معلومة

هل يستطيع جسم الإنسان إنتاج الجلوكوز من الدهون؟

هل يستطيع جسم الإنسان إنتاج الجلوكوز من الدهون؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

قرأت وجهات نظر متضاربة حول ما إذا كان جسم الإنسان يمكنه إنتاج الجلوكوز من الدهون أم لا. وسعها؟


فقط حوالي 5-6٪ من الدهون الثلاثية (الدهون) يمكن تحويلها إلى جلوكوز في البشر.

هذا لأن الدهون الثلاثية تتكون من جزيء واحد من 3 كربون جلسرين وثلاثة أحماض دهنية 16 أو 18 كربون. الجلسرين (3/51-to-57 = 5.2-5.9٪) علبة يتم تحويلها إلى جلوكوز في الكبد عن طريق استحداث السكر (بعد التحويل إلى فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون).

ومع ذلك ، تتأكسد سلاسل الأحماض الدهنية إلى acetyl-CoA ، والتي لا تستطيع تتحول إلى جلوكوز في البشر. يعد Acetyl-CoA مصدرًا لـ ATP عندما يتأكسد في دورة حمض الكربوكسيل ، لكن الكربون ينتقل إلى ثاني أكسيد الكربون. (يوازن جزيء oxaloacetate المنتج في الدورة فقط تكثيف acetyl-CoA لدخول الدورة ، وبالتالي لا يمكن استغلاله في تكوين الجلوكوز.)

لذا فإن الدهون الثلاثية هي مصدر فقير للجلوكوز في الجوع ، وهذه ليست وظيفتها الأساسية. يتم تحويل بعض Acetyl-CoA إلى أجسام كيتونية (acetoacetate و β-hydroxybutyrate) في حالة الجوع ، والتي يمكن أن تحل محل جزء - ولكن ليس كل - متطلبات الدماغ من الجلوكوز.

النباتات وبعض البكتيريا علبة تحويل الأحماض الدهنية إلى جلوكوز لأنها تمتلك إنزيمات تحويلة الجليوكسيلات التي تسمح لجزيئين من Acetyl-CoA بالتحول إلى مالات ثم أوكسالو أسيتات. هذا غير موجود بشكل عام في الثدييات ، على الرغم من أنه تم الإبلاغ عنه في الحيوانات السباتية (بفضلRoland للحصول على آخر جزء من المعلومات).


لتكون أكثر تفصيلا هو لا رجعة فيه من رد الفعل الذي يحمله بيروفات ديهيدروجينيز مما يجعل من المستحيل تحويل سلاسل الأحماض الدهنية إلى جلوكوز. ال سلاسل الأحماض الدهنية يتم تحويلها إلى أسيتيل CoA.

أسيتيل كو أ ليتم تحويلها إلى البيروفات بحاجة إلى إنزيم يمكنه القيام بالتفاعل العكسي لبيروفات ديهيدروجينيز (في البشر لا يوجد مثل هذا الإنزيم). من البيروفيت داخل الميتوكوندريا يتم تحويله إلى جلوكوز (استحداث السكر).


تنظيم سكر الدم

معظم الخلايا في جسم الإنسان تستخدم السكر المسمى الجلوكوز كمصدر رئيسي للطاقة. يتم تكسير جزيئات الجلوكوز داخل الخلايا لإنتاج جزيئات الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، وهي جزيئات غنية بالطاقة تعمل على تشغيل العديد من العمليات الخلوية. يتم توصيل جزيئات الجلوكوز إلى الخلايا عن طريق الدم المنتشر ، وبالتالي ، لضمان توفير إمدادات ثابتة من الجلوكوز للخلايا ، من الضروري الحفاظ على مستويات الجلوكوز في الدم عند مستويات ثابتة نسبيًا. يتم تحقيق ثبات المستوى في المقام الأول من خلال السلبية استجابة ، والتي تضمن الحفاظ على تركيز الجلوكوز في الدم ضمن النطاق الطبيعي من 70 إلى 110 ملليغرام (0.0024 إلى 0.0038 أونصة) من الجلوكوز لكل ديسيلتر (ما يقرب من خمس نصف لتر) من الدم.

أنظمة التغذية الراجعة السلبية هي عمليات تستشعر التغيرات في الجسم وتنشط الآليات التي تعكس التغييرات من أجل إعادة الظروف إلى مستوياتها الطبيعية. تعتبر أنظمة التغذية الراجعة السلبية ذات أهمية حاسمة في التوازن ، والحفاظ على الظروف الداخلية الثابتة نسبيًا. تؤدي الاضطرابات في التوازن إلى مواقف قد تهدد الحياة. يعد الحفاظ على مستويات جلوكوز الدم الثابتة نسبيًا أمرًا ضروريًا لصحة الخلايا وبالتالي صحة الجسم بالكامل.

تشمل العوامل الرئيسية التي يمكن أن تزيد من مستويات الجلوكوز في الدم امتصاص الجلوكوز من الأمعاء الدقيقة (بعد تناول وجبة) وإنتاج جزيئات الجلوكوز الجديدة بواسطة خلايا الكبد. العوامل الرئيسية التي يمكن أن تقلل الدم


تخزين الطاقة

إذا كان الجسم لديه بالفعل طاقة كافية لدعم وظائفه ، يتم تخزين الجلوكوز الزائد على شكل جليكوجين (يتم تخزين معظمه في العضلات والكبد). قد يحتوي جزيء الجليكوجين على ما يزيد عن خمسين ألف وحدة جلوكوز مفردة وهو شديد التشعب ، مما يسمح بالانتشار السريع للجلوكوز عند الحاجة إليه لإنتاج الطاقة الخلوية (الشكل 3.4.2).

الشكل 3.4.2: يسمح هيكل الجليكوجين بالتعبئة السريعة في الجلوكوز الحر لخلايا الطاقة.

كمية الجليكوجين في الجسم في أي وقت تعادل حوالي 4000 سعر حراري و mdash3000 في الأنسجة العضلية و 1000 في الكبد. يمكن أن يؤدي استخدام العضلات لفترات طويلة (مثل التمارين الرياضية لمدة تزيد عن بضع ساعات) إلى استنفاد احتياطي طاقة الجليكوجين. يشار إلى هذا باسم & ldquohitting the wall & rdquo أو & ldquobonking & rdquo ويتميز بالإرهاق وانخفاض أداء التمرين. يبدأ ضعف العضلات لأنه يستغرق وقتًا أطول لتحويل الطاقة الكيميائية في الأحماض الدهنية والبروتينات إلى طاقة قابلة للاستخدام مقارنة بالجلوكوز. بعد التمرين المطول ، يختفي الجليكوجين ويجب أن تعتمد العضلات أكثر على الدهون والبروتينات كمصدر للطاقة. يمكن للرياضيين زيادة مخزون الجليكوجين لديهم بشكل متواضع عن طريق تقليل كثافة التدريب وزيادة تناول الكربوهيدرات إلى ما بين 60 و 70 بالمائة من إجمالي السعرات الحرارية قبل ثلاثة إلى خمسة أيام من الحدث. لا يحتاج الأشخاص الذين لا يمارسون تدريبًا قويًا ويختارون الجري في سباق طوله 5 كيلومترات من أجل المتعة إلى استهلاك طبق كبير من المعكرونة قبل السباق لأنه بدون تدريب مكثف طويل الأمد لن يحدث تكيف مع زيادة الجليكوجين في العضلات.

يمكن للكبد ، مثل العضلات ، تخزين طاقة الجلوكوز على هيئة جليكوجين ، ولكن على عكس الأنسجة العضلية ، فإنه سيضحي بطاقة الجلوكوز المخزنة به إلى أنسجة أخرى في الجسم عندما ينخفض ​​مستوى الجلوكوز في الدم. ما يقرب من ربع محتوى الجليكوجين الكلي في الجسم موجود في الكبد (وهو ما يعادل حوالي أربع ساعات من الإمداد بالجلوكوز) ولكن هذا يعتمد بشكل كبير على مستوى النشاط. يستخدم الكبد احتياطي الجليكوجين هذا كطريقة للحفاظ على مستويات الجلوكوز في الدم ضمن نطاق ضيق بين أوقات الوجبات. عندما يتم استنفاد إمدادات الكبد و rsquos glycogen ، يتكون الجلوكوز من الأحماض الأمينية التي يتم الحصول عليها من تدمير البروتينات من أجل الحفاظ على التوازن الأيضي.


ما يمكن أن تفعله الدهون

يحلم باحثو السمنة بإيجاد طرق لتحويل الدهون البيضاء إلى دهون بنية تحرق الطاقة. لكن الدهون البيضاء هي أشياء رائعة أيضًا.

بالإضافة إلى لعب دور في توفير تخزين الطاقة ، تساعد الخلايا الشحمية البيضاء في تنظيم مستويات السكر في الدم. يمتصون السكر ، أو الجلوكوز ، استجابة للأنسولين الذي يفرزه البنكرياس ، مما يسحب السكر الزائد من مجرى الدم. هذه واحدة من المشاكل الكبيرة مع الدهون الزائدة في الجسم ، وفقًا لمجلة Nature لعام 2006: إن الإفراط في تناول الدهون يقضي على وظيفة تنظيم الجلوكوز في الخلايا الشحمية (كما يفعل القليل جدًا من الدهون) ، ويمكن التخلص من مستويات السكر في الدم. [هل يمكنك تحويل الدهون إلى العضلات؟]

تفرز الخلايا الشحمية أيضًا العديد من البروتينات التي تؤثر على نسبة السكر في الدم ، وفقًا للورقة نفسها. يقلل البعض - مثل اللبتين والأديبونكتين والفيزفاتين - من مستويات الجلوكوز في مجرى الدم. بينما تزيد أنواع أخرى ، مثل بروتين resistin والبروتين المرتبط بالريتينول 4 ، نسبة السكر في الدم.

تلعب الأنسجة الدهنية أيضًا دورًا في جهاز المناعة. تطلق الخلايا الشحمية مركبات التهابية تسمى السيتوكينات ، والتي تعزز الالتهاب. (يمكن أن يكون الالتهاب ضارًا عندما يكون مزمنًا ، ولكنه مهم للغاية لتنشيط الخلايا المناعية في حالة الإصابة.) الثرب ، وهو عبارة عن طبقة دهنية تشبه المريلة تتدلى أمام أعضاء البطن ، تتخللها كتل من الخلايا المناعية تعمل كمراقبين لتجويف البطن ، وأخذ عينات من السائل بين الأعضاء للغزاة المحتملين ، وفقًا لبحث عام 2017.


كم هو حلو

ربما قيل لك أكثر من مرة أن تناول الكثير من السكر ليس مفيدًا لك. لكن هل تعلم لماذا الكثير من السكر مضر لجسمك؟

ما هو السيء في السكر

الجواب على هذا السؤال هو: يعتمد على نوع السكر الذي تتحدث عنه.

تحتاج أجسامنا إلى بعض السكر - وهو نوع من السكر يسمى الجلوكوز. الجلوكوز هو سكر كربوهيدرات بسيط وهو أحد أهم العناصر الغذائية التي نتغذى بها أجسامنا. يوجد الجلوكوز في القمح الكامل والخضروات والمعكرونة وبعض منتجات الألبان والعسل.

يساعد الجلوكوز الجسم على تكسير الدهون ويرسل إشارة إلى دماغنا بأننا ممتلئون.

الفركتوز الطبيعي الموجود في الفاكهة هو السكر البسيط الآخر الذي يحتاجه الجسم. يمنح الفركتوز الطبيعي الجسم بعض الطاقة التي يحتاجها ليعمل. تعمل الألياف الموجودة في الفاكهة على موازنة الفركتوز بحيث لا يكون للفركتوز تأثير سلبي على أجسامنا.

السكريات السيئة هي سكر العنب وشراب الذرة عالي الفركتوز والسكروز والسكر الأبيض (السكر المكرر) والفركتوز (غير الطبيعي) والمحليات الصناعية.

السبب في أن هذه السكريات سيئة بالنسبة لك لتشمل:

تتم معظم معالجة السكر في الكبد. لا يمكن معالجة الفركتوز (وبعض الأنواع الأخرى) إلا في الكبد. الكثير من السكر يصيب الكبد بالذعر. عندما يحدث هذا ، يحتفظ الكبد بالسكر ويخزنه على شكل دهون بالإضافة إلى أنه لن يقبل الرسائل من الدماغ التي تقول إننا ممتلئون. هذا يعني أننا نأكل أكثر مما نحتاج وأن السكر يصنع المزيد والمزيد من الدهون (التي لا نحتاجها).

ما مقدار السكر الذي تضعه في جسمك؟

تشير الدراسات إلى أن الشخص العادي يستهلك 47 ملعقة صغيرة من السكر كل يوم! هذا مثل ملء كوب قياس بالسكر وتناوله. يوك!

لعرض هذا الفيديو ، يرجى تمكين JavaScript ، والنظر في الترقية إلى متصفح ويب يدعم فيديو HTML5


ماذا يحدث للعضلات عند عدم توفر الجلوكوز؟

الجلوكوز بالنسبة لعضلاتك هو الغاز الذي يصيب سيارتك - إنه الوقود الذي يجعلها تعمل. بينما يمتلك جسمك نظامًا احتياطيًا عندما يتعلق الأمر بوقود العضلات ، إذا كنت في منتصف تمرين أو حدث رياضي ونفدت عضلاتك من الجلوكوز ، فقد لا يكون جسمك قادرًا على الاستجابة بسرعة كافية. هذا يمكن أن يؤدي إلى ضعف وضعف الأداء. إذا كنت تعتقد أن الجلوكوز ينخفض ​​في عضلاتك في كثير من الأحيان ، فاستشر اختصاصي تغذية لمساعدتك في تصميم نظام غذائي يحافظ على نشاطها.


متى يتم تخزين الكربوهيدرات على شكل دهون؟

إذا كانت الكربوهيدرات عادة ما يتم تخزينها على هيئة جليكوجين ، ففي أي موقف يتم تخزين الكربوهيدرات على شكل دهون؟

يمكن أن يحدث هذا السيناريو عندما تكون مخازن الجليكوجين مشبعة بالكامل.

في هذا السيناريو ، يؤدي الاستهلاك الإضافي للكربوهيدرات إلى تحويل بعض هذه الكربوهيدرات إلى أحماض دهنية. تُعرف عملية تحويل الكربوهيدرات إلى دهون بـ & # 8216de novo lipogenesis & # 8217 (6، 7).

ومع ذلك ، بدلاً من أن يتم تحويلها فعليًا إلى دهون ، يؤدي تناول الكربوهيدرات المفرط عادةً إلى تخزين الدهون عبر وسائل مختلفة.

يتم تفسير كيفية تخزين الدهون من خلال استهلاك الطاقة اليومي ، وإنفاق الطاقة ، وأولوية الأكسدة.

الأولوية المؤكسدة للوقود واستهلاك الطاقة بشكل عام

تشير الأولوية المؤكسدة إلى التسلسل التفضيلي الذي يحرق فيه جسم الإنسان الوقود المتاح.

تحتوي الدهون الغذائية على أقل أولوية مؤكسدة ، مما يعني أن الجسم سيستخدم الكربوهيدرات والبروتين (والكحول) قبل أن يتأكسد & # 8212or & # 8220burns & # 8221 & # 8212 الدهون الغذائية.

سيؤدي اتباع نظام غذائي عالي الكربوهيدرات يتميز بالطاقة الزائدة إلى تخزين الدهون ليس لأن الكربوهيدرات تتحول إلى دهون. بدلاً من ذلك ، لا تتأكسد الدهون الغذائية نفسها وبالتالي يتم تخزينها على شكل دهون (8).

بمعنى آخر: نظرًا لأن الكربوهيدرات لها الأولوية المؤكسدة على الدهون ، فإن الكربوهيدرات الموجودة في النظام الغذائي سيتم حرقها قبل الدهون الغذائية.

  • يتم حرق الكربوهيدرات بشكل تفضيلي على حساب الدهون الغذائية.
  • وبالتالي ، فإن تناول كميات كبيرة من الكربوهيدرات الغذائية يؤدي إلى إبطاء معدل أكسدة الدهون.
  • في حالة وجود فائض من الطاقة (نظام غذائي مفرط من السعرات الحرارية) ، هذا يعني أنه لن يتم أكسدة كل الدهون الغذائية المستهلكة.
  • سيتم تخزين الدهون غير المؤكسدة كدهن في الجسم لأن أكسدة الكربوهيدرات حلت محل أكسدة الدهون.

أكسدة الكربوهيدرات تحل محل أكسدة الدهون ، لكن تناول الطاقة هو المفتاح

كما هو موضح أعلاه ، يمكن أن يؤدي تناول كميات أكبر من الكربوهيدرات إلى تخزين المزيد من الدهون في الجسم. ومع ذلك ، عادةً ما يتم تخزين جزء الدهون الغذائية في النظام الغذائي بدلاً من الكربوهيدرات نفسها.

من المهم أيضًا ملاحظة أن هذا لا يشير إلى أي شيء سلبي عن الكربوهيدرات نفسها.

الإفراط في تناول الكربوهيدرات و / أو الدهون كلاهما سيؤدي إلى تخزين الدهون. وبالمثل ، فإن اتباع نظام غذائي منخفض الطاقة يعني أن كل من الكربوهيدرات والدهون يمكن أن تتأكسد بالكامل ، وبالتالي لن يخزن الجسم الدهون (9).

بشكل عام ، يعتبر تناول الطاقة المفرط بدلاً من المغذيات الكبيرة هو المحرك الرئيسي لتخزين الدهون:

  • يؤدي الإفراط في تناول الكربوهيدرات إلى إبطاء / إزاحة أكسدة الدهون ، مما يؤدي إلى تخزين الدهون.
  • يزيد تناول الدهون المفرطة الدهون التي تحتاج إلى الأكسدة ، مما يؤدي إلى تخزين الدهون.

التوازن

يمكن إجراء هذا التقييم بعدة طرق ، ولكن على الأرجح ستنظر في كيفية احتفاظ جسم الإنسان ببيئة متسقة من حيث المجهود البدني ، في بيئة متطرفة أو نظام غذائي. لن يكون هذا على الأرجح كتابًا مفتوحًا ، لذا من المهم جدًا أن تفهم هذا الموضوع جيدًا. عادةً ما أخبر طلابي إذا كان بإمكانك شرح ذلك لشخص آخر دون الرجوع إلى الملاحظات ، فلديك مستوى الفهم المطلوب.

يجب فهم الجمل الثلاث التالية قبل الدخول في الاختبار (:

  1. الغرض والمكونات الرئيسية لنظام التحكم المتماثل. ماذا يفعل وما هي الهياكل التي يستخدمها ولماذا.
  2. آلية نظام التحكم هذا ، أي كيف ولماذا يستجيب للنطاق الطبيعي للتقلبات البيئية والتفاعل وآليات التغذية الراجعة بين أجزاء النظام
  3. كيف يتم إعادة التوازن بعد التأثير المحتمل لاضطراب معين - لن ترى هذا قبل التقييم. ما يحدث في النظام لإعادة التقلبات إلى الحالة الفسيولوجية الداخلية الطبيعية.
  4. للتميز ، تحتاج إلى شرح مثال على كسر ردود الفعل السلبية (هذا مهم).

يشير الاستتباب بشكل عام إلى الاستقرار أو التوازن أو التوازن. إنها محاولة الجسم للحفاظ على بيئة داخلية ثابتة. يتطلب الحفاظ على بيئة داخلية مستقرة مراقبة وتعديلات مستمرة مع تغير الظروف. يسمى هذا التعديل للأنظمة الفسيولوجية داخل الجسم بالتنظيم المتماثل

كما ترى في الصورة (انقر عليها لترى نسخة أكبر) ، هناك الكثير من الأنظمة التي تعمل معًا. لا تشدد على الرغم من أنك ستنظر فقط في واحدة من هذه الأشياء.

يتضمن التنظيم الاستتبابي ثلاثة أجزاء أو آليات:

يتلقى المستقبل معلومات تفيد بأن شيئًا ما في البيئة يتغير. يتلقى مركز التحكم أو مركز التكامل المعلومات من المستقبل ويعالجها. وأخيرًا ، يستجيب المستجيب لأوامر مركز التحكم إما بمعارضة الحافز أو تعزيزه. هذه عملية مستمرة تعمل باستمرار على استعادة التوازن والحفاظ عليه. على سبيل المثال ، في تنظيم درجة حرارة الجسم ، توجد مستقبلات لدرجة الحرارة في الجلد ، والتي تنقل المعلومات إلى الدماغ ، وهو مركز التحكم ، والمستجيب هو الأوعية الدموية والغدد العرقية في دماغنا. نظرًا لأن البيئة الداخلية والخارجية للجسم تتغير باستمرار ويجب إجراء التعديلات باستمرار للبقاء عند نقطة التحديد أو بالقرب منها ، يمكن اعتبار الاستتباب على أنه توازن اصطناعي.

من طالبة السيدة Drysdale (شكرا)

لمحة عامة عن الاستتباب في جسم الإنسان

رابط للعمل من خلال الملاحظات حول كيف يحافظ الجسم على التوازن ثم جرب اختبار الاستتباب

رسم متحرك يعطي لمحة عامة عن التوازن ومستويات السكر في الدم

ما تحت المهاد ودوره في تنظيم درجة الحرارة

استخدم هذه الرسوم المتحركة التفاعلية لمحاولة الحفاظ على التوازن

يمنحك هذا الرابط نظرة عامة على الاستتباب وأنظمة الاستتباب المختلفة في البشر

هذا الرابط هو نظرة عامة على النظامين إلى جانب المخططات والاختبارات الرائعة للأنظمة المتجانسة

هذا موقع رائع يلقي نظرة عامة على جميع المكونات وتفاعلاتها في التنظيم الحراري وإدارة جلوكوز الدم

تتكون أنظمة التحكم المتماثل في الحيوانات من ثلاثة مكونات:

1. نوعا من مستقبل (عضو حاسة) لاكتشاف التغيير. في حالة التنظيم الحراري ، سيكون هذا هو مستقبلات الجلد (انقر على الصورة أدناه لترى طبقات الجلد بالتفصيل.)

2. أ مركز السيطرة (عادة الدماغ أو جزء من الدماغ)

3. أن المستجيب (خلايا العضلات والأعضاء) لإنتاج استجابة مناسبة للتغيير.

تعمل جميعها معًا في ما يسمى بنظام التغذية الراجعة. تنظيم هذا يسمى التوازن. قد يكون هذا + أو - حسب المثال.

ستكون هناك طريقة للتواصل بين هذه الطبقات.

إليك مقطع فيديو جيد يشرح نظام الغدد الصماء ، ويوجد أدناه جدول يغطي جميع مسارات الاتصال.

  • إلى حد بعيد ، الأكثر شيوعًا في جسم الإنسان.
  • إنهم يشكلون نظام تغذية مرتدة يحلق يعيد الحالة إلى حالة مستقرة.
  • الفكرة الرئيسية هي أن التحفيز من جزء واحد من الجسم ينتج استجابة من شأنها أن توقف أو تقلل (تصغير) المنبه الأصلي.

الصورة أعلاه من بيتر شيبرد (موريس ويلكينز)

  • نادر في جسم الانسان. إنها تشكل نظامًا حلقيًا يغير الجسم من موضعه الأصلي. عادةً ما يعزز جزء من الجسم تأثير أجزاء أخرى مما قد يؤدي إلى تفاقم الحالة. قد يكون هذا سيئًا لأنه لا يتم التحكم فيه جيدًا. بعض الأمثلة هي الصدمة البشرية التي يمكن أن تقلل من ضغط الدم.
  • الحفاظ على البيئة الاستتبابية الخاصة بك
  • تعمل الأنظمة الهرمونية والأنظمة اللاذعة معًا لإنشاء بيئة استتبابية.

على النحو الوارد أعلاه ، سيقوم معلمك بإجراء هذا كتقييم داخلي ويتطلب المعيار تغطية ما يلي. كل جزء أدناه سيرتبط بالموارد ذات الصلة.

· مناقشة أهمية نظام التحكم من حيث ميزته التكيفية

· شرح للعمليات البيوكيميائية و / أو الفيزيائية الحيوية التي تقوم عليها الآلية (مثل تفاعلات التوازن ، والتغيرات في نفاذية الغشاء ، والمسارات الأيضية)

· تحليل مثال محدد لكيفية أن تؤدي التأثيرات البيئية الخارجية و / أو الداخلية إلى انهيار نظام التحكم.

يشير نظام التحكم الذي يحافظ على بيئة داخلية مستقرة (نظام التماثل الساكن) إلى تلك التي تنظم:

البشر لديهم أنظمة تحكم تنظم: (مواضيع السؤال المحتملة)

درجة حرارة الجسم (تنظيم حراري)

كمقدمة للتفكير في التدبير الحراري

الاستتباب هو التحكم في ظروف الجسم الداخلية بحيث يمكن لعمليات الجسم أن تعمل بكفاءة.

يسمى التحكم في درجة حرارة الجسم بالتنظيم الحراري.

درجة حرارة الجسم الطبيعية 37 درجة مئوية. هذه هي درجة الحرارة التي تعمل عندها الإنزيمات بشكل أفضل.

يحتوي مركز التنظيم الحراري في الدماغ على مستقبلات لمراقبة درجة حرارة الدم المتدفق من خلاله. ترسل المستقبلات الموجودة في الجلد نبضات إلى المركز حول درجة حرارة الجلد.

إذا كانت درجة حرارة الجسم مرتفعة للغاية:

  • تتمدد الأوعية الدموية في الجلد (تتسع) بحيث يتدفق المزيد من الدم إلى سطح الجلد.
  • ينتج العرق الذي يبرد الجسم عندما يتبخر.

إذا كانت درجة حرارة الجسم منخفضة للغاية:

يفقد التعرق المزيد من الماء والأملاح ، على شكل أيونات ، عندما يكون الجو حارًا. يجب استبدالها بتناول المشروبات والطعام.

يتضمن توازن درجة حرارة الجسم أنواعًا عديدة من أنظمة المستجيب بما في ذلك الفسيولوجية (التغيرات في تدفق الدم بالجلد ، آليات التبريد = التعرق ، آليات التسخين = الارتعاش) والسلوكية (التشمس ، التراجع إلى الظل ، التغييرات في الوضع) - يتم التحكم جميعها بواسطة المجموعة- نقطة استشعار درجة الحرارة من الخلايا العصبية في منطقة ما تحت المهاد (مقياس الحرارة).

انقر على الصورة أدناه لمشاهدة النسخة الأكبر

يحافظ مركز التنظيم الحراري عادةً على نقطة ضبط تبلغ 37.5 ± 0.5 درجة مئوية في معظم الثدييات. ومع ذلك ، يمكن تغيير نقطة التحديد في ظروف خاصة:

• حمى. المواد الكيميائية التي تسمى البيروجينات التي تطلقها خلايا الدم البيضاء ترفع نقطة ضبط مركز التنظيم الحراري مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الجسم بالكامل بمقدار 2-3 درجة مئوية. هذا يساعد على قتل البكتيريا ، ويثبط الفيروسات ، ويفسر سبب ارتجافك حتى وإن كنت حارًا.

الحمى الخفيفة هي استجابة مناعية لوقف العدوى البكتيرية ، على الرغم من أن الحمى التي تظل مرتفعة للغاية يمكن أن تلحق الضرر بنشاط الخلية بشكل دائم. يقدم هذا الرابط القليل من المعلومات حول كيفية عمل التوازن لحماية الجسم وكيف يمكن أن تكون الحمى مفيدة في بعض الأحيان.

مستوى الجلوكوز في الدم (معدل من Peter Shepard & # 39s excellent PowerPoint).

أحد الأمثلة البسيطة للتحكم في التوازن الهرموني هو التحكم في مستوى السكر في الدم عن طريق الأنسولين والجلوكاجون الذي تنتجه خلايا الغدد الصماء في البنكرياس. الأنسولين يحفز امتصاص الأنسجة للجلوكوز من الدم للاستخدام أو التخزين. هذا يقلل من تركيز الجلوكوز في الدم. يحفز الجلوكاجون إطلاق الجلوكوز من الجليكوجين المخزن في الكبد. هذا يرفع تركيز الجلوكوز في الدم.لماذا تنظمها؟

  • يمكن لبعض الأنسجة أن تستخدم مجموعة من مصادر الطاقة مثل الدهون وحتى الأحماض الأمينية ، لكن العديد من الأنسجة المهمة في الجسم يمكنها فقط استخدام الجلوكوز ، لذلك تحتاج هذه الأنسجة إلى إمداد مستمر من الجلوكوز لتعمل بشكل صحيح. • تشمل هذه الأنسجة خلايا الدم الحمراء وخلايا المناعة
  • يعتمد الدماغ والجهاز العصبي أيضًا على الجلوكوز ، وهو ما يفسر سبب انخفاض مستويات الجلوكوز في الدم إلى أقل من 2.5 ملي مليون نوبات صرع ويمكن أن يدخلوا في غيبوبة لأن الدماغ لا يعمل بشكل صحيح. • لذلك فإن الحفاظ على مستوى معين من الجلوكوز هو مسألة حياة أو موت.

كيف تصل إلى الخلايا؟

  • لا يمكن أن يمر الجلوكوز عبر غشاء الخلايا ما لم تكن هناك ناقلات معينة في الغشاء لتوفير قناة للجلوكوز للتحرك خلالها.
  • هذه خاصة بالجلوكوز وبالتالي تسمى ناقلات الجلوكوز. إنهم لا يستخدمون الطاقة ، لذلك لن يقوموا إلا بنقل الجلوكوز من مناطق تركيز الجلوكوز المرتفع إلى مناطق تركيز الجلوكوز المنخفض (أي أسفل تدرج التركيز). • لذلك إذا كانت الخلية تستخدم الجلوكوز ، تنخفض المستويات في الخلية وينتقل الجلوكوز من خارج الخلية إلى الداخل. سيكون تدفق الجلوكوز من داخل الخلية إلى الخارج.
  • يوجد دائمًا ناقلات جلوكوز في غشاء البلازما في المخ والكبد

ماذا يحدث بين الوجبات؟

  • تنخفض مستويات الجلوكوز ويتحرر الجلوكاجون
  • يرتبط الجلوكاجون بالمستقبلات الموجودة في خلايا الكبد
  • هذا يحفز إطلاق الجلوكوز من الكبد حيث يتم تخزينه كسلاسل بوليمرية طويلة من الجلوكوز تسمى الجليكوجين.

ماذا يحدث إذا انخفض الجلوكوز بشكل كبير؟

  • نظرًا لأن الدماغ وخلايا الدم تحتاج إلى الجلوكوز ، فقد طور الجسم تدابير طارئة عندما ينخفض ​​مستوى الجلوكوز في الدم بشكل خطير (المعروف باسم "نقص السكر") كما قد يحدث إذا كان مريض السكري من النوع الأول يتعامل مع الكثير من الأنسولين.
  • تظهر الأعراض (تسمى "الوعي بنقص السكر في الدم") بما في ذلك الإرهاق والتهيج والعصبية والاكتئاب والاحمرار وفقدان الذاكرة وفقدان التركيز والصداع والدوار والإغماء وتشوش الرؤية وطنين في الأذنين والخدر والرعشة والتعرق وخفقان القلب .
  • يتم تحفيزها من خلال إشارات من الدماغ يستشعر انخفاض الجلوكوز وجزء من هذه الاستجابة هو زيادة مستويات الأدرينالين في محاولة لزيادة مستويات السكر في الدم
  • تعتبر العلامات التحذيرية مفيدة جدًا لمرضى السكري من النوع الأول حيث يمكن التغلب بسهولة على نقص السكر في الدم عن طريق تناول بعض الجلوكوز.
  • لسوء الحظ ، يفقد مرضى السكر أحيانًا القدرة على اكتشاف نقص السكر في الدم (وهي حالة تسمى "عدم الوعي بنقص سكر الدم").

بعد وجبة الطعام؟

  • ترتفع مستويات الجلوكوز ويتحرر الأنسولين
  • يرتبط الأنسولين بالمستقبلات الموجودة في خلايا الكبد والعضلات والخلايا الدهنية
  • هذا يحفز امتصاص الجلوكوز في هذه الأنسجة وبالتالي تنخفض مستويات الجلوكوز في الدم
  • يتم تخزين الجلوكوز الذي يتناوله الكبد في الغالب على شكل جليكوجين
  • يساهم بعض الجلوكوز الذي يدخل الخلايا الدهنية في تراكم الدهون في هذه الخلايا

ماذا يحدث عندما يرتبط الأنسولين بمستقبلاته؟

  • يتحرك الأنسولين عبر مجرى الدم حتى يجد مستقبله المحدد على سطح خلايا الكبد وخلايا العضلات والخلايا الدهنية.
  • المستقبل هو بروتين يمتد على الغشاء
  • يتسبب ارتباط الأنسولين في حدوث تغيير مستحث بشكل خيفي في شكل الجزء داخل الخلايا من المستقبل الذي ينشط نشاطًا إنزيميًا.
  • يُقال الآن أن المستقبل قد تم تنشيطه وكما هو موضح في الشرائح اللاحقة ، فإن هذا يؤدي إلى حدوث تغييرات داخل الخلية.
  • هذا في الواقع يسمح للهرمون الموجود على السطح الخارجي للخلية بتنظيم الوظائف داخل الخلية على الرغم من أن الهرمون لم يدخل الخلية. وهذا ما يسمى "التحويل" وغالبا ما تسمى العملية برمتها نقل الإشارة.

اعمل بدقة على الرسوم المتحركة التالية هنا

تتضمن الأفكار البيولوجية المتعلقة بنظام التحكم ما يلي:

  • الغرض من النظام
  • مكونات النظام
  • آلية النظام (كيف يستجيب للنطاق الطبيعي للتقلبات البيئية ، وآليات التفاعل والتغذية المرتدة بين أجزاء النظام)
  • التأثير المحتمل لتعطيل النظام من خلال التأثيرات الداخلية أو الخارجية.

قد تكون التأثيرات البيئية التي تؤدي إلى انهيار نظام التحكم تأثيرات خارجية مثل الظروف البيئية القاسية أو المرض أو العدوى أو الأدوية أو السموم أو التأثيرات الداخلية مثل الحالات الوراثية أو الاضطرابات الأيضية.

في جميع مراحل حياة الثدييات ، يتم تزويد خلايا الجسم بإمدادات ثابتة من الأشياء التي تحتاجها.

هناك تخزين مؤقت لتقلبات البيئة بحيث يمكن أن تعيش الخلايا في الثدييات على الرغم من أن الظروف خارج الجسم ليست جيدة.

يشير نظام التحكم (أي نظام التماثل الساكن) الذي يحافظ على بيئة داخلية مستقرة إلى تلك التي تنظم أحد:

  1. درجة حرارة الجسم
  2. ضغط الدم
  3. التوازن الاسموزي
  4. مستوى جلوكوز الدم
  5. مستويات وتوازن غازات الجهاز التنفسي في الأنسجة.

نظرًا لأن الخلايا تحتوي على سائل يغمرها وتركيبها الكيميائي ودرجة حرارتها ثابتان جدًا ، فإن هذه الخلايا قادرة على العمل بشكل جيد على قدم المساواة في المناطق الاستوائية أو القطب الشمالي أو في المحيط أو في المياه العذبة أو في الصحراء.

التأثيرات البيئية التي تؤدي إلى انهيار نظام التحكم قد تكون:

  1. التأثيرات الخارجية مثل ظروف البيئة القاسية أو المرض أو العدوى أو الأدوية أو السموم
  2. التأثيرات الداخلية مثل الأمراض الوراثية أو اضطرابات التمثيل الغذائي.

HOMEOSTASIS = الحفاظ على ثبات البيئة الداخلية

حيث "البيئة الداخلية & # 39 = السائل بين الخلايا (الوسيلة التي تستحم فيها خلايا الجسم) - تُعرف أيضًا باسم بيني أو سائل الأنسجة.

المبادئ الأساسية للتضاد التناسلي

1. عندما تنحرف حالة (على سبيل المثال ، مستوى الجلوكوز في الدم وما إلى ذلك) عن نقطة محددة أو NORM (على سبيل المثال ، 37 درجة مئوية 90 مجم جلوكوز لكل 100 سم من الدم) ، يتم تشغيل الآلية التصحيحية من قبل الكيان نفسه الذي سيتم تنظيمه ، أي . يتضمن الاستتباب آلية ضبط ذاتية لعملية التحكم التي يتم تضمينها في النظام.

2. في حالة على سبيل المثال .. تنظيم الجلوكوز أ يزيد في كمية الجلوكوز يؤدي إلى عملية ينقص هو - هي. على العكس من ذلك ، أ ينقص في مستوى الجلوكوز يؤدي إلى عملية يزيد هو - هي. في كلتا الحالتين ، تكون النتيجة مستوى ثابتًا بشكل معقول من الجلوكوز. عندما يؤدي تغيير في كيان إلى إحداث تأثير OPPOSITE ، يُعرف هذا بآلية ردود الفعل السلبية.

في بعض الأحيان تنهار الآلية التصحيحية المؤدية إلى ردود الفعل السلبية مع النتيجة التي يؤدي الانحراف عن القاعدة إلى مزيد من الانحراف. يُعرف هذا باسم ردود الفعل الإيجابية.

على سبيل المثال .. بمجرد فشل آليات تنظيم درجة الحرارة ، يستمر معدل الأيض في الارتفاع حتى لو كانت درجة الحرارة البيئية. لم يعد يزداد. هذا لأنه في كل مرة يزداد فيها معدل الأيض ، فإنه يولد مزيدًا من الحرارة مما يزيد من معدل التمثيل الغذائي قليلاً ، وهكذا.

من الصعب التفكير في أي موقف منزلي تعمل فيه أنظمة التغذية الراجعة الإيجابية. عندما يولد الطفل ، تصبح تقلصات الرحم أقوى بشكل تدريجي حيث يتم الضغط على الرأس لأسفل في المهبل (قناة الولادة) وهذا نظام ردود فعل إيجابي ينتج عنه طرد الطفل من رحم الأم.

يمكن رؤية مثال فسيولوجي آخر في توليد النبضات العصبية حيث تحفز أيونات الصوديوم (أيونات الصوديوم) التي تعبر أغشية الخلايا العصبية مزيدًا من الصوديوم للعبور. (انظر لاحقًا) تستمر هذه العملية لفترة وجيزة فقط.

يتضح من أمثلة ردود الفعل الإيجابية (أعلاه) أنه (1) في ظل الظروف العادية غير مألوف حيث أن (2) النتيجة النهائية هي زيادة أو نقصان إضافي في المنشأة المعنية وبالتالي يتم تجنب الثبات.

3. يجب أن يتضمن الاستتباب بالضرورة تقلبات ، على الرغم من أنها قد تكون صغيرة.

فقط من خلال الانحراف عن شكل NORM يمكن تشغيل الآلية.

4. يجب أن يحتوي نظام التغذية الراجعة على:

· أجهزة استقبال (أو أجهزة استشعار) قادرة على اكتشاف التغيير

· آلية تحكم (أو مراقبة) قادرة على بدء الإجراء التصحيحي المناسب

· العوامل التي يمكنها تنفيذ هذه الإجراءات التصحيحية.

كمثال مبسط ، ضع في اعتبارك حركة السائل عبر مضخة - لجعل هذا النظام فسيولوجيًا ، افترض أن السائل عبارة عن دم وأن المضخة هي قلب. الوظيفة التي يجب التحكم فيها بشكل استتباري هي معدل تدفق الدم من القلب ، لذلك هذا هو انتاج ويجب أن يكون هناك جهاز استشعار يقيس معدل التدفق. ينقل هذا المستشعر قياساته إلى الشاشة ، والتي تقارن الفعلي بالإخراج المطلوب ، حيث ترسل الشاشة إشارات إلى المضخة - عضلة القلب - وبالتالي تعدل معدل الضخ عندما يكون الإخراج مختلفًا عن المستوى المحدد.


عزيزي مارك: ما مقدار الجلوكوز الذي يحتاجه دماغك حقًا؟

نحن نعلم الآن أن دماغك الذي يتكرر كثيرًا & # 8220 يعمل فقط على الجلوكوز! & # 8221 خطأ. لقد ذكرت ذلك من قبل ، وأي شخص استغرق وقتًا للتكيف مع الدهون وفقًا لخطة الأكل البدائي منخفضة الكربوهيدرات يعرف بشكل بديهي أن دماغك لا يحتاج إلى أكوام من الجلوكوز ليعمل ، لأنه ، حسنًا ، هم & # 8217re باستخدام عقولهم لقراءة هذه الجملة. من الواضح أنك في النهاية تتكيف وتجد أن لديك إدراكًا كافيًا (إن لم يكن تحسنًا كبيرًا) بدون كل تلك الكربوهيدرات. ومع ذلك ، فإن بعض الجلوكوز مطلوب ، وهذا & # 8217s حيث يتعثر الناس. & # 8220Glucose مطلوب & # 8221 يبدو كثيرًا مثل & # 8220 ، يستخدم دماغك الجلوكوز فقط & # 8221 الذي يؤدي عادةً إلى & # 8220 أنت بحاجة إلى الكثير من الكربوهيدرات لتوفير هذا الجلوكوز. & # 8221 وهذا السؤال اليوم & # 8217s الطبعة من & # 8220Dear Mark & ​​# 8221 يجد نفسه يحاول الإجابة: ما مقدار الجلوكوز المطلوب؟

أهلا مارك،

لدي مشكلة صغيرة. على الرغم من أنني & # 8217m قادر على العمل في العمل ، والحفاظ على المحادثات ، والقيام بحياتي اليومية دون توقف أجزاء من عقلي فجأة عن العمل أثناء تناول الطعام البدائي ، فإن أصدقائي قلقون بشأن عقلي. كل ما يعرفونه هو أن الدماغ يحتاج إلى الجلوكوز. ماذا استطيع ان اقول لهم؟ ما مقدار الجلوكوز الذي يحتاجه دماغي فعليًا لمواصلة العمل؟

شكرا،

صريح

لن أكون صعبًا جدًا على أصدقائك. إنهم يقصدون حسنًا وهو مفهوم خاطئ شائع. بدلًا من توبيخهم ، فرك وجوههم مع العلم أنه يمكنك العمل بشكل مناسب تمامًا في نظام غذائي غني بالدهون ، قم بتثقيفهم.

يعتمد مقدار الجلوكوز الذي يحتاجه الدماغ على السياق. & # 8217s لا توجد إجابة واحدة.

إذا كنت & # 8217 تتبع نظامًا غذائيًا عالي الدهون ومنخفض الكربوهيدرات للغاية & # 8211 مثل حمية Inuit التقليدية & # 8211 ، فسيكون عقلك في النهاية قادرًا على استخدام الكيتونات المشتقة من الدهون لحوالي 50-75 ٪ من احتياجاته من الطاقة. يتم إنتاج معظم الكيتونات في الكبد ، ولكن الخلايا النجمية في الدماغ تولد الكيتونات نفسها لتستخدمها الخلايا العصبية. هل تعتقد أننا & # 8217d لدينا هذا النوع من الإعداد في أدمغتنا إذا كانت الكيتونات & # 8217t مفيدة في وجودها؟ إذا كان كل ما يمكننا فعله هو حرق الجلوكوز هناك ، فما الفائدة من وجود مصانع كيتون محلية؟ على أي حال ، نظرًا لأن الدماغ يمكنه استخدام حوالي 120 جرامًا من الجلوكوز يوميًا (PDF) ، فهذا يعني you’d still need at least 30 grams of glucose while running on max ketones.

If you’re involved in strenuous exercise, your brain will be running primarily on lactate. Yep, lactate – that unwanted metabolic byproduct of muscle metabolism. During exercise, when the muscles are using up most of the available glucose to lift things and move a bunch of intelligent primate flesh through three dimensional space, and where inadequate oxygen (hence breathing hard) leads to incomplete glucose and pyruvate breakdown and increased lactate levels, the brain will draw upon lactate as a direct energy source. Not only that, but lactate appeared to make the brain run more efficiently, more snappily, and when both are available, the brain prefers lactate over glucose. Other research has found that the brain also prefers lactate in the hours and days immediately following a traumatic brain injury. I’m not sure how much glucose the brain requires when it’s accessing lactate, but it’s definitely fewer than 120 grams.

Of course, even when you need some glucose, that glucose needn’t necessarily come from dietary carbohydrate. It can famously come from gluconeogenesis, the process by which the liver converts amino acids into glucose. It can also come from glycerol, a byproduct of fat metabolism. In deep fasting situations, glycerol can contribute up to 21.6% of glucose production, with the rest presumably coming from gluconeogenesis. The glycerol can come from both dietary fat and adipose tissue (the authors of that glycerol fasting study even suggest that fasting burns body fat in order to provide glycerol for glucose production), while the amino acids can come from dietary protein (if you’re eating) or muscle (if you’re starving).

Overall, recent research into the metabolic demands of brain slices (“living” pieces of brains isolated and used for research) shows that incorporating other energy substrates – ketones, lactate, or even pyruvate – into the glucose solution improves oxidative metabolism and neuronal efficiency. Before you say “but this was في المختبر, my brain’s not sliced up and submerged in a weird syrupy solution,” know that the whole point of the study was to better replicate the conditions of the kind of real, actual, living, thinking brains we find in human heads. The authors note that the glucose-only solution normally used to fuel brain slices in other studies is limited, because “in the intact brain, complex machinery exists that coordinates energy substrates delivery and adjusts energy substrate pool composition to the needs of neuronal energy metabolism.” In other words, glucose solution is an easy, dependable way to fuel brain slices, but it’s an incomplete representation of how brains work in heads. The authors conclude that “in slices as well as في الجسم الحي, the ability of glucose to maintain energy metabolism is limited and neuronal energy supply should be supported by other oxidative substrates.”

So, a healthy, efficient brain is one that draws on several different fuels. A healthy, efficient brain is one that uses ketones (and perhaps lactate and other fuels) to spare some glucose. A complete reliance on glucose indicates an underachieving brain, a brain that could do so much better, a brain that could really use a coconut milk curry and some intense exercise every now and again. As far as we can tell, then, the absolute physiological minimum is 30 grams of glucose. I wish I could provide hard numbers for some of the other contexts beyond near carnivory (like basic 150 grams carbs Primal eating with coconut or maybe figuring out how to rely on lactate fueling), but the numbers don’t really matter in practice. What matters is that our brains don’t need the full 120 grams of glucose, especially if we’re following a Primal Blueprint eating plan.

أسئلة؟ تعليقات؟ Concerns? Leave them here. Thanks for reading!


The all-out, 6-minute stationary bike workout

  • 2 minutes — Warm up, pedaling at an easy pace.
  • 20 seconds — Pedal as fast and hard as you can while maintaining control and good form. Don’t hold anything back. At the end, you should be huffing and puffing to catch your breath.
  • 90 seconds — Recovery movement. Slow to a very easy pace. Don’t stop. Keep pedaling slowly until your breathing returns to a comfortable rate. As you near the 90-second mark, start to ramp up your intensity again.
  • 20 seconds — High-intensity exercise.
  • 90 seconds — Recovery pace.
  • 20 seconds — High-intensity exercise.

That’s 6 minutes. You’re done!

For access to exclusive gear videos, celebrity interviews, and more, subscribe on YouTube!


NIH study shows how insulin stimulates fat cells to take in glucose

Findings could aid in understanding diabetes, related conditions.

Using high-resolution microscopy, researchers at the National Institutes of Health have shown how insulin prompts fat cells to take in glucose in a rat model. The findings were reported in the Sept. 8 issue of the journal Cell Metabolism.

By studying the surface of healthy, live fat cells in rats, researchers were able to understand the process by which cells take in glucose. Next, they plan to observe the fat cells of people with varying degrees of insulin sensitivity, including insulin resistance — considered a precursor to type 2 diabetes (http://diabetes.niddk.nih.gov). These observations may help identify the interval when someone becomes at risk for developing diabetes.

"What we're doing here is actually trying to understand how glucose transporter proteins called GLUT4 work in normal, insulin-sensitive cells," said Karin G. Stenkula, Ph.D., a researcher at the National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK) and a lead author of the paper. "With an understanding of how these transporters in fat cells respond to insulin, we could detect the differences between an insulin-sensitive cell and an insulin-resistant cell, to learn how the response becomes impaired. We hope to identify when a person becomes pre-diabetic, before they go on to develop diabetes."

Glucose, a simple sugar, provides energy for cell functions. After food is digested, glucose is released into the bloodstream. In response, the pancreas secretes insulin, which directs the muscle and fat cells to take in glucose. Cells obtain energy from glucose or convert it to fat for long-term storage.

Like a key fits into a lock, insulin binds to receptors on the cell's surface, causing GLUT4 molecules to come to the cell's surface. As their name implies, glucose transporter proteins act as vehicles to ferry glucose inside the cell.

To get detailed images of how GLUT4 is transported and moves through the cell membrane, the researchers used high-resolution imaging to observe GLUT4 that had been tagged with a fluorescent dye.

The researchers then observed fat cells suspended in a neutral liquid and later soaked the cells in an insulin solution, to determine the activity of GLUT4 in the absence of insulin and in its presence.

In the neutral liquid, the researchers found that individual molecules of GLUT4 as well as GLUT4 clusters were distributed across the cell membrane in equal numbers. Inside the cell, GLUT4 was contained in balloon-like structures known as vesicles. The vesicles transported GLUT4 to the cell membrane and merged with the membrane, a process known as fusion.

After fusion, the individual molecules of GLUT4 are the first to enter the cell membrane, moving at a continuous but relatively infrequent rate. The researchers termed this process fusion with release.

When exposed to insulin, however, the rate of total GLUT4 entry into the cell membrane peaked, quadrupling within three minutes. The researchers saw a dramatic rise in fusion with release — 60 times more often on cells exposed to insulin than on cells not exposed to insulin.

After exposure to insulin, a complex sequence occurred, with GLUT4 shifting from clusters to individual GLUT4 molecules. Based on the total amount of glucose the cells took in, the researchers deduced that glucose was taken into the cell by individual GLUT4 molecules as well as by clustered GLUT4. The researchers also noted that after four minutes, entry of GLUT4 into the cell membrane started to decrease, dropping to levels observed in the neutral liquid in 10 to 15 minutes.

"The magnitude of this change shows just how important the regulation of this process is for the survival of the cell and for the normal function of the whole body," said Joshua Zimmerberg, Ph.D., M.D., the paper's senior author and director of the Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development (NICHD) Program in Physical Biology.

The research team next plans to examine the activity of glucose transporters in human fat cells, Zimmerberg said. "Understanding how insulin prepares the cell for glucose uptake may lead to ideas for stimulating this activity when the cells become resistant to insulin."