Cân bằng nội môi Glucose và Sinh lý học Insulin
Cân bằng nội môi glucose là tập hợp các quá trình điều hòa nhằm duy trì nồng độ glucose trong máu trong một phạm vi sinh lý hẹp, bất chấp những biến động lớn về lượng hấp thụ và tiêu hao. Các hormone insulin và glucagon của đảo tụy là những yếu tố kiểm soát trung tâm: insulin làm giảm glucose bằng cách thúc đẩy quá trình hấp thu và lưu trữ sau bữa ăn, trong khi glucagon và các hormone đối kháng khác làm tăng glucose trong thời gian nhịn ăn. Lĩnh vực này định hướng cho người đọc về cách các tín hiệu này được tạo ra, cách chúng tác động lên gan, cơ và mỡ, và cách chúng được tích hợp trong trạng thái no và đói.
Definition
Cân bằng nội môi glucose là sự kiểm soát nội tiết và chuyển hóa phối hợp nồng độ glucose trong máu, đạt được chủ yếu thông qua các hành động đối lập của insulin (đồng hóa, làm giảm glucose) và glucagon cùng với các hormone đối kháng khác (dị hóa, làm tăng glucose), tác động lên gan, cơ xương và mô mỡ.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm sinh lý học điều hòa glucose ở người khỏe mạnh: cấu trúc của tụy nội tiết, quá trình tổng hợp và tiết insulin, thụ thể insulin và tín hiệu truyền dẫn của nó, vai trò của glucagon và các hormone đối kháng, và sự tích hợp chuyển hóa giữa trạng thái ăn và nhịn ăn. Đây là một tổng quan tham khảo-giáo dục về sinh lý điều hòa bình thường và các khái niệm nền tảng làm cơ sở cho bệnh chuyển hóa; nó không cung cấp hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị.
Sub-topics
Core questions
- Các đảo Langerhans cảm nhận glucose và chuyển đổi nó thành sự tiết insulin và glucagon như thế nào?
- Insulin làm giảm glucose trong máu ở các mô đích của nó bằng cơ chế thụ thể và tín hiệu nào?
- Glucagon và các hormone đối kháng khác bảo vệ chống lại hạ đường huyết trong thời gian nhịn ăn như thế nào?
- Chuyển hóa toàn cơ thể được chuyển đổi giữa trạng thái no (lưu trữ) và đói (huy động) như thế nào?
- Sự rối loạn điều hòa của các hệ thống này dẫn đến kháng insulin và tăng đường huyết như thế nào?
Key concepts
- Các đảo Langerhans (tế bào alpha và beta)
- Sự tiết insulin được kích thích bởi glucose
- Tín hiệu thụ thể insulin
- Các hormone đối kháng
- Sản xuất glucose ở gan
- Kháng insulin
- Chuyển đổi chuyển hóa giữa trạng thái no và đói
Key theories
- Kiểm soát đường huyết bằng hai hormone insulin-glucagon
- Đường huyết được điều chỉnh bởi sự cân bằng đối ứng của insulin và glucagon: insulin chiếm ưu thế trong trạng thái no để thúc đẩy lưu trữ, trong khi glucagon chiếm ưu thế trong trạng thái nhịn ăn để huy động glucose ở gan, và tỷ lệ insulin-glucagon thiết lập hướng chuyển hóa tổng thể.
Mechanisms
Sau bữa ăn, glucose tăng kích hoạt sự tiết insulin từ tế bào beta; insulin hoạt động thông qua thụ thể tyrosine kinase của nó để kích thích hấp thu glucose ở cơ và mỡ (qua GLUT4), thúc đẩy tổng hợp glycogen và lipid, và ức chế sản xuất glucose ở gan. Trong thời gian nhịn ăn, glucose và insulin giảm và glucagon tăng sẽ đảo ngược sự cân bằng này, thúc đẩy quá trình phân giải glycogen ở gan (glycogenolysis) và tân tạo glucose (gluconeogenesis) để duy trì nguồn cung cấp glucose cho não. Các hormone đối kháng (glucagon, epinephrine, cortisol, hormone tăng trưởng) bảo vệ chống lại hạ đường huyết. Trong một lĩnh vực, các cơ chế này được xếp lớp: cảm biến glucose của đảo tụy, truyền tín hiệu insulin, lưu lượng glucose ở gan và lựa chọn nhiên liệu đặc hiệu theo mô cùng duy trì đường huyết bình thường (euglycemia) (Saltiel & Kahn, 2001; Henquin, 2009).
Clinical relevance
Hiểu biết về cân bằng nội môi glucose bình thường là nền tảng để hiểu về bệnh chuyển hóa. Kháng insulin và rối loạn chức năng tế bào beta là nguyên nhân cơ bản của bệnh tiểu đường type 2, và rối loạn điều hòa đối kháng là nguyên nhân cơ bản của hạ đường huyết; những khái niệm này định hình cách các nhà lâm sàng và nhà nghiên cứu diễn giải sinh lý đường huyết. Lĩnh vực này mô tả sự điều hòa bình thường và cơ sở của sự rối loạn điều hòa cho mục đích tham khảo giáo dục; nó không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.
Epidemiology
Tầm quan trọng lâm sàng của sinh lý học này được phản ánh trong gánh nặng toàn cầu của bệnh đái tháo đường type 2, đã gia tăng đáng kể trên toàn thế giới và là nguyên nhân chính gây ra các biến chứng tim mạch, thận và mắt. Rối loạn cân bằng nội môi glucose nằm trong số các tình trạng chuyển hóa mãn tính phổ biến nhất trên toàn cầu (Zheng, Ley, & Hu, 2018).
History
Sự hiểu biết hiện đại về lĩnh vực này phát triển từ việc phân lập insulin vào những năm 1920 và sau đó là việc xác định glucagon là đối tác điều hòa đối kháng của nó. Trong suốt cuối thế kỷ 20, thụ thể insulin và chuỗi tín hiệu của nó đã được xác định, quá trình cảm biến glucose của tế bào beta đã được làm rõ, và khái niệm kháng insulin đã được phát triển, tích hợp sinh lý đảo tụy với chuyển hóa nhiên liệu toàn cơ thể (Saltiel & Kahn, 2001; DeFronzo, 2009).
Debates
- Bệnh tiểu đường type 2 chủ yếu là bệnh do kháng insulin hay do suy tế bào beta?
- Rối loạn đường huyết liên quan đến cả việc giảm độ nhạy insulin của mô và suy giảm tiết insulin; mức độ ưu tiên tương đối và trình tự của các khiếm khuyết này, và có bao nhiêu hệ thống cơ quan đóng góp, vẫn là một câu hỏi trung tâm trong sinh lý học chuyển hóa.
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
- Điều gì giúp giữ glucose trong máu ổn định giữa các bữa ăn?
- Khi glucose và insulin giảm trong thời gian nhịn ăn, glucagon và các hormone đối kháng khác tăng lên và báo hiệu gan giải phóng glucose dự trữ (phân giải glycogen) và tạo ra glucose mới (tân tạo glucose), giữ cho nguồn cung cấp máu lên não ổn định.
- Hai hormone chính của cân bằng nội môi glucose là gì?
- Insulin, làm giảm glucose trong máu bằng cách thúc đẩy hấp thu và lưu trữ, và glucagon, làm tăng glucose bằng cách huy động glucose ở gan. Sự cân bằng của chúng, tỷ lệ insulin-glucagon, thiết lập hướng chuyển hóa tổng thể.