Tác dụng của Insulin lên chuyển hóa chất béo

Mặc dù không hoàn toàn rõ ràng như tác dụng nhanh của insulin lên chuyển hóa carbohydrat, tác dụng của insulin lên chuyển hóa chất béo là về lâu dài và quan trọng không kém. Đặc biệt ấn tượng là ảnh hưởng lâu dài của tình trạng thiếu insulin trong việc gây ra xơ vữa động mạch, thường dẫn đến các cơn đau tim, đột quỵ não, tai biến mạch máu khác. Đầu tiên, tuy nhiên, chúng ta hãy thảo luận về những tác dụng nhanh của insulin lên quá trình chuyển hóa chất béo.

Insulin làm tăng tổng hợp và dự trữ chất béo

Insulin có nhiều tác dụng dẫn đến dự trữ chất béo tại mô mỡ. Đầu tiên, insulin tăng sử dụng glucose ở hầu hết các mô, điều này tự động làm giảm sử dụng chất béo, do đó, chức năng này như là dự trữ chất béo. Tuy nhiên, insulin cũng làm tăng tổng hợp acid béo, đặc biệt khi có quá nhiều carbohydrate được hấp thu hơn lượng cần thiết sử dụng để cung cấp năng lượng, cung cấp nguyên liệu cho tổng hợp chất béo. Hầu như tất cả quá trình tổng hợp này bắt đầu ở tế vào gan, và acid béo sau đó được vận chuyển từ gan tới dự trữ tại các tế bào mỡ nhờ các lipoprotein trong máu. Những yếu tố sau dẫn đến tăng tổng hợp acid béo tại gan:

1. Insulin tăng vận chuyển glucose vào tế bào gan. Sau khi nồng độ glycogen trong gan tăng 5-6%, quá trình tổng hợp glycogen bị ức chế. Tất cả glucose được vận chuyển thêm vào gan trở thành dạng mỡ. Glucose được cắt thành phân tử pyruvat trong quá trình đường phân, và sau đó pyruvat chuyển thành acetyl coenzyme A (acetyl-CoA), nguyên liệu để tổng hợp acid béo.

2. Lượng ion citrate và isocitrate thừa được hình thành bở chu trình acid citric khi quá nhiều glucose được sử dụng để sinh năng lượng. Những ion này sau đó trực tiếp hoạt hóa enzyme acetyl-CoA carboxylase, enzyme cần thiết chuyển acetyl-CoA thành malonyl-CoA, giai đoạn đầu tiên của quá trình tổng hợp acid béo.

3. Hầu hết acid béo được tổng hợp tại gan và được sử dụng để hình thành triglyceride, dạng dự trữ thông thường của chất béo. Chúng giải phóng từ tế bào gan vào máu dưới dạng lipoprotein. Insulin hoạt hóa lipoprotein lipase ở thành mao mạch của mô mỡ, cắt trigliceride trở lại thành acid béo, cần thiết cho sự hấp thu chúng vào tế bào mỡ, nơi chúng được chuyển lại thành trigliceride và được dự trữ.

Vai trò của insulin trong dự trữ chất béo ở tế bào mỡ

1. Insulin ức chế hoạt động của lipase nhạy cảm với hormon (hormone-sensitive lipase). Lipase là enzyme giúp thủy phân triglyceride đã dự trữ ở tế bào mỡ. Do đó, ức chế giải phóng acid béo từ mô mỡ vào tuần hoàn.

2. Insulin tăng cường vận chuyển glucose qua màng tế bào vào tế bào mỡ theo cùng cách làm tăng vận chuyển glucose vào tế bào cơ. Một phần nhỏ glucose được sử dụng để tổng hợp một lượng nhỏ acid béo, nhưng quan trọng hơn, nó cũng được dùng để tạo thành một lượng lớn α-glycerol phosphate. Phân tử này cung cấp glycerol để kết hợp với acid béo để hình thành trigliceride, dự trữ trong tế bào mỡ. Do đó, khi không có insulin, sự dự trữ một lượng lớn acid béo được vận chuyển đến từ gan trong lipoprotein hầu như bị chặn lại.

Thiếu hụt insulin làm tăng sử dụng chất béo tạo năng lượng

Tất cả những cách giáng hóa chất béo để cung cấp năng lượng được tăng cường rất nhiều trong điều kiện thiếu insulin. Kể cả bình thường, điều này cũng xảy ra giữa các bữa ăn khi lượng tiết insulin là rất nhỏ, nhưng nó trở nên mạnh mẽ hơn ở những người mắc đái tháo đường khi lượng tiết insulin gần như bằng không. Kết quả của hiệu ứng này được mô tả ở phần sau.

Thiếu hụt insulin gây ra thoái hóa mỡ dự trữ và giải phóng acid béo tự do

Trong điều kiện thiếu insulin, tất cả hiệu ứng của insulin được ghi ở trên giúp dự trữ chất béo bị đảo ngược. Hiệu ứng quan trọng nhất là enzyme lipase nhạy cảm với hooc-môn ở tế bào mỡ trở nên hoạt động mạnh hơn. Điều này làm thủy phân triglyceride dự trữ, giải phóng một lượng lớn acid béo và glycerol vào tuần hoàn máu. Kết quả là, nồng độ acid béo tự do bắt đầu tăng. Những acid béo tự do này trở thành nguồn năng lượng chính được sử dụng ở tất cả các mô trong cơ thể ngoại trừ não.

Hình cho thấy tác động của sự thiếu hụt insulin lên nồng độ acid béo tự do trong huyết tương. Ghi nhận dường như ngay lập tức sau khi loại bỏ tụy, nồng độ acid béo tự do trong huyết tương bắt đầu tăng, thậm chí nhanh hơn tốc độ tăng nồng độ glucose.

Tình trạng thiếu hụt insulin làm tăng nồng độ cholesterol và phospholipid huyết tương

Sự dư thừa acid béo trong huyết tương liên quan đến sự thiếu hụt insulin làm tăng sự chuyển đổi tại gan của một số acid béo thành phospholipid và cholesterol, hai sản phẩm chính của chuyển hóa chất béo. Hai phân tử này, song song với sự dư thừa triglyceride được tổng hợp tại gan cùng thời điểm, rồi được đổ vào máu dưới dạng lipoprotein. Ngẫu nhiên lipoprotein huyết tương tăng khoảng 3 lần trong tình trạng thiếu hụt insulin, chiếm vài phần trăm trong tổng nồng độ lipid huyết tương chứ không phải như bình thường 0.6%. Nồng độ lipid cao đặc biệt là nồng độ cholesteron cao làm tăng sự tiến triển của bệnh xơ vữa động mạch ở bệnh nhân đái tháo đường.

Dư thừa sử dụng chất béo trong thiếu hụt insulin gây ra ketosis và acidosis

Thiếu hụt insulin cũng gây ra dư thừa một lượng acid acetoacetic được hình thành trong tế bào gan. Sự dư thừa này là kết quả của hiệu ứng sau: Thiếu hụt insulin nhưng trước tình trang thừa acid béo ở tế bào gan, cơ chế vận chuyển cartinine giúp vận chuyển acid béo vào ty thể trở nên tăng cường hoạt động. Ở ty thể, quá trình beta oxi hóa acid béo diễn ra nhanh chóng, giải phóng ra một lượng lớn acetyl-CoA. Phần lớn của lượng acetyl-CoA dư thừa này sau đó được chuyển thành acid acetoacetic. Sau đó giải phóng vào máu. Hầu hết acid acetoacetic đi tới những tế bào ngoại vi, nơi chúng được chuyển trở lại thành acetyl-CoA và sử dụng cho năng lượng như bình thường.

Cùng lúc đó, sự thiếu hụt insulin cũng làm giảm sử dụng acid acetoacetic ở mô ngoại vi. Do đó, rất nhiều acid acetoacetic được giải phóng từ gan không thể được chuyển hóa hoàn toàn ở mô. Như trong hình, nồng độ acid acetoacetic tăng trong vài ngày sau khi dừng tiết insulin, đôi khi, mức tăng nồng độ lên đến 10 mEq/l hoặc nhiều hơn, đó là trạng thái nhiễm toan nghiêm trọng của dịch cơ thể.

Hình. Tác dụng của việc loại bỏ tuyến tụy đối với nồng độ gần đúng của glucose trong máu, axit béo tự do trong huyết tương và axit acetoacetic.

Như đã trình bày trong phần 69, một phần acid acetoacetic cũng chuyển thành acid β-hydroxybutyric và aceton. 2 phân tử này, song song với acid acetoacetic, được gọi là thể ketone, và sự xuất hiện với một lượng lớn của chúng trong dịch cơ thể được gọi là ketosis. Chúng ta sẽ thấy lại chúng trong tiểu đường nặng, acid acetoacetic và acid β-hydroxybutyric có thể dẫn đến nhiễm toan nặng và hôn mê, có thể dẫn đến tử vong.