Informacija

Kai gliukozės gamyba yra maža, smegenys kaip energiją pradeda naudoti ketoacidas ... kaip tai veikia?


Ar kas nors gali labai paprastai apibūdinti, kaip smegenys sunaudoja ketoacidų/ketonų kūnus, kai gliukozės kiekis kraujyje visiškai išseko?


Žmogaus kūnas yra gliukozės varomas aparatas, kuris sugeria angliavandenius ir virsta gliukoze. Energija gaunama iš gliukozės, o gliukozė saugoma kaip glikogenas. Kai angliavandenių suvartojimas kažkaip sumažėja, kūnas pakeis savo mechanizmą ir energijai gaminti naudos riebalų rūgštis. Kepenų sintezės ketonai iš mūsų mityboje esančių riebalų rūgščių arba kūno riebalų. Ketonai (acetoacetatas ir acetonas) išsiskiria į kraują, kurį smegenys absorbuoja ir iš jų per mitochondrijas sintezuoja energiją.

Smegenys dalį savo energijos gauna iš ketoninių kūnų, kai gliukozės yra mažiau (pvz., Nevalgius, sunkiai sportuojant, mažai angliavandenių, ketogeninės dietos ir naujagimiams). Esant mažam gliukozės kiekiui kraujyje, daugumoje kitų audinių, be ketoninių kūnų (pvz., Riebalų rūgščių), yra papildomų energijos šaltinių, tačiau smegenys turi privalomą dalį gliukozės. Po to, kai dieta buvo pakeista į gliukozės kiekį kraujyje 3 dienas, smegenys gauna 25% savo energijos iš ketoninių kūnų. Po maždaug 4 dienų tai padidėja iki 70% (pradiniame etape smegenys nesudegina ketonų, nes jie yra svarbus lipidų sintezės smegenyse substratas). Be to, ketonai, pagaminti iš omega-3 riebalų rūgščių, gali sumažinti pažinimo pablogėjimą senatvėje. Nuoroda

Kai kūnas pradeda naudoti riebalų rūgštis energijai gaminti, smegenyse atsiranda viena problema, tai yra kraujo ir smegenų barjeras (barjeras, atskiriantis cirkuliuojantį kraują nuo centrinės nervų sistemos smegenų tarpląstelinio skysčio). rūgščių, nes jie negali prasiskverbti pro kraujo ir smegenų barjerą dėl vergijos su albuminu. Ketonai yra vidutinės grandinės riebalų rūgštys, kurios gali veiksmingai peržengti barjerą. Taigi smegenys ketonus naudoja energijai gaminti, vadindamos ketoze. Tada ketonų kūnai įterpiami į acetil-CoA ir naudojami citrinos rūgšties cikle.

Citrinos rūgšties ciklas, dar žinomas kaip trikarboksirūgšties (TCA) ciklas arba Krebso ciklas, yra cheminių reakcijų serija, kurią visi aerobiniai organizmai naudoja energijai generuoti oksiduodami acetatą, gautą iš angliavandenių, riebalų ir baltymų, į anglies dioksidą ir cheminė energija adenozino trifosfato (ATP) pavidalu. Nuoroda

Metabolizmo būdai energijai gaminti


Tiesą sakant, per BBB yra riebalų rūgščių transportavimas. Galbūt šio transporto tarifo nepakanka, nežinau, manau, kad tai tikrai nesvarbu.

Kas iš tikrųjų atsitinka, kad kepenys paruošia riebalų rūgštis, todėl smegenys gali jas lengviau panaudoti ketoacidų pavidalu energijai gaminti.

  • riebalų rūgščių katabolizmas, dalijamasi kepenims ir smegenims - žr

Kai gliukozės gamyba yra maža, smegenys kaip energiją pradeda naudoti ketoacidas ... kaip tai veikia? - Biologija

Gliukozės homeostazė ir badas

Gliukozės homeostazė: insulino ir gliukagono pusiausvyra gliukozės kiekiui kraujyje palaikyti.

Insulinas: išskiriama kasos, reaguojant į padidėjusį gliukozės kiekį kraujyje po valgio.

Insulinas mažina gliukozės kiekį kraujyje, padidindamas gliukozės įsisavinimą raumenyse ir riebaliniame audinyje, ir skatindamas glikolizę bei glikogenezę kepenyse ir raumenyse.

Insulinas: gliukagono santykis: viskas, kas vyksta su gliukoze, amino rūgštimis ir riebalais gerai maitinamas, priklauso nuo didelio insulino ir gliukagono santykio.

Gliukagonas: sumažėjęs gliukozės kiekis kraujyje padidina gliukagono išsiskyrimą iš kasos ir skatina gliukozės gamybą.

Gliukozės tolerancijos testas: įvertina, kaip greitai žmogus gali atkurti normalią gliukozės koncentraciją kraujyje, nurijęs didelį gliukozės kiekį, t. y. įvertina asmens gebėjimą išlaikyti gliukozės homeostazę

Diabetas: negali gaminti ar reaguoti į insuliną, todėl turi labai mažą gliukozės toleranciją

Gliukozės, baltymų ir riebalų keliai:

Nutukę asmenys: net ir ilgai mediciniškai prižiūrint nevalgius, gliukozės kiekis plazmoje išlieka santykinai pastovus net po trijų mėnesių.

Gliukozės / riebalų rūgščių / ketonų kūno ciklas:

& citata paaiškina abipusį ryšį tarp gliukozės oksidacijos ir riebalų rūgščių ar ketonų kūnų & quot;

Pagrindinis hormonų poveikis gliukozės ir riebalų rūgščių ciklui:

CHO streso sąlygomis (CHO trūkumas):

Kepenų glikogeno atsargos yra išeikvotos

Riebalų rūgštys mobilizuojamos iš riebalų ir padidėja jų oksidacijos greitis raumenyse, o tai savo ruožtu sumažina gliukozės sunaudojimą.

Gliukagonas signalizuoja apie riebalų mobilizaciją.

Esant daugybei CHO:

Riebalų rūgščių išsiskyrimą su riebalu mažina insulinas, todėl sumažėja riebalų rūgščių oksidacija.

Padidėja gliukozės vartojimas raumenyse.

Šie atsakymai stabilizuoja gliukozės kiekį kraujyje.

Reguliacinis riebalų rūgščių oksidacijos poveikis gliukozės panaudojimui yra logiškas:

1) nedideli CHO atsargos organizme

2) kai kurių audinių (t. Y. Smegenų, raudonųjų kraujo kūnelių) privalomas gliukozės reikalavimas

Raumenyse: riebalų rūgščių oksidacija sumažina gliukozės panaudojimą dėl neigiamo poveikio gliukozės transportavimui, taip pat heksokinazės, PFK-1 ir piruvato DH veiklai

Padidėjęs riebalų rūgščių kiekis plazmoje padidina šio kuro raumenų oksidaciją.

Ketonai: gaminamas iš riebalų rūgščių pertekliaus, yra alternatyvus kuras ir riboja gliukozės oksidaciją panašiai kaip riebalai, net smegenyse.

Gliukozės / riebalų rūgščių / ketonų ciklas (kasa, kepenys, raumenys, riebalai, smegenys):

FA = riebalų rūgščių GLC = gliukozė KB = ketoninis kūnas TG = triaciglicerolis

Keturios gliukozės homeostazės fazės:

Gliukozės ir riebalų disponavimas įvairiais audiniais gerai maitinamoje valstybėje (I etapas):

Gerai maitinama būklė veikia, kol maistas yra absorbuojamas iš žarnyno.

CHO ir riebalai oksiduojami į CO2 ir H.2O periferiniuose audiniuose, kad paskatintų sintetines reakcijas ir palaikytų ląstelių funkciją.

Po valgio padidėjusi gliukozės koncentracija plazmoje skatina insulino išsiskyrimą, o perteklinis kuras virsta glikogenu ir riebalais.

Kepenyse gliukozė gali būti paversta glikogenu arba piruvatu arba pentozėmis, kad susidarytų NADPH sintetiniams procesams.

Piruvatas, gautas iš gliukozės, gali būti naudojamas lipogenezei.

Didžioji dalis absorbuotos gliukozės patenka į kitus audinius.

Smegenys gamindamos ATP priklauso nuo gliukozės katabolizmo.

Kepenys naudoja gliukozę ir nedalyvauja gliukoneogenezėje, todėl Cori ciklas nutrūksta.

Kepenys praleidžia daugumą aminorūgščių, tai ypač svarbu kai kurioms būtinoms amino rūgštims, reikalingoms visiems audiniams baltymų sintezei.

Aminorūgščių perteklius, nereikalingas baltymų sintezei, paverčiamas gliukoze arba riebalais, o amino azotas patenka į karbamidą.

Postabstozės fazėje kepenų glikogenolizė suteikia daugiausiai gliukozės (75%) su gliukoneogeneze, o likusi dalis (alanino 5-10%laktato 10-15%).

Gliukozės-alanino ciklas tampa aktyvus.

Smegenys sunaudoja 50–60% gliukozės.

Gliukozės gamyba ir panaudojimas II fazėje, poztabilioje fazėje:

Gliukozės gamyba ir naudojimas nevalgius, III etapas:

Gliukoneogenas (Ankstyvas) bado etapas (III etapas):

Šiai fazei būdingi įvykiai, kurie atsiranda praėjus 24–72 valandoms po paskutinio valgio.

Smegenys vis dar priklauso tik nuo gliukozės, tačiau kiti periferiniai audiniai pradeda pereiti prie riebalų rūgščių.

Gliukozės-riebalų rūgščių ciklas pradeda keisti savo dėmesį į laisvas riebalų rūgštis kaip kurą.

Dietinio kuro nėra ir nėra glikogeno kepenyse, kad palaikytų gliukozės kiekį kraujyje.

Yra visiška priklausomybė nuo kepenų gliukoneogenezės, visų pirma nuo laktato ir alanino.

Riebalų rūgštys negali būti naudojamos grynajai gliukozės sintezei.

Todėl baltymai turi būti hidrolizuojami raumenyse, kad susidarytų amino rūgštys gliukozės sintezei kepenyse.

Aminorūgščių likimas nuo raumenų baltymų skilimo alkio metu, IV fazė:

Hormonų vaidmuo reaguojant į badą ir stresą:

Ilgas badas, IV etapas:

Ketonai vaidina pagrindinį vaidmenį užsitęsus badui, pakeičiant gliukozę kaip pagrindinį smegenų kurą ir signalizuojant apie sumažėjusį baltymų katabolizmą ir alanino išsiskyrimą iš raumenų.

Pasiekiamas baltymų išsaugojimas ir palaikoma gliukozės homeostazė.

Atsakomybės atsisakymas: nuomonės ir nuomonės, išreikštos neoficialiuose Kalifornijos valstijos universiteto, Dominguez Hills fakulteto, personalo ar studentų puslapiuose, yra griežtai puslapio autorių. Šių puslapių turinio neperžiūrėjo ir nepatvirtino Kalifornijos valstijos universitetas, Dominguez Hills.


Manau, kad Chriso Denneto atsakymas yra šiek tiek klaidinantis, ir norėčiau matyti cituojamas tokio sudėtingo klausimo dalis, o ne kai kurias vienišas nuorodas. Mano nuomone, yra nėra tiesioginio ryšio tarp fMRI signalo ir neuronų aktyvumo.

Ieškojau tyrimų apie smegenų veiklos pokyčius (miego, poilsio, pažinimo užduotis.) Ir bendrą smegenų energijos suvartojimą. Radau du labai gerus straipsnius, kuriuose jūsų klausimas susideda į didesnį vaizdą, gana akademiškai parašytą, tačiau juose daugiausia dėmesio skiriama teiginiams apie energijos suvartojimą. Straipsniuose taip pat aptariama, ką iš tikrųjų galima gauti iš smegenų vaizdavimo duomenų (fMRI, PET) ir kaip aukštesnės sąmoningos smegenų funkcijos yra susijusios su fiziologiniais pokyčiais, išmatuotais šiais metodais.

Pagrindinė išvada yra ta smegenys mažai keičia energijos suvartojimą, nesvarbu, ar jis ilsisi, ar yra pavestas. Tiesą sakant, tam reikia didelio vidutinio aktyvumo (didelio metabolizmo, energijos suvartojimo), kad apskritai būtų galima atlikti tam tikras funkcijas. Taigi tai nėra kaip kompiuteris, kuriame paleidi programą (analogišką didesnei sąmoningai smegenų funkcijai, pvz., Žaidžiant šachmatais), o tada padidėja procesoriaus ir atminties sąnaudos. Vietoj to, energijos suvartojimas jau yra nuolat aukštas, kitaip operacinė sistema (smegenys) apskritai negalėtų paleisti atskiros programinės įrangos (funkcijos). **

Aš citavau svarbiausias dalis, tačiau abu straipsniai pateikia gana gerą apžvalgą ir sudaro didesnį vaizdą apie jūsų klausimą.


Ką turėtų žinoti kiekvienas

Peng sako, kad ne tik ištvermės sportininkai turėtų nerimauti dėl glikogeno trūkumo. Tačiau tai, kaip tai paveiks jus, priklausys nuo jūsų tinkamumo lygio. Jei dar nesate sportavę, galite išsekti per 5 ar 10 minučių. Štai kodėl: & quot; Jūsų raumenims reikia treniruotis, kad padidėtų jų glikogeno atsargos, todėl kažkas, kas tik pradeda savo veiklą, greičiausiai turi labai mažai, - sako jis. & quot; Kai reguliariai treniruojatės, turėsite daugiau ištvermės. & quot;

„Jei jūsų organizmui pritrūks glikogeno, jis bandys suskaidyti riebalų ląsteles, kad gautų jums reikalingos energijos“, - priduria Peng. Šis procesas vadinamas gliukoneogeneze arba gliukozės susidarymu iš naujų šaltinių. Problema ta, kad tai užima daugiau laiko nei glikogeno konvertavimas. Remiantis 2018 m. Vasario mėn. Žurnalo ataskaita, treniruotės viduryje gali pritrūkti garo ir jaustis pavargęs Maistinių medžiagų. „Jei susigūšite ir galiausiai pasieksite antrą vėją, greičiausiai apdorosite sukauptus riebalus, tačiau tuo tarpu jūs nesugebėsite efektyviai dirbti“, - sako Pengas.

Taip pat yra rimtesnis susirūpinimas. Nuo to laiko, kai glikogenas išeikvojamas ir prasideda gliukoneogenezė, gali pasireikšti žemo cukraus kiekio kraujyje simptomai (hipoglikemija). Šie simptomai gali būti didelis nuovargis, galvos svaigimas, beveik visiškas energijos praradimas ir nesugebėjimas susikaupti ir reaguoti į nurodymus. Neretai griūva nuo didelio nuovargio. Tokiomis sąlygomis jūs netgi galite patirti haliucinacijas.


Turinys

Hipoglikemijos simptomus ir pasireiškimus galima suskirstyti į tuos, kuriuos sukelia priešreguliaciniai hormonai (epinefrinas/adrenalinas ir gliukagonas), kuriuos sukelia sumažėjusi gliukozė, ir neuroglikopeninį poveikį, kurį sukelia sumažėjęs cukraus kiekis smegenyse.

  • Drebulys, nerimas, nervingumas, tachikardija, šilumos pojūtis (simpatinis muskarininis, o ne adrenerginis), šaltis, užsikimšimas (midriazė), borborygmas, vėmimas, diskomfortas pilve

Centrinė nervų sistema Redaguoti

  • Nenormalus mąstymas, sutrikęs sprendimas
  • Nespecifinė disforija, nuotaika, depresija, verksmas, perdėti rūpesčiai
  • Tirpimo, dilgčiojimo pojūtis (parestezija)
  • Negatyvizmas, irzlumas, karingumas, kovingumas, įniršio kaita, emocinis labilumas, silpnumas, apatija, mieguistumas, svajonės, miegas
  • Sumišimas, atminties praradimas, galvos svaigimas ar galvos svaigimas, kliedesys
  • Žvilgsnis, stiklinis žvilgsnis, neryškus matymas, dvigubas regėjimas
  • Šviesos blyksniai regėjimo lauke
  • Automatinis elgesys, dar vadinamas automatizmu
  • Kalbėjimo sunkumai, neaiški kalba, koordinacijos sutrikimas, kartais painiojamas su girtumu
  • Židinio ar bendras motorinis deficitas, paralyžius, hemiparezė
  • Galvos skausmas
  • Stuporas, koma, nenormalus kvėpavimas
  • Generalizuoti ar židininiai traukuliai

Ne visi aukščiau išvardyti pasireiškimai pasireiškia kiekvienu hipoglikemijos atveju. Net jei simptomai pasireiškia, nematyti nuoseklios simptomų atsiradimo tvarkos. Konkrečios apraiškos taip pat gali skirtis priklausomai nuo amžiaus, hipoglikemijos sunkumo ir sumažėjimo greičio. Mažiems vaikams vėmimas kartais gali lydėti ryto hipoglikemiją ir ketozę. Vyresniems vaikams ir suaugusiems vidutinio sunkumo hipoglikemija gali būti panaši į maniją, psichines ligas, apsinuodijimą narkotikais ar girtumą. Senyvo amžiaus žmonėms hipoglikemija gali sukelti židininį insultą arba sunkiai apibūdinamą negalavimą. Vieno žmogaus simptomai gali būti panašūs kiekvienam epizodui, tačiau nebūtinai taip ir gali turėti įtakos gliukozės kiekio sumažėjimo greičiui, taip pat ankstesniems incidentams.

Naujagimiams hipoglikemija gali sukelti dirglumą, nervingumą, miokloninius trūkčiojimus, cianozę, kvėpavimo sutrikimus, apnėjos epizodus, prakaitavimą, hipotermiją, mieguistumą, hipotoniją, atsisakymą maitintis ir traukulius ar „užpuolimus“. Hipoglikemija gali būti panaši į asfiksiją, hipokalcemiją, sepsį ar širdies nepakankamumą.

Tiek jauniems, tiek seniems žmonėms, sergantiems hipoglikemija, smegenys gali priprasti prie žemo gliukozės kiekio, o pastebimi simptomai sumažėja, nepaisant neuroglikopenijos sutrikimo. Nuo insulino priklausomiems diabetikams šis reiškinys vadinamas hipoglikemijos nežinojimu ir yra didelė klinikinė problema, kai bandoma pagerinti glikemijos kontrolę. Kitas šio reiškinio aspektas pasireiškia sergant I tipo glikogenoze, kai lėtinė hipoglikemija prieš diagnozę gali būti geriau toleruojama nei ūminė hipoglikemija po gydymo.

Hipoglikemijos simptomai taip pat gali atsirasti miegant. Simptomai miego metu gali būti drėgni patalynės užvalkalai ar drabužiai nuo prakaito. Košmarai ar verkimas gali būti hipoglikemijos požymis. Pabudę asmenys gali jaustis pavargę, irzlūs ar sutrikę, o tai taip pat gali būti hipoglikemijos požymiai. [10]

Beveik visais atvejais hipoglikemija, kuri yra pakankamai sunki, kad sukeltų traukulius ar sąmonės netekimą, gali būti panaikinta be akivaizdžios žalos smegenims. Mirties ar nuolatinio neurologinio pažeidimo atvejai, pasireiškiantys vienu epizodu, paprastai buvo susiję su užsitęsusiu, negydytu sąmonės praradimu, kvėpavimo sutrikimu, sunkia gretutine liga ar kitokiu pažeidžiamumu. Nepaisant to, smegenų pažeidimas ar mirtis kartais atsiranda dėl sunkios hipoglikemijos.

Tyrimai su sveikais suaugusiais rodo, kad protinis efektyvumas šiek tiek, bet išmatuojamai sumažėja, nes gliukozės kiekis kraujyje nukrenta žemiau 3,6 mmol/l (65 mg/dl). Hormoniniai gynybos mechanizmai (adrenalinas ir gliukagonas) paprastai yra suaktyvinami, kai jis nukrenta žemiau slenkstinio lygio (maždaug 3,0 mmol/l (55 mg/dl) daugumai žmonių), sukeldamas tipinius hipoglikeminius drebėjimo ir disforijos simptomus. [11]: 1589 Akivaizdus sutrikimas gali nepasireikšti, kol gliukozės kiekis nesumažės žemiau 2,2 mmol/l (40 mg/dl), o daugeliui sveikų žmonių gliukozės kiekis ryte kartais gali būti mažesnis nei 3,6 mmol/l (65 mg/dl). akivaizdus poveikis. Kadangi hipoglikemijos poveikis smegenims, vadinamas neuroglikopenija, nustato, ar tam tikra maža gliukozės koncentracija tam žmogui yra „problema“, dauguma gydytojų vartoja hipoglikemijos terminą tik tada, kai vidutiniškai žemą gliukozės kiekį lydi simptomai ar poveikis smegenims.

Abiejų šio apibrėžimo dalių buvimo nustatymas ne visada yra paprastas, nes hipoglikemijos simptomai ir poveikis yra neaiškūs ir gali atsirasti dėl kitų sąlygų. Žmonės, kurių gliukozės kiekis nuolat kartojasi, gali prarasti savo slenksčio simptomus, todėl be didelio įspėjimo gali atsirasti sunkus neuroglikopeninis sutrikimas. ir daugelis matavimo metodų (ypač gliukozės matuokliai) yra netikslūs esant žemam lygiui.

Pasveikimas po sunkios hipoglikemijos su sąmonės netekimu ar traukuliais net ir po normalaus gliukozės kiekio kraujyje atkūrimo gali užtrukti ilgiau. Kai žmogus nėra praradęs sąmonės, angliavandenių nepavykus per 10–15 minučių pakeisti simptomų, padidėja tikimybė, kad simptomų priežastis nebuvo hipoglikemija. Kai ligoninėje išlieka sunki hipoglikemija, gliukozės kiekis, reikalingas palaikyti patenkinamą gliukozės kiekį kraujyje, tampa svarbia pagrindine priežastimi. Gliukozės poreikis kūdikiams didesnis nei 10 mg/kg/min., O vaikams ir suaugusiems - 6 mg/kg/min., Yra stiprus hiperinsulinizmo įrodymas. Šiame kontekste tai vadinama gliukozės infuzijos greičiu. Galiausiai, gliukozės kiekio kraujyje atsakas į gliukagoną, vartojamas esant mažam gliukozės kiekiui, taip pat gali padėti atskirti įvairius hipoglikemijos tipus. Gliukozės kiekio kraujyje padidėjimas daugiau kaip 1,70 mmol/l (30 mg/dl) rodo, kad insulino perteklius yra tikėtina hipoglikemijos priežastis. [ reikalinga citata ]

Ilgalaikis poveikis Redaguoti

Reikšminga hipoglikemija padidina širdies ir kraujagyslių ligų riziką. [12]

Dažniausia hipoglikemijos priežastis yra vaistai, vartojami cukriniam diabetui gydyti, tokie kaip insulinas, sulfonilkarbamido dariniai ir biguanidai. [2] [3] Rizika yra didesnė diabetikams, kurie valgė mažiau nei įprastai, sportavo daugiau nei įprastai ar gėrė alkoholį. [1] Kitos hipoglikemijos priežastys yra inkstų nepakankamumas, tam tikri navikai, kepenų liga, hipotirozė, badas, įgimtos medžiagų apykaitos klaidos, sunki infekcija ar sepsis, reaktyvi hipoglikemija ir daugybė vaistų, įskaitant alkoholį. [1] [3] Mažas cukraus kiekis kraujyje gali pasireikšti kūdikiams, kurie yra sveiki ir kurie nevalgo kelias valandas. [5] Įgimtos medžiagų apykaitos klaidos gali apimti fermento, kuris gamina glikogeną, trūkumą (glikogeno saugojimo tipas 0).

Sunki liga Redaguoti

Dėl sunkios ligos gali sumažėti cukraus kiekis kraujyje. [1] Sunki beveik visų pagrindinių organų sistemų liga gali sukelti hipoglikemiją kaip antrinę problemą. Ligoninėje hospitalizuoti asmenys, ypač intensyviosios terapijos skyriuose arba tie, kuriems neleidžiama valgyti, gali išsivystyti hipoglikemija dėl įvairių aplinkybių, susijusių su jų pirminės ligos priežiūra. Tokiomis aplinkybėmis hipoglikemija dažnai yra daugialypė arba atsiranda dėl sveikatos priežiūros. Nustačius šiuos hipoglikemijos tipus, jie lengvai pašalinami ir užkertami jiems kelią, o pagrindinė problema tampa pagrindine problema.

Hormonų trūkumas Redaguoti

Dėl nepakankamo kortizolio, pvz., Sergant Adisono liga, nepakankamai gliukagono ar nepakankamai epinefrino gali sumažėti cukraus kiekis kraujyje. [1] Tai dažniau pasitaikanti vaikų priežastis. [1]

Kaip ir dauguma gyvūnų audinių, smegenų metabolizmas daugeliu atvejų pirmiausia priklauso nuo deguonies. Iš astrocituose esančio glikogeno galima gauti ribotą gliukozės kiekį, tačiau jis sunaudojamas per kelias minutes. Daugeliu praktinių tikslų smegenys priklauso nuo nuolatinio gliukozės tiekimo iš kraujo į centrinės nervų sistemos tarpinį audinį ir į pačius neuronus.

Todėl, jei kraujo tiekiamas gliukozės kiekis sumažėja, smegenys yra vienas iš pirmųjų paveiktų organų. Daugumai žmonių pastebimas subtilus protinio efektyvumo sumažėjimas, kai gliukozė nukrenta žemiau 3,6 mmol/l (65 mg/dl). Veikimo ir sprendimo pablogėjimas paprastai tampa akivaizdus žemiau 2,2 mmol/l (40 mg/dl). Toliau mažėjant gliukozei, gali atsirasti traukulių. Kai gliukozės kiekis kraujyje nukrenta žemiau 0,55 mmol/l (10 mg/dl), dauguma neuronų tampa elektra tylūs ir neveikia, todėl atsiranda koma. Šie smegenų poveikiai bendrai vadinami neuroglikopenija.

Tinkamo gliukozės tiekimo į smegenis svarba matyti iš nervinių, hormoninių ir medžiagų apykaitos reakcijų į mažėjantį gliukozės kiekį skaičiaus. Dauguma jų yra gynybinės arba prisitaikančios, linkusios didinti cukraus kiekį kraujyje glikogenolizės ir gliukoneogenezės būdu arba siūlo alternatyvų kurą. Jei cukraus kiekis kraujyje nukrenta per žemai, kepenys glikogeno atsargas paverčia gliukoze ir išleidžia į kraują, kad žmogus trumpam nepatektų į diabetinę komą.

Trumpa ar lengva hipoglikemija nesukelia ilgalaikio poveikio smegenims, nors gali laikinai pakeisti smegenų reakciją į papildomą hipoglikemiją. Ilgalaikė ir sunki hipoglikemija gali sukelti ilgalaikę žalą. Tai gali apimti pažinimo funkcijos, variklio valdymo ar net sąmonės sutrikimą. Nuolatinio smegenų pažeidimo tikimybę bet kuriuo sunkios hipoglikemijos atveju sunku įvertinti ir ji priklauso nuo daugelio veiksnių, tokių kaip amžius, naujausia gliukozės kiekio kraujyje ir smegenų patirtis, lygiagrečios problemos, tokios kaip hipoksija, ir alternatyvių degalų prieinamumas. Ankstesnė hipoglikemija taip pat sumažina atsaką į būsimą hipoglikemiją. [13] Nors mechanizmas, dėl kurio atsiranda neryškus priešpriešinis reguliavimas, nežinomas, buvo pasiūlyta keletas. [14]

Tie 1 tipo cukriniu diabetu sergantys pacientai, kurie ryte buvo rasti „negyvi lovoje“, įtariant sunkią hipoglikemiją, dažnai turi tam tikrą koronarinę patologiją, kuri sukėlė mirtiną širdies smūgį. [15] 2010 m. Buvo paskelbta atvejo ataskaita, kurioje buvo parodytas pirmasis žinomas atvejis, kai asmuo buvo rastas „negyvas lovoje“ nešiojant nuolatinį gliukozės matuoklį, kuris parodė gliukozės kiekį prieš mirtiną įvykį, kurį asmuo patyrė sunkią hipoglikemiją. incidentą, ir nors autoriai aprašė tik „minimalų priešpriešinį reguliavimą“, jie teigė, kad skrodimo metu nebuvo pastebėta jokių „anatominių anomalijų“. [16]

Dauguma simptominių hipoglikemijos epizodų nesukelia nuolatinės žalos. [17]

Gliukozės kiekis, apibūdinantis hipoglikemiją, yra kintamas. Diabetikams diagnozuojamas mažesnis nei 3,9 mmol/l (70 mg/dl) lygis. [1] Suaugusiesiems, nesergantiems cukriniu diabetu, diagnozę patvirtina simptomai, susiję su mažu cukraus kiekiu kraujyje, sumažėjusiu cukraus kiekiu simptomų metu ir pagerėjimu, kai cukraus kiekis kraujyje yra normalus. [6] Tai žinoma kaip Whipple'o triada. [6] Priešingu atveju gali būti naudojamas mažesnis nei 2,8 mmol/l (50 mg/dl) lygis nevalgius ar po mankštos. [1] Naujagimiams lygis, mažesnis nei 2,2 mmol/l (40 mg/dl) arba mažesnis nei 3,3 mmol/l (60 mg/dl), jei yra simptomų, rodo hipoglikemiją. [5] Kiti tyrimai, kurie gali būti naudingi nustatant priežastį, yra insulino ir C peptido kiekis kraujyje. [3] Hiperglikemija, didelis cukraus kiekis kraujyje, yra priešinga būklė.

Per 24 valandas gliukozės koncentracija kraujo plazmoje paprastai būna 4–8 mmol/l (72–144 mg/dl). [18]: 11 Nors 3,3 arba 3,9 mmol/l (60 arba 70 mg/dl) dažniausiai nurodoma kaip apatinė normalios gliukozės riba, hipoglikemijos simptomai paprastai nepasireiškia iki 2,8–3,0 mmol/l (50–54 mg). /dl). [19]

Pasikartojančios hipoglikemijos su sunkiais simptomais atvejais geriausias būdas pašalinti pavojingas sąlygas dažnai yra diagnostinis pasninkas. Paprastai tai atliekama ligoninėje, o trukmė priklauso nuo asmens amžiaus ir atsako į pasninką. Sveikas suaugęs žmogus paprastai gali išlaikyti gliukozės kiekį virš 2,8 mmol/l (50 mg/dl) 72 valandas, vaikas - 36 valandas, o kūdikis - 24 valandas. Pasninko tikslas yra nustatyti, ar žmogus gali išlaikyti savo gliukozės kiekį kraujyje tiek, kiek yra normalus, ir ar gali reaguoti į badavimą atitinkamais medžiagų apykaitos pokyčiais. Pasibaigus pasninkui, insulino turi būti beveik neaptinkama ir ketozė turi būti visiškai nustatyta. Stebimas žmogaus gliukozės kiekis kraujyje ir, kritus gliukozei, gaunamas kritinis mėginys. Nepaisant nemalonumų ir išlaidų, diagnostinis pasninkas gali būti vienintelis veiksmingas būdas patvirtinti ar paneigti daugybę sunkių hipoglikemijos formų, ypač tų, kurios susijusios su per dideliu insulino kiekiu.

Tikslus gliukozės kiekis, laikomas pakankamai žemu hipoglikemijai apibrėžti, priklauso nuo matavimo metodo, asmens amžiaus, poveikio buvimo ar nebuvimo ir apibrėžimo tikslo. Nors nesutariama dėl normalaus cukraus kiekio kraujyje, toliau diskutuojama, koks hipoglikemijos laipsnis reikalauja medicininio įvertinimo ar gydymo ar gali pakenkti. [20] [21] [22]

Ne visada paprasta nuspręsti, ar gliukozės kiekis kraujyje, esant ribiniam 2,5–4,2 mmol/l (45–75 mg/dl) diapazonui, yra kliniškai problemiška hipoglikemija. Dėl to žmonės naudoja skirtingus gliukozės „ribinius lygius“ skirtinguose kontekstuose ir skirtingais tikslais. Dėl visų skirtumų Endokrininė draugija rekomenduoja hipoglikemijos, kaip asmens problemos, diagnozę pagrįsti mažo gliukozės kiekio ir neigiamo poveikio įrodymų deriniu. [6]

Daugumoje pasaulio šalių gliukozės koncentracija išreiškiama milimoliais litre (mmol/l arba mM), o Libane, JAV, Japonijoje, Portugalijoje, Ispanijoje, Prancūzijoje - miligramais decilitre (mg/dl arba mg/100 ml). Belgija, Egiptas, Turkija, Saudo Arabija, Kolumbija, Indija ir Izraelis. [ reikalinga citata ] Gliukozės koncentraciją, išreikštą mg/dl, galima konvertuoti į mmol/l, padalijus iš 18,0 g/dmol (gliukozės molinė masė). Pavyzdžiui, gliukozės koncentracija 90 mg/dl yra 5,0 mmol/l arba 5,0 mM.

Hipoglikemijos aplinkybės suteikia daugumą diagnozės įkalčių. Aplinkybės apima asmens amžių, paros laiką, laiką nuo paskutinio valgio, ankstesnius epizodus, mitybos būklę, fizinį ir psichinį vystymąsi, vaistus ar toksinus (ypač insuliną ar kitus vaistus nuo diabeto), kitų organų sistemų ligas, šeimos istoriją ir atsakas į gydymą. Kai hipoglikemija pasikartoja pakartotinai, gali būti naudinga užrašyti ar užrašyti kelių dienų burtai, pažymint kiekvieno burto aplinkybes (paros laikas, santykis su paskutiniu maistu, paskutinio valgio pobūdis, atsakas į angliavandenius ir pan.). atpažinti hipoglikemijos pobūdį ir priežastį.

Matavimo metodas Redaguoti

Šiame straipsnyje aptariamas gliukozės kiekis kraujyje yra venų plazmos arba serumo lygis, matuojamas standartiniais, automatizuotais gliukozės oksidazės metodais, naudojamais medicinos laboratorijose. Klinikiniais tikslais plazmos ir serumo lygiai yra pakankamai panašūs, kad juos būtų galima pakeisti. Arterinė plazmos ar serumo koncentracija yra šiek tiek didesnė nei venų, o kapiliarų lygis paprastai yra tarp jų. [23] Šis skirtumas tarp arterinio ir veninio lygio nevalgius yra nedidelis, tačiau padidėja ir gali būti didesnis nei 10% po valgio. [24] Vis dėlto gliukozės kiekis kraujyje (pvz., Gliukozės matuokliais pirštais) yra apie 10–15% mažesnis nei venų plazmoje. [23] Be to, turimi piršto lazdelės gliukozės matuokliai turi būti tikslūs tik 15% tikslumu, lygiagrečiu laboratorinėms vertėms optimaliomis sąlygomis, [ reikalinga citata ] ir naudojimas namuose tiriant hipoglikemiją yra kupinas klaidinančio skaičiaus. [25] [26] Kitaip tariant, iš žmogaus, kurio laboratorinė gliukozės koncentracija serume buvo 53 mg/dl, galima tinkamai gauti 39 mg/dl gliukozės matuoklio rodmenį, o naudojant „realiame pasaulyje“ namuose gali atsirasti dar didesnių skirtumų.

Du kiti veiksniai turi didelės įtakos gliukozės matavimui: hematokritas ir vėlavimas po kraujo paėmimo. Skirtumas tarp veninio ir viso kraujo koncentracijos yra didesnis, kai hematokritas yra didelis, kaip naujagimiams ar suaugusiems, sergantiems policitemija. [24] Didelis naujagimių hematokritas ypač gali supainioti gliukozės matavimą metru. Antra, nebent mėginys būtų įtrauktas į fluoro mėgintuvėlį arba nedelsiant apdorotas, kad būtų atskirtas serumas ar plazma nuo ląstelių, išmatuojama gliukozė palaipsniui mažės. in vitro metabolizuoja gliukozę maždaug 7 mg/dl/h greičiu arba dar daugiau, esant leukocitozei. [24] [27] [28] Vėlavimas, atsirandantis, kai kraujas paimamas iš palydovinės vietos ir po kelių valandų pervežamas į centrinę laboratoriją įprastiniam apdorojimui, yra dažna priežastis, dėl kurios šiek tiek sumažėja gliukozės kiekis bendros chemijos grupėse.

Amžius Redaguoti

Vaikų cukraus kiekis kraujyje dažnai yra šiek tiek mažesnis nei suaugusiųjų. Gliukozės kiekis per naktį nevalgius yra mažesnis nei 3,9 mmol/l (70 mg/dl) 5% sveikų suaugusiųjų, tačiau iki 5% vaikų ryte nevalgius gali būti mažesnis nei 3,3 mmol/l (60 mg/dl). [29] Kadangi badavimo trukmė pailgėja, didesnė dalis kūdikių ir vaikų gliukozės koncentraciją plazmoje turi šiek tiek žemą, paprastai be simptomų. Toliau diskutuojama apie normalų naujagimių cukraus kiekį kraujyje. [20] [21] [22] Manoma, kad naujagimių smegenys gali naudoti alternatyvius degalus, kai gliukozės kiekis yra mažesnis lengviau nei suaugusiųjų. Ekspertai ir toliau diskutuoja apie tokio lygio reikšmę ir riziką, nors buvo tendencija pirmą dieną po gimimo rekomenduoti palaikyti didesnį nei 60–70 mg/dl gliukozės kiekį.

Diabetinė hipoglikemija yra ypatingas atvejis, susijęs su išmatuotos gliukozės ir hipoglikemijos simptomų ryšiu dėl kelių priežasčių. Pirma, nors namų gliukozės matuoklio rodmenys dažnai yra klaidinantys, tikimybė, kad mažas rodmuo, lydimas simptomų ar ne, rodo tikrąją hipoglikemiją, yra daug didesnis žmogui, kuris vartoja insuliną, nei nevartojančiam. [30] [31]

Kiti testai Redaguoti

Toliau pateikiamas trumpas hormonų ir metabolitų, kuriuos galima išmatuoti kritiniame mėginyje, sąrašas. Ne visi testai yra tikrinami kiekvienam asmeniui. „Pagrindinė versija“ apimtų insuliną, kortizolį ir elektrolitus, su C-peptidu ir vaistų ekranu suaugusiems, o vaikų augimo hormonu. Papildomų specifinių tyrimų vertė priklauso nuo labiausiai tikėtino diagnozės konkrečiam asmeniui, remiantis aukščiau aprašytomis aplinkybėmis. Daugelis šių lygių pasikeičia per kelias minutes, ypač jei skiriama gliukozė, ir nėra jokios reikšmės juos matuoti, kai hipoglikemija pasikeičia. Kiti, ypač tie, kurie yra žemiau sąraše, išlieka nenormalūs net ir pakeitus hipoglikemiją, ir juos galima išmatuoti net ir praleidus kritinį mėginį.

Dalis kritinio mėginio vertės gali būti tiesiog įrodymas, kad simptomai iš tikrųjų atsirado dėl hipoglikemijos. Dažniau tam tikrų hormonų ir metabolitų matavimas hipoglikemijos metu rodo, kurie organai ir kūno sistemos reaguoja tinkamai, o kurie - nenormaliai. Pavyzdžiui, kai gliukozės kiekis kraujyje yra mažas, gliukozės kiekį didinantys hormonai turėtų didėti, o insulino sekrecija turėtų būti visiškai slopinama.

Diferencinė diagnozė Redaguoti

Tai taip pat galima supainioti su apsinuodijimu alkoholiu. [32]

Veiksmingiausi tolesnių hipoglikemijos epizodų prevencijos metodai priklauso nuo priežasties.

The risk of further episodes of diabetic hypoglycemia can often be reduced by lowering the dose of insulin or other medications, or by more meticulous attention to blood-sugar balance during unusual hours, higher levels of exercise, or decreasing alcohol intake. A preservation of endogenous insulin levels above 0,12nmol/l in persons with type 1 diabetes has also proven to decrease the amount and severity of hypoglycemic events. [33] Many of the inborn errors of metabolism require avoidance or shortening of fasting intervals, or extra carbohydrates. For the more severe disorders, such as type 1 glycogen storage disease, this may be supplied in the form of cornstarch every few hours or by continuous gastric infusion.

Several treatments are used for hyperinsulinemic hypoglycemia, depending on the exact form and severity. Some forms of congenital hyperinsulinism respond to diazoxide or octreotide. Surgical removal of the overactive part of the pancreas is curative with minimal risk when hyperinsulinism is focal or due to a benign insulin-producing tumor of the pancreas. When congenital hyperinsulinism is diffuse and refractory to medications, near-total pancreatectomy may be the treatment of last resort, but is less consistently effective and fraught with more complications.

Hypoglycemia due to hormone deficiencies such as hypopituitarism or adrenal insufficiency usually ceases when the appropriate hormone is replaced.

Hypoglycemia due to dumping syndrome and other postsurgical conditions is best dealt with by altering diet. Including fat and protein with carbohydrates may slow digestion and reduce early insulin secretion. Some forms of this respond to treatment with an alpha-glucosidase inhibitor, which slows starch digestion.

Reactive hypoglycemia with demonstrably low blood-glucose levels is most often a predictable nuisance that can be avoided by consuming fat and protein with carbohydrates, by adding morning or afternoon snacks, and reducing alcohol intake.

Idiopathic postprandial syndrome without demonstrably low glucose levels at the time of symptoms can be more of a management challenge. Many people find improvement by changing eating patterns (smaller meals, avoiding excessive sugar, mixed meals rather than carbohydrates by themselves), reducing intake of stimulants such as caffeine, or by making lifestyle changes to reduce stress.

Treatment of some forms of hypoglycemia, such as in diabetes, involves immediately raising the blood sugar to normal through the eating of carbohydrates such as sugars, determining the cause, and taking measures to hopefully prevent future episodes. However, this treatment is not optimal in other forms, such as reactive hypoglycemia, where rapid carbohydrate ingestion may lead to a further hypoglycemic episode.

Blood glucose can be raised to normal within minutes by taking (or receiving) 10–20 g of carbohydrate. [34] It can be taken as food or drink if the person is conscious and able to swallow. This amount of carbohydrate is contained in about 3–4 ounces (100–120 ml) of orange, apple, or grape juice, although fruit juices contain a higher proportion of fructose, which is more slowly metabolized than pure dextrose. Alternatively, about 4–5 ounces (120–150 ml) of regular (not sugar-free) soda may also work, as will about one slice of bread, about four crackers, or about one serving of most starchy foods. Starch is quickly digested to glucose (unless the person is taking acarbose), but adding fat or protein retards digestion. Symptoms should begin to improve within 5 minutes, though full recovery may take 10–20 minutes. Overfeeding does not speed recovery, and if the person has diabetes, it will simply produce hyperglycemia afterwards. A mnemonic used by the American Diabetes Association and others is the "rule of 15" – consuming 15 grams of carbohydrate followed by a 15-minute wait, repeated if glucose remains low (variable by individual, sometimes 70 mg/dl). [35]

If a person has such severe effects of hypoglycemia that they cannot (due to combativeness) or should not (due to seizures or unconsciousness) be given anything by mouth, medical personnel such as paramedics, or in-hospital personnel can give intravenous dextrose, concentrations varying depending on age (infants are given 2 ml/kg dextrose 10%, children are given dextrose 25%, and adults are given dextrose 50%). Care must be taken in giving these solutions because they can cause skin necrosis if the IV is infiltrated, sclerosis of veins, and many other fluid and electrolyte disturbances if administered incorrectly. If IV access cannot be established, the person can be given 1 to 2 mg of glucagon in an intramuscular injection. If a person has less severe effects, and is conscious with the ability to swallow, medical personal may administer gelatinous oral glucose. The soft drink Lucozade has been used for hypoglycemia in the United Kingdom, but it has recently replaced much of its glucose with artificial sweeteners, which do not treat hypoglycemia. [36]

One situation where starch may be less effective than glucose or sucrose is when a person is taking acarbose. Since acarbose and other alpha-glucosidase inhibitors prevent starch and other sugars from being broken down into monosaccharides that can be absorbed by the body, people taking these medications should consume monosaccharide-containing foods such as glucose tablets, honey, or juice to reverse hypoglycemia.

Dasiglucagon was approved for medical use in the United States in March 2021, to treat severe hypoglycemia. [37]

Hypoglycemia was first discovered by James Collip when he was working with Frederick Banting on purifying insulin in 1922. Collip was asked to develop an assay to measure the activity of insulin. He first injected insulin into a rabbit, and then measured the reduction in blood-glucose levels. Measuring blood glucose was a time-consuming step. Collip observed that if he injected rabbits with a too large a dose of insulin, the rabbits began convulsing, went into a coma, and then died. This observation simplified his assay. He defined one unit of insulin as the amount necessary to induce this convulsing hypoglycemic reaction in a rabbit. Collip later found he could save money, and rabbits, by injecting them with glucose once they were convulsing. [38]

The word "hypoglycemia" is also spelled hypoglycaemia or hypoglycæmia. The term means low blood sugar in Greek, ὑπογλυκαιμία, from hipo-, glykys, ir haima.


Rethinking the role of the brain in glucose homeostasis and diabetes pathogenesis

2 Department of Pediatric Gastroenterology and Hepatology, University of Washington, Seattle, Washington, USA.

Address correspondence to: Michael W. Schwartz, Department of Medicine, University of Washington at South Lake Union, 850 Republican St, N335, Box 358055, Seattle, Washington 98195, USA. Phone: 206.897.5288 Email: [email protected]

Find articles by Brown, J. in: JCI | PubMed | Google Scholar | />

1 University of Washington Medicine Diabetes Institute, Department of Medicine, and

2 Department of Pediatric Gastroenterology and Hepatology, University of Washington, Seattle, Washington, USA.

Address correspondence to: Michael W. Schwartz, Department of Medicine, University of Washington at South Lake Union, 850 Republican St, N335, Box 358055, Seattle, Washington 98195, USA. Phone: 206.897.5288 Email: [email protected]

Find articles by Scarlett, J. in: JCI | PubMed | „Google Scholar“

1 University of Washington Medicine Diabetes Institute, Department of Medicine, and

2 Department of Pediatric Gastroenterology and Hepatology, University of Washington, Seattle, Washington, USA.

Address correspondence to: Michael W. Schwartz, Department of Medicine, University of Washington at South Lake Union, 850 Republican St, N335, Box 358055, Seattle, Washington 98195, USA. Phone: 206.897.5288 Email: [email protected]

Find articles by Schwartz, M. in: JCI | PubMed | „Google Scholar“

The brain plays a major role in homeostatic processes ranging from control of body temperature and fat mass to blood pressure and volume. Tight regulation of the circulating glucose level is similarly crucial for survival, and since the brain relies almost exclusively on glucose as a fuel source, it seems counterintuitive to think that the brain does not also play an important role in glucose homeostasis. Based on overwhelming evidence supporting the endocrine pancreas as the primary controller of the blood glucose (BG) level, however, the notion of a key role for the brain was discounted decades ago.

Yet recent findings are beginning to chip away at the foundation of the prevailing, islet-centered view of glucose homeostasis. This perceptual shift is being driven not by evidence against a role for the endocrine pancreas in glucose homeostasis, but by evidence that the endocrine pancreas is part of a larger regulatory system, the activity of which is integrated with other critical homeostatic control systems governed by the brain.

This countervailing narrative begins with recognition that the amount of insulin secreted in response to a glucose challenge can be dynamically regulated by both humoral and autonomic inputs. Pancreatic islets are richly innervated by both sympathetic and parasympathetic fibers, with the former capable of powerfully inhibiting glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) and the latter having the opposite effect ( 1 , 2 ). More importantly, growing evidence that physiologically important changes in both insulin secretion and tissue glucose utilization can occur in the absence of any change in the BG level suggests that pancreatic β cell function can be regulated as part of a larger system for controlling glucose homeostasis.

For an illustration of this concept, consider that across much of the planet, mammals are confronted with swings in environmental temperature on a daily basis that pose a substantial homeostatic challenge. Meeting this challenge requires activation of diverse metabolic and autonomic responses involving three distinct homeostatic systems — glucose homeostasis, energy homeostasis, and thermoregulation — that must be integrated seamlessly if body temperature, body fat stores, and BG levels are to be maintained within narrow physiological limits.

In response to cold exposure, heat production must increase in a rapid and sustained manner if hypothermia is to be avoided, and the sympathetic nervous system (SNS) plays a key role in driving this process ( 3 , 4 ). Specifically, activation of SNS outflow to thermogenic tissues (e.g., brown and white adipose tissue, skeletal muscle), driven by thermoregulatory neurocircuits situated in the hypothalamic preoptic area, increases heat production via a mechanism that is highly reliant on oxidation of glucose as a substrate ( 3 , 4 ). Beyond preserving core temperature, two additional challenges thus confront the cold-exposed animal: (a) how to preserve energy balance in the face of markedly increased rates of energy expenditure and (b) how to preserve stable glycemia in the face of markedly increased rates of glucose utilization.

As a result of integration across these three regulatory systems, cold exposure increases food intake in a manner that — somehow — precisely offsets the increase in energy expenditure to preserve energy balance and body fat mass ( 5 ). At the same time, insulin secretion is reduced in a manner that precisely offsets the diversion of glucose into thermogenic tissues, thereby averting decreased BG levels ( 6 ). Consistent with a role for the brain in this effect, pharmacological blockade of α-adrenergic receptors rapidly reverses the cold-induced inhibition of β cell function ( 6 ), implying that reduced insulin secretion, like the thermogenic response to cold, is driven by SNS activation. Thus, the brain orchestrates highly coordinated changes across multiple homeostatic systems that collectively enable heightened thermogenic needs to be met while ensuring that body temperature, body fat mass ( 5 ), and BG levels remain virtually unchanged (ref. 6 and Figure 1).

Model for integrated central control of body temperature, fat mass, and blood glucose levels. (A) Maintenance of body temperature, body fat stores, and blood glucose levels within narrow physiological limits requires seamless integration of systems governing thermoregulation, energy homeostasis, and glucose homeostasis. This integration is coordinated by the brain, and it is dependent upon accurate sensing by the brain of external temperature ( 1 ), body fat content ( 2 ), and the blood glucose level ( 3 ). (B) During cold exposure, the increased demand for heat production is met through markedly increased rates of glucose utilization by thermogenic tissues. Energy homeostasis is preserved by a centrally mediated increase in food intake, while glucose homeostasis preserved by centrally mediated inhibition of insulin secretion (to avert hypoglycemia). Impaired sensing of the relevant afferent input results in a compensatory increase in the defended level of the regulated variable. In the case of T2D, impaired brain glucose sensing is hypothesized to raise the defended blood glucose level into the diabetic range, with inhibition of insulin secretion playing a key role.

Coordinated regulation of these homeostatic systems via a classical negative feedback loop seems improbable, since this would require temperature, fat mass, and BG level to change before adaptive responses could be mounted, and changes in these variables were not observed ( 5 , 6 ). An alternative possibility is that these responses are governed by feed-forward control mechanisms that can be engaged rapidly in anticipation of future need and thereby maintain homeostasis ( 7 ). To our knowledge, the capacity for this type of regulation is unique to the brain.

At least early in the development of type 2 diabetes (T2D), the BG level appears to be regulated in the usual manner, even as it rises out of the normal range ( 8 ). This type of regulatory defect is observed in both essential hypertension and obesity, in the sense that these diseases are characterized by elevated levels of blood pressure and body fat mass, respectively. What is distinctive about each of these disorders is that although there is an increase in the level of the regulated variable — blood glucose, blood pressure, or body fat mass — the underlying homeostatic control mechanisms appear to function normally. Since these three disorders cluster together as part of the metabolic syndrome, the possibility of a shared regulatory defect can be considered.

What mechanisms drive the defense of hyperglycemia in T2D? While β cell dysfunction clearly plays a role, an important unanswered question is whether this reflects a β cell–autonomous defect or is instead imposed upon β cells by the brain (analogous to the reduction in GSIS observed during cold exposure). Consistent with the latter notion is that sympathetic inhibition of insulin secretion is increased in patients with T2D ( 9 ).

Studies in mice have identified a distinct subset of neurons in the hypothalamic ventromedial nucleus (VMN) that, when activated, not only induce diabetes-range hyperglycemia, but also completely block GSIS ( 10 ). If the brain were to perceive the BG level to be lower than it truly is, it conceivably could mount responses (including GSIS inhibition) that raise the defended level of glycemia. Indeed, the response to experimentally induced neuroglucopenia establishes this to be the case. Neuroglucopenia is induced by administration of a nonmetabolizable glucose analog (e.g., 2-deoxy- d -glucose), which is transported into cells but cannot be metabolized further, thereby disrupting cellular glucose metabolism. In response, the brain rapidly raises the BG level, which serves as a readout for whether neuroglucopenia was in fact achieved ( 11 ). Moreover, the aforementioned VMN neurons are implicated as drivers of this hyperglycemic response ( 12 ). These observations collectively support a model whereby defective brain glucose sensing contributes to the pathogenesis of hyperglycemia in T2D, analogous to the effect of impaired leptin sensing in driving excessive accumulation of body fat.

The progressive nature of β cell dysfunction in T2D, culminating in overt β cell failure, would at first glance seem to challenge this model of disease pathogenesis, since it is not immediately clear how this progression might result from a defect that does not reside within the β cell itself. Despite a decades-long search, however, a cell-autonomous basis for progressive β cell failure remains to be identified. Moreover, most endocrine cell types become severely atrophic and dysfunctional if they are subjected to continuous inhibition over long time intervals. Investigation into the contribution to β cell dysfunction made by tonic inhibition arising from the brain, perhaps aggravated by worsening metabolic status (e.g., hyperglycemia and associated glucose toxicity) and/or genetic susceptibility, is a key priority for future study.

Does T2D pathogenesis involve aberrant activity of hypothalamic glucoregulatory neurocircuits, and is this capable of raising the defended level of glycemia? Although our understanding of glucoregulatory neurocircuitry is in its infancy, available evidence indicates that (i) fuel-sensing neurocircuits are concentrated in the mediobasal hypothalamus (MBH) and (ii) some of these circuits are overactive in rodent models of diabetes. Among these are GABAergic neurons situated in the arcuate nucleus that express both agouti-related peptide (Agrp) and neuropeptide Y (NPY) (referred to as Agrp neurons) ( 7 ). These neurons are physiologically important regulators of both food intake and glycemia, and they are tonically inhibited by humoral signals that convey information regarding the status of either stored fuel (e.g., leptin) or fuel available for immediate use (glucose) ( 13 , 14 ). Consequently, these neurons are activated by low plasma levels of either leptin or glucose, and in otherwise normal mice, this activation is sufficient to both stimulate food intake and elevate the BG level into the diabetic range, while conversely, silencing of these neurons is sufficient to ameliorate hyperglycemia in diabetic db/db mice ( 13 ). That these neurons are activated across rodent models of diabetes ( 15 – 17 ) makes them an attractive candidate mediator of the defense of hyperglycemia in T2D. The contribution made by other glucoregulatory neurons (e.g., in the VMN) to diabetic hyperglycemia is under active investigation.

Since Agrp neurons are activated by hypoglycemia/neuroglucopenia ( 18 ), it seems paradoxical that they should also be activated in diabetic, hyperglycemic animals, and yet this is clearly the case ( 15 – 17 ). To explain this paradox, we hypothesize that brain sensing of glucose and other fuels is impaired in T2D and that hypothalamic glucoregulatory neurocircuits are activated as part of a compensatory response that drives an increase in BG level (in part by inhibiting GSIS). This model of T2D pathogenesis predicts that correcting the underlying defect should normalize glycemia in diabetic animals. Notable in this regard is the sustained antidiabetic action induced by central administration of FGF1 ( 19 – 22 ). In rodent models of T2D, remission of hyperglycemia can be sustained for weeks or months following a single intracerebroventricular injection of FGF1. The underlying mechanism remains under active study, but instead of simply lowering the BG level, FGF1 appears to act on MBH neurocircuits to reset glycemia in the normal range. Such an effect would not seem possible unless (a) the brain plays a key role in establishing the BG level and (b) a defect in this system contributes to the pathogenesis of hyperglycemia in these animal models.

The notion that glucose homeostasis is governed primarily by the pancreas, rather than the brain, has come under increasing scrutiny in the wake of findings that simply cannot be explained by this model. Particularly noteworthy is evidence that in rodent models of T2D, BG can be restored to normal for weeks or months by targeting of brain systems controlling glucose homeostasis. Fortunately, recent advances in neuroscience offer an unprecedented ability to map and functionally characterize the relevant neurocircuits in rodent models ( 7 ). We should seize upon this opportunity to advance our understanding of how glucose homeostasis is regulated by the brain, identify the contribution made by defects in this regulatory system to the pathogenesis of T2D, determine whether such findings substantially translate to humans, and if so, investigate whether these insights offer novel approaches to more effective disease treatment.

This work was supported by National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases grants DK101997, DK083042, and DK035816 (to MWS) and DK114474 (to JMS). JMB is supported by National Heart, Lung, and Blood Institute T32 Training Grant HL007312 and by the University of Washington Diabetes Research Center Samuel and Althea Stroum Endowed Graduate Fellowship.

Interesų konfliktas: Funding in support of this work was provided to MWS by Novo Nordisk A/S (CMS-431104).


Other hormones that are involved in the regulation of blood glucose

Like most of the physiological processes, the regulation of blood glucose is complex and there are many other hormones beside insulin and glucagon that play an important function, such as somatostatin.

The role of somatostatin - This is released by the delta cells located in the pancreatic islets in response to a post-prandial increase in blood glucose and amino acids. It reduces gut motility and the further absorption of nutrients as well as inhibiting pancreatic exocrine secretions.

The function of gastrin and cholecystokinin - The gastrointestinal tract also releases hormones such as gastrin and cholecystokinin that stimulate the pancreas to secrete insulin in anticipation of the absorption of nutrients.

The role of stress hormones - When a person is experiencing stress, neuro-endocrine mechanisms cause the release of stress hormones such as adrenaline (epinephrine). These increase blood-glucose levels by mobilising glycogen and suppressing the release of insulin.

Other hormones such as amylin and pancreatic polypeptide (PP) are involved in glucose regulation but their roles are less well understood.

A summary of the principal hormones involved in glucose regulation is presented in Table 1.


Ketonai

Ketones are alternative fuels that are produced by the liver from fats when sugar is in short supply.

When your body’s glycogen storage runs low, the body starts conserving the sugar supplies for the organs that always require sugar, including the brain, red blood cells and parts of the kidney. To supplement the limited sugar supply, the liver makes ketones in a process called ketogenesis

Ketones are burned as fuel by muscle and other organs in the body, and the sugar is saved for the organs that need it.

Like glucose, the production of ketones in the liver is controlled by the hormone glucagon.


What are ketones and why do I need to know about them?

Ketones and ketoacids are alternative fuels for the body that are made when glucose is in short supply. They are made in the liver from the breakdown of fats.

Ketones are formed when there is not enough sugar or glucose to supply the body’s fuel needs. This occurs overnight, and during dieting or fasting. During these periods, insulin levels are low, but glucagon and epinephrine levels are relatively normal. This combination of low insulin, and relatively normal glucagon and epinephrine levels causes fat to be released from the fat cells. The fats travel through the blood circulation to reach the liver where they are processed into ketone units. The ketone units then circulate back into the blood stream and are picked up by the muscle and other tissues to fuel your body’s metabolism. In a person without diabetes, ketone production is the body’s normal adaptation to starvation. Blood sugar levels never get too high, because the production is regulated by just the right balance of insulin, glucagon and other hormones.

However, in an individual with diabetes, dangerous and life-threatening levels of ketones can develop. When there is not enough insulin, the fat cells keep releasing fat into the circulation, and the liver keeps making more and more ketones and ketoacids. The rising ketoacid levels make the blood pH too low (acidotic/Diabetic Keto-Acidosis), which is an emergency medical situation and requires immediate medical attention.

Understanding ketoacidosis is very important for someone with Type 1 diabetes, because they have the highest risk of developing dangerous levels of ketones. However, ketoacidosis also can occur in someone with Type 2 diabetes if there is a major increase in insulin resistance (such as infection or treatment with steroids) or reduction in insulin release from the pancreas.

DIABETIC KETOACIDOSIS CAN OCCUR EVEN WHEN YOU HAVE TYPE 2 DIABETES, AND IS A MEDICAL EMERGENCY


How sugar may damage the brain

This guide is based on scientific evidence, following our policy for evidence-based guides. Click for more info.

Most people have heard that eating sugar is unhealthy, but how exactly can it work against your good mental health?

When you eat concentrated sources of rapidly-digestible carbohydrates such as sugar, flour, fruit juice, and processed cereal products, your blood sugar (glucose) can rise sharply. This triggers an equally strong rise in the hormone insulin in an effort to bring blood glucose back down to normal. 1

These glucose fluctuations occur inside the brain as well, because brain glucose typically rises and falls in proportion to blood glucose. 2

These steep glucose and insulin level changes can negatively affect your brain and body chemistry in three critical ways.

Refined carbohydrates can destabilize hormones and mood

The problem with unstable insulin levels is that insulin isn’t simply a blood sugar regulator it also acts as a signaling hormone that affects numerous other hormones throughout the body. Every time insulin rises and falls, these hormones may follow suit. 3

Let’s say you start off your morning with a food rich in refined carbohydrates — like orange juice, a bagel, or a bowl of corn flakes. Within half an hour, your blood sugar (glucose) rises, and your pancreas immediately releases insulin into your bloodstream to pull the extra sugar out of your blood and squirrel it away into your cells. About an hour or so later, as your blood sugar is dropping, you may feel tired, unfocused, and hungry. 4

The body perceives a rapid decrease in glucose as a potential emergency, so it releases a mixture of hormones to keep glucose from falling below normal. This mixture includes the main stress hormone cortisol and the “fight-or-flight” hormone adrenaline. 5

Many people consume refined carbohydrates at every meal and as snacks, which can place their hormones on a seesaw all day long and even well into the night. The resulting symptoms may include fluctuating energy levels, difficulty concentrating, mood swings, binge eating, irritability, anxiety attacks, and insomnia, depending on the individual. 6

Yet even if you aren’t aware of any symptoms on the outside, trouble may be brewing on the inside, as normal rhythms are disrupted in ways that can slowly, silently lead to health problems down the road. For more information, including graphs of sugar and hormone rollercoasters on different diets, read “Stabilize your mood with food.”

Refined carbohydrates can promote oxidation and inflammation

High blood sugar may lead to oxidation and inflammation, which are features of many chronic diseases, including psychiatric disorders. 7

What is oxidation?

The chemical reactions our cells rely upon to turn food into energy require oxygen molecules that can break apart into “free radicals” during digestion. Free radicals are like little bulls in a china shop. Left unchecked, they bump into and react with neighboring structures and DNA, potentially damaging cells from the inside out (oxidation). 8

Since some amount of oxidation is normal and necessary, Mother Nature has armed us with our very own internal antioxidants to mop up excess free radicals. Under normal circumstances, these built-in antioxidants are sufficient to keep oxidation and anti-oxidation forces in balance and prevent cellular damage. 9

The problem with high-sugar foods and beverages is that they provide too much glucose at once, generating more free radicals than our internal antioxidants can keep up with. 10 Depression, bipolar disorder, schizophrenia and obsessive-compulsive disorder are all potentially associated with excess oxidation. 11

We are often told that the solution to our oxidation problem is to consume colorful, antioxidant-rich fruits and vegetables to bring our systems back into balance. Yet most plant antioxidants, when consumed in their natural form, are poorly absorbed by the human body, and it’s still unclear whether or not they are of much use to us. 12

On the other hand, refined carbohydrates may deplete our natural antioxidants, making it appear as if we need more antioxidant power than we already have. Instead of buying antioxidants, wouldn’t it make a lot more sense to simply stop eating pro-oxidants? For more information about the pros and cons of antioxidants, read the “The antioxidant myth.”

What is inflammation?

Our immune system reacts to oxidative damage by mounting an inflammatory response. This isn’t the kind of inflammation that makes your brain swollen, red, or sore — it’s inflammation on a microscopic level. Multiple lines of evidence point to a connection between inflammation and many cases of depression, bipolar disorder, and schizophrenia. 13

When cells are in distress, they release tiny cries for help in the form of “inflammatory cytokines,” such as IL-6 and TNF-alpha, that can be measured in the blood. Levels of these molecules are often higher in people with mood and psychotic disorders. 14

You can read more about the potential causes and detrimental effects of inflammation in our expanded section on inflammation.

Inflammatory cytokines may trigger damage to nearby brain cells and cause chemical imbalances in the brain by disrupting normal production of serotonin, dopamine, and glutamate — key neurotransmitters involved in psychiatric disorders. 15 While we don’t yet have clinical studies showing a causal relationship, paths leading from sugar to oxidation to inflammation may help to connect the dots between modern diets and mental illnesses.

Mechanistic theories suggest that refined vegetable and seed oils like soybean and sunflower oil might contribute to excess inflammation. However, this is controversial, as a systematic review of randomized trials found no evidence that linoleic acid, the main omega-6 fatty acid in seed oils, increases inflammation, at least in healthy people. 16 These oils are found in all kinds of processed foods — from high-carbohydrate foods like chips and baked goods to popular low-carb foods like mayonnaise and salad dressings.

Omega-6 fatty acids are responsible for mounting the inflammatory response to oxidative damage, injuries and infections, whereas omega-3 fatty acids are responsible for helping resolve inflammation. 17

These two forces likely work best when they are roughly in balance. Unfortunately, modern diets are not only extremely high in omega-6 fatty acids, they are also often low in omega-3 fatty acids compared to our hunter-gatherer predecessors. 18 Imbalances in these essential fatty acids have been seen in many psychiatric disorders. 19

Numerous studies have tested whether anti-inflammatory drugs can be used to treat mood and psychotic disorders, and they do sometimes help to some extent. 20 But rather than taking drugs to simply mask symptoms — drugs which cost money and can cause side effects — why not start by eliminating highly processed foods instead?

Vegetable oils: What we know and what we don’t

Guide Vegetable oils have quickly become a major source of calories in our food supply. Is that a good thing? To find out, let’s review what we know, and what we don’t know.

Too much sugar contributes to insulin resistance

Insulin resistance is emerging as a potentially important factor in the development of most of the mental health problems we fear — from straightforward conditions such as depression to complex brain degeneration disorders like schizophrenia and Alzheimer’s disease. 21

As tragic as this may seem, understanding that insulin resistance strongly influences our risk for psychiatric disorders is tremendously empowering, because insulin resistance is a familiar beast we already know how to tame.

High-sugar diets may place too much pressure on the pancreas to produce high amounts of insulin to keep blood glucose under control. Over time, if exposed to elevated insulin levels too often, the receptors that transmit insulin’s instructions can become damaged and dwindle in number, making it increasingly difficult for cells to respond to insulin’s important messages. 22

In people with insulin resistance, the insulin receptors responsible for escorting insulin from the bloodstream into the brain’s interior can malfunction, restricting insulin flow into the brain. 23 If you have insulin resistance or type 2 diabetes, glucose may continue to easily enter the brain, but insulin will struggle to gain access. 24

Without adequate insulin, brain cells can’t process glucose properly, and will start to slow down. This sluggish glucose processing problem is called “cerebral glucose hypometabolism” and is a key feature of many brain disorders, particularly Alzheimer’s disease. 25

How low-carbohydrate diets can improve brain metabolism

If high blood sugar and insulin can jeopardize brain health through inflammation, oxidation, and insulin resistance, then we can hypothesize that reducing blood glucose and insulin levels could help improve brain health. A growing body of scientific literature supports the idea that ketogenic diets have the potential to address all of these underlying biochemical disturbances, and therefore hold great promise for the dietary treatment of psychiatric disorders. 26

Carbohydrates tend to raise glucose and insulin levels the most, whereas fats raise them the least. 27 So it stands to reason that a low-carb, high-fat diet could be one of the best ways to target these root causes of brain malfunction, improve brain metabolism, and protect the brain from further damage.

It has been known for nearly a century that ketogenic diets have the power to completely eliminate seizures in some children with epilepsy and significantly reduce the frequency of seizures in others. 28 Although the exact mechanism is not known, the findings certainly suggest that low-carbohydrate diets can beneficially impact brain chemistry.

The brain is a highly active organ that demands a constant supply of high-quality fuel. And while it’s true that some of its fuel must be in the form of glucose, that glucose does not need to come from carbohydrates in the diet.

The US Food and Nutrition Board acknowledges that “the lower limit of dietary carbohydrate compatible with life is apparently zero, provided that adequate amounts of protein and fat are consumed.” 29 Through a natural process called “gluconeogenesis,” the liver can make glucose and release it into the bloodstream for any cells that require it, including brain cells. 30

When carb intake is reduced, insulin levels decrease. 31 If insulin levels are sufficiently low, your body switches from primarily burning sugar to primarily burning fat. This shift is called ketosis, in which your liver releases fat-like compounds called ketones into the blood to provide fuel for your cells. You can test to see if you are generating ketones with a blood ketone meter.

Although muscle cells and most other cells in the body can use fatty acids for energy, brain cells can’t use them. 32 So, they use ketones instead. Ketones are an excellent fuel source for the brain. They seem to burn more efficiently than glucose, producing less oxidation and inflammation. 33

Although some rapid-fire brain cells always require some glucose (because it burns faster than ketones do), ketones can meet up to a remarkable two-thirds of the brain’s total energy requirements. 34 In fact, some data suggests most brain cells will burn ketones over glucose, making ketones the preferred energy source for large portions of the human brain. 35

Although insulin resistance of the brain makes it difficult for insulin to cross into the brain, it doesn’t interfere with the flow of ketones. 36 Therefore, the more ketones you have in your blood, the higher your brain ketone levels will be, and the more ketones your brain cells can absorb and use for energy. 37

As an added bonus, it just so happens that ketones burn well in a low-insulin environment, making ketones an ideal fuel source for the insulin-resistant brain.

The food-mood connection

From glucose and insulin fluctuations to oxidation, inflammation, and insulin resistance, a modern diet high in sugar and refined carbs can be a potential driver of psychological distress. For more details about how a whole-food, low-carb diet can help with specific psychiatric disorders, please visit our guide, The food-mood connection.

If you are struggling with mental health issues and taking medication, we have a lot more information on this topic in our guide, Low carb and mental health: Getting started and managing medications. We also have an FAQ that addresses many common questions and concerns about the links between diet and mental health.

Did you enjoy this guide?

We hope so. We want to take this opportunity to mention that Diet Doctor takes no money from ads, industry or product sales. Our revenues come solely from members who want to support our purpose of empowering people everywhere to dramatically improve their health.

Will you consider joining us as a member as we pursue our mission to make low carb simple?

Low carb and mental health: Getting started and managing medications

Guide If you are taking medication for mental health issues, you’ll need to do some planning before giving up your usual diet and easing into a low-carbohydrate eating plan. In this guide, we’ll cover how to prepare for the changes a low-carbohydrate eating pattern might make to your medications.

Low carb and mental health: The food-mood connection

Guide Eating a low-carbohydrate whole-foods diet appears to be a powerful strategy for protecting and improving the health of the body. Could this same nutritional strategy benefit the brain as well? Emerging science and clinical experience suggest that the answer is a resounding yes.

FAQ about low-carbohydrate diets and mental health

Guide Do you have questions about how adopting a low-carb lifestyle might affect your mood and psychological wellbeing? Well, we have answers! Check out some of the most common questions people with mental health issues ponder before beginning a low-carb diet in this guide.

Videos about low carb

These are just three examples of human clinical studies illustrating how blood sugar and insulin respond to high-carbohydrate foods. Many other examples exist.

A strong relationship between blood glucose and and brain glucose was shown in a large observational study of more than 19,000 children:

Although it is difficult to “prove” that the symptoms come from the rise and fall in blood sugar, clinical experience suggests that is the case. [clinical experience very weak evidence] &larrhk

This is based on consistent clinical experience [weak evidence]

And it is also backed by science, such as this study in which boys who drank a sweetened beverage experienced a four-fold increase in adrenaline 4-5 hours later, and they reported symptoms such as anxiety, shakiness, and difficulty concentrating:


Žiūrėti video įrašą: Treating Low Blood Sugar. Hypoglycemia. Nucleus Health (Sausis 2022).