Regulation of Metabolism

Regulation of Metabolism 大綱 1. 營養需求 2. 能量代謝的調控 3. 蘭氏小島對能量的調控 4. 糖尿病及低血糖 5. 腎上腺激素 甲狀腺素及生長激素對代謝的調控 6. 鈣及磷平衡的調控

本章摘要 1. 營養需求 2. 能量代謝的調控 蘭氏小島對血糖之調控 腎上腺素 甲狀腺素 生長激素對代謝的調控 3. 鈣平衡的調控

Basal Metabolic Rate (BMR) 活組織能量 ATP 或間接來自葡萄糖 脂肪酸 酮體 胺基酸及其它有機分子的細胞呼吸 代謝速率及能量需求一個清醒放鬆的動物, 在餵與飼料消化 吸收後, 處在舒適環境溫度下, 且無體重與體組成之變化之代謝速率稱為基礎代謝率, 因此而所需之能量為維持需要能量

合成代謝需求 (Anabolic Requirements) 合成代謝反應合成 DNA 及 RNA 蛋白質 肝醣 三酸甘油酯及其它聚合物 身體本身不能製造, 需由食物中攝取之 9 種必需胺基酸是離胺酸 ( l y s i n e ) 色胺酸 苯丙胺酸 ( p h e n y l a l a n i n e ) 蘇胺酸 纈胺酸 甲硫胺酸 白胺酸 異白胺酸及組織胺酸, 加上有些情況下不足之精胺酸為 10 種必需胺基酸 人之必需脂肪酸是亞麻油酸及次亞麻油酸 動物之必需脂肪酸是亞麻油酸

維生素及礦物質 (Vitamins and Minerals) 代謝反應中扮演輔酶或特定的功能 必須由食物中獲得, 身體無法製造, 或只能製造維生素 D ( 皮膚 ), 維生素 B 群及 K 維生素分兩大類 : 脂溶性維生素 A D E K ; 水溶性維生素 ( B 1 ) 核黃素 ( B 2 ) 菸鹼酸 ( B 3 ) 吡哆醇 ( B 6 ) 泛酸 (pantothenic acid) 生物素 ( biotin ) 葉酸 (folic acid) 維生素 B 12 及維生素 C( 抗壞血酸 )

主要維生素

脂溶性維生素 維生素 E 具抗氧化劑功能, 維生素 K 是形成凝血原及凝血因子 Ⅶ Ⅸ 及 Ⅹ 所必需 維生素 A 及維生素 D, 維生素 A 酸參與調控胚胎發育, 泛用於治療痤瘡及其他皮膚疾病 維生素 D 有助於調節鈣平衡, 藉由促進小腸吸收鈣而達成

礦物質 ( M i n e r a l s ) 鉅量元素 : 鈉 鉀 鎂 鈣 磷 硫及氯 微量元素 : 鐵 鋅 錳 氟 銅 鈷 鉻和 硒 碘

自由基及抗氧化劑 分子含不成對電子者, 稱為自由基 自由基, 超氧自由基 (O 2 ) 氫氧自由基 (H O ) 反應性氮一氧化氮自由基 (NO ) 過多的自由基會導致脂質 蛋白質和 D N A 的損傷, 體內保護自己免受氧化壓力影響的方式包括酵素性保護例如 : 超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase, S O D ) 觸酶 ( catalase ) 麩胱甘肽過氧化酶 (glutathione peroxidase)

維生素礦物質需要量

能量代謝的調控 脂肪組織的調控功能脂肪組織的發育脂肪細胞分化需要細胞核內接受器蛋白的作用, 此接受器與維生素 A D 及甲狀腺素接受器家族相似, 稱為 PPAR r 腫瘤壞死因子 -(TNFα) 就是由脂肪細胞所分泌的調節因子之一

阻抗素 (resistin) 和瘦體素 (leptin) 肥胖患者體內, 另有兩種脂肪細胞激素的分泌量也會增加, 即阻抗素 (resistin) 和瘦體素 (leptin) 造成肥胖及第二型糖尿病患者的骨骼肌及其他組織對胰島素的敏感性降低 飢餓會減少脂肪組織, 因而減少瘦體素分泌, 且與輔助性 T 淋巴球促進免疫反應之能力減少有關

脂聯素 (adiponectin) 脂聯素 (adiponectin) 在肥胖與第二型糖尿病患 者體內含量較低

身體質量指數 (BMI) 計算公式是 : 在此,W: 體重 ( 公斤 ),h : 身高 ( 公尺 ) 世界衛生組織認為 B M I 3 0 的人有肥胖相關疾病的危險性 健康的 B M I 必須介於 1 9 ~ 2 5 之間

神經傳遞物質 弓狀核包含兩群神經元, 一群神經元製造黑皮質素 ( m e l a n o c o r t i n ) 另一群神經元製造的神經傳遞物質是神經胜 Y (neuropeptide Y) 與刺鼠相關蛋白 (agouti-related protein), 作用是提高飢餓感 (hunger)

調節飢餓與飽足的感覺神經傳遞物質 調節飢餓與飽足的感覺, 訊號中由胃分泌者為飢餓激素 ( g h r e l i n ) 調節進食的激素是小腸分泌的膽囊收縮素 (cholecystokinin or CCK) 用餐時與剛用餐完, C C K 分泌增加因而抑制了飢餓感 C C K 的作用與 g h r e l i n 互為拮抗

調節飢餓與飽足的感覺神經傳遞物質 新發現的小腸分泌激素為 P Y Y (peptide YY),P Y Y 作用於弓狀核 (arcuate nucleus), 可抑制神經胜肽 Y 的釋放並刺激釋放黑色素細胞刺激素 (melanocyte stimulating hormone or M S H), 因而降低飢餓感

瘦體素 (Leptin) 及胰島素 (Insulin) 當脂肪儲存量增加, 會分泌更多的瘦體素 ; 然後瘦體素作用於下視丘的弓狀核 (arcuate nucleus) 以抑制神經胜肽 Y (neuropeptide Y) 的釋放並刺激釋放黑色素細胞刺激素 (melanocyte stimulating hormone or M S H, 圖 1 9. 3 )

蘭氏小島對能量的調控 胰臟具外分泌腺細胞, 又具分泌激素的蘭氏小島, 三種不同細胞, 最多的是 β 細胞, 分泌胰島素 α 細胞分泌昇糖素 (glucagon),δ 細胞可分泌體制素 ( s o m a t o s t a t i n )

蘭氏小島對能量的調控 胰島素及昇糖素的分泌主要受血糖濃度影響 血中葡萄糖及胺基酸濃度, 且藉負迴饋迴路 來維持恆定 ( 圖 1 9. 7)

糖尿病及低血糖 主要分為兩大型式 : 第一型糖尿病又稱胰島素依賴型糖尿病 (IDDM), 因 β 細胞被破壞所以胰島素分泌很少或不分泌所致, 屬於第二型糖尿病, 又稱非胰島素依賴型糖尿病 (NIDDM) 第二型也多在 4 0 歲以後發生肥胖比例增加

第一型糖尿病 (Type 1 Diabetes Mellitus) 若未矯正胰島素缺乏之結果最終導致昏迷或死亡

第二型糖尿病 (Type 2 Diabetes Mellitus) 是遺傳, 發展較慢

糖尿病 糖尿病患者有循環上的問題, 壞疽及動脈粥狀硬化的機會增加, 長期於高血糖下, 機轉破壞組織所致 低血糖 (Hypoglycemia) 最常見於第二型糖尿病, 限制碳水化合物的攝取, 反應性低血糖的症狀包括顫抖 飢餓 虛弱 眼花及神智不清 皮質分泌皮質類固醇, 礦物皮質素在腎臟控制 N a + 及 K + 平衡的醛固酮

兒茶酚胺對代謝的作用 兒茶酚胺可刺激肝醣分解使肝臟釋放葡萄 糖, 促進脂肪分解使脂肪酸, 腺啟單磷酸 (cyclic AMP) 而作用 ( 圖 1 9. 1 5)

腎上腺素及昇糖素對代謝的影響

糖皮質素的代謝作用 長期飢餓及運動的壓力下, 糖皮質素分泌增加可協助昇糖素上升及胰島素下降所產生的作用 甲狀腺素 (Thyroxine) 甲狀腺素可刺激身體所有細胞的呼吸作用, 這可能是由於甲狀腺素造成細胞內 A T P 濃度下降所致, 此效應是由 ( 1 ) 去偶合蛋白 ( 2 ) 鈉鉀幫浦主動運輸的刺激, 使得 A T P 濃度降低

甲狀腺素對代謝的影響 正常的甲狀腺素分泌也是維持合成與分解代謝平衡 所需, 甲狀腺功能低下和亢進均會造成蛋白質分解 和肌肉耗損

生長激素分泌的調控 生長激素之分泌受體制素 ( s o m a t o s t a t i n ) 的抑制,( G H R H ) 可刺激生長激素分泌, 生長激素是有日週期性的, 睡眠當中分泌增加, 而清醒時分泌減少 受血漿中胺基酸濃度上升及葡萄糖濃度下降所刺激

糖皮質素對代謝的影響

類胰島素生長因子 (Insulin-like Growth Factors) 結構上類似前胰島素 ( p r o i n s u l i n ) 生長間介素 ( s o m a t o m e d i n ) 代表其中兩者即 I G F - 1 及 I G F -2 肝臟受生長激素刺激而製造及分泌 I G F - 1 至 血液中, 主要的標的是軟骨 這些作用也受 I G F - 2 協助, 生長激素刺激脂肪組 織的脂肪分解作用及降低葡萄糖利用, 則不需透過 生長間介素作用

生長激素 生長激素對蛋白質合成的合成代謝作用在生長年齡特別重要, 可幫助骨頭的長度增長及軟組織量的增加 對生長的作用刺激長骨軟骨上的骨舷板之有絲分裂, 兒童時期生長激素過度分泌會造成巨人症, 成人時期生長激素過度分泌稱肢端肥大症 ( a c r o m e g a l y ), 生長時期若缺乏生長激素會造成侏儒症

鈣及磷平衡 骨骼羥磷灰石 ( h y d r o x y a p a t i t e ) 晶體的形式儲存鈣及磷, 分子式為 Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2, 鈣是經由造骨細胞這過程稱骨沉積 骨吸收 (bone resorption) 破骨細胞所作用, 可造成骨鈣及骨磷重回血液中

鈣平衡的內泌素

破骨細胞的作用

鈣離子之作用 (1) 骨形成 (2) 血液凝固所需 (3) 激素作用第二傳訊者 (4) 作為動作電位促進軸突釋放神經傳遞物質之訊號 (5) 肌肉興奮後收縮所必需 : 鈣維持細胞膜正常通透性所必需, 低血鈣會增加神經及肌肉的興奮性, 導致肌肉痙攣 (muscle spasm; tetany)

骨的激素調控 副甲狀腺素及降鈣素副甲狀腺素主要是 1. 藉刺激破骨細胞溶解骨質來增加血鈣 2. 刺激腎臟從腎絲球過濾液中再吸收鈣離子, 並且抑制磷酸根的再吸收 3. 刺激 1, 2 5 - 雙羥維生素 D3 的合成 降鈣素 ( cacitonin ) 骨骼的吸收具有抑制作用

骨的激素調控 動情素及睪固酮不論男性或女性, 骨舷板癒合需要動情素 女性自於卵巢, 男性以血液循環中的睪固酮形成 可促進骨骼礦物化作用的原因, 可刺激骨母細胞, 骨母細胞分泌調節分子影響破骨細胞的作用 骨母細胞分泌這種 RANK 配體促進形成新的破骨細胞 動情素則抑制 RANKL 的分泌, 動情素藉由促進骨母細胞的活動與抑制破骨細胞的形成來刺激骨骼礦物化

骨之顯微結構

骨的激素調控 1, 2 5 - 雙羥維生素 D 3 ( 1, 2 5 - ( O H ) 2 Vit D 3 ) 的合成皮膚, 7 - 去氫膽固醇受陽光照射下而形成 1, 2 5 - ( O H ) 2 Vit D 3 藉由刺激以下作用而升高血中鈣及磷的濃度 : ( 1 ) 小腸吸收鈣及磷,( 2 ) 骨吸收, 和 ( 3 ) 腎臟再吸收鈣及磷

鈣及磷平衡的負迴饋控制 副甲狀腺素分泌低血鈣刺激及高血鈣抑制, 因為副甲狀腺素可活化 1, 2 5 - ( O H ) 2 Vit D 3, 低血鈣可藉增加副甲狀腺素及 1, 2 5 - ( O H ) 2 Vit D 3 的作用而修正 降鈣素 (Calcitonin) 受高血鈣的刺激而分泌, 其機制為降低血鈣 :( 1 ) 抑制破骨細胞的活性, 減少骨吸收, ( 2 ) 抑制腎再吸收鈣及磷, 而增加其排泄