Anatomy and Physiology II

Jesz okresowo w ciągu dnia; Jednak Twoje narządy, zwłaszcza mózg, potrzebują ciągłych dostaw glukozy. W jaki sposób organizm zaspokaja to stałe zapotrzebowanie na energię? Twoje ciało przetwarza spożywany pokarm zarówno do natychmiastowego wykorzystania, jak i, co ważne, do przechowywania jako energii na późniejsze potrzeby. Gdyby nie istniały metody magazynowania nadmiaru energii, musielibyśmy jeść bez przerwy, aby zaspokoić zapotrzebowanie na energię. Istnieją odrębne mechanizmy ułatwiające magazynowanie energii i udostępniające ją w czasie postu i głodu. Stan absorpcyjny, czyli stan odżywiania, występuje po posiłku, kiedy organizm trawi pokarm i wchłania składniki odżywcze (katabolizm przewyższa anabolizm). Trawienie rozpoczyna się w momencie, gdy wkładamy jedzenie do ust, ponieważ jest ono rozkładane na części składowe, które są wchłaniane przez jelita. Trawienie węglowodanów rozpoczyna się w jamie ustnej, podczas gdy trawienie białek i tłuszczów rozpoczyna się w żołądku i jelicie cienkim. Składniki tych węglowodanów, tłuszczów i białek są transportowane przez ścianę jelita i dostają się do krwiobiegu (cukry i aminokwasy) lub do układu limfatycznego (tłuszcze). Z jelit, systemy te transportują je do wątroby, tkanki tłuszczowej lub komórek mięśniowych, które będą przetwarzać i wykorzystywać lub magazynować energię.

W zależności od ilości i rodzaju spożywanych składników odżywczych, stan wchłaniania może utrzymywać się do 4 godzin. Spożycie pokarmu i wzrost stężenia glukozy w krwiobiegu stymulują komórki beta trzustki do uwalniania insuliny do krwiobiegu, gdzie rozpoczyna się wchłanianie glukozy z krwi przez hepatocyty wątroby oraz komórki tłuszczowe i mięśniowe. Wewnątrz tych komórek glukoza jest natychmiast przekształcana w glukozo-6-fosforan. W ten sposób tworzy się gradient stężeń, w którym poziom glukozy jest wyższy we krwi niż w komórkach. Umożliwia to dalsze przemieszczanie się glukozy z krwi do komórek, w których jest ona potrzebna. Insulina stymuluje również magazynowanie glukozy w postaci glikogenu w wątrobie i komórkach mięśniowych, gdzie może być ona wykorzystana do późniejszego zaspokojenia potrzeb energetycznych organizmu. Insulina promuje również syntezę białka w mięśniach. Jak widać, białko mięśniowe może być katabolizowane i wykorzystywane jako paliwo w czasach głodu.

Jeśli energia jest wywierana krótko po jedzeniu, tłuszcze i cukry dietetyczne, które zostały właśnie spożyte będą przetwarzane i wykorzystywane natychmiast na energię. Jeśli nie, nadmiar glukozy jest przechowywany jako glikogen w wątrobie i komórkach mięśniowych lub jako tłuszcz w tkance tłuszczowej; nadmiar tłuszczu w diecie jest również przechowywany jako trójglicerydy w tkance tłuszczowej. Rysunek 1 podsumowuje procesy metaboliczne zachodzące w organizmie podczas stanu wchłaniania.

Stan postabsorpcji

Stan postabsorpcji, lub stan postu, występuje, gdy pokarm został strawiony, wchłonięty i zmagazynowany. Zazwyczaj pości się przez noc, ale pomijanie posiłków w ciągu dnia również wprowadza ciało w stan poabsorpcyjny. W tym stanie organizm musi początkowo polegać na zmagazynowanym glikogenie. Poziom glukozy we krwi zaczyna spadać, ponieważ jest ona wchłaniana i wykorzystywana przez komórki. W odpowiedzi na spadek glukozy, spada również poziom insuliny. Magazynowanie glikogenu i triglicerydów ulega spowolnieniu. Jednakże, ze względu na zapotrzebowanie tkanek i narządów, poziom glukozy we krwi musi być utrzymywany w normalnym zakresie 80-120 mg/dl. W odpowiedzi na spadek stężenia glukozy we krwi, z komórek alfa trzustki uwalniany jest hormon glukagon. Glukagon oddziałuje na komórki wątroby, gdzie hamuje syntezę glikogenu i stymuluje rozkład zmagazynowanego glikogenu z powrotem do glukozy. Glukoza ta jest uwalniana z wątroby i wykorzystywana przez tkanki obwodowe i mózg. W rezultacie, poziom glukozy we krwi zaczyna rosnąć. Glukoneogeneza rozpocznie się również w wątrobie, aby zastąpić glukozę, która została wykorzystana przez tkanki peryferyjne.

Po spożyciu żywności, tłuszcze i białka są przetwarzane jak opisano wcześniej, jednak przetwarzanie glukozy zmienia się trochę. Tkanki obwodowe preferencyjnie wchłaniają glukozę. Wątroba, która normalnie wchłania i przetwarza glukozę, nie będzie tego robić po dłuższym poście. Glukoneogeneza, która trwa w wątrobie, będzie kontynuowana po poście, aby zastąpić zapasy glikogenu, które zostały uszczuplone w wątrobie. Po uzupełnieniu tych zapasów, nadmiar glukozy, który jest wchłaniany przez wątrobę, będzie przekształcany w trójglicerydy i kwasy tłuszczowe do długoterminowego przechowywania. Rysunek 2 podsumowuje procesy metaboliczne zachodzące w organizmie podczas stanu postabsorpcyjnego.

Garwacja

Gdy organizm jest pozbawiony pożywienia przez dłuższy okres czasu, przechodzi w „tryb przetrwania”. Pierwszym priorytetem dla przetrwania jest zapewnienie wystarczającej ilości glukozy lub paliwa dla mózgu. Drugim priorytetem jest zachowanie aminokwasów dla białek. Dlatego organizm wykorzystuje ketony do zaspokojenia potrzeb energetycznych mózgu i innych organów zależnych od glukozy, a także do utrzymania białek w komórkach. Ponieważ poziom glukozy jest bardzo niski podczas głodówki, glikoliza zostanie wyłączona w komórkach, które mogą korzystać z paliw alternatywnych. Na przykład, mięśnie przestawiają się z glukozy na kwasy tłuszczowe jako paliwo. Jak wcześniej wyjaśniono, kwasy tłuszczowe mogą być przekształcane w acetylo-CoA i przetwarzane w cyklu Krebsa w celu wytworzenia ATP. Pirogronian, mleczan i alanina z komórek mięśniowych nie są przekształcane w acetylo-CoA i wykorzystywane w cyklu Krebsa, ale są eksportowane do wątroby, gdzie są wykorzystywane do syntezy glukozy. Jak głód trwa, a więcej glukozy jest potrzebne, glicerol z kwasów tłuszczowych mogą być uwalniane i wykorzystywane jako źródło glukoneogenezy.

Po kilku dniach głodu, ciała ketonowe stają się głównym źródłem paliwa dla serca i innych narządów. Jak głód trwa, kwasy tłuszczowe i triglicerydy sklepy są wykorzystywane do tworzenia ketonów dla ciała. Zapobiega to dalszemu rozkładowi białek, które służą jako źródło węgla dla glukoneogenezy. Po całkowitym wyczerpaniu tych zapasów, białka z mięśni są uwalniane i rozkładane w celu syntezy glukozy. Ogólne przetrwanie zależy od ilości tłuszczu i białka przechowywanego w organizmie.

Chapter Review

Istnieją trzy główne stany metaboliczne organizmu: absorpcyjny (karmiony), postabsorpcyjny (na czczo) i głodowy. Podczas każdego dnia, twój metabolizm przełącza się pomiędzy stanami absorpcyjnymi i postabsorpcyjnymi. Stany głodu zdarzają się bardzo rzadko u ogólnie dobrze odżywionych osób. Kiedy ciało jest karmione, glukoza, tłuszcze i białka są wchłaniane przez błonę jelitową i dostają się do krwiobiegu i układu limfatycznego, gdzie są natychmiast wykorzystywane jako paliwo. Nadmiar jest przechowywany na późniejszych etapach postu. Kiedy poziom glukozy we krwi wzrasta, trzustka uwalnia insulinę, aby stymulować wychwyt glukozy przez hepatocyty w wątrobie, komórki mięśniowe/włókna i adipocyty (komórki tłuszczowe) oraz aby promować jej konwersję do glikogenu. Gdy rozpoczyna się stan poabsorpcyjny, poziom glukozy spada, co pociąga za sobą odpowiedni spadek poziomu insuliny. Spadający poziom glukozy powoduje, że trzustka uwalnia glukagon, który wyłącza syntezę glikogenu w wątrobie i stymuluje jego rozkład do glukozy. Glukoza jest uwalniana do krwiobiegu i służy jako źródło paliwa dla komórek w całym organizmie. Jeśli zapasy glikogenu zostaną wyczerpane podczas postu, alternatywne źródła, w tym kwasy tłuszczowe i białka, mogą być metabolizowane i wykorzystywane jako paliwo. Kiedy ciało ponownie wchodzi w stan absorpcji po poście, tłuszcze i białka są trawione i wykorzystywane do uzupełnienia zapasów tłuszczu i białek, podczas gdy glukoza jest przetwarzana i wykorzystywana najpierw do uzupełnienia zapasów glikogenu w tkankach obwodowych, a następnie w wątrobie. Jeżeli post nie zostanie przerwany i zacznie się głodówka, to w pierwszych dniach glukoza wytwarzana w procesie glukoneogenezy jest nadal wykorzystywana przez mózg i narządy. Po kilku dniach jednak z tłuszczów powstają ciała ketonowe, które służą jako preferencyjne źródło paliwa dla serca i innych narządów, dzięki czemu mózg może nadal korzystać z glukozy. Po wyczerpaniu tych zapasów, białka będą katabolizowane w pierwszej kolejności z narządów o szybkim obrocie, takich jak wyściółka jelit. Mięśnie zostaną oszczędzone, aby zapobiec utracie tkanki mięśniowej; jednak białka te zostaną wykorzystane, jeśli alternatywne magazyny nie będą dostępne.

Self Check

Odpowiedz na poniższe pytanie(a), aby sprawdzić, jak dobrze rozumiesz tematy poruszone w poprzedniej części.