Метаболические изменения при голодании¶

Метаболические изменения при голодании — совокупность физиологических и биохимических процессов, происходящих в организме человека и животных в ответ на отсутствие поступления пищи, направленных на поддержание гомеостаза и энергетического баланса за счёт эндогенных субстратов. Данные изменения носят адаптивный характер и различаются в зависимости от длительности периода воздержания от еды.

¶Стадии голодания

Метаболический ответ организма на голодание принято разделять на несколько последовательных стадий, которые различаются по преимущественному источнику энергии.

¶Ранняя стадия (0–6 часов)

В течение первых часов после приёма пищи организм использует глюкозу, поступающую из печени (гликогенолиз). Запасов гликогена в печени и мышцах хватает примерно на 12–24 часа. Уровень инсулина снижается, а уровень глюкагона повышается, что стимулирует распад гликогена и поддерживает концентрацию глюкозы в крови на нормальном уровне.

¶Промежуточная стадия (6–24 часа)

После истощения запасов гликогена организм переходит к использованию жировых запасов. Активируется липолиз — процесс расщепления триглицеридов в жировой ткани на глицерин и свободные жирные кислоты. Жирные кислоты окисляются в печени с образованием кетоновых тел — ацетоацетата, бета-гидроксибутирата и ацетона. Концентрация кетоновых тел в крови постепенно возрастает, мозг начинает частично использовать их в качестве альтернативного источника энергии.

¶Поздняя стадия (более 24 часов)

При длительном голодании (более 2–3 дней) основным источником энергии становятся кетоновые тела, которые покрывают до 60–70 % потребностей мозга. Глюконеогенез — синтез глюкозы из неуглеводных предшественников (глицерина, аминокислот, лактата) — продолжается, но его интенсивность снижается по сравнению с первыми днями голодания. Белки мышц расщепляются медленнее, чтобы сохранить мышечную массу.

¶Гормональная регуляция

Голодание сопровождается выраженными изменениями гормонального фона:

• Инсулин — концентрация снижается, что уменьшает поступление глюкозы в клетки и стимулирует липолиз.
• Глюкагон — концентрация повышается, стимулируя гликогенолиз и глюконеогенез.
• Кортизол — уровень умеренно повышается, поддерживая глюконеогенез и мобилизацию аминокислот из мышц.
• Гормон роста — секреция увеличивается, что способствует сохранению мышечной массы и стимуляции липолиза.
• Адреналин и норадреналин — повышаются, усиливая липолиз и термогенез.

¶Изменения углеводного обмена

Концентрация глюкозы в крови при голодании поддерживается в пределах 3,3–5,5 ммоль/л за счёт гликогенолиза и глюконеогенеза. После истощения гликогена печени (через 12–24 часа) глюконеогенез становится единственным источником эндогенной глюкозы. Основными субстратами для него служат глицерин (из жировой ткани), аланин и глутамин (из мышц), а также лактат (из эритроцитов и мышц).

¶Изменения липидного обмена

Липолиз активируется уже через несколько часов после последнего приёма пищи. Свободные жирные кислоты поступают в кровь и используются мышцами, сердцем и печенью в качестве топлива. В печени часть жирных кислот превращается в кетоновые тела. Кетогенез достигает максимума к 2–3-му дню голодания. При длительном голодании уровень кетоновых тел в крови может достигать 5–10 ммоль/л, что приводит к состоянию физиологического кетоза, не сопровождающемуся значительным ацидозом.

¶Изменения белкового обмена

В первые дни голодания распад белков увеличивается, что обеспечивает субстраты для глюконеогенеза. Однако уже к концу первой недели скорость протеолиза снижается, что позволяет сохранить мышечную массу. Потери белка при длительном голодании составляют около 20–30 г в сутки, что значительно меньше, чем при стрессовых состояниях или травмах.

¶Энергетический баланс и основной обмен

При голодании основной обмен снижается на 10–30 % в зависимости от длительности и исходной массы тела. Это связано с уменьшением массы тела, снижением активности симпатической нервной системы и уровня тиреоидных гормонов. Адаптивное снижение энерготрат позволяет организму дольше существовать без пищи.

¶Влияние на мозг

Мозг в норме использует исключительно глюкозу, однако при длительном голодании он адаптируется к использованию кетоновых тел. Экспрессия транспортеров монокарбоксилатов (MCT1) в гематоэнцефалическом барьере увеличивается, что облегчает утилизацию кетоновых тел нейронами. При полном голодании мозг покрывает за счёт кетоновых тел до 70 % своих энергетических потребностей.

¶Метаболические изменения при различных типах голодания

Различают полное голодание (без пищи, но с водой), абсолютное (без пищи и воды), неполное (ограниченное питание) и интервальное (периодическое). Метаболические изменения при интервальном голодании носят циклический характер: в периоды воздержания от пищи активируются липолиз и кетогенез, а в периоды приёма пищи — анаболические процессы.

¶Клиническое значение

Понимание метаболических изменений при голодании используется в медицине при разработке диет, лечении ожирения, сахарного диабета 2-го типа и некоторых неврологических заболеваний. В Российской Федерации голодание применяется в рамках лечебного питания по назначению врача. Необоснованное и длительное голодание без медицинского контроля может привести к потере мышечной массы, электролитным нарушениям, авитаминозам и другим осложнениям.

¶Источники

• Гайтон А. К., Холл Дж. Э. Медицинская физиология. — М.: Логосфера, 2008.
• Метаболизм при голодании / под ред. В. А. Тутельяна. — М.: Наука, 2005.
• Cahill G. F. Fuel metabolism in starvation // Annual Review of Nutrition. — 2006. — Vol. 26.
• Owen O. E. Ketone bodies as a fuel for the brain during starvation // Biochemistry and Molecular Biology Education. — 2005.