代谢燃料等级与底物利用

代谢燃料等级与底物利用描述了身体在任何给定时刻如何选择燃烧哪种燃料。葡萄糖、脂肪酸、酮体和氨基酸并非可互换使用；它们的利用是根据可用性、组织需求和代谢状态进行排序和调整的，并且选择一种燃料会抑制其他燃料的使用。

Definition

代谢燃料等级与底物利用是指组织和整个有机体在可用的能量底物（葡萄糖、脂肪酸、酮体和氨基酸）中进行优先、受调节的选择，从而使燃料氧化与可用性和需求相匹配，其中一种底物的使用会相互限制其他底物的使用。

Scope

本主题涵盖了燃料的优先顺序、葡萄糖-脂肪酸循环所体现的葡萄糖和脂肪酸之间的竞争、大脑和红细胞等组织的特殊燃料需求，以及底物选择在进食和禁食状态之间如何转变。它是代谢生物化学和生理学的参考资料，而非营养或临床处方。

Core questions

• 组织如何决定氧化哪种燃料？
• 葡萄糖和脂肪酸作为燃料如何竞争？
• 哪些组织有强制性的燃料需求？
• 燃料选择如何随禁食和进食而变化？

Key concepts

• 底物竞争
• 葡萄糖-脂肪酸（Randle）循环
• 强制性葡萄糖利用组织
• 脂肪酸和酮体作为替代燃料
• 组织特异性燃料偏好
• 呼吸商作为燃料混合的指标
• 葡萄糖节约

Key theories

葡萄糖-脂肪酸（Randle）循环

葡萄糖和脂肪酸竞争氧化：脂肪酸可用性和氧化增加会提高细胞内信号，从而抑制葡萄糖的摄取和利用；反之，高葡萄糖会抑制脂肪氧化，为燃料选择提供底物水平的机制。

禁食过渡中的燃料等级

在禁食过程中，燃料的使用遵循由可用性和组织需求决定的顺序：首先是膳食和储存的葡萄糖，然后是脂肪酸和由此产生的酮体，葡萄糖则保留给需要它的组织。

Mechanisms

燃料选择由可用性、激素状态和相互生化信号决定。Randle 描述的葡萄糖-脂肪酸循环表明，当脂肪酸氧化较高时，乙酰辅酶A和柠檬酸盐的升高会抑制关键的糖酵解步骤，从而节省葡萄糖；反之，充足的葡萄糖和胰岛素会抑制脂肪氧化。组织在偏好上有所不同：心脏易于使用脂肪酸和乳酸，静息骨骼肌偏爱脂肪酸，而红细胞由于缺乏线粒体而依赖葡萄糖，大脑使用葡萄糖但在长时间禁食期间会适应酮体。AMP 活化蛋白激酶等能量传感器会根据能量状态进一步调整氧化哪种底物。燃料使用的总体模式可以通过呼吸商间接读取。

Clinical relevance

燃料选择在糖尿病、肥胖症和危重疾病中会发生改变，底物竞争的概念是身体如何适应禁食、运动和疾病的基础。本条目将其作为参考生物化学和生理学呈现，并非膳食处方或个体化医疗决策的依据。

History

燃料选择的系统研究随着 Randle 及其同事在 1963 年对葡萄糖-脂肪酸循环的描述而取得进展，该描述为两种主要燃料之间的竞争提供了生化机制。Cahill 对人类禁食的研究随后描绘了身体偏好的燃料如何随时间变化，后来关于细胞能量传感器的研究将底物选择与更广泛的代谢调节联系起来。

Key figures

• Philip Randle
• George Cahill
• Eric Newsholme
• D. Grahame Hardie

Seminal works

• randle-1963
• cahill-2006

Frequently asked questions

代谢燃料等级是什么意思？

它指的是身体并非同时平等地使用所有燃料，而是根据可用性、组织需求以及是进食还是禁食状态，对燃料的使用进行排序和调整，偏爱特定的底物。

为什么并非所有组织都能简单地燃烧任何可用的燃料？

组织在酶和结构上有所不同：红细胞缺乏线粒体并依赖葡萄糖，大脑通常依赖葡萄糖但可以适应酮体，肌肉和心脏易于使用脂肪酸；这些差异导致了组织特异性的燃料偏好。