเขตของบทความอ้างอิงนี้

History

ความเข้าใจเกี่ยวกับการจัดการไนโตรเจนทั่วร่างกายพัฒนาขึ้นพร้อมกับวัฏจักรยูเรียและการศึกษาเกี่ยวกับการแลกเปลี่ยนกรดอะมิโนระหว่างอวัยวะในศตวรรษที่ยี่สิบ รวมถึงการอธิบายวัฏจักรกลูโคส-อะลานีนโดย Philip Felig และเพื่อนร่วมงาน ซึ่งชี้แจงว่ากล้ามเนื้อและตับทำงานร่วมกันอย่างไรในการเคลื่อนย้ายไนโตรเจนและพลังงาน

Key figures

• Hans Krebs
• Philip Felig

Seminal works

• wu-2009
• morris-2002

Frequently asked questions

ทำไมแอมโมเนียจึงถูกขนส่งในรูปของกลูตามีนแทนที่จะเป็นแอมโมเนียอิสระ?

แอมโมเนียอิสระเป็นพิษ ดังนั้นร่างกายจึงรวมมันเข้ากับกลูตามีน ซึ่งเป็นสารพาหะที่ไม่เป็นพิษและมีอยู่มากที่สามารถขนส่งไนโตรเจนได้อย่างปลอดภัยผ่านกระแสเลือดไปยังอวัยวะที่กำจัดหรือนำกลับมาใช้ใหม่

ความสมดุลของไนโตรเจนอธิบายอะไร?

ความสมดุลของไนโตรเจนเปรียบเทียบไนโตรเจนที่ได้รับ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโปรตีนจากอาหาร กับไนโตรเจนที่สูญเสียไป; ความสมดุลเป็นบวกสะท้อนถึงการได้รับโปรตีนสุทธิ เช่น ในการเจริญเติบโต ในขณะที่ความสมดุลเป็นลบสะท้อนถึงการสูญเสียสุทธิ เช่น ในระหว่างการเจ็บป่วยหรือการได้รับสารอาหารไม่เพียงพอ