استجابة الجوع
في البشر > علم الكيمياء الحيوية

أثناء فترات الجوع، أقل من نصف الطاقة المستخدمة من قبل الدماغ تأتي من استقلاب الجلوكوز. نظرًا لقدرة الدماغ البشري على استخدام جسيمات الكيتون كمصدر رئيسي للوقود، لا يتعين على الجسم أن يقوم بتحطيم العضلات الهيكلية بمعدل عالٍ، مما يحافظ على الوظائف الإدراكية والقدرة على الحركة لفترات تصل إلى عدة أسابيع. هذه الاستجابة ذات أهمية كبيرة في تطور الإنسان وسمحت للبشر بالاستمرار في العثور على الطعام بشكل فعّال حتى في وجه الجوع المستمر.
في البداية، ينخفض مستوى الأنسولين في الدورة الدموية، وترتفع مستويات الجلوكاغون والإبينفرين والنورإبينفرين. في هذا الوقت، يحدث تعزيز في عمليات تحلل الجلايكوجين، وجلوكونيوجينيس، وتحلل الدهون، وتكوين الكيتونات. يتم استهلاك مخازن الجلايكوجين في الجسم في حوالي 24 ساعة. في شخص بالغ عادي يزن 70 كيلوغرامًا، يتم تخزين حوالي 8000 كيلوجول من الجلايكوجين في الجسم (بشكل رئيسي في العضلات المشطية). يشترك الجسم أيضًا في عملية تكوين الجلوكونيوجينيس لتحويل الجليسيرول وأحماض الأمين المتجانسة للجلوكوز للاستقلاب. تعد دورة كوري تكييفًا آخر يشمل نقل الطاقة المستمدة من الدهون في الجلوكوز إلى الأنسجة الجليكولية الطرفية، التي ترسل بدورها اللاكتات مرة أخرى إلى الكبد لإعادة تخليقه إلى الجلوكوز. بفعل هذه العمليات، تظل مستويات الجلوكوز في الدم نسبياً ثابتة خلال فترات الجوع المطولة.
ومع ذلك، فإن المصدر الرئيسي للطاقة أثناء فترات الجوع المطولة يعود إلى الدهون. بالمقارنة مع 8000 كيلوجول من الجلايكوجين المخزن، فإن وقود الدهون أغنى بكثير في محتوى الطاقة، حيث يخزن الشخص البالغ وزنه 70 كيلوجرامًا أكثر من 400.000 كيلوجول من الثلاثي جليسيريد (بشكل رئيسي في أنسجة الدهون). يتم تحليل الثلاثي جليسيريد إلى أحماض دهنية عبر عملية تحليل الدهون. يتسبب الإبينفرين في تحفيز عملية تحليل الدهون عن طريق تنشيط بروتين كيناز A، الذي يُضاف فوسفات إلى ليباز الهرمون الحساس للدهون والبريليبين. تتكون هذه الإنزيمات، جنبًا إلى جنب مع جيني 58-1 (CGI-58) وليباز الثلاثي جليسيريد الدهني، على سطح قطرات الدهون. يقوم ليباز الدهون الثلاثية وليباز حساس للهرمونات بشكل متناسق بتحرير الأحماض الدهنية الأولى والثانية. يقوم مستحلب الأحماض الدهنية الأحادي الجزء منها ليباز مونواسيل جليسيرول بتحرير الأحماض الدهنية النهائية. يدخل الجليسرول المتبقي عملية تكوين الجلوكونيوجينيس.
الأحماض الدهنية لا يمكن استخدامها كمصدر وقود مباشر. يجب عليها أولاً أن تخضع لعملية البيتا أكسدة في الميتوكوندريا (بشكل رئيسي في العضلات الهيكلية والعضلات القلبية وخلايا الكبد). يتم نقل الأحماض الدهنية إلى الميتوكوندريا على شكل أسيل كارنيتين عبر عمل إنزيم CAT-1. تتحكم هذه الخطوة في التدفق الأيضي لعملية البيتا أكسدة. يدخل الأسيل كو إلى دورة حمض الستريك ويخضع لعملية الفسفورة التأكسدية لإنتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات. يستثمر الجسم بعض هذا أدينوسين ثلاثي الفوسفات في عملية تكوين الجلوكونيوجينيس لإنتاج المزيد من الجلوكوز.
الثلاثي جليسريد والأحماض الدهنية طويلة السلسلة هي هيدروفوبية للغاية بحيث لا يمكنها اختراق خلايا الدماغ، لذا يجب على الكبد تحويلها إلى أحماض دهنية قصيرة وجسيمات الكيتون من خلال عملية تكوين الكيتون. الجسيمات الكيتونية الناتجة، الأسيتو أسيتات وبيتا-هيدروكسي بيتورات، هي مفردات هيدروفيلة ويمكن نقلها إلى الدماغ (والعضلات) وتحللها إلى أسيتيل-كو إيه لاستخدامها في دورة حمض الستريك. يتحلل الأسيتو أسيتات تلقائيًا إلى الأستون، ويتم إطلاق الأستون عبر البول والرئتين لإنتاج "رائحة الأستون" التي تصاحب الصيام المطول. يستخدم الدماغ أيضًا الجلوكوز أثناء الجوع، ولكن معظم الجلوكوز في الجسم يُخصص للعضلات الهيكلية وخلايا الدم الحمراء. تكلفة استخدام الدماغ للكثير من الجلوكوز هي فقدان العضلات. إذا اعتمد الدماغ والعضلات بالكامل على الجلوكوز، فإن الجسم سيفقد 50% من محتواه من النيتروجين في 8-10 أيام.
بعد الصيام لفترات طويلة، يبدأ الجسم في تدهور عضلاته الهيكلية. للحفاظ على عمل الدماغ، يستمر تكوين الجلوكوز في توليد الجلوكوز، ولكن الأحماض الأمينية الجلوكوجينية - بشكل أساسي الألانين - مطلوبة. هذه تأتي من العضلات الهيكلية. في وقت متأخر من المجاعة، عندما تصل مستويات الكيتون في الدم إلى 5-7 مم، يرتفع استخدام الكيتون في الدماغ، بينما ينخفض استخدام الكيتون في العضلات.
ثم يحدث الالتهام الذاتي بمعدل متسارع. في الالتهام الذاتي، تقوم الخلايا بتفكيك الجزيئات الحرجة لإنتاج الأحماض الأمينية لتكوين الجلوكون. هذه العملية تشوه بنية الخلايا، والسبب الشائع للوفاة في الجوع يرجع إلى فشل الحجاب الحاجز من الالتهام الذاتي لفترات طويلة.