Sử dụng cơ chất và tính linh hoạt trao đổi chất

Sử dụng cơ chất là việc lựa chọn carbohydrate, chất béo hoặc protein làm nhiên liệu mà một mô oxy hóa tại một thời điểm nhất định, và tính linh hoạt trao đổi chất là khả năng chuyển đổi giữa các nhiên liệu này để đáp ứng với trạng thái dinh dưỡng và sinh lý. Một quá trình trao đổi chất lành mạnh sẽ oxy hóa chất béo trong thời gian nhịn ăn và chuyển sang carbohydrate sau bữa ăn giàu carbohydrate; việc mất đi khả năng đáp ứng này, được gọi là tính không linh hoạt trao đổi chất, có liên quan đến tình trạng kháng insulin.

Definition

Sử dụng cơ chất đề cập đến quá trình oxy hóa tương đối của carbohydrate, chất béo và protein bởi các mô; tính linh hoạt trao đổi chất là khả năng điều chỉnh quá trình oxy hóa nhiên liệu theo sự sẵn có của nhiên liệu — chuyển sang oxy hóa chất béo trong trạng thái nhịn ăn và chuyển sang oxy hóa carbohydrate để đáp ứng với insulin và lượng carbohydrate nạp vào.

Scope

Chủ đề này bao gồm cách thức điều hòa việc lựa chọn nhiên liệu, cách đo lường thông qua chỉ số hô hấp, và ý nghĩa của tính linh hoạt trao đổi chất trong quá trình chuyển đổi từ nhịn ăn sang ăn và trong bệnh tật. Đây là tài liệu tham khảo và giáo dục về chuyển hóa nhiên liệu, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Những tín hiệu nào xác định liệu một mô có oxy hóa glucose hay acid béo tại một thời điểm nhất định?
• Việc lựa chọn nhiên liệu được đo lường in vivo từ trao đổi khí hô hấp như thế nào?
• Cơ thể chuyển đổi nhiên liệu như thế nào trong quá trình chuyển đổi từ nhịn ăn sang ăn?
• Sự chuyển đổi nhiên liệu bị suy giảm (tính không linh hoạt trao đổi chất) liên quan đến kháng insulin như thế nào?

Key concepts

• Lựa chọn nhiên liệu
• Chỉ số hô hấp
• Chu trình glucose-acid béo (Randle)
• Chuyển đổi từ nhịn ăn sang ăn
• Tính linh hoạt và không linh hoạt trao đổi chất
• Oxy hóa glucose được kích thích bởi insulin
• Xử lý cơ chất của cơ xương

Key theories

Chu trình glucose-acid béo (Randle)

Quá trình oxy hóa acid béo tăng lên làm tăng acetyl-CoA và citrate ty thể, ức chế các enzyme glycolytic và xử lý pyruvate chủ chốt, do đó ức chế quá trình oxy hóa glucose; hai nhiên liệu cạnh tranh lẫn nhau, cung cấp cơ sở sinh hóa cho việc lựa chọn nhiên liệu và mối liên hệ của nó với độ nhạy insulin.

Tính linh hoạt trao đổi chất

Cơ xương và quá trình trao đổi chất toàn cơ thể khỏe mạnh điều chỉnh quá trình oxy hóa nhiên liệu một cách thích hợp khi nhịn ăn và ăn; khả năng giảm sút để ức chế quá trình oxy hóa chất béo và tăng quá trình oxy hóa glucose sau khi dùng insulin hoặc carbohydrate được gọi là tính không linh hoạt trao đổi chất và có liên quan đến kháng insulin và béo phì.

Mechanisms

Việc lựa chọn nhiên liệu được điều chỉnh bởi cả sự cạnh tranh cơ chất — được mô tả bởi chu trình glucose-acid béo, trong đó quá trình oxy hóa acid béo ức chế quá trình oxy hóa glucose thông qua sự tích tụ acetyl-CoA và citrate (Randle et al., 1963) — và bởi sự kiểm soát hormone, chủ yếu là insulin, thúc đẩy quá trình oxy hóa và lưu trữ glucose trong khi hạn chế quá trình phân giải lipid. In vivo, nhiên liệu chủ yếu được suy ra từ chỉ số hô hấp và các phương trình phân chia của phép đo nhiệt lượng gián tiếp (Frayn, 1983). Cơ bắp có tính linh hoạt trao đổi chất tăng cường quá trình oxy hóa chất béo khi nhịn ăn và chuyển sang oxy hóa carbohydrate sau khi dùng insulin hoặc nạp carbohydrate; khả năng chuyển đổi giảm sút này, được quan sát thấy ở bệnh béo phì và kháng insulin, đặc trưng cho tính không linh hoạt trao đổi chất (Kelley et al., 1999; Galgani et al., 2008; Goodpaster & Sparks, 2017).

Clinical relevance

Sử dụng cơ chất và tính linh hoạt trao đổi chất là khung để các nhà nghiên cứu diễn giải việc xử lý nhiên liệu trong bệnh béo phì, đái tháo đường type 2 và các tình trạng chuyển hóa liên quan. Nội dung mang tính mô tả và giáo dục và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân hóa.

History

Randle và các cộng sự đã giới thiệu chu trình glucose-acid béo vào năm 1963, định hình lại việc lựa chọn nhiên liệu như một vấn đề cạnh tranh cơ chất với những hàm ý đối với độ nhạy insulin. Các nghiên cứu về việc xử lý nhiên liệu của cơ xương, đặc biệt là của Kelley và các cộng sự vào những năm 1990, đã chỉ ra rằng béo phì và kháng insulin đi kèm với sự suy giảm khả năng chuyển đổi giữa quá trình oxy hóa chất béo và carbohydrate, dẫn đến khái niệm về tính linh hoạt trao đổi chất mà các đánh giá sau này (Galgani et al., 2008; Goodpaster & Sparks, 2017) đã tinh chỉnh.

Debates

Tính không linh hoạt trao đổi chất là nguyên nhân hay hậu quả của kháng insulin?

Việc liệu sự chuyển đổi nhiên liệu bị suy giảm có thúc đẩy sự phát triển của kháng insulin hay chỉ phản ánh nó vẫn đang được thảo luận; mối quan hệ này là hai chiều và phụ thuộc vào mô, phương pháp luận và bối cảnh sinh lý.

Key figures

• Philip Randle
• David Kelley
• Bret Goodpaster
• Eric Ravussin

Seminal works

• randle-1963
• kelley-1999
• galgani-2008
• goodpaster-sparks-2017

Frequently asked questions

Chỉ số hô hấp cho chúng ta biết điều gì về việc sử dụng nhiên liệu?

Chỉ số hô hấp — tỷ lệ carbon dioxide được tạo ra so với oxy tiêu thụ — đạt khoảng 1.0 khi carbohydrate là nhiên liệu chính và khoảng 0.7 khi chất béo chiếm ưu thế, do đó nó cho biết hỗn hợp các cơ chất đang được oxy hóa.

Tính không linh hoạt trao đổi chất là gì?

Đó là khả năng giảm sút trong việc chuyển đổi quá trình oxy hóa nhiên liệu một cách thích hợp khi ăn và nhịn ăn — ví dụ, không ức chế quá trình oxy hóa chất béo và tăng quá trình oxy hóa glucose sau khi nạp carbohydrate — và nó có liên quan đến kháng insulin và béo phì.