기아는 차갑고, 식품공급은 뜨거운가? 또는 식량공급은 차갑고, 기아가 뜨거운것인가?

건강한 성인에게서, 단백질합성은 대략적으로 단백질 분해와 균형이 맞추어져 있다.

단백질합성과 단백질분해는 함께 단백질전환으로 일컬어지는 무엇을 구성한다.

인체에서 단백질전환은 개인의 질량과 관련되는데(W EXP(0.75)),

W는 체질량(KG)이다. 

매일의 인체의 단백질전환은 대략적으로 몸무게 1KG당 4.6G으로 알려져 있다. 

즉, 70KG의 남성이라면 단백질전환은 대략 320G이 되는셈이다.

하지만 그것은 건강한 성인의 대략적인 현실에서 계산된 것이고,

감염이나 패혈증과 같은 질병을 앓고 있다면, 또는

기아(단식)상태에서, 단백질합성과 단백질분해는 균형을 맞추지 못한다.

단백질합성과 단백질분해 사이의 불균형은 또한 상처를 입었을때에도 나타난다.

수술이나 외상 그리고 화상등과 같은때 말이다.

하지만 이러한 상태에서의 불균형은 단순한 단식이나 기가상태에서

발견되는것 이상으로 나타난다.

질병이나 상처의 조건들은 여기서 스트레스라 일컬어지는 것이다.

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기아(단식)상태에서, 단백질합성은 감소한다.

이 감소는 단백질로 전사되기 위해 필요로 되는 mRNA의 감소때문이고,

단백질 결합형성(또는 RNA활성)의 속도감소 때문이다.

혈장단백질과 같은 매우 빠른 전환을 하는 단백질일지라도, 

보통 이하 30-40%속도에서 합성된다.

근육에서, 단백질합성속도는 보다 낮게 떨어진다.

하지만, 단백질분해속도는 동시에 감소하고,

그래서 만성적인 기아(단식)에서,

질소의 일일 감소량은 아주 작아진다.

예를 들면, 기아(단식)에 완전히 적응한 개인은

하루 3g내지 4g의 단백질로 생존할 수 있다.

마른사람과 비만인 사람 사이의 영양소 대사의 정도는

물론 약간 달라진다.

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기아(단식)에 대한 조정의 기본메카니즘은

호르몬 균형의 변화에 있다.

특히, 인슐린생산은 급격히 감소한다.

게다가 근육과 지방세포들은 인슐린작용에

약간 저항성을 가지게 된다. 그래서

혈중에 순환하는 인슐린은 단백질합성과 지질생성을

위한 세포영양소흡수를 촉진하는것에 대해 비효율적이 된다.

인슐린 활성의 감소는

글루카곤과 같은 반대활성을 가진 호르몬의 합성량의 증가와 함께한다.

글루카곤은 지방조직으로부터 지방산 이동을 촉진하고,

케톤의 생산을 촉진하며,

당신생성(gluconeogenesis)을 위한 아미노산의 이용능력을 증가시킨다.

왜냐하면 글루카곤은

당신생을 위한 기질을 제공하기 위해 근육단백질의 이화를 촉진하기 때문이다.

하지만 기아에 대한 조정의 증가는 글루코코르티코이드의 분비를

감소하는 특징을 나타낸다.

기아상태의 조정을 용이하게 하는 부가적인 호르몬변화는

티로이드 호르몬(T3, tri-iodothyronine)의 합성감소인데,

이것은 인체전반의 대사속도의 감소의 결과를 낳게 된다.

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단식이나 기아의 초기단계 또는 처음 며칠동안에

간에 있는 글루코겐은 고갈된다.

근육은 단백질분해에 들어가게 된다.

근육의 myofibrillar 단백질 이화의 증가를 반영하여

오줌의 3-methylhistidine의 분비가 증가하게 된다.

단백질분해에 들어간 근육은 또한 비교적 높은 농도의 알라닌(alanine)과

글로타민(glutamine)이 포함된 아미노산의 혼합물을 방출하게 된다.

알라닌은 글루코네오제네시스에서 선호되는 기질이고,

gluconeogenic호르몬 글루카곤의 분비를 촉진하는 역할을 한다.

근육으로부터 방출된 알라닌은 간에 의해 포획된다.

거기서 질소는 제거되고 요소로 변환된 후, 신장에 의해 배설된다.

그리고 거기서 형성된 pyruvate는 gluconeogenic경로로 들어갈 수 있다.

간에서 생성된 글루코스는 세포흡수와 대사를 위해 혈액으로 방출될 수 있다.

근육에서 방출된 글루타민은 우선 위장관세포와 신장에 의해-간은 아님-

우선적으로 흡수되어 대사되기 위해 혈액으로 방출된다.

간에서 글루타민합성은 증가하고, 요소합성은 감소한다.

이들 간세포의 변화는 산염기 균형을 유지하기 위해 신장으로

직접적인 글루타민의 이동을 돕는다.

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단식이나 기아가 계속될때, 조직은 에너지생산을 위해

지방산과 글루코스의 사용을 계속한다.

그러나 또한 지방산 산화로부터 간에서 생성된 케톤의 사용을 시작한다.

단백질이화의 감소와 gluconegenesis는

에너지원으로서 케톤에 적응하기 위해,

뇌와 다른 조직에서 동시에 일어난다.

신장에서 글루타민대사는 증가하고,

기아를 계속하게 하고, 산성혈을 발생시킨다.

신장에서 글로타민대사는 암모니아를 생성하고,

이것은 수소이온과 결합할수 있고,

혈액산성화를 바로잡기 위해 요소로 배출되어져야 한다.

그림1a는 어떻게 기아가 체단백의 보존을 하도록 적응하는가를 그려주고 있다.

지방산은 케톤을 생성한다고 보여지고 있는데,

이들은 그런다음 근육에 의해 에너지를 위해 사용되어진다.

케톤의 사용이 의미하는 바는 보다 적은양의 글루코스가 필요하게 된다는 것이고,

글루코스 생산을 위한 lean body mass의 여유를 허용하는 것이다.

다른말로 하자면, 적은 탄수화물이 요구되어지고,

gluconeogenesis를 위한 아미노산의 공급을 위해

분해되어야 하는 단백질이 감소하게 된다는 것이다.

근육조직의 단백질분해로부터 결과되어지는 아미노산은,

혈장단백질과 같은 결정적인 visceral단백질의 합성을 위해 사용되어질수 있다.

이것은 근육보다 보다 빠른 전환속력을 가진다.

일반적인 보통의 조건에서, visceral단백질은

근육단백질보다 세배빠른 전환속도를 가진다.

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기아와 스트레스 사이의 기질이용의 차이는 호르몬농도의 차이로부터의 차이에 기인한다. 그림2는 대사 스트레스반응을 설명한다. 이 그림에서 보듯이 스트레스에서 (패혈증, 외상, 수술, 화상) 글루코코르티코이드(주로 코티솔), 카테콜아민들(예,에피네프린), 인슐린, 그리고 글루카곤방출이 증가한다. 하지만 글루카곤과 인슐린의 비는 글루카곤이 높다. 결론적으로 조직은 인슐린반응에 저항성을 가지게 된다. 그리고 고혈당(높은 혈당농도)이 유지된다. 게다가 심한 외상이나 스트레스 사건들 이후에 코티솔농도는 장기적으로 혈액에서 상승된채 있을수 있다. 혈중의 높은농도의 코티솔은 단백질분해와 고혈당혈증을 촉진한다. 호르몬방출 이외에 사이토카인이 스트레스 동안 기질이용의 차이를 가져올 수 있다. 사이토카인은 인체내에서 여러가지의 반응을 일으킬수 있고 면역세포들이 서로간의 커뮤니케이션을 위해 사용되어 진다. 인터루킨-1과 종양괴사인자(TNF-a)는 대식세포에 의해 생성되어지며, 단백질분해와 호르몬반응을 부분적으로 매개한다. 염증은 유사한 사이토카인들 IL-1, TNF-a, IL-6, IL-8, IFN-r 등과 관련된다. 스트레스와 관련된 부가적인 호르몬변화가 그림2에 그려져 있는데, 알도스테론과 항이뇨호르몬(antidiuretic hormone)의 방출을 포함한다. 알도스테론은 신장 Na과 액체 재흡수를 촉진한다. 그래서 혈액부피를 증가시킨다. 항이뇨호르몬(ADH)는 이뇨작용을 억제하고, 또한 혈액부피를 증가하도록 영향을 준다. 알도스테론과 ADH는 만약 그것이 쇼크나, 상처나 수술로 인한 출혈에 의해 혈액의 손실에 의해 억제되어 있을때, 순환을 회복시키도록 돕는다. 이들 호르몬은 화상으로부터 피부손실이나 열에 의한 피부로부터의 액체 상실을 증가하는것과 관련된 총 액체손실을 감소시키도록 돕는다. 수술, 패혈증, 화상, 외상은 글루코스 합성을 위한 아미노산 공급을 위한 계속적인 단백질 분해와 관련되어 있다. 면역반응과 급성기반응 때문에 단백질전환 또한 발생한다. 급성기 반응은 열, 호르몬변화, 혈액세포수변화, 다백질전환변화 등에 의해 특징지어진다. 급성기 반응동안 근육단백질과 같은 어떤 체단백질은 유비퀴틴/프로테아솜 그리고 칼파인/칼슘합성에 의한 분해를 선호한다. 하지만 간에서는 단백질합성이 우세하다. 글루코코르티코이드는 부분적으로 간에서 어떤 단백질합성을 증가하도록 자극하는것으로 여겨지고 있다. 급성기반응물(APR; acute phase reactant) 또는 급성기반응단백질들(APRPs; acute phase response proteins)단백질들은