Энергетический гомеостаз (роль глюкозы и жирных кислот как субстратов, инсулина и СТГ как регуляторов, понятие дневного и ночного типа энергетического обеспечения)

Теоретическая часть

1. Виды гомеостаза:

Свойством, отличающим живую систему от неживой, является способность живой системы к размножению, приспособлению (адаптации) и регулированию потока энергии (или обмен веществ). В каждом сложном организме существуют энергетическая, адаптационная и репродуктивная системы, которые можно обозначить как энергетический, адаптационный и репродуктивный гомеостаз.

Гомеостаз — это относительное постоянство внутренней среды организмов и других биосистем в процессе их функционирования и при наличии внешних или внутренних возмущений.

Энергетический гомеостаз (роль глюкозы и жирных кислот как субстратов, инсулина и СТГ как регуляторов, понятие дневного и ночного типа энергетического обеспечения)

В организме имеются два источника энергии - глюкоза и жирные кислоты, которые в здоровом организме используются поочередно. Два других главных элемента энергетического гомеостаза -- это гормоны: инсулин и гормон роста (СТГ). Инсулин необходим для усвоения глюкозы, а глюкоза стимулирует поступление инсулина в кровь из поджелудочной железы, то есть создает условия для своего сгорания в тканях. Гормон роста – жиромобилизующий. Под влиянием СТГ из жировых депо увеличивается поступление жирных кислот.

Когда в организм поступает пища, нет необходимости использовать жир, накопленный про запас в собственном теле. Использование резервного жира в это время ограничено или даже прекращено, т.к. повышение в крови концентрации глюкозы, обусловленное поступлением пищи, влияет на рецепторы глюкозы в гипоталамусе. Это приводит к снижению поступления СТГ из гипофиза. Так как гормон роста стимулирует липолиз, то уменьшение его концентрации уменьшает в крови уровень жирных кислот.

Одновременно глюкоза стимулирует выделение инсулина из поджелудочной железы, который тормозит липолиз. Это совмещенное влияние -- уменьшение в крови концентрации СТГ и повышение концентрации инсулина -- значительно снижает поступление жирных кислот в кровь. В этих условиях глюкоза становится основным энергетическим материалом, используемым организмом. Таким образом, после приема пищи создаются условия для использования энергетических материалов пищи и при этом сохраняются запасы резервного жира. Более того, запасы жира даже пополняются: избыток глюкозы под влиянием инсулина превращается в жир. Хотя у человека в жировой ткани может синтезироваться не более 10 г жирных кислот в день, под влиянием избытка инсулина жир из глюкозы синтезируется в печени, а оттуда в составе ЛПОНП транспортируется в жировую ткань. Кроме того, из глюкозы и в самой жировой ткани может синтезироваться глицерин, что в сочетании с ЖК пищевого происхождения приводит к накоплению жира в организме.

Тип энергетического обеспечения полностью изменяется в условиях голодания, например, ночью, когда пища в организм не поступает. В этом случае в качестве топлива используется жир, запасы которого в жировых депо намного выше, чем запасы глюкозы, заключенной в гликогене. А глюкоза сохраняется для нервной ткани, для которой она составляет основной источник энергии.

Происходит это таким образом: при снижении концентрации глюкозы в крови снижается также уровень инсулина. Это снимает тормоз с центра гипоталамуса, контролирующего выделение гипофизом гормона роста (см. рис. 1). Соответственно уровень СТГ в крови повышается, и вследствие этого усиливается мобилизация жира из жировых депо, уровень жирных кислот в крови возрастает, они становятся главным энергетическим субстратом.

Рис. 1. Уровни нейро- эндокринной регуляции в организме. 1-- внутриклеточный уровень (схематически изображена мембрана клетки, рецептор гормона и циклический АМФ (цАМФ) --передатчик действия гормонального сигнала; II -- уровень перифери-ческих эндокринных желез; III -- гипофизарный уровень; IV -- гипоталамический уровень; V --• уровень ЦНС

1. ультракороткая петля механизма обратной связи -- влияние гипоталамических гормонов на гипоталамус;
2. короткая петля механизма обратной связи --влияние гипофизарных гормонов на гипоталамус;
3. длинная петля механизма обратной связи -- влияние гормонов периферических эндокринных желез и продуктов обмена веществ (глюкоза, жирные кислоты и т. д.) на гипофиз и гипоталамус;
4. регуляция гипофизом деятельности центральной нервной системы;
5. регуляция гипоталамусом деятельности центральной нервной системы.

В отличие от глюкозы, которая для своего транспортирования в клетку через клеточную мембрану нуждается в помощи инсулина, поступление жирных кислот в мышечную клетку находится в прямой зависимости от их концентрации в крови. Это преимущество перед глюкозой усугубляется еще тем, что жирные кислоты препятствуют усвоению глюкозы мышечной тканью. Такой антагонизм крайне целесообразен: он обеспечивает в условиях голодания (когда запасы глюкозы в организме не пополняются) переключение потока глюкозы в направлении нервной ткани. Более того, когда происходит сдвиг в сторону усиленного использования жирных кислот, то сами жирные кислоты усиливают механизм воспроизводства глюкозы из белка.

Итак, в организме существует два способа энергетического обеспечения. При первом способе, который условно можно назвать дневным, энергетические материалы поступают с пищей, в то же время выключая использование резервного жира. Источником энергии здесь служит глюкоза и в меньшей степени -- пищевой жир. Совместное использование двух энергетических субстратов облегчается тем, что жиры сгорают в пламени углеводов.

При втором способе энергетического обеспечения организма, который условно можно назвать ночным, основным источником энергии становятся жирные кислоты. Правильное чередование типов обеспечения энергетическим материалом в норме достигается за счет влияния пищи на систему энергетического гомеостата, в котором главными факторами регуляции являются глюкоза и инсулин, жирные кислоты и гормон роста. (Здесь уместно было бы вспомнить жиро-углеводный цикл Рендла).