Metabolická flexibilita

Lidský organismus je adaptován na měnící se dostupnost a potřebu energetických substrátů.

Člověk v potravě konzumuje především makromolekulární formy energií bohatých živin, tedy škrob, triacylglyceroly a proteiny. Ty jsou během trávení v žaludku a tenkém střevě rozloženy na monomolekulární formy, které jsou pak ze střeva vstřebány a krevním (v případě mastných kyselin s dlouhým řetězcem také lymfatickým) oběhem dopravovány do jater.

Anabolismus a katabolismus

Zhruba 4–5 hodin po požití potravy trvá anabolická fáze energetického metabolismu, ve které jsou monomolekulární formy živin, tedy glukóza, mastné kyseliny a aminokyseliny, více odebírány buňkami z mezibuněčné tekutiny a z nich jsou nitrobuněčně syntetizovány makromolekuly, tedy glykogen, triacylglyceroly a proteiny. K tomu, aby k anabolické fázi docházelo, je nutná vysoká hladina hormonu inzulinu a nízká plazmatická hladina hormonu glukagonu.

Za hodinu po jídle je molární poměr inzulinu a glukagonu asi 70, po pěti hodinách poklesne ke třem. Začíná katabolická fáze energetického metabolismu, výrazně stoupá štěpení makromolekul na jejich jednodušší formy.

Relativně vysoká hladina inzulinu současně s nízkou hladinou glukagonu vede k expresi genů pro enzymy, které urychlují tvorbu makromolekul, naopak jeho nízká hladina a relativně vysoká hladina glukagonu vede k expresi genů pro enzymy podílející se na štěpení makromolekul na molekulární formy živin. Ty jsou dále použity k tvorbě ATP, především za přítomnosti kyslíku v dýchacím řetězci mitochondrií. ATP a kreatinfosfát, tedy makroergní fosfáty, při své dekompozici uvolňují energii. Ta může být spotřebována při vykonávání práce, zejména (asi z 60 %) pro membránový transport, který udržuje membránový potenciál, z 15–20 % pro syntézu proteinů a dalších makromolekul, zbytek pro jiné fyziologické funkce.

Princip vyšetření inzulinové citlivosti jater a kosterního svalu pomocí stabilních izotopů a hyperglykemického euglykemického clampu. Vyšetření je zahájeno podáním bolusu a kontinuální infuze deuteriem značené glukózy, po dvou hodinách je dosaženo rovnovážného stavu, kdy lze z poměru izotopů (TTR , tracer to tracee ratio stanovený hmotnostní spektrometrií) určit podíl endogenní produkce glukózy na extracelulárním poolu. Následně je zahájen samotný clamp: v průběhu dvou hodin je podávána kontinuální infuze inzulinu ve fixní dávce ve vztahu k hmotnosti či ploše těla vyšetřovaného. Normální hladina glykemie je udržována variabilní vzestupnou dávkou glukózy. Množství infundované glukózy v jednokompartmentovém modelu odpovídá odsunu glukózy z extracelulárního poolu do buněk, tedy inzulinové senzitivitě kosterního svalu. Zvýšená hladina inzulinu v krvi fyziologicky inhibuje produkci glukózy v játrech a pokles této produkce je měřítkem jaterní inzulinové senzitivity.

Inzulin je tedy zásadně důležitý jednak pro syntézu makromolekul, tedy pro anabolickou část energetického metabolismu, ale také pro vstup glukózy do dvou typů buněk, adipocytů (tukových buněk) a myocytů (buněk kosterního svalstva). Je tomu díky závislosti jednoho z transportérů glukózy, GLUT 4, na inzulinu. Za přítomnosti inzulinu je přenos glukózy do svalových a tukových buněk usnadněn, za jeho nepřítomnosti nebo při zvýšené hladině hormonů, které působí opačně, je její přenos do těchto buněk významně snížen.

Inzulin a zejména jeho poměr ke glukagonu a dalším katabolickým hormonům, tedy glukokortikoidům a katecholaminům, rozhoduje o tom, zda do adipocytů a myocytů glukóza poteče, nebo zůstane v mezibuněčném prostoru a bude distribuována k dalším buňkám.

Míra citlivosti těchto tkání k účinku inzulinu je tak základní determinantou toho, zda bude glukóza ve formě glykogenu skladována ve svalových buňkách, zda bude v tukových nebo v jaterních buňkách využita pro syntézu triacylglycerolů (de novo lipogenezi), nebo zda bude spíše transportována do buněk jiných tkání, kde je jí aktuálně třeba – například do imunitních buněk, fibroblastů, buněk rostoucího plodu či podobným mechanismem do buněk rostoucího nádoru. Trvale je však transportována do nervových buněk centrálního nervového systému.