2424 Efnaskipti og næring

24.5 Efnaskiptaástand líkamans

Námsmarkmið

Að loknum þessum kafla átt þú að geta:

Lýst því sem einkennir þrjú meginástand efnaskipta
Lýst ferlum sem eiga sér stað í upptökufasa efnaskipta
Lýst ferlum sem eiga sér stað í föstuástandi
Útskýrt hvernig líkaminn viðheldur orkuefnaskiptum við langvarandi föstu

Við borðum með hléum yfir daginn en frumur líkamans þurfa stöðugt aðgengi að orkuefnum. Heilinn notar venjulega einkum glúkósa en getur nýtt ketónkorn í vaxandi mæli við langvarandi föstu; rauðkorn eru hins vegar háð glúkósa. Eftir máltíð eru næringarefni bæði nýtt strax og geymd, meðal annars sem glýkógen og þríglýseríð. Milli máltíða og í föstu losar líkaminn síðan úr þessum birgðum og eykur myndun glúkósa og ketónkorna eftir þörfum. Þannig tryggja samhæf hormóna- og efnaskiptakerfi tiltölulega stöðugt framboð eldsneytis án þess að við þurfum að borða stöðugt.

Upptökufasi

Upptökufasi, eða ástandið eftir máltíð, tekur við meðan fæðan er melt og næringarefni frásogast; uppbyggingarferli eru þá yfirleitt meira áberandi en niðurbrotsferli. Kolvetnismelting hefst í munni, prótínmelting aðallega í maga og fitumelting að nokkru í munni og maga, en megnið af meltingu og frásogi allra þessara orkuefna fer fram í smáþörmum. Einsykrur og amínósýrur berast einkum í lifrarportblóð. Fitusýrur með langa keðju og mónóasýlglýseról eru sett saman í iðrakirni sem fara fyrst um sogæðakerfið, en fitusýrur með stutta eða meðallanga keðju geta farið beint í portblóð. Lifur, vöðvar og fituvefur taka síðan við næringarefnunum til oxunar, uppbyggingar eða geymslu.

Lengd upptökufasans fer eftir stærð og samsetningu máltíðar og er oft nokkrar klukkustundir, til dæmis um 4 klukkustundir. Hækkandi glúkósastyrkur og boð frá meltingarvegi örva beta-frumur briss til að seyta insúlíni. Insúlín eykur flutning glúkósa inn í beinagrindarvöðva og fitufrumur með GLUT4 og dregur úr glúkósaframleiðslu lifrar. Glúkósaflutningur inn í lifrarfrumur um GLUT2 er hins vegar ekki insúlínháður, þótt insúlín örvi þar glýkógen- og fitumyndun. Inni í frumum er glúkósi fosfóraður í glúkósa-6-fosfat, sem heldur frjálsum glúkósastyrk lágum og beinir sameindinni inn í efnaskiptaleiðir. Glýkógen lifrar stuðlar síðar að viðhaldi blóðsykurs, en vöðvaglýkógen er aðallega staðbundið eldsneyti. Insúlín örvar einnig upptöku amínósýra og próteinmyndun og hamlar niðurbroti prótína og þríglýseríða.

Eftir máltíð eru glúkósi og fitusýrur oxuð eftir orkuþörf vefjanna. Hluti glúkósans er geymdur sem glýkógen í lifur og vöðvum, en geymslurýmið er takmarkað. Þegar orkuinntaka er umfram notkun getur fituvefur geymt bæði fitusýrur úr fæðu og fitusýrur sem myndast úr umfram kolvetnum sem þríglýseríð. Umfang fitusýrumyndunar úr glúkósa ræðst þó af fæðusamsetningu, orkuframboði og efnaskiptaástandi; umframglúkósi breytist því ekki sjálfkrafa allur í fitu.

Mynd 24.21 dregur saman helstu efnaskiptaferli upptökufasans.

Skýringarmynd sýnir næringarefni berast til lifrarfrumna, vöðvafrumna og fitufrumna í upptökufasa. Rétt lífeðlisfræðileg túlkun er að insúlín örvi GLUT4-miðlaða glúkósaupptöku í vöðva og fituvef, glýkógenmyndun í lifur og vöðva og próteinmyndun úr amínósýrum; ketónamyndun er bæld eftir blandaða máltíð. Enska merkingin „ketogenesis“ við glýkógenmyndun í lifur er villa í frumteikningunni. — **Mynd 24.21.** Í upptökufasa eru næringarefni melt og frásoguð, oxuð eftir orkuþörf og geymd sem glýkógen eða þríglýseríð. Insúlín eykur glúkósaupptöku einkum í vöðva og fituvef en stýrir geymslu í lifur og glúkósaframleiðslu hennar án þess að virkja þar GLUT4.

Föstuástand

Föstuástand tekur við þegar frásogi eftir máltíð lýkur og nær yfir tímann milli máltíða, til dæmis næturföstu. Insúlínstyrkur lækkar og hlutfallsleg áhrif glúkagons og annarra mótstýrandi hormóna aukast. Lifrin byrjar á að losa glúkósa úr glýkógeni, en glýkógen vöðva er notað staðbundið og losar ekki frjálsan glúkósa í blóð. Um leið eykst fiturof í fituvef og margir vefir færa orkunotkun að fitusýrum. Blóðsykri er haldið innan tiltölulega þröngra marka; tölur á borð við 80–120 mg/dL eru aðeins einfölduð kennsludæmi en ekki algild greiningarmörk. Alfa-frumur briss seyta glúkagoni, sem örvar glýkógenrof og glúkósanýmyndun í lifur og hamlar glýkógenmyndun. Glúkósanýmyndun er alltaf lítillega virk en eykst í föstu og notar meðal annars laktat, alanín og glýseról; nýrnabörkur leggur vaxandi skerf til hennar þegar fastan lengist.

Í föstu minnka vöðvar og fituvefur insúlínháða glúkósaupptöku og nota meira af fitusýrum, en lifrin heldur áfram að losa glúkósa með glýkógenrofi og glúkósanýmyndun. Þegar næsta máltíð hefst hækkar insúlín, glúkósaframleiðsla lifrar minnkar og lifrar- og vöðvaglýkógen er endurnýjað. Lifrin hættir því ekki að taka upp glúkósa eftir langa föstu; nettóflæði hennar breytist úr glúkósalosun í upptöku eftir því sem hormónaboð og næringarefnaframboð breytast. Þegar glýkógenbirgðir hafa verið endurnýjaðar getur viðvarandi umframorka stuðlað að fitusýru- og þríglýseríðmyndun. Mynd 24.22 dregur saman helstu ferla föstuástandsins.

Skýringarmynd sýnir eldsneytisflæði milli lifrar, vöðva og fituvefs í föstuástandi. Rétt túlkun er að insúlínseyting minnki en stöðvist ekki, glúkagon verki einkum á lifur, vöðvaglýkógen nýtist staðbundið og lífeðlisfræðilegt fiturof manna ráðist einkum af litlum insúlínáhrifum og katekólamínum. Lifrin myndar ketónkorn en getur ekki nýtt þau með ketónaleysingu; aðeins glýserólhluti þríglýseríða, ekki kolefni jafnra fitusýra, getur orðið nettóglúkósi. — **Mynd 24.22.** Í föstuástandi styður glýkógen lifrar fyrst við blóðsykur, glúkósanýmyndun og fiturof aukast og margir vefir nýta meira af fitusýrum.

Langvarandi fasta

Við langvarandi föstu aðlagast efnaskiptin til að tryggja glúkósa þeim frumum sem þurfa hann og draga úr niðurbroti líkamsprótína. Þegar glýkógen lifrar gengur til þurrðar eykst glúkósanýmyndun úr laktati, alaníni, glýseróli og öðrum forverum. Fiturof losar fitusýrur sem flestir vefir geta oxað í asetýl-CoA og nýtt í sítrónusýruhringnum. Lifrin breytir hluta asetýl-CoA í ketónkorn. Heilinn eykur smám saman nýtingu ketónkorna en þarf áfram nokkurn glúkósa, og rauðkorn nota eingöngu glúkósa. Sykurrof stöðvast því ekki almennt; hlutfall eldsneytisgjafa breytist eftir frumugerð og lengd föstunnar. Vöðvar geta oxað pýrúvat sjálfir, en laktat og alanín berast einnig til lifrar og glýseról úr fituvef verður forveri glúkósanýmyndunar (sjá mynd 24.2).

Eftir nokkurra daga föstu verða ketónkorn sífellt mikilvægara eldsneyti fyrir heilann, en hjarta, beinagrindarvöðvar og aðrir vefir geta eftir aðstæðum nýtt bæði fitusýrur og ketónkorn. Aukin ketónnýting dregur úr glúkósaþörf heilans og þar með þörf fyrir amínósýrur úr líkamsprótínum, en stöðvar ekki prótínniðurbrot alveg. Þegar fitubirgðir ganga mjög á þrot eykst niðurbrot lífsnauðsynlegra prótína aftur. Hversu lengi einstaklingur þolir næringarskort ræðst því ekki aðeins af fitu- og prótínbirgðum heldur einnig af vökva- og saltbúskap, vítamínstöðu, heilsu, umhverfi og aðgengi að vökva.