Hormonell kontroll av energiomsättningen
Upptäckten av insulin 1921 var en av de viktigaste händelserna inom modern medicin. Den räddade livet på oräkneliga patienter som drabbats av diabetes mellitus, en störning i kolhydratomsättningen som kännetecknas av kroppens oförmåga att producera eller reagera på insulin. Upptäckten av insulin inledde också dagens förståelse av den endokrina bukspottkörtelns funktion. Den endokrina bukspottkörtelns betydelse ligger i det faktum att insulin spelar en central roll i regleringen av energimetabolismen. En relativ eller absolut brist på insulin leder till diabetes mellitus, som är en viktig orsak till sjukdom och död i hela världen.
Det pankreatiska hormonet glukagon spelar tillsammans med insulin också en nyckelroll i upprätthållandet av glukoshomeostasen och i regleringen av näringsinlagringen. En adekvat tillförsel av glukos krävs för optimal kroppstillväxt och utveckling och för det centrala nervsystemets funktion, för vilket glukos är den viktigaste energikällan. Därför har utarbetade mekanismer utvecklats för att se till att glukoskoncentrationerna i blodet hålls inom snäva gränser under både fest och svält. Överskott av näringsämnen som konsumeras kan lagras i kroppen och göras tillgängliga senare – till exempel när det råder brist på näringsämnen, som vid fasta, eller när kroppen använder energi, som vid fysisk aktivitet. Fettvävnad är den viktigaste platsen för lagring av näringsämnen, nästan allt i form av fett. Ett enda gram fett innehåller dubbelt så många kalorier som ett enda gram kolhydrater eller protein. Dessutom är vatteninnehållet mycket lågt (10 procent) i fettvävnad. Således har ett kilo fettvävnad 10 gånger så mycket kalorier som samma vikt muskelvävnad.
När maten intas smälts kolhydratmolekyler och absorberas som glukos. Den resulterande ökningen av glukoskoncentrationen i blodet följs av en 5- till 10-faldig ökning av insulinkoncentrationen i serum, vilket stimulerar glukosupptaget i lever-, fett- och muskelvävnad och hämmar glukosfrisättningen från levervävnad. Fettsyror och aminosyror som härrör från matsmältningen av fett och protein tas också upp av och lagras i levern och perifera vävnader, särskilt fettvävnad. Insulin hämmar också lipolysen (nedbrytning av fett), vilket förhindrar mobilisering av fett. Under det ”matade”, eller anabola, tillståndet lagras således intagna näringsämnen som inte omedelbart utnyttjas, en process som till stor del är beroende av den matrelaterade ökningen av insulinutsöndringen.
För några timmar efter en måltid, när tarmabsorptionen av näringsämnena är avslutad och glukoskoncentrationerna i blodet har sjunkit till värden före måltiden, minskar insulinutsöndringen, och leverns produktion av glukos återupptas för att tillgodose hjärnans behov. På samma sätt ökar lipolysen, vilket ger fettsyror som kan användas som bränsle i muskelvävnad och glycerol som kan omvandlas till glukos i levern. När fastan förlängs (t.ex. 12-14 timmar) fortsätter blodglukoskoncentrationerna och insulinutsöndringen att minska och glukagonutsöndringen ökar. Den ökade glukagonutsöndringen och den samtidiga minskningen av insulinutsöndringen stimulerar nedbrytningen av glykogen till glukos (glykogenolys) och produktionen av glukos från aminosyror och glycerol (glukoneogenes) i levern. När leverglykogenet är uttömt upprätthålls glukoskoncentrationen i blodet genom glukoneogenes. Fasta, eller kataboliskt tillstånd, kännetecknas således av minskad insulinutsöndring, ökad glukagonutsöndring och mobilisering av näringsämnen från lagren i lever, muskler och fettvävnad.
Med ytterligare fasta fortsätter lipolyshastigheten att öka under flera dagar för att sedan plana ut. En stor del av de fettsyror som frigörs från fettvävnaden omvandlas till ketosyror (beta-hydroxibörsyror och acetoättiksyra, även kallade ketonkroppar) i levern, en process som stimuleras av glukagon. Dessa ketosyror är små molekyler som innehåller två kolatomer. Hjärnan, som i allmänhet använder glukos som energi, börjar använda ketosyror utöver glukos. Så småningom tillgodoses mer än hälften av hjärnans dagliga metaboliska energibehov av keto-syrorna, vilket avsevärt minskar behovet av glukosproduktion i levern och behovet av glukoneogenes i allmänhet. Detta minskar behovet av aminosyror som produceras vid muskelnedbrytning, vilket sparar muskelvävnad. Svält kännetecknas av låga serumkoncentrationer av insulin, höga serumkoncentrationer av glukagon och höga serumkoncentrationer av fria fettsyror och ketosyror.
Sammanfattningsvis stimulerar insulin i matat tillstånd transporten av glukos till vävnader (för att förbrukas som bränsle eller lagras som glykogen), transporten av aminosyror till vävnader (för att bygga upp eller ersätta protein) och transporten av fettsyror till vävnader (för att tillhandahålla ett depå av fett för framtida energibehov). I fastande tillstånd minskar insulinutsöndringen och glukagonutsöndringen ökar. Leverns glykogendepåer, som senare följs av protein- och fettdepåer, mobiliseras för att producera glukos. I slutändan tillgodoses de flesta näringsbehov av fettsyror som mobiliseras från fettdepåerna.
Robert D. Utiger