Anatomie en Fysiologie II

U eet periodiek gedurende de dag; maar je organen, vooral de hersenen, hebben een voortdurende toevoer van glucose nodig. Hoe voldoet het lichaam aan deze constante vraag naar energie? Uw lichaam verwerkt het voedsel dat u eet zowel om het onmiddellijk te gebruiken als, wat belangrijk is, om het op te slaan als energie voor latere behoeften. Als er geen methode zou zijn om overtollige energie op te slaan, zou u voortdurend moeten eten om aan de energiebehoefte te voldoen. Er zijn verschillende mechanismen om de opslag van energie te vergemakkelijken, en om opgeslagen energie beschikbaar te maken in tijden van vasten en verhongering.

De absorptietoestand

De absorptietoestand, of de voedingstoestand, treedt op na een maaltijd wanneer uw lichaam het voedsel verteert en de voedingsstoffen opneemt (katabolisme overtreft anabolisme). De spijsvertering begint op het moment dat je het voedsel in je mond stopt, wanneer het voedsel wordt afgebroken in zijn samenstellende delen om door de darm te worden geabsorbeerd. De vertering van koolhydraten begint in de mond, terwijl de vertering van eiwitten en vetten in de maag en de dunne darm begint. De samenstellende delen van deze koolhydraten, vetten en eiwitten worden over de darmwand getransporteerd en komen in de bloedbaan (suikers en aminozuren) of in het lymfestelsel (vetten) terecht. Vanuit de darmen vervoeren deze systemen ze naar de lever, het vetweefsel of de spiercellen die de energie zullen verwerken en gebruiken, of opslaan.

Afhankelijk van de hoeveelheden en soorten ingenomen voedingsstoffen, kan de absorptietoestand tot 4 uur aanhouden. De inname van voedsel en de stijging van de glucoseconcentratie in de bloedbaan stimuleren de pancreas-bètacellen om insuline in de bloedbaan vrij te geven, waar het de absorptie van bloedglucose door leverhepatocyten en door vet- en spiercellen op gang brengt. Eenmaal in deze cellen wordt glucose onmiddellijk omgezet in glucose-6-fosfaat. Hierdoor wordt een concentratiegradiënt tot stand gebracht waarbij het glucosegehalte in het bloed hoger is dan in de cellen. Hierdoor kan glucose zich blijven verplaatsen van het bloed naar de cellen waar het nodig is. Insuline stimuleert ook de opslag van glucose als glycogeen in de lever en de spiercellen, waar het kan worden gebruikt voor latere energiebehoeften van het lichaam. Insuline bevordert ook de synthese van eiwitten in de spieren. Zoals u zult zien, kan spiereiwit worden gekataboliseerd en als brandstof worden gebruikt in tijden van verhongering.

Als kort na het eten energie wordt uitgeoefend, zullen de vetten en suikers uit de voeding die zojuist zijn ingenomen, worden verwerkt en onmiddellijk voor energie worden gebruikt. Zo niet, dan wordt de overtollige glucose opgeslagen als glycogeen in de lever en de spiercellen, of als vet in het vetweefsel; overtollig vet uit de voeding wordt ook opgeslagen als triglyceriden in het vetweefsel. Figuur 1 geeft een overzicht van de stofwisselingsprocessen die in het lichaam plaatsvinden tijdens de absorptietoestand.

De postabsorptietoestand

De postabsorptietoestand, of de vastenstaat, treedt op wanneer het voedsel is verteerd, geabsorbeerd, en opgeslagen. Gewoonlijk vast je ’s nachts, maar als je overdag maaltijden overslaat, komt je lichaam ook in de postabsorptieve toestand. Tijdens deze toestand moet het lichaam in eerste instantie vertrouwen op opgeslagen glycogeen. Het glucosegehalte in het bloed begint te dalen wanneer het wordt geabsorbeerd en door de cellen wordt gebruikt. In reactie op de daling van de glucose, daalt ook het insulinegehalte. De opslag van glycogeen en triglyceriden vertraagt. Vanwege de behoeften van de weefsels en organen moet het bloedglucosegehalte echter binnen het normale bereik van 80-120 mg/dL worden gehouden. Als reactie op een daling van de bloedglucoseconcentratie komt het hormoon glucagon vrij uit de alfacellen van de alvleesklier. Glucagon werkt in op de levercellen, waar het de synthese van glycogeen afremt en de afbraak van opgeslagen glycogeen terug tot glucose stimuleert. Deze glucose komt vrij uit de lever om te worden gebruikt door de perifere weefsels en de hersenen. Als gevolg daarvan begint het bloedglucosegehalte te stijgen. Gluconeogenese zal ook in de lever beginnen om de glucose te vervangen die door de perifere weefsels is gebruikt.

Na inname van voedsel worden vetten en eiwitten verwerkt zoals eerder beschreven; de verwerking van glucose verandert echter een beetje. De perifere weefsels absorberen bij voorkeur glucose. De lever, die normaal glucose absorbeert en verwerkt, zal dit niet doen na een langdurig vasten. De gluconeogenese die in de lever aan de gang is, zal na het vasten worden voortgezet om de glycogeenvoorraden die in de lever zijn uitgeput, aan te vullen. Nadat deze voorraden weer zijn aangevuld, wordt de overtollige glucose die door de lever is opgenomen, omgezet in triglyceriden en vetzuren voor opslag op lange termijn. Figuur 2 geeft een overzicht van de stofwisselingsprocessen die in het lichaam plaatsvinden tijdens de postabsorptieve fase.

Starvation

Wanneer het lichaam voor langere tijd van voeding verstoken blijft, gaat het in de “overlevingsstand”. De eerste prioriteit om te overleven is om voldoende glucose of brandstof voor de hersenen te leveren. De tweede prioriteit is het behoud van aminozuren voor eiwitten. Daarom gebruikt het lichaam ketonen om te voldoen aan de energiebehoeften van de hersenen en andere glucose-afhankelijke organen, en om eiwitten in de cellen te behouden. Omdat de glucosespiegels erg laag zijn tijdens verhongering, zal de glycolyse uitschakelen in cellen die alternatieve brandstoffen kunnen gebruiken. Zo zullen bijvoorbeeld de spieren overschakelen van glucose naar vetzuren als brandstof. Zoals eerder uitgelegd, kunnen vetzuren worden omgezet in acetyl-CoA en via de Krebs-cyclus worden verwerkt tot ATP. Pyruvaat, lactaat en alanine uit spiercellen worden niet omgezet in acetyl-CoA en gebruikt in de Krebs-cyclus, maar worden geëxporteerd naar de lever om te worden gebruikt bij de synthese van glucose. Naarmate de hongersnood voortduurt en er meer glucose nodig is, kan glycerol uit vetzuren vrijkomen en worden gebruikt als bron voor gluconeogenese.

Na enkele dagen van hongersnood worden ketonlichamen de belangrijkste bron van brandstof voor het hart en andere organen. Als de hongersnood voortduurt, worden vetzuren en triglyceridevoorraden gebruikt om ketonen voor het lichaam te maken. Dit voorkomt de verdere afbraak van eiwitten die als koolstofbron voor gluconeogenese dienen. Zodra deze voorraden volledig zijn uitgeput, worden eiwitten uit de spieren vrijgemaakt en afgebroken voor de synthese van glucose. De totale overleving is afhankelijk van de hoeveelheid vet en eiwit die in het lichaam is opgeslagen.

Chapter Review

Er zijn drie belangrijke metabolische toestanden van het lichaam: absorptief (gevoed), postabsorptief (vasten), en verhongering. Op een willekeurige dag wisselt de stofwisseling tussen de absorptieve en postabsorptieve toestand. Verhongering komt zeer zelden voor bij over het algemeen goed gevoede mensen. Wanneer het lichaam wordt gevoed, worden glucose, vetten en eiwitten door het darmmembraan geabsorbeerd en komen ze in de bloedbaan en het lymfestelsel terecht om onmiddellijk als brandstof te worden gebruikt. Het teveel wordt opgeslagen voor latere vastenfasen. Wanneer de bloedglucosespiegel stijgt, geeft de alvleesklier insuline af om de opname van glucose door hepatocyten in de lever, spiercellen/vezels en adipocyten (vetcellen) te stimuleren en de omzetting ervan in glycogeen te bevorderen. Wanneer de postabsorptieve toestand begint, daalt de glucosespiegel, en is er een overeenkomstige daling van de insulinespiegel. De dalende glucosespiegels zetten de alvleesklier aan tot de afgifte van glucagon om de glycogeensynthese in de lever uit te schakelen en de afbraak tot glucose te stimuleren. De glucose komt vrij in de bloedbaan om te dienen als brandstof voor cellen in het hele lichaam. Als de glycogeenvoorraden tijdens het vasten uitgeput raken, kunnen alternatieve bronnen, waaronder vetzuren en eiwitten, worden gemetaboliseerd en als brandstof worden gebruikt. Wanneer het lichaam na het vasten weer in de absorptietoestand komt, worden vetten en eiwitten verteerd en gebruikt om de vet- en eiwitvoorraden aan te vullen, terwijl glucose wordt verwerkt en eerst wordt gebruikt om de glycogeenvoorraden in de perifere weefsels aan te vullen, en daarna in de lever. Als het vasten niet wordt verbroken en de hongersnood begint, wordt gedurende de eerste dagen de door gluconeogenese geproduceerde glucose nog door de hersenen en de organen gebruikt. Na enkele dagen worden echter ketonlichamen uit vetten aangemaakt, die als preferentiële brandstofbron voor het hart en andere organen dienen, zodat de hersenen nog glucose kunnen gebruiken. Zodra deze voorraden uitgeput zijn, zullen eiwitten eerst worden gekataboliseerd uit de organen met een snelle omzet, zoals het darmslijmvlies. Spierweefsel wordt gespaard om verspilling van spierweefsel te voorkomen; deze eiwitten zullen echter worden gebruikt als er geen alternatieve voorraden beschikbaar zijn.

Zelftest

Beantwoord de onderstaande vraag of vragen om te zien hoe goed u de onderwerpen uit het vorige hoofdstuk begrijpt.