Açlık tepkisi - Starvation response

Açlık tepkisi hayvanlarda bir dizi adaptif biyokimyasal ve fizyolojik azaltan değişiklikler metabolizma yiyecek eksikliğine yanıt olarak.[1][açıklama gerekli ]

Eşdeğer veya yakından ilişkili terimler şunları içerir: kıtlık tepkisi, açlık modu, kıtlık modu, açlık direnci, açlık toleransı, uyarlanmış açlık, uyarlanabilir termojenez, yağ adaptasyonu, ve metabolik adaptasyon.

Bakteriler, besinler sınırlı olduğunda antibiyotiklere oldukça toleranslı hale gelir. Açlık Besinler konakçı savunmaları tarafından tutulduğunda ve çoğalan bakteriler tarafından tüketildiğinde sınırlı hale geldiğinden enfeksiyon sırasında antibiyotik toleransına katkıda bulunur.[2][3] İn vivo açlıktan kaynaklanan toleransın en önemli nedenlerinden biri biyofilm birçok kronik enfeksiyonda ortaya çıkan büyüme.[4][5][6] Biyofilmlerdeki açlık, biyofilm kümelerinin çevresinde bulunan hücreler tarafından besin tüketiminden ve biyofilm yoluyla substratların difüzyonunun azalmasından kaynaklanmaktadır.[7] Biyofilm bakterileri neredeyse tüm antibiyotik sınıflarına aşırı tolerans gösterir ve sınırlayıcı substratlar sağlamak hassasiyeti geri kazandırabilir.[8]

İnsanlarda

Normalde vücut, yağ rezervlerini yakarak ve kas ve diğer dokuları tüketerek azaltılmış enerji alımına yanıt verir. Spesifik olarak, vücut ilk önce sindirim sisteminin içeriğini ve karaciğer hücrelerinde depolanan glikojen rezervlerini tükettikten ve önemli protein kaybından sonra yağ yakar.[9] Uzun süren açlık dönemlerinden sonra vücut, kas dokusundaki proteinleri yakıt kaynağı olarak kullanır ve bu da kas kütlesi kaybına neden olur.[10]

Büyüklük ve kompozisyon

Açlık tepkisinin büyüklüğü ve bileşimi (yani metabolik adaptasyon), tek başına yaşayan 8 kişinin katıldığı bir çalışmada tahmin edilmiştir. Biyosfer 2 iki yıl için. İzolasyon sırasında, sert koşullar nedeniyle vücut ağırlıklarının ortalama% 15'ini (aralık:% 9-24) yavaş yavaş kaybetmişlerdir. İzolasyondan ortaya çıktıklarında, sekiz izole birey, başlangıçta benzer fiziksel özelliklere sahip olan 152 kişilik bir kontrol grubuyla karşılaştırıldı. Ortalama olarak, izolasyon sonrası bireylerin açlık tepkisi günlük 180 kCal'lik bir azalma olmuştur. toplam enerji harcaması. Açlık tepkisinin 60 kCal'ı yağsız kitlede bir azalma ile açıklandı ve yağ kütlesi. Ek 65 kCal, kıpır kıpır. Kalan 55 kCal istatistiksel olarak önemsizdi.[11]

Genel

Bir bedenin enerji gereksinimleri, bazal metabolik oran (BMR) ve fiziksel aktivite seviyesi (ERAT, egzersize bağlı aktivite termojenez). Bu kalori gereksinimi protein, yağ, karbonhidratlar veya bunların bir karışımı ile karşılanabilir. Glikoz genel metabolik yakıttır ve herhangi bir hücre tarafından metabolize edilebilir. Fruktoz ve diğer bazı besinler sadece karaciğerde metabolize edilebilir, burada metabolitleri olarak depolanan glikoza dönüşür. glikojen karaciğerde ve kaslarda veya içine yağ asitleri yağ dokusunda depolanır.

Yüzünden Kan beyin bariyeri, insana besin almak beyin özellikle bu bariyeri geçebilecek moleküllere bağımlıdır. Beynin kendisi, bazal metabolizma hızının yaklaşık% 18'ini tüketir: toplam 1800 kcal / gün alımında bu, 324 kcal veya yaklaşık 80 g glikoza eşittir. Toplam vücut glikoz tüketiminin yaklaşık% 25'i beyinde gerçekleşir.

Glikoz, doğrudan diyet şekerlerinden ve diğer şekerlerin parçalanmasıyla elde edilebilir. karbonhidratlar. Diyet şekerlerinin ve karbonhidratların yokluğunda, depolananların parçalanmasıyla glikoz elde edilir. glikojen. Glikojen, karaciğerde ve iskelet kasında kayda değer miktarlarda depolanan, kolayca erişilebilen bir glikoz saklama şeklidir.[12]

Glikojen rezervi tükendiğinde, glikoz, yağların parçalanmasıyla elde edilebilir. yağ dokusu. Yağlar parçalanır gliserol ve serbest yağ asitleri, gliserolün karaciğerde glikoza dönüşmesi ile glukoneogenez yolu.

Gliserol rezervlerinden yapılan glikoz bile düşmeye başladığında, karaciğer üretmeye başlar. keton cisimleri. Keton cisimleri, önceki paragrafta bahsedilen serbest yağ asitlerinin kısa zincirli türevleridir ve kan-beyin bariyerini geçebilirler, yani beyin tarafından alternatif bir metabolik yakıt olarak kullanılabilirler. Yağ asitleri vücuttaki çoğu doku tarafından doğrudan bir enerji kaynağı olarak kullanılabilir, ancak kendileri kan-beyin bariyerini aşamayacak kadar iyonlaştırılmıştır.

Zaman çizelgesi

Glikojen rezervinin tükenmesinden sonra ve sonraki 2-3 gün boyunca, yağ asitleri başlıca metabolik yakıttır. İlk başta beyin glikoz kullanmaya devam eder çünkü beyin dışı bir doku metabolik yakıtı olarak yağ asitlerini kullanıyorsa, aynı dokuda glikoz kullanımı kapatılır. Böylece, yağ asitleri enerji için parçalandığında, kalan glikozun tamamı beyin tarafından kullanılmak üzere hazır hale getirilir.

2 veya 3 günlük açlıktan sonra karaciğer, yağ asidi parçalanmasından elde edilen öncülerden keton cisimcikleri sentezlemeye başlar. Beyin bu keton cisimlerini yakıt olarak kullanır ve böylece glikoz ihtiyacını azaltır. 3 gün oruç tuttuktan sonra beyin enerjisinin% 30'unu keton cisimlerinden alır. 4 gün sonra bu oran% 75'e çıkar.[13]

Böylelikle keton cisimciklerinin üretimi, beynin glikoz ihtiyacını günde 80 gr'dan günde yaklaşık 30 gr'a düşürür. Geriye kalan 30 g ihtiyacın günde 20 g'ı karaciğer tarafından gliserolden üretilebilir (kendisi yağ parçalanmasının bir ürünüdür). Bu yine de, başka bir kaynaktan gelmesi gereken günde yaklaşık 10 g glikoz açığı bırakır. Bu açık, glukoneogenez yağ asidi parçalanmasından asetil-CoA ve vücudun kendi proteinleri.

Birkaç gün oruç tuttuktan sonra vücuttaki tüm hücreler parçalanmaya başlar. protein. Bu sürümler amino asitler Karaciğer tarafından glikoza dönüştürülebilen kan dolaşımına. Kas kütlenizin çoğu protein olduğundan, bu fenomen, kas kütlesinin tükenmesinden sorumludur. açlık.

Ancak vücut, hangi hücrelerin proteini parçalayıp hangilerinin parçalamadığına seçici olarak karar verebilir.[kaynak belirtilmeli ] 1 g glikoz sentezlemek için yaklaşık 2-3 g protein parçalanmalıdır; Beyni canlı tutmak için her gün yaklaşık 20-30 g protein parçalanır ve 10 g glikoz yapılır. Ancak proteini korumak için bu sayı açlık süresi uzadıkça azalabilir.

Açlık, yağ rezervleri tamamen tükendiğinde ve vücut için mevcut tek yakıt kaynağı protein olduğunda ortaya çıkar. Bu nedenle, açlık dönemlerinden sonra vücuttaki protein kaybı, kullanılmayan yağ rezervleri olsa bile önemli organların işlevini ve ölüm sonuçlarını etkiler. (Daha zayıf bir insanda yağ rezervleri daha erken tükenir, protein tükenmesi daha erken gerçekleşir ve bu nedenle ölüm daha erken gerçekleşir.)

Nihai ölüm nedeni, genel olarak, kardiyak aritmi veya kalp DURMASI doku bozulması ve elektrolit dengesizlikler.

Çok obez kişilerde, önce proteinlerin tüketilebileceği ve yağ rezervleri tükenmeden önce açlıktan ölümün gerçekleşeceği tahmin edilmektedir.[14]

Biyokimya

Açlık sırasında, beyin tarafından kullanılan enerjinin yarısından azı metabolize edilmiş glikozdan gelir. Çünkü insan beyni kullanabilir keton cisimleri ana yakıt kaynakları olarak vücut parçalanmaya zorlanmaz iskelet kasları yüksek oranda, böylece her ikisini de bilişsel işlev ve birkaç haftaya kadar hareketlilik. Bu yanıt son derece önemlidir insan evrimi ve insanların uzun süreli açlık karşısında bile etkili bir şekilde yiyecek bulmaya devam etmelerine izin verdi.[15]

Başlangıçta seviyesi insülin dolaşımdaki düşüşler ve seviyeleri glukagon, epinefrin ve norepinefrin yükselmek.[16] Şu anda, bir yukarı düzenleme var glikojenoliz, glukoneogenez, lipoliz, ve ketogenez. Vücudun glikojen depoları yaklaşık 24 saat içinde tüketilir. Normal 70 kg'lık bir yetişkinde, vücutta yalnızca yaklaşık 8.000 kilojul glikojen depolanır (çoğunlukla çizgili kaslar ). Vücut ayrıca gliserol ve glukojenik amino asitleri metabolizma için glikoza dönüştürmek için glukoneojenez yapar. Başka bir uyarlama Cori döngüsü, glikozdaki lipid kaynaklı enerjinin periferik glikolitik dokulara aktarılmasını içeren, bu da sırayla laktat geri dönüş karaciğer glikoza yeniden sentez için. Bu süreçler nedeniyle, kan şekeri seviyeleri uzun süreli açlık sırasında nispeten sabit kalır.

Bununla birlikte, uzun süreli açlık dönemindeki ana enerji kaynağı, trigliseridler. Depolanan 8.000 kilojul glikojen ile karşılaştırıldığında, lipit yakıtlar enerji içeriği bakımından çok daha zengindir ve 70 kg'lık bir yetişkin, 400.000 kilojul'den fazla trigliserit depolar (çoğunlukla yağ dokusunda).[17] Trigliseritler, lipoliz yoluyla yağ asitlerine parçalanır. Epinefrin, aktive ederek lipolizi hızlandırır. protein kinaz A hangi fosforile eder hormona duyarlı lipaz (HSL) ve Perilipin. Bu enzimler, CGI-58 ve adipoz trigliserit lipaz (ATGL) ile birlikte, lipid damlacıklarının yüzeyinde kompleks oluşturur. ATGL ve HSL'nin uyumlu eylemi, ilk iki yağ asidini serbest bırakır. Hücresel monoaçilgliserol lipaz (MGL), son yağ asidini serbest bırakır. Kalan gliserol, glukoneogeneze girer.[18]

Yağ asitleri tek başlarına doğrudan yakıt kaynağı olarak kullanılamaz. Önce geçmeliler beta oksidasyon mitokondride (çoğunlukla iskelet kası, kalp kası ve karaciğer hücreleri). Yağ asitleri, mitokondri olarak asil-karnitin CAT-1 enziminin etkisiyle. Bu adım kontrol eder metabolik akış beta oksidasyon. Ortaya çıkan asetil-CoA, TCA döngüsü ve geçirir oksidatif fosforilasyon üretmek için ATP. Vücut, daha fazla glikoz üretmek için bu ATP'nin bir kısmını glukoneogeneze yatırır.[19]

Trigliseridler ve uzun zincirli yağ asitleri beyin hücrelerine geçmek için çok hidrofobiktir, bu nedenle karaciğer bunları kısa zincirli yağ asitleri ve keton cisimleri vasıtasıyla ketogenez. Sonuç keton cisimleri, asetoasetat ve β-hidroksibütirat, vardır amfipatik ve beyne (ve kaslara) taşınabilir ve parçalanabilir asetil-CoA TCA döngüsünde kullanım için. Asetoasetat kendiliğinden asetona dönüşür ve aseton, uzun süreli açlığa eşlik eden “aseton nefesi” üretmek için idrar ve akciğerler yoluyla salınır. Beyin de açlık sırasında glikoz kullanır, ancak vücudun glikozunun çoğu iskelet kaslarına ve kırmızı kan hücrelerine tahsis edilir. Beynin çok fazla glikoz kullanmasının maliyeti kas kaybıdır. Beyin ve kaslar tamamen glikoza dayanırsa, vücut nitrojen içeriğinin% 50'sini 8-10 gün içinde kaybeder.[20]

Uzun süreli açlıktan sonra vücut kendi iskelet kasını bozmaya başlar. Beynin işleyişini sürdürmek için, glukoneogenez glikoz üretmeye devam eder, ancak glukojenik amino asitler - öncelikle alanin - gereklidir. Bunlar iskelet kasından gelir. Açlık döneminin sonlarında, kan keton seviyeleri 5-7 mM'ye ulaştığında beyinde keton kullanımı artarken, kaslarda keton kullanımı azalır.[21]

Otofaji daha sonra hızlandırılmış bir oranda gerçekleşir. Otofajide, hücreler kritik molekülleri yamyam ederek amino asitler üretirler. glukoneogenez. Bu süreç, hücrelerin yapısını bozar ve açlıktaki yaygın ölüm nedenlerinden biridir. diyafram uzun süreli otofajiden kaynaklanan başarısızlık.[22]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Dan uyarlandı Wang vd. 2006, s 223.
  2. ^ McDERMOTT, W (Şubat 1958). "Mikrobiyal kalıcılık". Yale Biyoloji ve Tıp Dergisi. 30 (4): 257–91. PMC  2603844. PMID  13531168.
  3. ^ McCune, Robert M .; Dineen, Paul A. Peter; Batten, John C. (Ağustos 1956). "Antimikrobiyal İlaçların Farelerde Deneysel Stafilokokal Enfeksiyon Üzerindeki Etkisi". New York Bilimler Akademisi Yıllıkları. 65 (3): 91–102. Bibcode:1956NYASA..65 ... 91M. doi:10.1111 / j.1749-6632.1956.tb36627.x. PMID  13363203. S2CID  40134313.
  4. ^ Fux, C.A .; Costerton, J.W .; Stewart, P.S .; Stoodley, P. (Ocak 2005). "Enfeksiyöz biyofilmlerin hayatta kalma stratejileri". Mikrobiyolojideki Eğilimler. 13 (1): 34–40. doi:10.1016 / j.tim.2004.11.010. PMID  15639630.
  5. ^ Lewis, Kim (4 Aralık 2006). "Persister hücreler, uyku hali ve bulaşıcı hastalık". Doğa İncelemeleri Mikrobiyoloji. 5 (1): 48–56. doi:10.1038 / nrmicro1557. PMID  17143318. S2CID  6670040.
  6. ^ Parsek, Matthew R .; Singh, Pradeep K. (Ekim 2003). "Bakteriyel Biyofilmler: Hastalık Patogenezine Yeni Bir Bağlantı". Mikrobiyolojinin Yıllık İncelemesi. 57 (1): 677–701. doi:10.1146 / annurev.micro.57.030502.090720. PMID  14527295.
  7. ^ Stewart, PS; Franklin, MJ (Mart 2008). "Biyofilmlerde fizyolojik heterojenlik". Doğa Yorumları. Mikrobiyoloji. 6 (3): 199–210. doi:10.1038 / nrmicro1838. PMID  18264116. S2CID  5477887.
  8. ^ Borriello, G; Richards, L; Ehrlich, GD; Stewart, PS (Ocak 2006). "Arginin veya nitrat, biyofilmlerde Pseudomonas aeruginosa'nın antibiyotik duyarlılığını artırır". Antimikrobiyal Ajanlar ve Kemoterapi. 50 (1): 382–4. doi:10.1128 / AAC.50.1.382-384.2006. PMC  1346784. PMID  16377718.
  9. ^ Terapötik Oruç
  10. ^ Kanepe, Sarah C. (7 Nisan 2006). "Bir Uzmana Sorun: Oruç ve açlık modu". Cincinnati Üniversitesi (NetWellness). Arşivlenen orijinal 19 Temmuz 2011.
  11. ^ Weyer, Christian; Walford, Roy L; Harper, Inge T S; Milner, Mike A; MacCallum, Taber; Tataranni, P Antonio; Ravussin, Eric (2000). "2 yıllık enerji kısıtlamasından sonra enerji metabolizması: Biyosfer 2 deneyi". Amerikan Klinik Beslenme Dergisi. 72 (4): 946–953. doi:10.1093 / ajcn / 72.4.946. PMID  11010936.
  12. ^ Jensen, J .; Rustad, P. I .; Kolnes, A. J .; Lai, Y. C. (2011). "Egzersizle İnsülin Duyarlılığının Düzenlenmesinde İskelet Kası Glikojen Parçalanmasının Rolü". Fizyolojide Sınırlar. 2: 112. doi:10.3389 / fphys.2011.00112. PMC  3248697. PMID  22232606.
  13. ^ C.J. Coffee, Quick Look: Metabolism, Hayes Barton Press, 1 Aralık 2004, s. 169
  14. ^ Owen, O. E .; Smalley, K. J .; d'Alessio, D. A .; Mozzoli, M. A .; Dawson, E. K. (Temmuz 1998). "Açlık sırasında protein, yağ ve karbonhidrat gereksinimleri: anapleroz ve katapleroz". Am J Clin Nutr. 68 (1): 12–34. doi:10.1093 / ajcn / 68.1.12. PMID  9665093.
  15. ^ Cahill, GF ve Veech, RL (2003) Ketoacids? Good Medicine ?, Trans Am Clin Clim Assoc, 114, 149-163.
  16. ^ Zauner, C., Schneeweiss, B., Kranz, A., Madl, C., Ratheiser, K., Kramer, L., ... & Lenz, K. (2000). Kısa süreli açlıkta istirahat enerjisi harcaması, serum norepinefrinindeki artış sonucu artar. Amerikan Klinik Beslenme Dergisi, 71 (6), 1511-1515.
  17. ^ Clark, Nancy. Nancy Clark'ın Spor Beslenme Rehberi. Champaign, IL: Human Kinetics, 2008. sf. 111
  18. ^ Yamaguchi; et al. (2004). "CGI-58, perilipin ile etkileşir ve lipid damlacıklarına lokalizedir. Chanarin-Dorfman sendromunda CGI-58 yanlış lokalizasyonunun olası rolü". J. Biol. Kimya. 279 (29): 30490–30497. doi:10.1074 / jbc.m403920200. PMID  15136565.
  19. ^ Zechner, R, Kienesberger, PC, Haemmerle, G, Zimmermann, R ve Lass, A (2009) Adipoz trigliserit lipaz ve hücresel yağ depolarının lipolitik katabolizması, J Lipid Res, 50, 3-21
  20. ^ McCue, MD (2010) Starvation fizyolojisi: hayvanların yaygın bir zorluktan kurtulmak için kullandıkları farklı stratejilerin gözden geçirilmesi, Comp Biochem Physiol, 156, 1-18
  21. ^ Cahill, GF; Parris, Edith E .; Cahill, George F. (1970). "İnsandaki açlık". N Engl J Med. 282 (12): 668–675. doi:10.1056 / NEJM197003192821209. PMID  4915800.
  22. ^ Yorimitsu T, Klionsky DJ (2005). "Otofaji: kendi kendine yemek için moleküler makine". Hücre Ölümü ve Farklılaşması. 12 (Ek 2): 1542–1552. doi:10.1038 / sj.cdd.4401765. PMC  1828868. PMID  16247502.

Kaynaklar