エネルギー代謝のホルモン制御
1921年のインスリンの発見は、現代医学における最も重要な出来事の一つであった。 それは、インスリンを生成したり、それに反応したりすることができない体によって特徴づけられる炭水化物代謝の障害である糖尿病に冒された無数の患者の命を救ったのです。 また、インスリンの発見は、膵臓の機能についての今日の理解にもつながった。 内分泌膵臓の重要性は、インスリンがエネルギー代謝の調節に中心的な役割を果たしていることにある。 インスリンの相対的または絶対的な欠乏は、世界中の病気と死亡の主な原因である糖尿病を引き起こす。
膵臓ホルモンのグルカゴンも、インスリンと一緒になって、グルコースのホメオスタシス維持と栄養貯蔵の調節に重要な役割を担っている。 グルコースの適切な供給は、最適な体の成長と発達、およびグルコースが主要なエネルギー源である中枢神経系の機能に必要である。 そのため、飢餓時や空腹時の血糖値を一定に保つためのメカニズムが発達してきた。 例えば、絶食時のように栄養素が不足しているときや、運動時のように身体がエネルギーを消費しているときには、消費された余分な栄養素を体内に貯蔵し、後で利用できるようにすることができる。 栄養を貯蔵する主な場所は脂肪組織で、そのほとんどが脂肪の形で蓄積されます。 1グラムの脂肪は、1グラムの炭水化物やたんぱく質に比べて2倍のカロリーを含んでいます。 また、脂肪組織では水分の含有量が10％と非常に少なくなっています。 したがって、1kgの脂肪組織は、同じ重さの筋肉組織の10倍のカロリーを持っている。
食物を摂取した後、炭水化物の分子は消化され、グルコースとして吸収される。 その結果、血中グルコース濃度が上昇すると、血清インスリン濃度が5～10倍上昇し、肝臓、脂肪、筋肉組織によるグルコース取り込みを刺激し、肝臓組織からのグルコース放出を抑制する。 脂肪やタンパク質の消化に由来する脂肪酸やアミノ酸も肝臓や末梢組織、特に脂肪組織に取り込まれ貯蔵されます。 インスリンはまた、脂肪分解（脂肪の分解）を抑制し、脂肪の動員を防ぎます。 食後数時間で、栄養の腸管吸収が完了し、血糖値が食前の値まで低下すると、インスリン分泌が減少し、脳の必要量を維持するために肝臓でのグルコース生産が再開される。 同様に、脂肪分解が進み、筋肉組織で燃料として使われる脂肪酸と、肝臓でグルコースに変換されるグリセロールが供給されるようになる。 絶食期間が長くなると（例えば12〜14時間）、血糖値とインスリン分泌は減少し続け、グルカゴン分泌が増加する。 グルカゴン分泌の増加とそれに伴うインスリン分泌の減少は、肝臓でのグリコーゲンの分解によるグルコースの生成（グリコーゲン分解）とアミノ酸とグリセロールからのグルコースの生成（グルコゲン生成）を刺激します。 肝臓のグリコーゲンが枯渇した後は、糖新生により血糖値が維持されます。 このように、絶食状態、すなわち異化状態は、インスリン分泌の減少、グルカゴン分泌の増加、および肝臓、筋肉、脂肪組織の貯蔵からの栄養分の動員によって特徴づけられる。 脂肪組織から放出された脂肪酸の大部分は、肝臓でケト酸（β-ヒドロキシ酪酸およびアセト酢酸、ケトン体としても知られている）に変換されるが、この過程はグルカゴンによって刺激される。 このケト酸は、炭素原子を2つ含む小さな分子である。 一般にエネルギー源としてブドウ糖を利用している脳は、ブドウ糖に加えてケト酸を利用するようになる。 最終的には、脳が1日に必要とする代謝エネルギーの半分以上がケト酸によって満たされ、肝臓によるグルコース生産の必要性と一般的な糖新生の必要性が大幅に減少する。 このため、筋肉の分解によって生成されるアミノ酸の必要性が減少し、筋肉組織が温存される。 飢餓状態は、低い血清インスリン濃度、高い血清グルカゴン濃度、高い血清遊離脂肪酸およびケト酸濃度によって特徴づけられる。
要約すると、摂食状態において、インスリンは、組織へのグルコースの輸送（燃料として消費するかグリコーゲンとして貯蔵する）、組織へのアミノ酸の輸送（タンパク質を構築または置換する）および組織への脂肪酸の輸送（将来のエネルギー需要のための脂肪の貯蔵を行う）を刺激している。 絶食状態では、インスリン分泌が減少し、グルカゴン分泌が増加します。 肝臓のグリコーゲン貯蔵量、次いでタンパク質と脂肪の貯蔵量が、グルコースを生成するために動員される。 最終的に、必要な栄養素のほとんどは、脂肪蓄積から動員された脂肪酸でまかなわれる
Robert D. Utiger