Controlul hormonal al metabolismului energetic
Descoperirea insulinei în 1921 a fost unul dintre cele mai importante evenimente din medicina modernă. Ea a salvat viețile a nenumărați pacienți afectați de diabet zaharat, o tulburare a metabolismului carbohidraților caracterizată prin incapacitatea organismului de a produce sau de a răspunde la insulină. Descoperirea insulinei a inaugurat, de asemenea, înțelegerea actuală a funcției pancreasului endocrin. Importanța pancreasului endocrin constă în faptul că insulina joacă un rol central în reglarea metabolismului energetic. O deficiență relativă sau absolută de insulină duce la diabet zaharat, care este o cauză majoră de îmbolnăvire și de deces în întreaga lume.
Hormonul pancreatic glucagon, împreună cu insulina, joacă, de asemenea, un rol esențial în menținerea homeostaziei glucozei și în reglarea stocării nutrienților. Un aport adecvat de glucoză este necesar pentru creșterea și dezvoltarea optimă a organismului și pentru funcționarea sistemului nervos central, pentru care glucoza este principala sursă de energie. Prin urmare, au evoluat mecanisme elaborate pentru a se asigura că concentrațiile de glucoză din sânge sunt menținute în limite înguste atât în timpul festinului, cât și în timpul foametei. Excesul de nutrienți consumați poate fi stocat în organism și pus la dispoziție mai târziu – de exemplu, atunci când nutrienții sunt în lipsă, ca în timpul postului, sau când organismul consumă energie, ca în timpul activității fizice. Țesutul adipos este principalul loc de stocare a nutrienților, aproape în totalitate sub formă de grăsime. Un singur gram de grăsime conține de două ori mai multe calorii decât un singur gram de carbohidrați sau proteine. În plus, conținutul de apă este foarte scăzut (10 la sută) în țesutul adipos. Astfel, un kilogram de țesut adipos are o valoare calorică de 10 ori mai mare decât aceeași greutate de țesut muscular.
După ce alimentele sunt ingerate, moleculele de carbohidrați sunt digerate și absorbite sub formă de glucoză. Creșterea rezultată a concentrațiilor de glucoză din sânge este urmată de o creștere de 5 până la 10 ori a concentrațiilor serice de insulină, care stimulează absorbția glucozei de către țesuturile hepatic, adipos și muscular și inhibă eliberarea glucozei din țesutul hepatic. Acizii grași și aminoacizii derivați din digestia grăsimilor și a proteinelor sunt, de asemenea, absorbiți și depozitați în ficat și în țesuturile periferice, în special în țesutul adipos. Insulina inhibă, de asemenea, lipoliza (descompunerea grăsimilor), împiedicând mobilizarea grăsimilor. Astfel, în timpul stării „hrănite” sau anabolice, nutrienții ingerați care nu sunt utilizați imediat sunt depozitați, un proces care depinde în mare măsură de creșterea secreției de insulină asociată alimentelor.
La câteva ore după masă, când absorbția intestinală a nutrienților este completă și concentrațiile de glucoză din sânge au scăzut spre valorile de dinaintea mesei, secreția de insulină scade, iar producția de glucoză de către ficat se reia pentru a susține nevoile creierului. În mod similar, lipoliza crește, furnizând acizi grași care pot fi utilizați ca și combustibil de către țesutul muscular și glicerol care poate fi transformat în glucoză în ficat. Pe măsură ce perioada de post se prelungește (de exemplu, între 12 și 14 ore), concentrațiile de glucoză din sânge și secreția de insulină continuă să scadă, iar secreția de glucagon crește. Creșterea secreției de glucagon și scăderea concomitentă a secreției de insulină stimulează descompunerea glicogenului pentru a forma glucoză (glicogenoliză) și producerea de glucoză din aminoacizi și glicerol (gluconeogeneză) în ficat. După epuizarea glicogenului hepatic, concentrațiile de glucoză din sânge sunt menținute prin gluconeogeneză. Astfel, starea de post, sau catabolică, se caracterizează prin scăderea secreției de insulină, creșterea secreției de glucagon și mobilizarea nutrienților din depozitele din ficat, mușchi și țesut adipos.
Cu continuarea postului, rata lipolizei continuă să crească timp de câteva zile și apoi se stabilizează. O mare parte din acizii grași eliberați din țesutul adipos este transformată în cetoacizi (acid beta-hidroxibutiric și acid acetoacetic, cunoscuți și sub numele de corpi cetonici) în ficat, proces care este stimulat de glucagon. Acești cetoacizi sunt molecule mici care conțin doi atomi de carbon. Creierul, care utilizează în general glucoza pentru energie, începe să utilizeze cetoacizii în plus față de glucoză. În cele din urmă, mai mult de jumătate din nevoile metabolice zilnice de energie ale creierului sunt satisfăcute de cetoacizi, diminuând substanțial nevoia de producere a glucozei de către ficat și nevoia de gluconeogeneză în general. Acest lucru reduce nevoia de aminoacizi produși prin descompunerea musculară, economisind astfel țesutul muscular. Foametea se caracterizează prin concentrații serice scăzute de insulină, concentrații serice ridicate de glucagon și concentrații serice ridicate de acizi grași liberi și cetoacizi.
În rezumat, în starea de alimentație, insulina stimulează transportul glucozei în țesuturi (pentru a fi consumată ca și combustibil sau stocată sub formă de glicogen), transportul aminoacizilor în țesuturi (pentru a construi sau înlocui proteinele) și transportul acizilor grași în țesuturi (pentru a asigura un depozit de grăsime pentru nevoile energetice viitoare). În starea de post, secreția de insulină scade, iar secreția de glucagon crește. Rezervele de glicogen din ficat, urmate ulterior de rezervele de proteine și grăsimi, sunt mobilizate pentru a produce glucoză. În cele din urmă, majoritatea nevoilor nutritive sunt asigurate de acizii grași mobilizați din depozitele de grăsime.
Robert D. Utiger