Tích hợp chuyển hóa trong trạng thái no và đói

Cơ thể liên tục chuyển đổi giữa hai chế độ chuyển hóa: trạng thái no (sau ăn), trong đó các chất dinh dưỡng được hấp thụ và lưu trữ, và trạng thái đói (sau hấp thụ), trong đó các nhiên liệu dự trữ được huy động để duy trì hoạt động của não và các mô khác. Sự cân bằng insulin-glucagon điều phối sự chuyển đổi này trên gan, cơ xương và mô mỡ, định hướng liệu nhiên liệu được lắng đọng dưới dạng glycogen và chất béo hay được giải phóng dưới dạng glucose, axit béo tự do và thể ketone.

Definition

Tích hợp chuyển hóa trong trạng thái no và đói là sự điều hòa phối hợp, theo hướng hormone, của việc lưu trữ và huy động nhiên liệu giữa các cơ quan, chuyển đổi giữa việc lắng đọng chất dinh dưỡng sau bữa ăn và giải phóng nhiên liệu nội sinh trong thời gian nhịn ăn để duy trì cung cấp năng lượng và đường huyết.

Scope

Chủ đề này bao gồm cách thức chuyển hóa toàn cơ thể được phối hợp giữa việc ăn và nhịn ăn: các hoạt động của insulin trong trạng thái no (hấp thu glucose, tổng hợp glycogen và chất béo), các hoạt động của glucagon và các hormone đối kháng trong trạng thái đói (phân giải glycogen, tân tạo đường, phân giải lipid, tạo thể ketone), và sự lưu chuyển nhiên liệu giữa các cơ quan như gan, cơ và mỡ. Đây là một tổng hợp mang tính tham khảo-giáo dục về chuyển hóa năng lượng bình thường và sự rối loạn của nó, không bao gồm hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Những thay đổi chuyển hóa nào định nghĩa trạng thái no (sau ăn)?
• Những thay đổi chuyển hóa nào định nghĩa trạng thái đói (sau hấp thụ)?
• Gan, cơ và mô mỡ phân chia công việc lưu trữ và huy động như thế nào?
• Tỷ lệ insulin-glucagon điều khiển sự chuyển đổi giữa trạng thái no và đói như thế nào?
• Nhịn ăn kéo dài làm thay đổi việc sử dụng nhiên liệu sang chất béo và thể ketone như thế nào?

Key concepts

• Trạng thái no (sau ăn)
• Trạng thái đói (sau hấp thụ)
• Tổng hợp glycogen và phân giải glycogen
• Tân tạo đường
• Phân giải lipid và tạo thể ketone
• Lưu chuyển nhiên liệu giữa các cơ quan
• Tỷ lệ insulin-glucagon

Key theories

Kiểm soát hormone của sự chuyển đổi nhiên liệu no-đói

Sự chuyển đổi giữa lưu trữ và huy động được thiết lập bởi tỷ lệ insulin-glucagon: insulin cao trong trạng thái no thúc đẩy hấp thu glucose và tổng hợp glycogen và chất béo, trong khi insulin thấp cùng với glucagon và các hormone đối kháng cao trong trạng thái đói thúc đẩy phân giải glycogen, tân tạo đường, phân giải lipid và tạo thể ketone.

Mechanisms

Trong trạng thái no, glucose và insulin tăng cao thúc đẩy sự hấp thu glucose của cơ và mỡ, tổng hợp glycogen ở gan và cơ, và tạo lipid, đồng thời ức chế sản xuất glucose ở gan; cơ thể lưu trữ nhiên liệu nạp vào. Trong trạng thái đói, glucose và insulin giảm và glucagon cùng các hormone đối kháng khác tăng lên, do đó gan giải phóng glucose bằng cách phân giải glycogen và tân tạo đường, mô mỡ giải phóng axit béo tự do bằng cách phân giải lipid, và khi nhịn ăn kéo dài, gan sản xuất thể ketone như một nhiên liệu thay thế giúp tiết kiệm glucose cho não. Gan, cơ và mô mỡ trao đổi các chất nền một cách tích hợp để duy trì đường huyết và cung cấp năng lượng trong suốt chu trình (Saltiel & Kahn, 2001).

Clinical relevance

Sự rối loạn tích hợp chuyển hóa là cơ sở của các bệnh chuyển hóa phổ biến: kháng insulin làm suy yếu sự ức chế bình thường của việc giải phóng glucose và chất béo trong trạng thái no, góp phần gây tăng đường huyết và tích tụ mỡ lạc chỗ, và sự tràn ngập nhiên liệu giữa các cơ quan liên kết béo phì với đái tháo đường type 2 và bệnh tim mạch chuyển hóa. Mục này mô tả sinh lý học tích hợp và cơ sở của sự rối loạn của nó để tham khảo giáo dục và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị (Samuel & Shulman, 2012; Shulman, 2014).

History

Khái niệm về các trạng thái chuyển hóa no và đói riêng biệt, được điều chỉnh bởi sự cân bằng của insulin và các hormone đối kháng, đã được củng cố thông qua các công trình nghiên cứu trong thế kỷ XX về chuyển hóa trung gian và trao đổi nhiên liệu giữa các cơ quan. Các nghiên cứu sau này đã liên kết các rối loạn của sự tích hợp này, đặc biệt là sự lắng đọng mỡ lạc chỗ và hoạt động insulin suy giảm, với kháng insulin và đái tháo đường type 2, thống nhất sinh lý học cấp độ cơ quan với bệnh chuyển hóa (DeFronzo, 2009; Shulman, 2014).

Debates

Mỡ lạc chỗ làm gián đoạn việc xử lý nhiên liệu trong trạng thái no-đói như thế nào?

Sự tích tụ lipid trong gan và cơ có liên quan chặt chẽ với kháng insulin, nhưng liệu các loại lipid cụ thể có gây suy yếu tín hiệu insulin một cách nhân quả hay không, và điều này làm thay đổi sự chuyển đổi bình thường giữa lưu trữ và huy động như thế nào, vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa trạng thái no và đói là gì?

Trong trạng thái no, sau khi ăn, insulin thúc đẩy cơ thể hấp thu và lưu trữ chất dinh dưỡng dưới dạng glycogen và chất béo. Trong trạng thái đói, giữa các bữa ăn, insulin thấp và glucagon cao thúc đẩy cơ thể giải phóng nhiên liệu dự trữ để duy trì đường huyết ổn định.

Tại sao cơ thể tạo ra thể ketone trong thời gian nhịn ăn kéo dài?

Khi nhịn ăn kéo dài, gan chuyển đổi axit béo thành thể ketone, mà não và các mô khác có thể sử dụng làm nhiên liệu. Điều này giúp tiết kiệm glucose và giảm nhu cầu phân giải protein để tân tạo đường.