Hình thành acid acetoacetic trong gan và sự vận chuyển trong máu

Một phần lớn sự thoái hóa các acid béo xảy ra trong gan, đặc biệt khi một lượng lớn lipid được sử dụng để tạo năng lượng. Tuy nhiên, gan chỉ sử dụng một tỷ lệ nhỏ các acid béo cho quá trình trao đổi chất của nó. Thay vào đó, khi các chuỗi acid béo đã được chia thành các acetyl-CoA, hai phân tử acetyl-CoA liên kết với nhau tạo thành một phân tử acid acetoacetic, nó sai đó sẽ được vận chuyển trong máu tới các tế bào khác trong suốt cơ thể, nơi chúng được sử dụng tạo năng lượng. Quá trình hóa học này được mô tả sau đây:

Một phần acid acetoacetic được chuyển thành acid β-hydroxybutyric, và số lượng nhỏ được chuyển đổi thành acetone, nó được mô tả theo phản ứng sau:

Các acid acetoacetic, acid β-hydroxybutyric, và acetone khuếch tán tự do qua màng tế bào gan và được vận chuyển trong máu tới các mô ngoại vi. Ở đây, chúng lại được khuếch tán vào trong tế bào, nơi lặp ngược lại các phản ứng xảy ra và phân tử acetyl-CoA được tạo thành. Các phân tử đó lần lượt tham gia vào chu trình citric và bị oxy hóa tạo năng lượng.

Thông thường, các acid acetoacetic và acid β-hydroxybutyric sau khi đi vào máu được vận chuyển rất nhanh đến các mô, làm cho nồng độ của chúng trong huyết tương ít khi tăng trên 3 mg/dl. Tuy nhiên, dù với nồng độ nhỏ trong máu, thực sự vẫn có một số lượng lớn được vận chuyển, cũng giống như vận chuyển các acid béo tự do. Tốc độ vận chuyển nhanh các chất này do chúng có độ tan cao với màng của các tế bào dích, vì thế cho phép chúng có khả năng khuếch tán nhanh chóng vào trong các tế bào.

Ketosis trong đói lâu ngày, bệnh tiểu đường, và các bệnh khác. Nồng độ acid acetoacetic, acid β-hydroxybutyric, và aceton đôi khi tăng lên gấp nhiều lần bình thường ở trong máu và dịch kẽ; tình trạng này được gọi là ketosis bởi vì acid acetoacetic là một acid keto. Ba hợp chất này được gọi là thể ketone. Ketosis xảy ra đặc biệt là sau khi đói lâu ngày, ở những người bị đái tháo đường, và đôi khi ngay cả khi chế độ ăn uống của một người gồm hầu hết là chất béo. Trong tất cả các trường hợp này, cơ bản không có chuyển hóa carbohydrates trong đói lâu ngày và với một chế độ ăn giàu chất béo bởi vì không có carbohydrates, và trong đái tháo đường bởi vì không có insulin để vận chuyển glucose vào trong tế bào.

Khi carbohydrates không được sử dụng để cung cấp năng lượng, thì hầu hết tất cả năng lượng của cơ thể phải được cung cấp từ quá tŕnh trao đổi chất béo. Đó là khi không có sẵn carbohydrates nên tự động làm tăng tốc độ phân giải các acid béo từ mô mỡ. Ngoài ra, một vài yếu tố nội tiết như là: vỏ tuyến thượng thận tăng tiết glucocorticoids, tụy tăng tiết glucagon, và tụy giảm tiết insulin, do đó làm giải phân giải các acid béo ở các mô mỡ. Kết quả là số lượng lớn acid béo xuất hiện (1) để các tế bào ngoại vi sử dụng để tạo năng lượng và (2) tới các tế bào gan, nơi mà nhiều acid béo được chuyển đổi thành thể ketone.

Thể ketone đi ra khỏi gan được mang tới các tế bào. Vì nhiều lý do, các tế bào được giới hạn số lượng thể ketone có thể bị oxy hóa. Trong đó lý do quan trọng nhất là một trong những sản phẩm của quá trình chuyển hóa carbohydrat là oxaloacetate liên kết với acetyl-CoA trước khi nó có thể được đi vào chu trình citric. Vì thế, sự thiếu hụt oxaloacetate có nguồn gốc từ carbohydrates sẽ hạn chế sự đi vào của acetyl-CoA vào trong chu trình citric, và khi giải phóng ra cùng một lúc lượng lớn acid acetoacetic và các thể ketone khác từ gan xảy ra, nồng độ acid acetoacetic và acid β-hydroxybutyric đôi khi tăng lên gấp 20 lần bình thường, do đó dẫn tới toan mạnh.

Acetone được hình thành trong ketosis là một chất dễ bay hơi, một số lượng nhỏ được đẩy ra ngoài không khí qua phổi, do đó hơi thở có mùi acetone thường được dùng làm một tiêu chuẩn để chẩn đoán ketosis.

Thích ứng với chế độ ăn giàu chất béo. Khi thay đổi chậm từ một chế độ ăn carbohydrates chuyển thành chế độ ăn gần như hoàn toàn là chất béo, cơ thể một người sẽ thích ứng với việc sử dụng nhiều acid acetoacetic nhiều hơn bình thường, và trong trường hợp này, ketosis bình thường không xảy ra. Ví dụ, ở Inuit (Eskimos), đôi khi họ ăn chế độ ăn nhiều chất béo, nhưng không xảy ra ketosis. Chắc chắn, một số yếu tố, nhưng không rõ ràng, đã nâng cao tỷ lệ chuyển hóa acid acetoacetic trong các tế bào. Sau đó một vài tuần, thậm chí các tế bào não thường lấy năng lượng hầu như hoàn toàn từ glucose, cũng có thể sử dụng 50-70% năng lượng từ chất béo.