Hormonální řízení energetického metabolismu
Objev inzulínu v roce 1921 byl jednou z nejdůležitějších událostí moderní medicíny. Zachránil život bezpočtu pacientů postižených cukrovkou, což je porucha metabolismu sacharidů charakterizovaná neschopností organismu produkovat inzulin nebo na něj reagovat. Objev inzulinu také předznamenal dnešní chápání funkce endokrinní slinivky. Význam endokrinní slinivky spočívá v tom, že inzulin hraje ústřední roli v regulaci energetického metabolismu. Relativní nebo absolutní nedostatek inzulinu vede k diabetu mellitu, který je hlavní příčinou onemocnění a úmrtí na celém světě.
Hormon slinivky břišní glukagon ve spojení s inzulinem hraje také klíčovou roli při udržování homeostázy glukózy a při regulaci ukládání živin. Dostatečný přísun glukózy je nutný pro optimální tělesný růst a vývoj a pro funkci centrálního nervového systému, pro který je glukóza hlavním zdrojem energie. Proto se vyvinuly důmyslné mechanismy, které zajišťují, aby se koncentrace glukózy v krvi udržovala v úzkých mezích jak v době hladu, tak v době hodování. Přebytečné živiny, které jsou spotřebovány, mohou být v těle uloženy a později zpřístupněny – například při nedostatku živin, jako je tomu při hladovění, nebo když tělo spotřebovává energii, jako je tomu při fyzické aktivitě. Hlavním místem ukládání živin je tuková tkáň, téměř všechny ve formě tuku. Jeden gram tuku obsahuje dvakrát více kalorií než jeden gram sacharidů nebo bílkovin. Kromě toho je v tukové tkáni velmi nízký obsah vody (10 %). Kilogram tukové tkáně má tedy desetkrát vyšší kalorickou hodnotu než stejná hmotnost svalové tkáně.
Po požití potravy jsou molekuly sacharidů stráveny a vstřebány jako glukóza. Výsledné zvýšení koncentrace glukózy v krvi je následováno 5 až 10násobným zvýšením koncentrace inzulínu v séru, který stimuluje vychytávání glukózy jaterní, tukovou a svalovou tkání a inhibuje uvolňování glukózy z jaterní tkáně. Mastné kyseliny a aminokyseliny pocházející z trávení tuků a bílkovin jsou rovněž vychytávány a ukládány v játrech a periferních tkáních, zejména v tukové tkáni. Inzulin také inhibuje lipolýzu (odbourávání tuků), čímž zabraňuje mobilizaci tuků. Během „sytého“ nebo anabolického stavu se tedy požité živiny, které nejsou okamžitě využity, ukládají, což je proces do značné míry závislý na zvýšení sekrece inzulinu spojené s jídlem.
Několik hodin po jídle, když je vstřebávání živin ve střevě dokončeno a koncentrace glukózy v krvi klesne na hodnoty před jídlem, se sekrece inzulinu sníží a obnoví se produkce glukózy v játrech, aby se udržely potřeby mozku. Podobně se zvyšuje lipolýza, která poskytuje mastné kyseliny, jež mohou být využity jako palivo ve svalové tkáni, a glycerol, který může být v játrech přeměněn na glukózu. S prodlužující se dobou hladovění (např. 12 až 14 hodin) se koncentrace glukózy v krvi a sekrece inzulínu nadále snižují a zvyšuje se sekrece glukagonu. Zvýšení sekrece glukagonu a současné snížení sekrece inzulinu stimuluje odbourávání glykogenu za vzniku glukózy (glykogenolýza) a produkci glukózy z aminokyselin a glycerolu (glukoneogeneze) v játrech. Po vyčerpání jaterního glykogenu se koncentrace glukózy v krvi udržuje glukoneogenezí. Stav nalačno neboli katabolický stav je tedy charakterizován sníženou sekrecí inzulínu, zvýšenou sekrecí glukagonu a mobilizací živin ze zásob v játrech, svalech a tukové tkáni.
Při dalším hladovění se rychlost lipolýzy ještě několik dní zvyšuje a poté se zastaví. Velká část mastných kyselin uvolněných z tukové tkáně se v játrech přeměňuje na ketokyseliny (kyselinu beta-hydroxymáselnou a kyselinu acetoctovou, známé také jako ketolátky), přičemž tento proces je stimulován glukagonem. Tyto ketokyseliny jsou malé molekuly, které obsahují dva atomy uhlíku. Mozek, který obvykle využívá k získávání energie glukózu, začne kromě glukózy využívat i ketokyseliny. Nakonec je více než polovina denní metabolické energetické potřeby mozku pokryta ketokyselinami, čímž se podstatně sníží potřeba produkce glukózy v játrech a potřeba glukoneogeneze obecně. Tím se snižuje potřeba aminokyselin vznikajících při odbourávání svalů, čímž se šetří svalová tkáň. Hladovění je charakterizováno nízkými sérovými koncentracemi inzulínu, vysokými sérovými koncentracemi glukagonu a vysokými sérovými koncentracemi volných mastných kyselin a ketokyselin.
Shrnem lze říci, že ve stavu nasycení inzulín stimuluje transport glukózy do tkání (aby byla spotřebována jako palivo nebo uložena jako glykogen), transport aminokyselin do tkání (k tvorbě nebo náhradě bílkovin) a transport mastných kyselin do tkání (k zajištění zásob tuku pro budoucí energetické potřeby). Ve stavu hladovění se snižuje sekrece inzulinu a zvyšuje sekrece glukagonu. K produkci glukózy se mobilizují zásoby jaterního glykogenu a později i zásoby bílkovin a tuků. Nakonec je většina nutričních potřeb zajištěna mastnými kyselinami mobilizovanými z tukových zásob.
Robert D. Utiger