Tích hợp chuyển hóa và các trạng thái no-đói

Tích hợp chuyển hóa là sự phối hợp chuyển hóa carbohydrate, lipid và protein trên khắp các trạng thái dinh dưỡng của cơ thể — trạng thái no sau bữa ăn, giai đoạn sau hấp thu và nhịn ăn kéo dài dần. Các con đường tương tự được chuyển đổi giữa lưu trữ và huy động bởi các tín hiệu hormone để các mô với các ưu tiên nhiên liệu khác nhau được cung cấp liên tục.

Definition

Tích hợp chuyển hóa giữa các trạng thái no và đói là sự điều hòa phối hợp các con đường carbohydrate, lipid và protein giữa các cơ quan trong chu kỳ ăn-nhịn ăn, hướng nhiên liệu đến lưu trữ khi chất dinh dưỡng dồi dào và hướng đến huy động và bảo tồn khi chúng khan hiếm.

Scope

Mục này bao gồm cách các nhiên liệu chính được phân chia giữa gan, cơ, mô mỡ và não; sự kiểm soát hormone được thực hiện bởi insulin, glucagon và các hormone đối kháng; và sự tiến triển có trật tự của việc sử dụng nhiên liệu từ trạng thái no qua nhịn ăn sớm và kéo dài. Đây là một chủ đề tham khảo và không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Key concepts

• Trạng thái no (hấp thu)
• Trạng thái sau hấp thu và nhịn ăn
• Tỷ lệ insulin-to-glucagon
• Trao đổi nhiên liệu giữa các cơ quan
• Tiết kiệm glucose và sử dụng thể ketone
• Phân giải lipid ở mô mỡ
• Tân tạo glucose ở gan và đệm glycogen

Mechanisms

Sau bữa ăn, tỷ lệ insulin-to-glucagon cao thúc đẩy sự hấp thu glucose, tổng hợp glycogen và triacylglycerol, và lắng đọng protein, với gan lưu trữ glucose và ruột cung cấp chất béo trong chế độ ăn dưới dạng chylomicron. Khi quá trình hấp thu kết thúc, glucagon và insulin giảm sẽ đảo ngược điều này: glycogen gan được huy động và quá trình tân tạo glucose tăng lên để duy trì glucose máu cho não và hồng cầu. Với việc nhịn ăn liên tục, quá trình phân giải lipid ở mô mỡ cung cấp axit béo mà hầu hết các mô oxy hóa, tiết kiệm glucose, và gan chuyển đổi acetyl-CoA dư thừa thành thể ketone mà não dần dần sử dụng. Protein cơ cung cấp các axit amin tạo glucose sớm trong quá trình nhịn ăn, nhưng điều này bị hạn chế khi việc sử dụng thể ketone tăng lên, bảo tồn mô nạc. Hiệu ứng ròng là một sự phối hợp có trật tự giữa các cơ quan giúp mỗi mô được cung cấp nhiên liệu thích hợp khi sự sẵn có của chất dinh dưỡng thay đổi.

Clinical relevance

Tích hợp chuyển hóa giải thích cách cơ thể duy trì nhiên liệu cho não trong quá trình nhịn ăn và cách các cơ chế kiểm soát bị lỗi trong các tình trạng như nhiễm toan ceton do tiểu đường hoặc đói kéo dài. Mục này mô tả các cơ chế này như kiến thức nền tảng và không phải là cơ sở cho các quyết định về chế độ ăn uống hoặc điều trị cá nhân.

History

Các nghiên cứu của George Cahill về những người nhịn ăn vào những năm 1960 và 1970 đã lập bản đồ việc sử dụng tuần tự glycogen, tân tạo glucose và thể ketone, đồng thời cho thấy cách não chuyển sang nhiên liệu ketone, định nghĩa sự hiểu biết hiện đại về tích hợp nhiên liệu theo thời gian. Các công trình phân tử sau này về tín hiệu insulin đã làm rõ các công tắc hormone thúc đẩy những chuyển đổi này.

Key figures

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

Seminal works

• cahill-2006

Frequently asked questions

Những gì thay đổi giữa trạng thái no và đói?

Ở trạng thái no, insulin thúc đẩy lưu trữ glucose, chất béo và protein, trong khi khi nhịn ăn, glucagon và các hormone khác đảo ngược dòng chảy, huy động glycogen, chất béo và axit amin, đồng thời chuyển các mô sang sử dụng axit béo và thể ketone.

Làm thế nào não vẫn được cung cấp nhiên liệu trong quá trình nhịn ăn kéo dài?

Ban đầu, gan cung cấp glucose bằng cách tân tạo glucose, và khi quá trình nhịn ăn tiếp tục, não ngày càng sử dụng thể ketone được tạo ra từ chất béo, giúp tiết kiệm glucose và bảo tồn protein cơ.