Кетонові тіла як паливо для мозку під час голодування

Гладвійн, штат Пенсільванія, 19035 рік

1401 Spring Mill Rd., Gladwyne, PA 19035. Тел .: 610‐527‐3045; Факс: 610‐527‐3054 Шукати інші статті цього автора

Гладвійн, штат Пенсільванія, 19035 рік

1401 Spring Mill Rd., Gladwyne, PA 19035. Тел .: 610‐527‐3045; Факс: 610‐527‐3054 Шукати інші статті цього автора

СТАТУС НАШИХ ЗНАНЬ З МАРТОВОГО І МОЗКОВОГО МЕТАБОЛІЗМУ У ЛЮДЕЙ, КОЛИ Я ПОЧАЛ СВОЇ ДОСЛІДЖЕННЯ

ЦУКРОВИЙ ДІАБЕТ І ЩО ВИ НАВЧАЛИ ПРО МЕТАБОЛІЗМ ЛЮДИНИ

Між 1959 і 1965 рр. Численні дослідження на людях, які проводились, коли концентрація глюкози в крові була нормальною, а концентрація кетону в крові була низькою, показали, що мозок споживає глюкозу із розрахунковою швидкістю 100–145 г на день. Катетеризація кровоносних судин, що ведуть до мозку пацієнтів під час діабетичного кетоацидозу, показала, що центральна нервова система не може виділити вимірювані кількості ацетону. На той час β-гідроксибутират та ацетоацетат піддавали дії сильних кислот, які перетворювали їх в ацетон, і вимірювали концентрації ацетону в артеріальній та венозній крові, що відводить мозок. Ці дослідження показали, що мозок витягував з крові лише незначну кількість ацетону під час діабетичного кетоацидозу. Це було нинішнє розуміння джерел метаболічного палива для мозку, коли я розпочав навчання в 1965 році.

ДОСЛІДЖЕННЯ З ЛЮДСЬКОГО СТАРВАЦІЇ

До 1965 року було кілька класичних досліджень голоду, які вимірювали споживання О2 та вироблення СО2 в поєднанні з екскрецією азоту з сечею, щоб визначити потреби людини в енергії. Однак не було досліджень, які поєднували швидкість обміну палива між різними руслами органів із швидкістю виведення азоту з сечею та швидкістю дихальних газів у людей під час тривалого голодування. Точні, швидкі та фінансово здійсненні методи вимірювання палива (глюкоза, β-гідроксибутират, ацетоацетат, лактат, піруват, гліцерин, вільні жирні кислоти та амінокислоти) та гормони (інсулін) були розроблені до середини 1960-х.

Як приклад проблем, які переслідували сферу досліджень голоду, високо оцінене дослідження, проведене в лікарні Джона Хопкінса в 1963–64 4 4 Презентації покійного Дж. В. Уокера-старшого, раніше медичного факультету Університету Джона Гопкінса, на Медичних гранд-турах та на місцевих та національних зборах (приблизно 1963–65). було забруднене вживанням невеликої кількості вуглеводних напоїв протягом періоду голодування. Я був одним із медичних мешканців, які навчались у лікарні Джона Хопкінса і контролювали стан здоров’я хворого на ожиріння чоловіка, який пройшов близько 14 місяців голодування та напівголоду для зменшення ваги. Однак я не визнав (як і ніхто інший) того впливу, який вживання невеликої кількості вуглеводних напоїв мало на виведення азоту сечею цього пацієнта. Я пам’ятаю, як пацієнт сказав щось на кшталт: «Мені потрібно випити колу, бо мій мозок потребує цукру». Лише в 1972 році Даніель Г. Сапір та ін. [1] продемонстрував чудову чутливість швидкості виведення азоту з сечею до прийому невеликої кількості вуглеводів.

ЕРА КАХІЛЛА

Ми визнали невідповідність між потребою мозку в глюкозі та кількістю азоту, що виділяється під час голодування [2]. Однак кількість азоту та повна природа азотистих сполук, що виділяються із сечею, на той час не були чітко визначені. Крім того, існувала словесна суперечка щодо співвідношення виробництва азоту та глюкози в сечі, а місця виробництва глюкози в організмі під час голодування остаточно не встановлені. Тим не менше, кількість глюкози, яка може повністю окислюватися до СО2 та води, значно менша, ніж 100–145 г/день, необхідних нервовій системі. Тому якесь паливо, крім глюкози, повинно забезпечувати енергію для мозку під час голодування. Коли ми починали вивчати метаболічні адаптації під час голоду у людей, ми не знали, як довго людина може поститись і яке паливо буде використовуватися конкретними тканинами. Як тільки нове розуміння почало накопичуватися, енергетичні потреби всіх органів і організму в цілому довелося переоцінити.

ДОСЛІДЖЕННЯ З ХВОРИМИ НА ОЖИРУ

РОЛЬ НИРКИ ПІД ЧАС ГОРОДУ

Як це часто буває у медичних дослідженнях, наші попередні дані викликали стільки запитань, скільки відповіли. Згідно з нашими висновками, печінка пані Б. виробляла менше глюкози, ніж її мозок. З попередніх досліджень було відомо, що через 3 дні голодування концентрація глюкози в крові стабілізується, вказуючи на баланс між швидкістю вироблення та швидкістю утилізації глюкози. Хоча мозок пані Б. видобувала лише невелику кількість глюкози, це було більше, ніж виробляла печінка, і все ж концентрація глюкози в її крові залишалася постійною. Таким чином, ми вирішили визначити причину цього дисбалансу з ідеєю, що має бути інше джерело глюкози в крові.

На основі наших первинних висновків із пані Б., ми розширили своє дослідження, включивши оцінку ролі ниркового глюконеогенезу в метаболізмі людини під час тривалого голодування. Наступним нашим пацієнтом, містером Н., був 49-річний чоловік, який важив 300 футів і мав більшу частину жиру в тілі в зоні грудей і живота. У нього була порушення толерантності до глюкози, і ми запідозрили проблеми з нирками після виявлення слідів білка в сечі. Пан Н. також страждав від високого кров'яного тиску (180/110 мм рт. Ст.); невеликі напади фізичних вправ залишали його втомленим і задиханим. Електрокардіограма вказувала на наявність гіпертрофії лівого шлуночка. Він схуд на 55 кілограмів під час голоду і був найбільш задоволений цим досягненням. Його щоденна швидкість виведення азоту з сечею є репрезентативною для добре гідратованих людей із ожирінням, які переживають тривале голодування (рис. 1). Його рівень глюкози в крові та артеріальний тиск стали нормальними. Він пройшов дослідження катетеризації головного мозку, печінки та нирок до періоду годування низькокалорійною дієтою.

Третім пацієнтом-добровольцем, пані Л., була 26-річна жінка, яка важила 324 фунтів. У неї були хаотичні порушення менструального циклу (відомо, що вони трапляються із патологічним ожирінням), а іноді і сильні вагінальні кровотечі кожні 3-4 місяці, що вимагало хірургічного лікування (дилатація та кюретаж) та гормональної терапії. Лабораторний скринінг показав відсутність цукрового діабету, захворювань щитовидної залози, печінки та нирок. Вона постила 39 днів, напрочуд добре переносила нестачу їжі і схудла на 51 кілограм. Вона пройшла дослідження катетеризації мозку, печінки та нирок. Вона легко переносила ці процедури і повернулася до опіки свого звичайного лікаря.

Перевірка нашої теорії на пані Н. та пані Л. підтвердила наші початкові результати: під час тривалого голодування мозок витягує із крові значну кількість ацетоацетату та β-гідроксибутирату, тим самим щадячи метаболізм глюкози. Ми відразу зрозуміли, що метаболізм кетонових тіл, а не глюкози, є переважним джерелом енергії, щадячи м’язовий білок та забезпечуючи виживання під час голодування (рис. 2). Не менш важливо, ми знову зазначили, що під час тривалого голодування утворення глюкози розподілялося між печінкою та нирками.

У 1967 р. Результати цих досліджень були опубліковані в Журнал клінічного дослідження; ця стаття під назвою «Метаболізм мозку під час голодування» надалі стала класикою цитування [6]. Робота, присвячена "Обміну печінки та нирок під час тривалого голодування", була опублікована в 1969 р Журнал клінічного дослідження [7]. Він також відповідав критеріям класифікації цитування.

ПІДСУМКИ

Наша робота над метаболізмом кетонового тіла в мозку людини продемонструвала, як люди виживають та підтримують психічні функції під час фізіологічної гіпоглікемії та гіперкетонемії тривалого голодування. Споживання мозку кетоном в організмі відіграє важливу роль у збереженні життя.

Щоденне виведення азоту з сечею у пана Н., який голодував 38 днів. Протягом базового періоду спостерігались значні коливання екскреції азоту з сечею та різке зменшення загальної екскреції азоту під час тривалого голодування, причому амоній став основним екскреторним продуктом.

Після нічного голодування у нормальних людей споживання мозку глюкозою може забезпечити весь спожитий кисень. Під час голодування споживання глюкози пригнічується до однієї третини, а споживання кетонового тіла до двох третин поглинання кисню. Помилка вимірювання амінокислотного азоту була занадто великою, щоб показати значне поглинання.