Hormonel kontrol af energistofskiftet
Offentliggørelsen af insulin i 1921 var en af de vigtigste begivenheder i den moderne medicin. Den reddede livet på utallige patienter, der var ramt af diabetes mellitus, en forstyrrelse i kulhydratstofskiftet, som er karakteriseret ved kroppens manglende evne til at producere eller reagere på insulin. Opdagelsen af insulin indledte også den nuværende forståelse af den endokrine bugspytkirtels funktion. Betydningen af den endokrine bugspytkirtel ligger i det faktum, at insulin spiller en central rolle i reguleringen af energistofskiftet. En relativ eller absolut mangel på insulin fører til diabetes mellitus, som er en væsentlig årsag til sygdom og død i hele verden.
Det pancreatiske hormon glukagon spiller sammen med insulin også en central rolle i opretholdelsen af glukosehomeostase og i reguleringen af næringsstoflagring. En tilstrækkelig forsyning af glukose er nødvendig for optimal vækst og udvikling af kroppen og for funktionen af centralnervesystemet, for hvilket glukose er den vigtigste energikilde. Derfor er der udviklet udførlige mekanismer for at sikre, at blodglukosekoncentrationerne holdes inden for snævre grænser under både fest og hungersnød. Overskydende næringsstoffer, der indtages, kan lagres i kroppen og gøres tilgængelige senere – f.eks. når der er mangel på næringsstoffer, som under faste, eller når kroppen bruger energi, som under fysisk aktivitet. Adiposevævet er det vigtigste sted for oplagring af næringsstoffer, næsten alle i form af fedt. Et enkelt gram fedt indeholder dobbelt så mange kalorier som et enkelt gram kulhydrat eller protein. Desuden er indholdet af vand meget lavt (10 %) i fedtvævet. Således har et kilo fedtvæv 10 gange så meget kalorieindhold som den samme vægt af muskelvæv.
Når maden er indtaget, fordøjes og optages kulhydratmolekyler som glukose. Den deraf følgende stigning i blodglukosekoncentrationerne efterfølges af en 5- til 10-dobbelt stigning i seruminsulinkoncentrationerne, som stimulerer glukoseoptagelsen i lever-, fedt- og muskelvæv og hæmmer glukosefrigivelsen fra levervævet. Fedtsyrer og aminosyrer, der stammer fra fordøjelsen af fedt og protein, optages også af og lagres i leveren og perifere væv, især fedtvæv. Insulin hæmmer også lipolyse (nedbrydning af fedt), hvilket forhindrer mobilisering af fedt. Under den “fodrede” eller anabole tilstand lagres således de indtagne næringsstoffer, der ikke straks udnyttes, en proces, der i høj grad afhænger af den fødevareassocierede stigning i insulinudskillelsen.
Få timer efter et måltid, når tarmabsorptionen af næringsstoffer er afsluttet, og blodglukosekoncentrationerne er faldet til værdierne før måltidet, falder insulinudskillelsen, og leverens glukoseproduktion genoptages for at opretholde hjernens behov. På samme måde øges lipolysen, hvilket giver fedtsyrer, der kan bruges som brændstof af muskelvævet, og glycerol, der kan omdannes til glukose i leveren. Efterhånden som fasteperioden forlænges (f.eks. 12-14 timer), fortsætter blodglukosekoncentrationerne og insulinsekretionen med at falde, og glukagonsekretionen stiger. Stigningen i glukagonsekretionen og det samtidige fald i insulinsekretionen stimulerer nedbrydningen af glykogen til glukose (glykogenolyse) og dannelsen af glukose fra aminosyrer og glycerol (glukoneogenese) i leveren. Når leverglykogenet er opbrugt, opretholdes blodglukosekoncentrationerne ved hjælp af gluconeogenese. Fastetilstanden, eller den kataboliske tilstand, er således karakteriseret ved nedsat insulinsekretion, øget glukagonsekretion og mobilisering af næringsstoffer fra lagre i lever, muskler og fedtvæv.
Med yderligere faste fortsætter lipolysehastigheden med at stige i flere dage for derefter at nå et lavpunkt. En stor del af de fedtsyrer, der frigives fra fedtvævet, omdannes til ketosyrer (beta-hydroxybuttersyre og acetoeddikesyre, også kendt som ketonlegemer) i leveren, en proces, der stimuleres af glucagon. Disse keto-syrer er små molekyler, der indeholder to kulstofatomer. Hjernen, som normalt bruger glukose til energi, begynder at bruge keto-syrer ud over glukose. Til sidst dækkes mere end halvdelen af hjernens daglige metaboliske energibehov af keto-syrerne, hvilket mindsker behovet for glukoseproduktion i leveren og behovet for glukoneogenese generelt betydeligt. Dette reducerer behovet for aminosyrer, der produceres ved muskelnedbrydning, og skåner dermed muskelvævet. Sult er karakteriseret ved lave seruminsulinkoncentrationer, høje serumglucagonkoncentrationer og høje serumkoncentrationer af frie fedtsyrer og ketosyrer.
Sammenfattende stimulerer insulin i fed tilstand transporten af glukose til vævene (til at blive forbrugt som brændstof eller lagret som glykogen), transporten af aminosyrer til vævene (til at opbygge eller erstatte protein) og transporten af fedtsyrer til vævene (til at tilvejebringe et depot af fedt til fremtidige energibehov). I fastende tilstand falder insulinudskillelsen, og glukagonudskillelsen stiger. Leverglykogendepoter, senere efterfulgt af protein- og fedtdepoter, mobiliseres for at producere glukose. I sidste ende dækkes de fleste næringsstofbehov af fedtsyrer, der mobiliseres fra fedtdepoterne.
Robert D. Utiger