なぜ未治療の糖尿病ではケトン体が生じるのですか

質問

ケトン体は飢餓状態の時に体内に生じると聞いていますが、治療しないままの糖尿病は飢餓状態に似ているのでしょうか。

回答No.6

thaliana · ベストアンサー

>インスリンが出ないと脂肪細胞からの血中への脂肪酸の放出も増すのでしょうか。

私も気になったので、調べてみました。
生物は、進化の過程で、飢餓状態に対応するための複雑な機構を獲得しており、おそらくそれらが協調的に働く事で、飢餓状態や未治療の糖尿病におけるケトン体産生を促進しているものと思われます。従って、No.5の回答のように、肝臓細胞におけるグルコース濃度の低下だけで、ケトン体産生の全てを説明しようとするのは、無理がありました。

体が飢餓状態に陥った時に、それに対処するために分泌されるホルモンの一つにグルカゴンがあります。グルカゴンは、飢餓状態やインスリンの分泌不全がきっかけとなり、膵臓のα細胞（インスリンを分泌するβ細胞とは別の細胞）から分泌されます。分泌されたグルカゴンは、肝臓細胞と脂肪細胞に対して、以下のような働きをします。

（１）肝臓細胞へのグルカゴンの作用
グルカゴンは、肝臓に蓄えられていたグリコーゲンの分解促進等により、肝臓細胞からのグルコースの放出を促進します（通常、この機構は、インスリンの作用により抑制されています。）。グルカゴンが作用した肝臓は、全身にグルコースを供給する立場になるわけですが、いずれ、肝臓細胞が全身に供給できるグルコースは底を尽き、この結果、肝臓細胞は、脂肪酸からケトン体を産生する方向に、肝臓細胞内の代謝系をシフトさせます。

（２）脂肪細胞へのグルカゴンの作用
グルカゴンは、脂肪細胞に作用し、脂肪細胞からの脂肪酸の遊離を促進します。一方で、脂肪細胞からの脂肪酸の遊離は、通常、インスリンの作用により抑制されています。したがって、インスリンの分泌不全と、グルカゴンが作用することの両方により、脂肪細胞からの脂肪酸の遊離が促進されるものと考えられます。

私が理解している範囲では、
「飢餓状態」もしくは「インスリン分泌不全」→「膵臓α細胞からのグルカゴン分泌促進」→「脂肪細胞からの脂肪酸遊離の促進」と「肝臓細胞におけるケトン体産生への代謝シフト」
といった流れになるでしょうか。

実際には、グルカゴン以外のホルモン分泌や神経系の働きなども、間接的にケトン体産生の促進にかかわっているのかもしれません。

お礼

ご丁寧にご説明いただきありがとうございます。

回答No.5

thaliana

>インスリンが作用するのは肝臓や筋肉細胞だけではないのでしょうか。
インスリンの作用する肝臓、筋肉細胞、脂肪細胞は、食事から取り込んだグルコースの主要な行き先となる臓器（細胞）です。それゆえ、肝臓、筋肉、脂肪組織へのインスリンの作用がなくなると、グルコースが行き場を失い、血糖値が上昇してしまう（結果、糖が尿に出てきてしまう）わけです。もちろん、インスリンの作用なしにグルコースを取り込む細胞（赤血球など）も存在しますが、それらの血糖値への関与は、インスリンの作用する肝臓、筋肉細胞、脂肪細胞に比べれば、血糖値を考える上では、ほとんど影響はないと考えられます。

>ケトン体は脂肪細胞から放出された中性脂肪が肝臓で処理されてできるのではありませんか。
　ケトン体は脂肪細胞から放出された脂肪酸が肝臓で処理される事で生成します（No.3の回答は訂正※）。

（１）飢餓状態、（２）膵臓からのインスリン分泌不全、（３）分泌されたインスリンの効き目の低下、等の理由により、肝臓の細胞が細胞外から細胞内にグルコースを取り込めず、「肝臓細胞内のグルコース濃度」が低下すると、肝臓の細胞は、体全体が飢餓状態にあると判断し、脂肪酸を材料にケトン体を産生するようになります。肝臓の細胞がケトン体を産生するかどうかの判断は、血糖値やインスリン分泌の有無（つまり、糖尿病であるかどうか、体全体が飢餓状態であるかどうか）に基づいて行われているのではなく、「肝臓細胞内のグルコース濃度」という局所的環境だけに基づいて行われているところがポイントです。「肝臓細胞内のグルコース濃度」の低下という点では、飢餓状態も未治療の糖尿病も共通しています。従って、「肝臓細胞内のグルコース濃度」が‘正常’の時は、肝臓は脂肪酸があってもケトン体を産生しません。

治療しないままの１型糖尿病における肝臓からのケトン体生成は、‘インスリン注射’によって、肝臓細胞が細胞外からグルコースを取り込み、「肝臓細胞内のグルコース濃度」が正常状態に戻ることで、治まると考えられます。一方、飢餓状態における肝臓からのケトン体生成は、‘食事’によって肝臓細胞が細胞外からグルコースを取り込み、「肝臓細胞内のグルコース濃度」が正常状態に戻ることで、治まると考えられます。

※以前の回答と異なる個所は、訂正させてください。
※No.4の回答は、（肝臓を含めた）インスリンの作用する組織の細胞と、ケトン体を産生する肝臓の細胞との区別がはっきりしていないため、誤解を招く回答でした。飢餓状態では、脂肪細胞から放出された脂肪酸をもとに肝臓がケトン体を産生し、肝臓から放出されたケトン体をもとに筋肉がエネルギーを産生します。

お礼

肝臓細胞内のグルコースの量によってケトン体が形成されるということはよく納得できました。ご教示感謝いたします。

補足

インスリンが出ないと脂肪細胞からの血中への脂肪酸の放出も増すのでしょうか。

回答No.4

thaliana

>体はインスリンが出てこないので低血糖の状態かと勘違いをしてしまうということはないでしょうか。

１型糖尿病では、インスリンが出てこないので、細胞外が高血糖であるにもかかわらず、体（細胞外）が低血糖の状態かと肝臓の細胞が勘違いをしてしまい、ケトン体を産生します。

●健康状態：食事→高血糖→高血糖に反応して膵臓からインスリンが出る→体の細胞がインスリンに反応して、細胞外から細胞内にグルコースを取り込む→細胞内はグルコース濃度を維持、細胞外は通常血糖値に戻る

●飢餓状態：絶食→低血糖→低血糖のために膵臓からインスリンがでない→細胞はグルコースを取り込まない→細胞内のグルコースが枯渇→ケトン体産生（実際には、低血糖になると、まず、血糖値をあげるホルモン等が分泌されるので、すぐには、ケトン体産生までには至らない）

●１型糖尿病：食事→高血糖→高血糖であるにもかかわらず膵臓からインスリンがほとんど出ない→膵臓からインスリンが出ないことが原因で、高血糖であるにもかかわらず細胞内にグルコースを取り込むことができない。→細胞外は高血糖であるが、細胞内のグルコースが枯渇→ケトン体産→糖尿病生ケトアシドーシス

●２型糖尿病：食事→細胞外が高血糖→高血糖に反応して膵臓からインスリンが出る（けど量が少ない）→インスリンに反応して細胞外から細胞内にグルコースを取り込む機能が低下しているため、効率よく細胞内にグルコースを取り込むことができない。→細胞外は高血糖であるが、細胞内のグルコースが枯渇→ケトン体産

食事によって取り込んだグルコースがたくさん体の中（＝細胞外）にあっても、インスリンの助けを借りなければ、個々の細胞はグルコースを細胞外から細胞内に取り込むことができません。「何らかの理由」で細胞外から細胞内にグルコースを取り込めず、細胞内のグルコースが枯渇すると、細胞はケトン体を産生します。「何らかの理由」には、（１）飢餓状態の場合もあれば、（２）膵臓からのインスリン分泌不全の場合もあるし、インスリンが分泌されていても（３）細胞に対するインスリンの効き目が弱くなっている場合もあるということです。

補足

インスリンが作用するのは肝臓や筋肉細胞だけではないのでしょうか。ケトン体は脂肪細胞から放出された中性脂肪が肝臓で処理されてできるのではありませんか。

回答No.3

thaliana

糖尿病は、膵臓からのインスリンの分泌不全や、インスリンの効きが弱くなる事が原因となって発症します。インスリンは、細胞外から細胞内へのグルコースの取り込みの促進を担っているため、膵臓からのインスリンの分泌量が減ったり、インスリンの効きが弱くなると、細胞内にグルコースが取り込めず、細胞内グルコース濃度は減少します。この結果、糖尿病状態における細胞は、飢餓状態（細胞外にグルコースが無いために、細胞内にグルコースを取り込めない状態）の細胞と似通った状態になると考えられます。糖尿病では、細胞外に「実際にはグルコースがいっぱいある」一方、飢餓状態では、細胞外に「本当にグルコースがない」という大きな違いがありますが、細胞内のグルコース濃度の低下という点で、両者は共通しています。

グルコースは生体にとって重要なエネルギー源ですので、グルコース濃度の低下というのは、生体にとって、死活問題です。飢餓状態や未治療の糖尿病では、（細胞内グルコース濃度の低下を感知した）肝臓の細胞で、脂肪がアセチルCoAを経てケトン体（アセト酢酸、β-ヒドロキシ酪酸、アセトン）に変換され、血中に放出されます。血中に放出されたケトン体は、肝外組織（骨格筋，心臓，腎臓、脳）で、グルコースの代替エネルギー源として使うことができるため、生物は飢餓状態でも、‘獲物’を捕まえるまで、なんとか生き延びることができるわけです。

１型糖尿病では、インスリンの分泌不全により、細胞がグルコースを利用できない結果、ケトン体の生成は亢進し、重症な糖尿病性ケトアシドーシスを引き起こします。２型糖尿病では、インスリンは効きが弱いものの細胞はグルコースを利用できるので、ケトン体の生成は、１型糖尿病ほどには及ばず、軽症ですむ場合が多いようです。

補足

体はインスリンが出てこないので低血糖の状態かと勘違いをしてしまうということはないでしょうか。

回答No.2

rh7fhg78rw

糖尿病というのは血液中のブドウ糖が上手く利用できず、血液中にあふれている状態です。

細胞はブドウ糖をエネルギー源とし、細胞がブドウ糖を取り込む際にはインスリンが必要になります。（脳細胞はインスリンが不要など、例外はありますが）

糖尿病ではインスリンの量が足りなかったり、効き目が悪くなっているので、細胞は上手くブドウ糖を取り込むことができません。

つまり、血液中にはブドウ糖がたくさんあるのに、それを取り込めない→細胞レベルでは飢えている、というわけです。

このため、糖尿病（高血糖）が酷くなってくると、脂肪を利用し始めますので、その副産物であるケトン体が増え、食べても痩せ始めます。

お礼

ご教示感謝いたします。補足のほうもお願いできればと思いました。

補足

筋肉や肝臓以外の細胞ではブドウ糖はインスリンと関係なく利用できると書いてある参考書がありますが、１型の糖尿病でははじめからケトン体が生じるのでしょうか。２型でははじめのうちは一般の細胞はインスリンのおかげでグルコースを利用できているのでしょうか。