Energia-aineenvaihdunnan hormonaalinen ohjaus
Insuliinin löytäminen vuonna 1921 oli yksi tärkeimmistä tapahtumista nykyaikaisessa lääketieteessä. Se pelasti lukemattomien potilaiden hengen, jotka kärsivät diabetes mellituksesta, hiilihydraattiaineenvaihdunnan häiriöstä, jolle on ominaista elimistön kyvyttömyys tuottaa insuliinia tai vastata siihen. Insuliinin löytäminen johti myös nykyiseen ymmärrykseen haiman hormonitoiminnasta. Haiman merkitys perustuu siihen, että insuliinilla on keskeinen rooli energia-aineenvaihdunnan säätelyssä. Insuliinin suhteellinen tai absoluuttinen puute johtaa diabetes mellitukseen, joka on merkittävä sairauksien ja kuolemien aiheuttaja kaikkialla maailmassa.
Haimahormoni glukagonilla on yhdessä insuliinin kanssa myös keskeinen rooli glukoosin homeostaasin ylläpitämisessä ja ravinteiden varastoinnin säätelyssä. Riittävä glukoosin saanti on välttämätöntä elimistön optimaalisen kasvun ja kehityksen sekä keskushermoston toiminnan kannalta, jolle glukoosi on tärkein energianlähde. Siksi on kehittynyt monimutkaisia mekanismeja, joilla varmistetaan, että veren glukoosipitoisuudet pysyvät kapeissa rajoissa sekä juhlan että nälän aikana. Kulutetut ylimääräiset ravintoaineet voidaan varastoida elimistöön ja ottaa käyttöön myöhemmin – esimerkiksi silloin, kun ravintoaineista on pulaa, kuten paaston aikana, tai kun elimistö käyttää energiaa, kuten fyysisen aktiivisuuden aikana. Rasvakudos on tärkein ravintoaineiden varastointipaikka, ja lähes kaikki ravintoaineet varastoituvat rasvan muodossa. Yksi gramma rasvaa sisältää kaksi kertaa enemmän kaloreita kuin yksi gramma hiilihydraattia tai proteiinia. Lisäksi rasvakudoksen vesipitoisuus on hyvin alhainen (10 prosenttia). Näin ollen kilossa rasvakudosta on 10 kertaa enemmän kaloreita kuin samanpainoisessa lihaskudoksessa.
Ruoan nauttimisen jälkeen hiilihydraattimolekyylit sulatetaan ja imeytyvät glukoosina. Tästä johtuvaa veren glukoosipitoisuuden nousua seuraa seerumin insuliinipitoisuuden 5-10-kertainen nousu, joka stimuloi glukoosin ottoa maksa-, rasva- ja lihaskudoksiin ja estää glukoosin vapautumista maksakudoksesta. Rasvan ja proteiinin pilkkomisesta peräisin olevat rasvahapot ja aminohapot kulkeutuvat myös maksaan ja perifeerisiin kudoksiin, erityisesti rasvakudokseen, ja varastoituvat niihin. Insuliini estää myös lipolyysiä (rasvan hajoamista), mikä estää rasvan mobilisoitumisen. Näin ollen ”syötetyn” eli anabolisen tilan aikana nautitut ravintoaineet, joita ei välittömästi hyödynnetä, varastoituvat, ja tämä prosessi on suurelta osin riippuvainen ruokaan liittyvästä insuliinin erityksen lisääntymisestä.
Muutama tunti aterian jälkeen, kun ravintoaineiden imeytyminen suolistossa on päättynyt ja veren glukoosipitoisuudet ovat laskeneet kohti ateriaa edeltäviä arvoja, insuliinin eritys vähenee ja maksan glukoosin tuotanto jatkuu aivojen tarpeiden ylläpitämiseksi. Vastaavasti lipolyysi lisääntyy, jolloin saadaan rasvahappoja, joita lihaskudos voi käyttää polttoaineena, ja glyserolia, joka voidaan muuntaa glukoosiksi maksassa. Kun paastoaika pitenee (esim. 12-14 tuntia), veren glukoosipitoisuus ja insuliinin eritys laskevat edelleen ja glukagonin eritys lisääntyy. Glukagonin erityksen lisääntyminen ja samanaikainen insuliinin erityksen väheneminen stimuloivat glykogeenin hajoamista glukoosiksi (glykogenolyysi) ja glukoosin tuotantoa aminohapoista ja glyserolista (glukoneogeneesi) maksassa. Kun maksan glykogeeni on tyhjentynyt, veren glukoosipitoisuutta ylläpidetään glukoneogeneesillä. Paastolle eli kataboliselle tilalle on siis ominaista vähentynyt insuliinin eritys, lisääntynyt glukagonin eritys ja ravinteiden mobilisointi maksan, lihasten ja rasvakudoksen varastoista.
Jatkettaessa paastoa lipolyysi lisääntyy edelleen useiden päivien ajan ja pysähtyy sitten tasolle. Suuri osa rasvakudoksesta vapautuvista rasvahapoista muunnetaan maksassa ketohapoiksi (beetahydroksiovoihappo ja asetoetikkahappo, jotka tunnetaan myös nimellä ketonielimet), mikä on prosessi, jota glukagoni stimuloi. Nämä ketohapot ovat pieniä molekyylejä, joissa on kaksi hiiliatomia. Aivot, jotka yleensä käyttävät glukoosia energiaksi, alkavat käyttää ketohappoja glukoosin lisäksi. Lopulta ketohapot tyydyttävät yli puolet aivojen päivittäisestä metabolisesta energiantarpeesta, mikä vähentää huomattavasti maksan glukoosintuotannon tarvetta ja glukoneogeneesin tarvetta yleensä. Tämä vähentää lihasten hajoamisesta syntyvien aminohappojen tarvetta, mikä säästää lihaskudosta. Nälkiintymiselle on ominaista seerumin alhaiset insuliinipitoisuudet, seerumin korkeat glukagonipitoisuudet ja seerumin korkeat vapaiden rasvahappojen ja ketohappojen pitoisuudet.
Yhteenvetona voidaan todeta, että ruokailutilassa insuliini stimuloi glukoosin kulkeutumista kudoksiin (kulutettavaksi polttoaineena tai varastoitavaksi glykogeeniksi), aminohappojen kulkeutumista kudoksiin (proteiinien rakentamiseksi tai korvaamiseksi) ja rasvahappojen kulkeutumista kudoksiin (rasvan muodostamiseksi rasvavarastoksi tulevia energiantarpeiden tarpeiden varalta). Paastotilassa insuliinin eritys vähenee ja glukagonin eritys lisääntyy. Maksan glykogeenivarastot ja myöhemmin proteiini- ja rasvavarastot mobilisoidaan glukoosin tuottamiseksi. Viime kädessä suurin osa ravintoaineiden tarpeista tyydytetään rasvavarastoista mobilisoitujen rasvahappojen avulla.
Robert D. Utiger.