Informație

Sursa glicemiei în timpul foametei


În timpul foametei există multe surse de glucoză, cum ar fi piruvatul, lactatul, aminoacizii (cu excepția leucinei și lizinei) și glicerina din trigliceride, dar care este sursa principală de glucoză din sânge?


Răspunsul (foarte) scurt este gluconeogeneză. Atunci când nivelurile de glucagon sunt ridicate cu glicemie redusă sau insulină scăzută (percepută în cazul DM de tip II rezistent la insulină), enzimele cheie vor fi inhibate pentru a preveni glicoliza și alte enzime vor fi activate pentru a produce glucoză din diferite substraturi.

Există câteva surse care pot alimenta aparatul gluconeogensis. Două care sunt utilizate în mod obișnuit la postul pe termen scurt sunt lactatul prin ciclul Cori și alanina prin ciclul alaninei numit în mod adecvat. Acum, când ajungem să postim pe termen lung (adică foamea) lucrurile încep să se schimbe puțin.

În timpul foametei, glucoza este conservată cât mai mult posibil și multe țesuturi încep să utilizeze cetone (care sunt derivate din acetil-CoA, care sunt la rândul lor derivate de obicei din acizi grași) pentru energie. Dar chiar și atunci, există încă o cerere pentru cel puțin un nivel minim de glucoză. Acest lucru poate fi sintetizat din câteva surse. Coloana vertebrală a trigliceridelor, glicerina, poate fi alimentată în gluconeogeneză. Dar aceasta nu este principala sursă de glucoză în timpul foametei. Sursa principală provine din aminoacizi gluogeni. Acești aminoacizi pot fi metabolizați în piruvat, care poate intra apoi în gluconeogensis.

Acesta este unul dintre motivele pentru care pierdeți mușchii în timpul foametei, dar nu în dietele cu restricții calorice. În timpul restricției de calorii, aveți suficientă glucoză pentru a menține glicemia între mese și orice deficit energetic poate fi atins prin β-oxidarea grăsimilor. Astfel pierzi grăsime. Cu toate acestea, când intrați înfometat, glicerina obținută din lipoliză (descompunerea grăsimilor) nu este suficientă pentru a menține o glicemie adecvată și trebuie să vă întoarceți la descompunerea musculară. Această descompunere a țesutului muscular este mediată de niveluri ridicate de cortizol, un semn distinctiv al foametei care nu se observă în dietele cu restricții calorice. Dacă doriți să vedeți efectele nivelurilor de înfometare a cortizolului la o persoană care nu înfometează, uitați-vă în boala Cushing. Vedeți defecțiuni musculare similare pe care le-ați vedea în mod normal la o persoană înfometată.


Există câteva niveluri diferite de înfometare, de la post la subnutriție până la înfometare pe termen lung.

Să începem de la consumul unei mese bogate în carbohidrați. Glucidele din această masă sunt ușor convertite în glucoză, iar nivelul zahărului din sânge va crește. Presupunând că nu sunteți diabetic, acest lucru va duce la creșterea producției de insulină, ceea ce va duce, printre altele, la absorbția glucozei de către hepatocite (celule hepatice) și conversie în glicogen pentru depozitare pe termen scurt. La un anumit nivel, excesul de energie este, de asemenea, transformat în acizi grași pentru o stocare mai îndelungată. Alte celule (cum ar fi mușchiul, creierul etc.) vor continua să utilizeze glucoza pentru energie.

Spuneți că aceasta a fost o masă de seară și că nu mai mâncați până dimineața. În timp, nivelul zahărului din sânge va scădea. Acest lucru duce la scăderea producției de insulină și la creșterea producției de glucagon. Ca urmare, hepatocitele inversează cursul, descompunând glicogenul, transformându-l în glucoză și secretându-l din celule pentru a crește glicemia.

Dar să presupunem că ți-e dor de masa de dimineață. În cele din urmă, depozitele de ficat de glicogen vor scădea. În acest moment, corpul se poate îndrepta către depozitele de grăsime pentru energie. Dar majoritatea acizilor grași nu pot fi transformați în zaharuri. Ca urmare, nivelul zahărului din sânge nu crește. În schimb, acestea sunt transformate în molecule numite corpuri cetonice, care pot fi eliberate în sânge și utilizate de majoritatea celulelor pentru energie.

Cu toate acestea, o cantitate de zahăr este încă necesară pentru a construi anumite molecule biologice. De asemenea, anumite tipuri de celule (în special celulele roșii din sânge) nu pot utiliza corpuri cetonice pentru energie. Chiar și cu rezerve abundente de grăsimi, dacă nu se consumă carbohidrați suplimentari, aceste zaharuri trebuie să provină de undeva și nu pot proveni din grăsimi. În schimb, corpul va începe să degradeze proteina celulară - unii aminoacizi pot fi descompuși pentru a genera zaharuri. În timpul foametei pe termen lung, mușchii, inclusiv cei din inimă, încep să fie consumați, iar anemia este adesea un simptom timpuriu al foamei (deoarece RBC nu au suficientă energie).


Care dintre alegerile de mai jos NU este o sursă de glucoză din sânge în timpul stării postabsorbtoare? Întrebarea 6 opțiuni: 1) glicogenoliza în ficat 2) lipoliza în țesuturile adipoase și ficatul 3) absorbția glucozei din tractul gastrointestinal 4) catabolismul proteinelor celulare

Metabolismul energetic al stării postabsorbive este în mare parte catabolic, ceea ce înseamnă că există descompunerea macromoleculelor pentru a elibera glucoza Acizii grași sunt sursa primară de energie (cu excepția creierului). epinefrină) poate completa glucagon Glucagonul afectează în principal ficatul Deci, absorbția glucozei din tractul gastrointestinal nu este o sursă de glucoză din sânge în timpul stării postabsorbante

algele sunt alge mari brune care trăiesc în ape reci, relativ puțin adânci, aproape de țărm. cresc în grupări dense ca o pădure pe uscat. aceste turnuri subacvatice de alge oferă hrană și adăpost pentru mii de pești, nevertebrate și specii de mamifere marine.


Introducere

Două specii asiatice de crab potcoavă, Tachypleus tridentatus și Carcinoscorpius rotundicauda, coexistă pe unele țărmuri din Hong Kong (Chiu și Morton, 1999, Li, 2008). Cu toate acestea, populațiile lor au cunoscut un declin dramatic în ultimele decenii din cauza poluării apei și a distrugerii habitatelor cauzate de dezvoltarea urbană și proiectele de infrastructură de coastă (Chiu și Morton, 2003 Shin și colab., 2009). Astfel de amenințări la adresa declinului populației nu se limitează doar la Hong Kong, ci și la alte țări și zone asiatice (Chatterji, 1994; Morton, 1999; Chen și colab., 2004). Poluarea apei sau distrugerea habitatului pot reduce, de asemenea, abundența sau calitatea prăzilor disponibile ca surse de hrană pentru crabii potcoavelor (Sekiguchi, 1988), exacerbând în continuare amenințările pentru creșterea și supraviețuirea acestor animale în sălbăticie.

În condiții naturale, animalele trebuie să depășească și să tolereze lipsa sau absența totală a hranei pentru perioade scurte și / sau lungi, în habitatele lor, din cauza influențelor de mediu, cum ar fi poluarea și modificările sezoniere ale structurii comunității. O înțelegere a răspunsului în absența totală a hranei ne permite să înțelegem ecofiziologia acestor specii (Albentosa și colab., 2007). Animalele trebuie să își mențină cerințele de bază de supraviețuire, mobilizând rezerva de energie care poate impune ajustări metabolice, atunci când sunt supuse foamei sau restricții severe de hrană (Perez-Jimenez și colab., 2007). Rosen și Trites (2002) au subliniat că, sub restricție alimentară, animalele au două seturi disparate de opțiuni fiziologice și comportamentale: creșterea efortului de hrănire sau limitarea cheltuielilor cu energia. Aportul de energie nu numai că determină starea nutrițională și condiția fizică a animalelor, dar reflectă și condițiile de mediu ale habitatului și relațiile ecologice (Congleton și Wagner, 2006). Când animalele sunt supuse unor penurii prelungite în aportul de alimente, preferă să-și limiteze cheltuielile cu energia (Westerterp, 1977). Cu toate acestea, informațiile conexe despre crabii potcoavelor nu sunt bine studiate (Botton și colab., 2003).

Nutrienții și metaboliții transmisibili de sânge s-au dovedit a fi indicatori direcți și eficienți pentru estimarea stării nutriționale a păsărilor (Brown, 1996), a peștilor (Congleton și LaVoie, 2001, Congleton și Wagner, 2006), a mamiferelor (Gibson, 1990, Harder și Kirkpatrick, 1994, Trumble și Castellini, 1999) și alte animale, în diferite condiții de hrănire. Astfel de nutrienți sau metaboliți includ glucoza plasmatică, proteina totală plasmatică, colesterolul, calciu și fosfatază alcalină totală (ALP) și triacilglicerol lipaza și trigliceridele (Gibson, 1990, Navarro și Gutiérrez, 1995; Echevarria și colab., 1997, Wagner și Congleton, 2004, Congleton și Wagner, 2006). Toți acești indicatori pot fi, de asemenea, instrumente utile în dezvăluirea asocierii dintre condițiile nutriționale și activitățile de hrănire a crabilor potcoavă. Cu toate acestea, puține studii publicate indică modul în care variabilele biochimice din sânge răspund la foamete la aceste animale.

Scopul prezentului studiu a fost de a examina răspunsurile greutății corporale și a chimiei sângelui la crabii potcoave supuși foamei și de a dezvolta o serie de indici chimici ai sângelui care ar putea fi utile pentru a identifica progresia fiziologică a acestor animale la înfometarea prelungită. Se speră că acești indici ar fi un ajutor util în evaluarea stării nutriționale a populațiilor de crabi potcoave în natură.


Cuprins

În mod obișnuit, organismul răspunde la aportul redus de energie prin arderea rezervelor de grăsime și consumul de mușchi și alte țesuturi. Mai exact, organismul arde grăsimile după ce a epuizat mai întâi conținutul tractului digestiv, împreună cu rezervele de glicogen stocate în celulele hepatice și după pierderi semnificative de proteine. [10] După perioade prelungite de foame, corpul folosește proteinele din țesutul muscular ca sursă de combustibil, ceea ce duce la pierderea masei musculare. [11]

Magnitudine și compoziție Edit

Mărimea și compoziția răspunsului la înfometare (adică adaptarea metabolică) au fost estimate într-un studiu realizat pe 8 indivizi care trăiau în izolație în Biosfera 2 timp de doi ani. În timpul izolării, au pierdut treptat în medie 15% (interval: 9-24%) din greutatea corporală din cauza condițiilor dure. La ieșirea din izolare, cei opt indivizi izolați au fost comparați cu un grup de control de 152 de persoane care a avut inițial caracteristici fizice similare. În medie, răspunsul la înfometare al indivizilor după izolare a fost o reducere cu 180 kCal a cheltuielilor energetice totale zilnice. 60 kCal a răspunsului la înfometare a fost explicat printr-o reducere a masei lipsite de grăsime și a masei grase. O 65 kCal suplimentară a fost explicată printr-o reducere a agitării. Restul de 55 kCal a fost statistic nesemnificativ. [12]

Editare generală

Cerințele energetice ale unui corp sunt compuse din rata metabolică bazală (BMR) și nivelul de activitate fizică (ERAT, termogeneza activității legate de efort). Această necesitate calorică poate fi îndeplinită cu proteine, grăsimi, carbohidrați sau un amestec al acestora. Glucoza este combustibilul metabolic general și poate fi metabolizată de orice celulă. Fructoza și alți nutrienți pot fi metabolizați numai în ficat, unde metaboliții lor se transformă fie în glucoză stocată ca glicogen în ficat și în mușchi, fie în acizi grași depozitați în țesutul adipos.

Datorită barierei hematoencefalice, obținerea substanțelor nutritive către creierul uman depinde în special de moleculele care pot trece de această barieră. Creierul însuși consumă aproximativ 18% din rata metabolică bazală: la un aport total de 1800 kcal / zi, aceasta echivalează cu 324 kcal, sau aproximativ 80 g de glucoză. Aproximativ 25% din consumul total de glucoză corporală are loc în creier.

Glucoza poate fi obținută direct din zaharurile dietetice și prin descompunerea altor carbohidrați. În absența zaharurilor și carbohidraților din dietă, glucoza se obține din descompunerea glicogenului stocat. Glicogenul este o formă de stocare ușor accesibilă a glucozei, stocată în cantități notabile în ficat și mușchiul scheletic. [13]

Când rezerva de glicogen este epuizată, glucoza poate fi obținută din descompunerea grăsimilor din țesutul adipos. Grăsimile sunt descompuse în glicerol și acizi grași liberi, glicerolul fiind transformat în glucoză în ficat prin calea gluconeogenezei.

Când chiar și glucoza obținută din rezervele de glicerol începe să scadă, ficatul începe să producă corpuri cetonice. Corpurile cetonice sunt derivați cu lanț scurt al acizilor grași liberi menționați în paragraful anterior și pot traversa bariera hematoencefalică, ceea ce înseamnă că pot fi folosiți de creier ca combustibil metabolic alternativ. Acizii grași pot fi folosiți direct ca sursă de energie de majoritatea țesuturilor din corp, dar sunt înșiși prea ionizați pentru a traversa bariera hematoencefalică.

Editare cronologie

După epuizarea rezervei de glicogen și pentru următoarele 2-3 zile, acizii grași sunt principalul combustibil metabolic. La început, creierul continuă să utilizeze glucoză, pentru că dacă un țesut non-cerebral folosește acizi grași drept combustibil metabolic, utilizarea glucozei în același țesut este oprită. Astfel, atunci când acizii grași sunt defalcați pentru energie, toată glucoza rămasă este pusă la dispoziția creierului pentru a fi utilizată.

După 2 sau 3 zile de post, ficatul începe să sintetizeze corpuri cetonice din precursori obținuți în urma descompunerii acizilor grași. Creierul folosește aceste corpuri cetonice drept combustibil, reducându-și astfel necesarul de glucoză. După 3 zile de post, creierul obține 30% din energia sa din corpurile cetonice. După 4 zile, aceasta crește până la 75%. [14]

Astfel, producția de corpuri cetonice reduce necesarul de glucoză al creierului de la 80 g pe zi la aproximativ 30 g pe zi. Din restul de 30 g necesară, 20 g pe zi pot fi produse de ficat din glicerol (el însuși un produs al descompunerii grăsimilor). Acest lucru lasă în continuare un deficit de aproximativ 10 g de glucoză pe zi, care trebuie să provină din alte surse. Acest deficit este furnizat prin gluconeogeneză din descompunerea acizilor grași prin acetil-CoA și proteinele proprii ale organismului.

După câteva zile de post, toate celulele din corp încep să descompună proteinele. Aceasta eliberează aminoacizi în fluxul sanguin, care pot fi transformați în glucoză de către ficat. Deoarece o mare parte a masei musculare a corpului uman este proteină, acest fenomen este responsabil pentru pierderea masei musculare observată în timpul foametei.

Cu toate acestea, organismul poate decide în mod selectiv ce celule descompun proteinele și care nu. [ este necesară citarea ] Aproximativ 2-3 g de proteine ​​trebuie descompuse pentru a sintetiza 1 g de glucoză, aproximativ 20-30 g de proteine ​​sunt defalcate în fiecare zi pentru a produce 10 g de glucoză pentru a menține creierul în viață. Cu toate acestea, pentru a conserva proteinele, acest număr poate scădea cu cât postul este mai lung.

Înfometarea apare atunci când rezervele de grăsime sunt complet epuizate și proteinele sunt singura sursă de combustibil disponibilă organismului. Astfel, după perioade de înfometare, pierderea proteinelor din organism afectează funcția organelor importante și rezultă moartea, chiar dacă mai sunt rezerve de grăsime nefolosite. (La o persoană mai slabă, rezervele de grăsime sunt epuizate mai devreme, epuizarea proteinelor are loc mai devreme și, prin urmare, moartea are loc mai devreme.)

Cauza finală a decesului este, în general, aritmia cardiacă sau stopul cardiac provocat de degradarea țesuturilor și de dezechilibrele electrolitice.

La persoanele foarte obeze, s-a arătat că proteinele pot fi epuizate mai întâi și se anticipează că moartea din cauza foametei va avea loc înainte de epuizarea rezervelor de grăsime. [15]

Biochimie Edit

În timpul foametei, mai puțin de jumătate din energia utilizată de creier provine din glucoza metabolizată. Deoarece creierul uman poate folosi corpurile cetonice ca surse majore de combustibil, organismul nu este forțat să descompună mușchii scheletici într-un ritm ridicat, menținând astfel funcția cognitivă și mobilitatea timp de până la câteva săptămâni. Acest răspuns este extrem de important în evoluția umană și a permis oamenilor să găsească în continuare hrană în mod eficient chiar și în fața foametei prelungite. [16]

Inițial, nivelul insulinei în circulație scade și nivelurile de glucagon, epinefrină și norepinefrină cresc. [17] În acest moment, există o reglare ascendentă a glicogenolizei, gluconeogenezei, lipolizei și cetogenezei. Depozitele de glicogen ale organismului sunt consumate în aproximativ 24 de ore. La un adult normal de 70 kg, doar aproximativ 8.000 de kilojuli de glicogen sunt depozitați în corp (mai ales în mușchii striați). De asemenea, organismul se implică în gluconeogeneză pentru a transforma glicerolul și aminoacizii glucogeni în glucoză pentru metabolism. O altă adaptare este ciclul Cori, care implică transferul energiei lipidice derivate din glucoză către țesuturile glicolitice periferice, care la rândul lor trimit lactatul înapoi în ficat pentru resinteza glucozei. Datorită acestor procese, nivelul glicemiei rămâne relativ stabil în timpul foametei prelungite.

Cu toate acestea, principala sursă de energie în timpul foametei prelungite este derivată din trigliceride. În comparație cu cei 8.000 de kilojuli de glicogen stocat, combustibilii lipidici sunt mult mai bogați în conținut de energie, iar un adult de 70 kg stochează peste 400.000 de kilojuli de trigliceride (mai ales în țesutul adipos). [18] Trigliceridele sunt descompuse în acizi grași prin lipoliză. Epinefrina precipită lipoliza prin activarea protein kinazei A, care fosforilează lipaza hormonală (HSL) și perilipina. Aceste enzime, împreună cu CGI-58 și triglicerid lipaza adiposă (ATGL), se complexează la suprafața picăturilor de lipide. Acțiunea concertată a ATGL și HSL eliberează primii doi acizi grași. Monoacilglicerol lipaza celulară (MGL), eliberează acidul gras final. Glicerolul rămas intră în gluconeogeneză. [19]

Acizii grași în sine nu pot fi folosiți ca sursă directă de combustibil. Mai întâi, acestea trebuie să fie supuse unei oxidări beta în mitocondrii (în principal a mușchilor scheletici, a mușchiului cardiac și a celulelor hepatice). Acizii grași sunt transportați în mitocondrii sub formă de acil-carnitină prin acțiunea enzimei CAT-1. Această etapă controlează fluxul metabolic de oxidare beta. Acetil-CoA rezultat intră în ciclul TCA și suferă fosforilare oxidativă pentru a produce ATP. Organismul investește o parte din acest ATP în gluconeogeneză pentru a produce mai multă glucoză. [20]

Trigliceridele și acizii grași cu lanț lung sunt prea hidrofobi pentru a trece în celulele creierului, astfel încât ficatul trebuie să-i transforme în acizi grași cu lanț scurt și corpuri cetonice prin cetogeneză. Corpurile cetonice rezultate, acetoacetat și β-hidroxibutirat, sunt amfipatice și pot fi transportate în creier (și mușchi) și descompuse în acetil-CoA pentru utilizare în ciclul TCA. Acetoacetatul se descompune spontan în acetonă, iar acetonă este eliberată prin urină și plămâni pentru a produce „respirația de acetonă” care însoțește postul prelungit. Creierul folosește și glucoză în timpul foametei, dar cea mai mare parte a glucozei din organism este alocată mușchilor scheletici și celulelor roșii din sânge. Costul creierului folosind prea multă glucoză este pierderea musculară. Dacă creierul și mușchii ar miza în totalitate pe glucoză, corpul ar pierde 50% din conținutul său de azot în 8-10 zile. [21]

După postul prelungit, corpul începe să-și degradeze propriul mușchi scheletic. Pentru a menține creierul funcțional, gluconeogeneza continuă să genereze glucoză, dar sunt necesari aminoacizi glucogeni - în principal alanină. Acestea provin din mușchiul scheletic. Târziu în timpul foametei, când nivelul cetonelor din sânge atinge 5-7 mM, utilizarea cetonei în creier crește, în timp ce utilizarea cetonei în mușchi scade. [22]

Autofagia apare apoi cu o viteză accelerată. În autofagie, celulele canibalizează moleculele critice pentru a produce aminoacizi pentru gluconeogeneză. Acest proces distorsionează structura celulelor, iar o cauză comună de deces în foamete se datorează eșecului diafragmei din autofagia prelungită. [23]


Înțelegerea rinichilor și rolul # x27 în reglarea glicemiei

Deși nu sunt discutate în mod tradițional, contribuțiile rinichilor la menținerea homeostaziei glucozei sunt semnificative și includ funcții precum eliberarea glucozei în circulație prin gluconeogeneză, absorbția glucozei din circulație pentru a-și satisface nevoile de energie și reabsorbția glucozei la nivelul tubul proximal. Eliberarea renală de glucoză în circulație este rezultatul glicogenolizei și gluconeogenezei, implicând respectiv descompunerea și formarea glucozei-6-fosfat din precursori (de exemplu, lactat, glicerol, aminoacizi). În ceea ce privește reabsorbția renală a glucozei, rinichii recuperează în mod normal cât mai multă glucoză posibil, făcând urina practic lipsită de glucoză. Glomerulii filtrează din plasmă aproximativ 180 de grame de -glucoză pe zi, toate fiind reabsorbite prin intermediul proteinelor transportoare de glucoză care sunt prezente în membranele celulare din tubii proximali. Dacă capacitatea acestor transportori este depășită, glucoza apare în urină. Procesul de reabsorbție a glucozei renale este mediat de transportori activi (cu transportoare de glucoză cuplate cu sodiu) și pasive (transportoare de glucoză). În hiperglicemie, rinichii pot juca un rol exacerbator prin reabsorbția excesului de glucoză, contribuind în cele din urmă la hiperglicemie cronică, care la rândul său contribuie la sarcina glicemică cronică și la riscul de consecințe microvasculare. Acest articol oferă o analiză detaliată a rolului rinichilor în fiziologia umană normală, mecanismele prin care acestea contribuie la reglarea glucozei și impactul potențial al dezechilibrului glucozei asupra rinichilor.

(Am J Manag Care. 201218: S11-S16)Studiile publicate în ultimii 60 de ani au furnizat dovezi considerabile cu privire la capacitatea rinichilor de a produce și elibera glucoză în diferite condiții fiziologice. Cu toate acestea, în mod tradițional, rinichii nu au fost considerați o sursă importantă de glucoză (cu excepția perioadei de acidoză sau după post prelungit), majoritatea discuțiilor clinice privind dereglarea glucozei centrându-se pe intestin, pancreas, ficat, țesut adipos și mușchi. 1-3 Mai recent, totuși, semnificația deplină a contribuției rinichilor la homeostazia glucozei, atât în ​​condiții fiziologice cât și patologice, a devenit bine recunoscută și se presupune că implică funcții cu mult dincolo de absorbția și eliberarea glucozei. Pe lângă ficat, rinichiul este singurul organ capabil să genereze suficientă glucoză (gluconeogeneză) pentru a se elibera în circulație și este, de asemenea, responsabil pentru filtrare și reabsorbție ulterioară sau excreție de glucoză. 2-4 Aceste descoperiri au oferit o perspectivă considerabilă asupra multitudinii de mecanisme fiziopatologice implicate în dezvoltarea hiperglicemiei și a diabetului zaharat de tip 2 (T2DM). 5,6 Acest articol oferă o revizuire a rolului rinichilor în fiziologia umană normală, mecanismele prin care acestea contribuie la reglarea glucozei și impactul potențial al dezechilibrului glucozei asupra rinichilor.

Prezentare generală a fiziologiei renale

Rinichii sunt proiectați în esență pentru a filtra cantități mari de plasmă, pentru a reabsorbi substanțele pe care organismul trebuie să le conserve și să secrete substanțe care trebuie eliminate. Aceste funcții de bază sunt esențiale pentru reglarea echilibrului fluidelor și electroliților, osmolalitatea fluidelor corporale, echilibrul pe bază de acid, excreția deșeurilor metabolice și a substanțelor chimice străine, presiunea arterială, secreția hormonală și, cel mai relevant pentru această discuție, echilibrul glucozei. 7,8 Cei 2 rinichi produc în total aproximativ 120 mL / min de ultrafiltrat, dar se produce doar 1 mL / min de urină. Unitatea de bază a rinichiului care formează urină este nefronul, care servește la filtrarea apei și a micilor substanțe dizolvate din plasmă și reabsorbe electroliți, aminoacizi, glucoză și proteine. Nefronul, din care există aproximativ 1 milion în fiecare rinichi, constă dintr-un aparat de filtrare (glomerulul) care este conectat la o porțiune tubulară lungă care reabsorbe și condiționează ultrafiltratul glomerular. Fluidul filtrat din capilarele glomerulare curge în porțiunea tubulară, care este alcătuită dintr-un tubul proximal, bucla de Henle și tubul distal, care ajută la reabsorbția substanțelor esențiale și la transformarea fluidului filtrat în urină. 7

Evaluarea funcției renale este o parte importantă a îngrijirii și, cu aceasta, clearance-ul creatininei (CrCl) sau rata de filtrare glomerulară (GFR), estimată cel mai frecvent (eGFR), sunt considerate cele mai utile în determinarea gradului de insuficiență renală și a stadiului de boli renale cronice în conformitate cu sistemul de clasificare al Fundației Naționale a Rinichilor. Deoarece modificările tuturor funcțiilor renale (filtrare, secreție, reabsorbție, funcție endocrină și metabolică) au fost asociate în primul rând cu GFR, acest indice cantitativ poate fi utilizat pentru a măsura orice schimbări funcționale care rezultă din progresia bolii renale, intervenția terapeutică, sau insultă toxică. 9

Mecanisme ale homeostaziei glucozei în rinichi

Așa cum este descris mai detaliat în primul articol din acest supliment, menținerea homeostaziei glucozei este crucială în prevenirea consecințelor patologice care pot rezulta din hiperglicemie sau hipoglicemie. Hiperglicemia cronică necontrolată duce la un risc mai mare de complicații macrovasculare și microvasculare, cum ar fi bolile cardiovasculare, nefropatia, neuropatia și retinopatia. 10 Hipoglicemia, pe de altă parte, poate duce la o multitudine de complicații ale sistemului nervos central (de exemplu, confuzie, modificări de comportament, convulsii, pierderea cunoștinței și chiar moarte), deoarece creierul este cel mai mare consumator de glucoză din organism în post. sau stare „postabsorbtivă”. 10,11 Menținerea homeostaziei glucozei implică mai multe procese fiziologice complementare, inclusiv absorbția glucozei (în tractul gastrointestinal), glicogenoliza (în ficat), reabsorbția glucozei (în rinichi), gluconeogeneza (în ficat și rinichi) și excreția glucozei (în rinichi). 10,12

După cum sa menționat anterior, rinichii sunt capabili să sintetizeze și să secrete mulți hormoni importanți (de exemplu, renină, prostaglandine, kinine, eritropoietină) și sunt implicați într-o mare varietate de procese metabolice, cum ar fi activarea vitaminei D3, gluconeogeneza și metabolismul a numeroase compuși endogeni (de exemplu, insulină, steroizi). 9 În ceea ce privește implicarea renală în homeostazia glucozei, mecanismele primare includ eliberarea glucozei în circulație prin gluconeogeneză, absorbția glucozei din circulație pentru a satisface nevoile de energie ale rinichilor și reabsorbția glucozei la nivelul tubului proximal. 13

Glicogenoliză și gluconeogeneză

Eliberarea renală de glucoză în circulație este rezultatul glicogenolizei și gluconeogenezei. Glicogenoliza implică descompunerea glicogenului în glucoză-6-fosfat din precursori (de exemplu, lactat, glicerol, aminoacizi) și hidroliza ulterioară a acestuia (prin glucoză-6-fosfatază) în glucoză liberă. În schimb, gluconeogeneza implică formarea de glucoză-6-fosfat din aceiași precursori și conversia ulterioară în glucoză liberă. Interesant este că ficatul și mușchii scheletici conțin majoritatea depozitelor de glicogen ale corpului, dar numai ficatul conține glucoză-6-fosfatază. Ca atare, descompunerea glicogenului hepatic duce la eliberarea de glucoză, în timp ce descompunerea glicogenului muscular duce la eliberarea lactatului. Lactatul (generat prin glicoliza glucozei de către celulele sanguine, medulla renală și alte țesuturi) poate fi absorbit de organe și reformat în glucoză. 2

În ceea ce privește utilizarea glucozei, rinichiul poate fi perceput ca 2 organe separate, utilizarea glucozei intervenind predominant în medula renală și eliberarea glucozei limitată la cortexul renal. Aceste activități sunt separate ca urmare a diferențelor în distribuția diferitelor enzime de-a lungul nefronului. Până în acest moment, celulele din medula renală (care, la fel ca creierul, sunt utilizatorii obligați ai glucozei) au activitate enzimatică glucoză-fosforilantă și glicolitică semnificativă și, prin urmare, pot fosforila și acumula glicogen. Cu toate acestea, deoarece aceste celule nu au glucoză-6-fosfatază și alte enzime gluconeogene, ele nu pot elibera glucoză liberă în circulație. Pe de altă parte, celulele cortexului renal posedă enzime gluconeogene (inclusiv glucoza-6-fosfataza) și, prin urmare, pot produce și elibera glucoza în circulație. Dar, deoarece aceste celule au o capacitate mică de fosforilare, nu pot sintetiza glicogenul. 2

Amploarea eliberării de glucoză renală la om este oarecum neclară, cu dovezi neconcludente privind contribuția rinichilor la gluconeogeneza corporală totală. 4 O analiză a 10 studii publicate a concluzionat că contribuția renală la eliberarea totală a glucozei corporale în starea postabsorptivă este de aproximativ 20%. Pe baza presupunerii că gluconeogeneza reprezintă aproximativ jumătate din totalul eliberării de glucoză în circulație în timpul perioadei de repaus alimentar, gluconeogeneza renală este proiectată, deși nu este dovedită în mod concludent, ca fiind responsabilă pentru aproximativ 40% din toată gluconeogeneza. 2 Luând în considerare contribuția potențială a gluconeogenezei renale, rinichii par să joace un rol substanțial în eliberarea globală a glucozei în stări normale și fiziopatologice (de exemplu, insuficiență hepatică, contrareglare a hipoglicemiei). Până în acest moment, dovezile sugerează că la pacienții cu T2DM, eliberarea renală de glucoză este crescută atât în ​​stările postprandiale, cât și în cele postabsorptive, implicând contribuția rinichilor la hiperglicemia care caracterizează această afecțiune. 4 Într-un studiu, a fost observată o creștere de 3 ori a eliberării de glucoză renală la pacienții cu diabet față de cei fără. 14 În schimb, eliberarea hepatică de glucoză a crescut cu doar 30% în starea diabetică. Mecanismele potențiale implicate în eliberarea excesivă de glucoză renală în T2DM includ gluconeogeneza în repaus alimentar, scăderea eliberării insulinei postprandiale, rezistența la insulină (cunoscută pentru suprimarea eliberării de insulină renală / hepatică), creșterea concentrațiilor de acizi grași liberi (FFA) (FFA stimulează gluconeogeneza), o mai mare disponibilitate a gluconeogenezei precursori și glicogenoliză crescută. Din nou, este clar că există o contribuție renală la producția de glucoză în organism, dar contribuția efectivă la pacienții individuali cu T2DM este încă controversată.

Reabsorbția glucozei

Pe lângă rolul lor important în gluconeogeneză, rinichii contribuie la homeostazia glucozei prin filtrarea și reabsorbția glucozei. În condiții normale, rinichii recuperează cât mai multă glucoză posibil, făcând urina practic lipsită de glucoză. Glomerulii filtrează din plasmă aproximativ 180 de grame de -glucoză pe zi, toate fiind reabsorbite prin intermediul proteinelor transportoare de glucoză care sunt prezente în membranele celulare din tubii proximali. 4 Dacă capacitatea acestor transportori este depășită, glucoza apare în urină. Această capacitate maximă, cunoscută sub numele de tubular maxim pentru glucoză (TmG), variază de la 260 la 350 mg / min / 1,73 m 2 la adulți și copii sănătoși și corespunde unui nivel de glucoză plasmatică de aproximativ 200 mg / dL. 4 Odată ce TmG (pragul) este atins și transportorii sunt incapabili să reabsorbă toată glucoza (ca în T2DM), apare glucozuria. 7,15 Corelația dintre gradul de hiperglicemie și gradul de glucozurie devine liniară atunci când concentrațiile de glucoză din sânge au crescut dincolo de un prag. 4 Trebuie remarcat faptul că ușoare diferențe între nefronii individuali și natura imprecisă a sistemelor biologice pot modifica această curbă liniară de concentrație / reabsorbție, așa cum se indică printr-o vizionare teoretică pe măsură ce TmG este abordat. 4 Ca atare, glucozuria se poate dezvolta înainte de atingerea TmG așteptat. Glucosuria may also occur at lower plasma glucose concentrations in certain conditions of hyperfiltration (eg, pregnancy), but as a consequence of hyperfiltration rather than significant hyperglycemia. 12

Renal Glucose Transporters

The transport of glucose (a polar compound with positive and negative charged areas, making it soluble in water) into and across cells is dependent on specialized carrier proteins in 2 gene families: the facilitated glucose transporters (GLUTs) and the sodium-coupled glucose cotransporters (SGLTs). These transporters control glucose transport and reabsorption in several tissue types, including the proximal renal tubule, small intestine, blood-brain barrier, and peripheral tissues (Masa). 13,16 GLUTs are involved in the passive transport of glucose across cell membranes, facilitating its downhill movement as it equilibrates across a membrane. SGLTs, on the other hand, mediate active transport of glucose against a concentration gradient by means of cotransport with sodium. Of the various SGLT proteins expressed in the kidneys, SGLT2 is considered most important based on animal studies, it is responsible for reabsorbing 90% of the glucose filtered at the glomerulus. 4 SGLT1 contributes to the other 10% of glucose reabsorbed in the proximal tubule. This predominant role of SGLT2 in renal reabsorption of glucose raises the prospect of therapeutically blocking this protein in patients with diabetes. Of the various GLUT proteins expressed in the kidneys, GLUT2 is the major transporter, releasing into circulation the glucose reabsorbed by SGLTs in the proximal tubular cells (Figura). 4,17

In examining disorders involving renal glucose transport, gene mutations within SGLTs lead to inherited disorders of renal glucosuria, including familial (primary) renal glucosuria (FRG) and glucose-galactose malabsorption (GGM). FRG, an autosomal recessive or autosomal dominant disorder resulting from several different SGLT2 mutations, is characterized by persistent glucosuria in the absence of hyperglycemia or general renal tubular dysfunction. Because the majority of patients with FRG have no clinical manifestations, FRG is commonly described as a “nondisease” and is synonymous with the condition known as benign glucosuria. Even the most severe form of FRG (type O), where nonfunctioning mutations within the SGLT2 gene result in a complete absence of renal tubular glucose reabsorption, is associated with a favorable prognosis. Because FRG is generally asymptomatic, affected individuals are identified through routine urinalysis. 4

GGM, a more serious autosomal recessive disease caused by mutation of the SGLT1 transporter, is characterized by intestinal symptoms that manifest within the first few days of life and result from failure to absorb glucose and galactose from the intestinal tract. The resultant severe diarrhea and dehydration may be fatal if a glucose- and galactose-free diet is not initiated. In some patients with GGM, glucosuria is present but typically mild, while in others, no evidence of abnormal urinary glucose excretion exists, affirming the minor role of SGLT1 in renal glucose reabsorption of glucose. 4

Gene mutations involving GLUTs are associated with more severe consequences, as these transporters are more widespread throughout the major organ systems. Compared with SGLT2 and SGLT1, which are present mostly in the renal system, GLUT2 is a widely distributed facilitative glucose transporter that has a key role in glucose homeostasis through its involvement in intestinal glucose uptake, renal reabsorption of glucose, glucosensing in the pancreas, and hepatic uptake and release of glucose. 4 Mutations of the gene encoding this protein result in Fanconi-Bickel syndrome, a rare autosomal recessive glycogen storage disease that encompasses a multitude of complications (glucose and galactose intolerance, postprandial hyperglycemia, fasting hypoglycemia, tubular nephropathy, hepatomegaly, renomegaly, rickets, and stunted growth). Because GLUT2 is involved in the tubular reabsorption of glucose, glucosuria is a feature of the nephropathy. 4

Impact of Hyperglycemia on the Kidneys

While renal glucose reabsorption is a glucose-conserving mechanism in normal physiologic states, it is known to contribute to hyperglycemia in conditions such as T2DM. 15 Renal glucose reabsorption tends to increase with plasma glucose levels, up to plasma concentrations of 180 mg/dL to 200 mg/dL. 7 Among patients with diabetes, an excess of approximately 13 grams of glucose is taken up from the systemic circulation, of which 85% is attributed to increased renal glucose uptake. 3 Evidence suggesting a higher TmG in patients with diabetes compared with healthy controls attests to the increased state of renal glucose reabsorption seen in chronic hyperglycemia, which in turn can increase the risk of microvascular complications. 13,18 Over time, the glomeruli become damaged and are unable to filter blood efficiently and glomerular membranes leak protein (more than 50% of the protein is albumin) into the urine. 19 In patients with diabetes, the kidneys may be particularly susceptible to the effects of hyperglycemia, as many kidney cells are unable to sufficiently decrease glucose transport rates to prevent intracellular hyperglycemia in states of increased glucose concentration. 19

Nefropatie diabetica

Diabetes has become the most common single cause of endstage renal disease (ESRD) in the United States and Europe this is most likely due to several evolving factors, including an increased prevalence of T2DM, longer life spans among patients with diabetes, and better formal recognition of renal insufficiency. 20 Based on the most current (2008) US statistics from the American Diabetes Association, diabetes accounted for more than 40% of new cases of kidney failure, with 48,374 patients with diabetes beginning treatment for ESRD, and 202,290 people with diabetes-related ESRD on chronic dialysis or undergoing a kidney transplant. 20 Compared with patients with type 1 diabetes mellitus, a considerably smaller fraction of those with T2DM progress to ESRD, but due to the much higher prevalence of T2DM, these individuals constitute over half of those with diabetes on dialysis. Considerable racial/ethnic variability exists in this regard, with Native Americans, Hispanics (especially Mexican Americans), and African Americans at much greater risk of developing ESRD than non-Hispanic whites with T2DM. 20

Dialysis is a very expensive therapy, costing more than $50,000 per patient per year. Total medical spending for the approximately 400,000 patients with ESRD (representing those with and without diabetes) was $22.8 billion in 2001, an almost 3-fold increase over the 1991 to 2001 decade. ESRD spending represents 6.4% of the total Medicare budget, a 33% increase from 4.8% in 1991. The epidemic growth in ESRD cases has led to skyrocketing utilization of healthcare resources. 21

The earliest clinical evidence of nephropathy is the appearance of low, but abnormal, levels (≥30 mg/day or 20 μg/min) of albumin in the urine (referred to as microalbuminuria). 20 Although the course for each patient with T2DM is different, once albumin is detected in the urine, the chance of progression to more persistent albuminuria, progressive decline in GFR, raised arterial blood pressure, and increased cardiovascular morbidity and mortality is increased. Since undetected T2DM may be present for many years, a higher proportion of individuals with T2DM (vs type 1 diabetes mellitus) have microalbuminuria and overt nephropathy shortly after diagnosis. Without specific interventions, 20% to 40% of patients with T2DM and microalbuminuria progress to overt nephropathy however, within 20 years of onset of overt nephropathy, only 20% will have progressed to ESRD. 20 This may be attributable to the greater risk of dying from associated coronary artery disease than progressing to ESRD among the older diabetic population. As interventions for coronary artery disease continue to improve, however, more patients with T2DM may survive long enough to develop renal failure. 20

Increasing evidence demonstrates that the onset and course of diabetic nephropathy may be significantly altered by several interventions (eg, tight glucose control, use of angiotensin-converting enzyme inhibitors and angiotensin receptor blockers), all of which have their greatest impact if instituted early. As such, annual screening for microalbuminuria is critical since it leads to early identification of nephropathy. Well-known data from the Diabetes Control and Complications Trial and the United Kingdom Prospective Diabetes Study established that intensive glycemic control may significantly reduce the risk of developing microalbuminuria and overt nephropathy. 20 Recent research (eg, the Action in Diabetes and Vascular Disease: Preterax and Diamicron MR Controlled Evaluation [ADVANCE] trial) offers more perspective on the effects of tight glucose control and reduction of nephropathy. 22 ADVANCE evaluated progression to major macrovascular events (death from cardiovascular causes, nonfatal myocardial infarction, or nonfatal stroke) and major microvascular events (new or worsening nephropathy or retinopathy) in 11,140 patients with T2DM randomly assigned to undergo standard or intensive glucose control (glycated hemoglobin level ≤6.5%). After a median of 5 years, intensive glucose control produced a 10% relative reduction in the combined outcome of major macrovascular and microvascular events, primarily as a result of a 21% relative reduction in the risk of developing new or worsening nephropathy. The intensive glucose control group was also associated with a 9% reduction in new onset microalbuminuria, but a higher incidence of severe hypoglycemia (2.7% vs 1.5% in the standard control group). The observed reduction in nephropathy is important, since indices of renal impairment are strongly associated with future risk of major vascular events, ESRD, and death in patients with diabetes.

The regulation of glucose production, uptake, reabsorption, and elimination is handled by several organs, most notably (historically) the pancreas and liver. While not traditionally discussed, the kidneys’ contributions to maintaining glucose homeostasis are multifaceted and include such functions as gluconeogenesis and glucose reabsorption, the latter being mediated by active (SGLT) and passive (GLUT) transporters. Under normal circumstances, glucose filtered by glomeruli is completely reabsorbed, but in conditions of hyperglycemia or reduced resorptive capacity, glucosuria may occur. In hyperglycemia, the kidneys may play an exacerbating role by reabsorbing excess glucose, ultimately contributing to chronic hyperglycemia, and subsequently to pancreatic β-cell failure, insulin resistance, and decreased glucose uptake. Hyperglycemia in turn detrimentally affects the kidneys by damaging glomeruli, ultimately causing microalbuminuria and nephropathy. Knowledge of the kidneys’ role in glucose homeostasis and the effect of glucose dysregulation on the kidneys is critical to optimal management of T2DM and prevention of associated renal complications.Author affiliations:Department of Medicine, Division of Diabetes, University of Texas Health Science Center at San Antonio and Texas Diabetes Institute, San Antonio, TX.

Funding source:This activity is supported by an educational grant from Bristol-Myers Squibb and AstraZeneca LP.

Author disclosure:Dr Triplitt reports being a consultant or a member of the advisory board for Roche and Takeda Pharmaceuticals. He also reports being a member of the speakers’ bureau for Amylin, Eli Lilly, and Pfizer.

Authorship information:Concept and design drafting of the manuscript and critical revision of the manuscript for important intellectual content.


Source of blood glucose during starvation - Biology

You've heard the story before: when you eat carbohydrate-rich foods that digest quickly, it sends your blood sugar and insulin levels soaring, then your blood sugar level comes crashing back down and you feel hungry and cranky. You reach for more carbohydrate, perpetuating the cycle of crashes, overeating, and fat gain.

It sounds pretty reasonable-- in fact, so reasonable that it's commonly stated as fact in popular media and in casual conversation. This idea is so deeply ingrained in the popular psyche that people often say "I have low blood sugar" instead of "I'm hungry" or "I'm tired". But this hypothesis has a big problem: despite extensive research, it hasn't been clearly supported. I've written about this issue before (1).

A new study offers a straightforward test of the hypothesis, and once again finds it lacking.

Bernd Schultes and colleagues used a clever design to isolate the effect of blood glucose on appetite (2). They recruited 15 healthy young men, and on two occasions fed them an identical light breakfast.

On one occasion, they waited one hour after the meal and infused saline containing 50 grams of glucose into the volunteers' bloodstream over a one-hour period. On the other occasion, they did the same thing except using saline without glucose. Throughout the infusion, and one hour afterward, the researchers monitored levels of blood glucose, blood insulin, and markers of appetite.

As expected, the glucose infusion markedly increased blood glucose and insulin levels in the hour following the meal. After the researchers stopped the glucose infusion, the volunteers' blood glucose levels declined, eventually reaching a level significantly lower than the control condition (54 mg/dL vs 70 mg/dL). This is the post-meal "crash" that is supposed to trigger appetite.

Yet levels of hunger, appetite, satiety, and fullness didn't differ between groups at any time-- either during the infusion or afterward.

We have extensive evidence that the brain pays attention to blood glucose levels, and triggers appetite when it goes too low as part of a suite of protective responses to maintain blood glucose level (this is called the "counterregulatory response"). However, the evidence overall suggests that you have to have pretty serious hypoglycemia for this to happen-- something that rarely occurs in people who aren't using insulin to treat diabetes. When researchers actually measure the blood glucose level of non-diabetic people who report feeling "hypoglycemic", a small percentage of them really are hypoglycemic, but the vast majority have perfectly normal blood glucose levels (3, 4, 5, 6). Hypoglycemia is not something that occurs frequently in the general non-diabetic population, and it doesn't offer a compelling explanation for why we feel hungry or tired between meals.

The brain listens to a variety of signals that indicate the body's energy status, and it integrates these signals to determine your sensation of hunger or satiety (7). Glucose is one of the signals the brain listens to, but there are many others, and the brain doesn't appear to pay very much attention to the glucose signal when it's within the range that occurs in the daily life of most people. In contrast, the brain pays attention to levels of leptin, CCK, GLP-1, glucagon, amylin, ghrelin, and signals ascending from the gut via the vagus nerve (7).

I like this study because it manipulated blood glucose levels in a way that's not likely to be confounded by variables that bedevil other study designs. They pulled this off by directly manipulating blood glucose, mimicking the glucose profile of a high-glycemic meal to see if post-meal fluctuations at the extreme end of the normal range affect appetite.

And, consistent with most previous research, it looks like they don't. How do we reconcile this with the fact that some single-meal studies have found that lower-glycemic meals are more sating than higher-glycemic meals (8)? Here's what I think. The sating effect of low-glycemic meals probably doesn't have much to do with blood glucose at all, but rather: 1) the fact that these studies are usually not properly controlled for other variables known to affect satiety, such as calorie density, fiber, protein, and palatability and 2) the fact that lower-glycemic foods digest more slowly and therefore tend to leave carbohydrate hanging around in the gut interacting with intestinal satiety receptors for longer.


Source of blood glucose during starvation - Biology

Gluconeogenesis and the Maintenance
of Blood Glucose During Fasting

1. Describe the pathway for gluconeogenesis

Names:
Funcții:
Substrates:
Product:
Control Enzymes:
Regulation:
Compartment(s):
Tissues of interest:

2. There are three irreversible reactions in glycolysis, name the substrates and products of those reactions and the enzymes that catalyze them. There are four enzymes unique to gluconeogenesis that catalyze reactions that circumvent the irreversible reactions of glycolysis. Name the enzymes, reactants and products.

3. What are the sources of the gluconeogenic precursors and how are they converted into pyruvate, TCA cycle intermediates, or dihydroxyacetone phosphate?

4. Name the enzymes that convert lactate and alanine to pyruvate and that convert glycerol to dihydroxyacetone phosphate.

5. Explain why ingestion of large quantities of alcohol inhibits gluconeogenesis.

6. Most of our diet contains even numbered fatty acids. Can we form glucose from them? Some of our diet contains odd numbered fatty acids. Can we form glucose from them? Cum?

7. Describe the pathway for the conversion of pyruvate to phosphoenolpyruvate by naming the intermediates, the compartments, the control enzyme, and the allosteric regulator for the control enzyme. Include the terms pyruvate carboxylase, biotin, ATP, oxaloacetate, acetyl CoA, malate dehydrogenase, NADH, malate, phosphoenolpyruvate carboxykinase, GTP. Ignore aspartate.

8. Name the phosphatases that convert fructose-1,6-bisphosphate to glucose in liver.

9. How does fasting, stress, exercise, or a high protein meal affect the level of substrates for gluconeogenesis?

10. Explain the control of the conversion of pyruvate to phosphoenolpyruvate during gluconeogenesis. Name two enzymes in the pathway, a positive allosteric modifier activates one and one is activated principally by induction. Why isn't phosphoenolpyruvate converted to pyruvate and why isn't pyruvate converted to acetyl CoA during gluconeogenesis? Include the terms acetyl CoA, cyclic-AMP, phosphorylation, NADH, and, again, acetyl CoA in your answer.

11. Explain the activation of the fructose-1,6-bisphosphatase during gluconeogenesis. What prevents the reverse reaction and a futile cycle from occurring?

12. Name the enzyme that converts glucose-6-phosphate to glucose in liver.

13. Compare the energy used in the conversion of two moles of pyruvate to glucose with the energy generated during glycolysis when one mole of glucose is converted to two moles of pyruvate.

14. How is the energy used for gluconeogenesis obtained?

15. What are the major factors that regulate blood glucose?

16. What happens to the blood concentrations of insulin and glucagon and the insulin/glucagon ratio following ingestion of a high carbohydrate meal, a high protein meal, and a normal meal?

17. What is the fate of glucose in the liver following a normal or high carbohydrate meal? How does the increased blood glucose and the increased insulin/glucagon ratio affect the cAMP cascade, the activity of protein phosphatase, glycogen synthesis, glycogenolysis, glycolysis, gluconeogenesis, glycerol-3-phosphate synthesis, fatty acid synthesis, triacylglycerol synthesis, and VLDL synthesis?

18. In some tissues, an increase in blood insulin will substantially increase the glucose transporters in the cell membrane and the transport of glucose into cells. Which of these tissues react in this manner and which do not: muscle, adipose tissue, brain, and liver?

19. What is the affect of increased blood insulin upon glycogen synthesis in muscle?

20. What are the affects of increased insulin upon glycerol-3-phosphate synthesis, fatty acid uptake from VLDLs, and triacylglycerol synthesis in adipose tissues?

21. As blood glucose decreases and the insulin to glucagon ratio drops, the cyclic AMP cascade causes a change in the activities of the enzymes concerned with glycogen metabolism so that glucose is released into the blood. Be able to name all the intermediates in the proper order in this pathway. Use the terms glucagon receptor, G-protein, adenyl cyclase, cAMP, protein kinase A, regulatory subunits, catalytic subunits, phosphorylase kinase, phosphorylase, glycogen synthase, glucose-1-P, glucose-6-P, glucose-6-phosphatase, and glucose.

22. As blood glucose decreases and the insulin to glucagon ratio drops, the cyclic AMP cascade causes a change in the activities of the enzymes concerned with gluconeogenesis and glycolysis so that glucose is released into the blood. From the time when glucagon binds it's receptor, be able to name all the intermediates in the proper order in the pathway that activates fructose-1,6-bisphosphatase and inhibits phosphofructokinase-1 and pyruvate kinase. Use the terms glucagon receptor, G-protein, adenyl cyclase, cAMP, protein kinase A, regulatory subunits, catalytic subunits, phosphofructokinase-2/fructose-2,6-bisphosphatase, and fructose-2,6-bisphosphate.

23. As blood glucose decreases and the insulin to glucagon ratio drops, the cyclic AMP cascade causes an increase in lipolysis in adipose tissue. What are the products of lipolysis and how do liver and muscle use them? Include the terms fatty acids, glycerol, gluconeogenesis, energy, and ketone bodies.

24. Between 3 days and 6 weeks of starvation, what happens to the blood concentrations of glucose, free fatty acids, and ketone bodies? What happens to the total utilization of glucose by the body? What happens to the total utilization of fat by the body? Between 3 days and 6 weeks of starvation, what happens to total urinary nitrogen excretion? Note that total urinary nitrogen is at least 80% urea. Explain this change in urea excretion.

25. Be able to state the major source of glucose (ingested, glycogenolysis, or gluconeogenesis) used by a sedentary person following ingestion of a meal. For example, at l hour, 4 hours, 16 hours, and 30 hours. Assume that the subject was sedentary. What would happen to this timetable if the person were running a marathon?

26. What values does the American Diabetes Association use to define diabetes and pre-diabetes from fasting blood glucose? Error in lecture. Correct answer: Normal fasting blood glucose is below 100 mg/dl. A person with pre-diabetes has a fasting blood glucose level between 100 and 125 mg/dl.

27. Concerning Al Martini who has not eaten and has been drinking heavily for the past three days, explain his hypoglycemia in terms of the reactions that are inhibited and why they are inhibited?

28. Concerning Emma Wheezer: What were the effects of dexamethasone that contributed to muscle weakness and hyperglycemia?

29. What is the major glucocorticoid in humans?

30. Concerning Di Abietes, who suffers from Type I diabetes and is in a coma because she took an overdose of insulin 13 hours ago,

(1) how can you tell from her rate and depth of respiration that she is not suffering from diabetic ketoacidosis? (2) what had happened to the normal pathways for energy production in the fasting state? Include fatty acid mobilization, ketone body synthesis, glycogenolysis, and gluconeogenesis.

31. Concerning Di Abietes, who suffers from Type I diabetes, what is the pathogenesis of her disease? What is the pathogenesis of Type 2 diabetes?

32. Concerning Otto Shape who is now in shape and jogs in the morning before breakfast. How does he maintain his blood glucose levels? Does increased blood epinephrine help this process?

33. Understand the meaning of each of the keywords.

Keywords : Acetyl CoA, adenyl cyclase, alanine aminotransferase, amino acids, ATP, biotin, cAMP, catalytic subunits, cortisol, covalent modification, energy, epinephrine, exercise, fasting, fatty acids, feed forward activation, fructose-6-phosphate, fructose-1,6-bisphosphatase,, fructose-1,6-bisphosphate, fructose-2,6-bisphosphate, G-protein, glucagon, glucagon receptor, gluconeogenesis, glucose , glucose-6-phosphatase, glucose-1-P, glucose-6-P, glycerol, glycerol kinase, glycerol-3-phosphate dehydrogenase, glycogen synthase, GTP, high protein diet, induction, insulin, insulin resistance, impaired glucose tolerance, ketone bodies, lactate, lactate dehydrogenase, lipolysis, malate, malate dehydrogenase, mitochondria, muscle degradation, NADH, oxaloacetate, phosphoenolpyruvate, phosphoenolpyruvate carboxykinase, phosphofructokinase-1, phosphofructokinase-2/fructose-2,6-bisphosphatase, phosphorylase, phosphorylase kinase, protein, protein kinase A, pyruvate, pyruvate carboxylase, pyruvate dehydrogenase, pyruvate kinase, regulatory subunits, starvation, stress


The Absorptive State

The absorptive state, or the fed state, occurs after a meal when your body is digesting the food and absorbing the nutrients (anabolism exceeds catabolism). Digestion begins the moment you put food into your mouth, as the food is broken down into its constituent parts to be absorbed through the intestine. The digestion of carbohydrates begins in the mouth, whereas the digestion of proteins and fats begins in the stomach and small intestine. The constituent parts of these carbohydrates, fats, and proteins are transported across the intestinal wall and enter the bloodstream (sugars and amino acids) or the lymphatic system (fats). From the intestines, these systems transport them to the liver, adipose tissue, or muscle cells that will process and use, or store, the energy.

Depending on the amounts and types of nutrients ingested, the absorptive state can linger for up to 4 hours. The ingestion of food and the rise of glucose concentrations in the bloodstream stimulate pancreatic beta cells to release insulină into the bloodstream, where it initiates the absorption of blood glucose by liver hepatocytes, and by adipose and muscle cells. Once inside these cells, glucose is immediately converted into glucose-6-phosphate. By doing this, a concentration gradient is established where glucose levels are higher in the blood than in the cells. This allows for glucose to continue moving from the blood to the cells where it is needed. Insulin also stimulates the storage of glucose as glycogen in the liver and muscle cells where it can be used for later energy needs of the body. Insulin also promotes the synthesis of protein in muscle. As you will see, muscle protein can be catabolized and used as fuel in times of starvation.

If energy is exerted shortly after eating, the dietary fats and sugars that were just ingested will be processed and used immediately for energy. If not, the excess glucose is stored as glycogen in the liver and muscle cells, or as fat in adipose tissue excess dietary fat is also stored as triglycerides in adipose tissues.

Figure 24.5.1 summarizes the metabolic processes occurring in the body during the absorptive state.

Figure 24.5.1 – Absorptive State: During the absorptive state, the body digests food and absorbs the nutrients into cells.


Online College Homework Help

Starvation occurs when the human body stops taking food or both food and water. It is a type of metabolic stress condition of the body. There are many conditions when your body can be under starvation, like due to food scarcity during natural calamities like floods, droughts etc. When there is extreme poverty, during clinical conditions like major surgeries and in severe burns, during dieting in the desire to lose weight, and in hunger strikes. The human body can survive without food maximum up to 65 days.

During starvation, the body will start lacking calories which include carbohydrates and lipids, proteins, vitamins and minerals, antioxidants. During starvation, there is an increase of glycogenolysis, gluconeogenesis, lipolysis, and ketogenesis. Brain in starvation uses ketone bodies as an energy source than using glucose, that’s why our brain functions for few weeks even in starvation.

Insulin is decreased in blood and glucagon, epinephrine and norepinephrine levels are increased. The adult 70 kg human has 8,000 Kilojoules of glycogen stored which is consumed in 24 hours during starvation. There is shutting of lipid-derived energy in glucose to peripheral tissue and lactate goes back to the liver to form again glucose. This is how the body adapts when glucose levels are decreased.

The major source of energy comes from triglycerides. The 70 kg adult human has 400,000 Kilojoules stored in adipose tissue. Lipolysis occurs and lipids are converted into fatty acids. Fatty acids undergo beta-oxidation in mitochondria. Then acetylcholine is formed which enters the citric acid cycle and Adenosine triphosphates (ATP) is formed and this ATP forms glucose by gluconeogenesis.

Ketogenesis occurs which converts fatty acids to short chain fatty acids and ketone bodies. During ketogenesis, there is the formation of acetoacetate which readily converts to acetone, and this acetone gets released from urine and lungs produces “acetone breath”.

In 8-10 days of fasting, body weight is reduced to half and in later time skeletal muscles are degraded. In the last stage, autophagy occurs where cells start to eat up the critical molecules to continue the process of gluconeogenesis. Due to this structure of cells is disturbed and finally starvation leads to death generally due to diaphragm failure as a result of prolonged autophagy.


Glucose Homeostasis

Glucose is a monosaccharide which represents an essential biological energy source, enabling the generation of ATP following glycolysis. Although many tissues can also use fats and protein as an energy source, the brain and red blood cells can only use glucose. Glucose is stored in the body, importantly in the liver, as glycogen. Circulating levels of glucose are controlled by two hormones, insulin and glucagon. In response to high glucose levels, pro-insulin is released from pancreatic beta cells in the islets of Langerhans and is converted to the active form in the blood. Insulin stimulates the uptake of glucose and storage in the tissues as glycogen (glycogenesis). The uptake of glucose into mammalian cells is facilitated by glucose transporters (Glut). The individual Glut subtypes differ in their tissue distribution, substrate specificity, kinetic properties, and intracellular localization, allowing members of the Glut family to finely regulate whole-body glucose homeostasis.


Priveste filmarea: Adevăruri despre trecut: Pârjolul - despre foametea din anii 1946-1947 @TVR1 (Ianuarie 2022).