Metabolizm węglowodanów, metabolizm cukrów

Węglowodany są cukrami i celem ich homeostazy (czyli równowagi) jest dostarczenie do tkanki nerwowej (mózgu), w warunkach braku pożywienia, ilości glukozy wystarczającej do jej funkcjonowania. W rzeczywistości, aby prawidłowo funkcjonować, tkanka nerwowa jest ściśle zależna od glukozy. Innym celem homeostazy glukozy jest magazynowanie w niektórych narządach nadmiaru substancji energetycznych, w szczególności glukozy, wprowadzanych z pożywieniem, zapobiegając nadmiernemu wzrostowi glikemii (czyli stężenia glukozy we krwi).
Po nocy na czczo glukoza obecna we krwi jest wykorzystywana w przeważającej części przez mózg, w mniejszym stopniu przez krwinki czerwone, jelita i tkanki wrażliwe na insulinę (mięśnie i tkanka tłuszczowa), czyli hormon, który pozwala tym samym tkankom wykorzystać glukozę i magazynować ją w nich. Wątroba jest w stanie magazynować glukozę w postaci glikogenu (wiele cząsteczek glukozy „spakowanych” razem) i uwalniać ją w postaci glukozy. w homeostazie cukrów. Produkcja glukozy przez wątrobę jest w rzeczywistości regulowana przez dwa hormony, insulinę i glukagon.W przypadku braku insuliny następuje uwalnianie glukozy z wątroby do krwi, co prowadzi do wzrostu poziomu cukru we krwi (hiperglikemia) w samej krwi. W przypadku braku glukagonu, rozpad glukozy w wątrobie jest blokowany, co w konsekwencji powoduje jej zmniejszenie we krwi (hipoglikemia). Wykorzystanie glukozy przez inne narządy, zwane obwodowymi, również przekłada się na zmniejszenie glikemii; wynika to ze zmniejszenia insulinemii (ilości insuliny w obiegu), wzrostu glukagonemii (ilości glukagonu w obiegu) i dostosowania systemu poprzez „zwiększone wydalanie glukozy przez wątrobę.

Obok i w równowadze z układem insulina-glukagon istnieje tzw. układ przeciwregulatorowy lub przeciwwyspowy, reprezentowany przez przysadkę i nadnercza. Poprzez wydzielanie hormonów takich jak GH, ACTH, kortyzolu i katecholamin (adrenaliny i noradrenaliny) układ ten wywiera efekt hiperglikemiczny, czyli zwiększa uwalnianie glukozy do krążenia.

Po posiłku glukoza wchłonięta z przewodu pokarmowego powoduje wzrost poziomu cukru we krwi. Węglowodany (które są polisacharydami, czyli tworzą razem różne rodzaje cukrów), po dotarciu do jelita są redukowane do cukrów prostych, którymi są glukoza (80%), fruktoza (15%) i galaktoza (5%). następnie wchłaniane przez komórki błony śluzowej jelit i stamtąd transportowane do krwi.Na ogół po mieszanym posiłku (50% węglowodanów, 35% tłuszczu, 15% białka) poziom cukru we krwi powraca do poziomu sprzed posiłku (czyli przed obiadem) po około 2-3 godzinach.
Przejście i absorpcja energii cukrów (ale także białek i tłuszczów) przez przewód pokarmowy wyzwala szereg sygnałów, które umożliwiają magazynowanie składników odżywczych w różnych narządach. Jednocześnie stymulowane jest wydzielanie insuliny, głównego hormonu regulującego poziom cukru we krwi. Wzrost poziomu tego hormonu w osoczu powoduje spadek poziomu glukagonu, jego antagonisty, oraz powoduje zmniejszenie klirensu wątrobowego glukozy, ponieważ hamuje rozpad glikogenu na glukozę (glikogenolizę) i syntezę nowej glukozy z aminokwasów ( glukoneogeneza) Wątroba, która jest swobodnie przepuszczalna dla glukozy, wychwytuje około 50% glukozy, aby przekształcić ją w glikogen (działanie kontrolowane przez insulinę). Glukoza niesekwestrowana przez wątrobę jest dystrybuowana do mięśni i tkanki tłuszczowej. Kiedy poziom glukozy we krwi ma tendencję do spadku, następuje stopniowy wzrost produkcji glukozy w wątrobie, wraz ze spadkiem poziomu insuliny w osoczu i wzrostem hormonów przeciwwyspowych, zwłaszcza glukagonu.