Hormones in Fasting

8/10/2019 Hormones in Fasting

1/19

J o u r n a l o f C l i n i c a lI n v e s t i g a t i o nVo l .4 5 , N o . 1 1 , 1 9 6 6

H o r m o n e - F u e lI n t e r r e l a t i o n s h i p sd u r i n gF a s t i n g*G . F . C A H I L L ,J R . , tM. G . H E R R E R A ,A . P . M O R G A N ,J . S . S O E L D N E R ,J . S T E I N K E ,

P . L . L E V Y,G . A . R E I C H A R D ,J R . , 4A N DD . M . K I P N I S( F r o mt h eE l l i o t tP . J o s l i nR e s e a r c hL a b o r a t o r y ,t h eD e p a r t m e n t so fM e d i c i n ea n dS u r g e r y ,

H a r v a r dM e d i c a l S c ho o la n d t h eP e t e r B e n tB r i g h a mH o s p i t a l ,a n d t h eD i a b e t e sF o u n d a t i o n ,I n c . ,B o s t o n ,M a s s . )

O v e r 5 0 y e a r sa g o ,B e n e d i c t( 2 ) p u b l i s h e dh i se x t e n s i v em o n o g r a p ho n t h em e t a b o l i s mo ff a s t i n gi n m a n , i n w h i c h h e d e m o n s t r a t e dt h a tc a r b o -h y d r a t e s t o r e sp r o v i d e a s m a l lb u t s i g n i f i c a n tc o m p o n e n to f t h eb o d y ' sf u e lf o r o n l y t h e f i r s tf e w d a y s . T h e r e a f t e r ,p r o t e i na n d f a t a r e t h e

s o l es o u r c e so f f u e l ,t h ef o r m e rc o n t r i b u t i n g 1 5 o f t h ec a l o r i e sa n d t h el a t t e rt h eb a l a n c e .T h e p r i m a r yr o l eo f f a t a s f u e lw a s a p p a r e n t

t o B e n e d i c ta n d h i sc o n t e m p o r a r i e s ;i t i s p l e n t i f u la n d e x p e n d a b l e .T h e s i g n i f i c a n c e o ft h ep r o t e i nr e q u i r e m e n t ,h o w e v e r , w a s l e s s c l e a r ;i n f a c t ,i t w a s n o tf u l l yu n d e r s t o o du n t i ln e a r l y2 0 y e a r sl a t e rw h e nt h eo b l i g a t o r yd e p e n d e n c eo f t h ec e n -t r a ln e r vo u s s y s t e mo n g l u c o s ew a s f i r m l ye s t a b -l i s h e d ( 3 ) .S i n c eg l y c o g e ns t o r e si n m a n w e r ek n o w nt o a p p r o x i m a t eo n l y 2 0 0 g , i t w a s r e a d i l ya p p a r e n t t h a t g l u c o s eh a s t o b e d e r i v e df r o mp r o t e i ni n o r d e rt o m a i n t a i nc e r e b r a lm e t a b o l i s md u r i n g a p r o l o n g e df a s t . M o r e r e c e n t l y ,o u ru n d e r s t a n d i n go f t h ef a s t e ds t a t eh a s b e e n f u r t h e rc l a r i f i e db y t h ed e m o n s t r a t i o nt h a t f r e ef a t t ya c i di s b o t h t h em a j o rt r a n s p o r tf o r mo f l i p i dl e a v i n ga d i p o s et i s s u e( 4 , 5 ) a n d a s u b s t r a t et h a t i s

* S u b m i t t e df o rp u b l i c a t i o nJ a n u a r y2 6 ,1 9 6 6 ;a c c e p t e dA u g u s t4 , 1 9 6 6 .

S u p p o r t e di n p a r tb y g r a n t sf r o m t h e U . S . P u b l i cH e a l t hS e r v i c e( A M - 9 5 8 4 - 0 1 ,A M - 0 9 7 4 8 - 0 1 ,8 M O I - F R -3 1 - 0 5 ,T I - A M - 5 0 7 7 - 1 0 ,a n d 5 - R O I - A M O - 2 6 5 7 ) ;t h e

A d l e r F o u n d a t i o n ,I n c . ,R y e ,N . Y . ; t h eJ o h n A . H a r t -f o r dF o u n d a t i o n ,N ew Yo r k , N . Y . ; a n d U . S . A r m yM e d i c a lR e s e a r c h a n dD e v e l o p m e n tC o m m a n d ( D A - 4 9 -1 9 3 - M D - 2 3 3 7 ) .

A p r e l i m i n a r ya b s t r a c th a s b e e n p u b l i s h e d( 1 ) .t I n v e s t i g a t o r ,Howard H u g h e s M e d i c a l I n s t i t u t e .A d d r e s sr e q u e s t sf o r r e p r i n t st o D r . G . F .C a h i l l ,J r . ,

D i a b e t e sF o u n d a t i o n ,I n c . , 1 7 0 P i l g r i m R d . , B o s t o n ,M a s s .

: 1P r e s e n t a d d r e s s : S m i t h K l i n e a n d F r e n c h L a b o r a -t o r i e s ,P h i l a d e l p h i a ,P a .

P r e s e n t a d d r e s s :W a s h i n g t o nU n i v e r s i t y S c h o o l o fM e d i c i n e ,S t . L o u i s ,M o .

r e a d i l yu t i l i z e db y l i v e r ,m u s c l e ,a n d m a n yo t h e rt i s s u e s .

A l t h o u g ht h e a b o v e f i n d i n g sp r o v i d ea b a s i sf o ru n d e r s t a n d i n gt h em e t a b o l i s mo f f a st i n g , c e r -t a i na r e a ss u c h a s t h e p h y s i o l o g i cr o l e o fh o r -m o n e s a n d t h e m e c h a n i s m sc o n t r o l l i n g g l u c o s ep r o d u c t i o na n d u t i l i z a t i o nr e m a i np o o r l yd e f i n e d .I n a d d i t i o n ,e s t i m a t e so fg l u c o s et u r n o v e r( 6 - 1 2 )o r s p l a n c h n i cg l u c o s ep r o d u c t i o n( 1 3 - 1 5 ) d u r i n ga s h o r tf a s ta l lg r e a t l ye x c e e dt h ea m o u n tt h a tc a nb e c o n t r i b u t e db y g l u c o n e o g e n e s i s( a s r e f l e c t e db y u r i n a r yn i t r o g e nl o s s ) .T h i s s t u d yw a s , t h e r e -f o r e ,d e s i g n e dt o o b t a i nb a s e - l i n ei n f o r m a t i o nc o n -c e r n i n gt h em e t a b o l i ca n d h o r m o n a lr e s p o n s et of a s t i n gi n n o r m a ls u b j e c t sa n d i n t w o s u b j e c t sw i t h m i l d d i a b e t e si n t h eh o p et h a ts u c hi n f o r m a -t i o nw o u l dp r o v i d ea t l e a s tp a r t i a li n s i g h ti n t os o m eo f t h e s ep r o b l e m s .I n b r i e f ,we f o u n d i nt h en o r m a ls u b j e c t st h a tt h ew e l l - i n t e g r a t e dr e -l e a s eo f p e r i p h e r a lf u e l sa n d t h em a i n t e n a n c eo fb l o o dg l u c o s ec o n c e n t r a t i o n sw e r e p r o b a b l yr e -l a t e dt o i n s u l i nc o n c e n t r a t i o n s ,s u g g e s t i n gb u tn o t n e c e s s a r i l yp r o v i n gt h a t i n s u l i ni s t h e p r i -m a r y s i g n a lr e s p o n s i b l ef o r f u e lc o n t r o ld u r i n gs t a r v a t i o n .T h e s t u d i e sa l s os u g g e s t e dt h a tg l u - ,c o s em e t a b o l i s m ,p a r t i c u l a r l yb y b r a i n ,m u s t b ed e c r e a s e di n o r d e r f o rm a n t o s u r v i v ep r o l o n g e dp e r i o d so f c a l o r i cd e p r i v a t i o n .

M e t h o d sS u b j e c t s .S i x n o r m a lm a l e s u b j e c t sw e r e s e l e c t e dt o

p r o v i d ea d i v e r s es p e c t r u mo fb o d ys i z ea n d s h a p e( Ta b l eI ) . F i v e ( N 1 ,N s ,N 4 ,N 5 ,a n d N . ) w e r e d i v i n i t ys t u -d e n t s ,a n d t h es i x t h( N 2 ) w a s a s p o r t i n g - g o o d ss a l e s m a n .A l l w e r ei n p e r f e c th e a l t ha n d h a d b e e n c o n s u m i n ga na v e r a g ed i e te s t i m a t e dt o c o n t a i no v e r 2 5 0 g o f c a r b o h y -d r a t ea n d 8 0 g o f p r o t e i nw i t h v a r i a b l ea m o u n t so f f a t .S u b j e c t sN 2 a n d N 4 w e r e i n t e n t i o n a l l ys e l e c t e db e c a u s eo f a f a m i l yh i s t o r yo f d i a b e t e s ;t h e i rm o t h e r sh a d m a-t u r i t y - o n s e td i a b e t e sa n d r e q u i r e di n s u l i n .S i n c eb o t h o ft h e s es u b j e c t sw e r e i n d i s t i n g u i s h a b l ei n a l l r e s p e c t sf r o m

1 7 5 1


2/19

C A H I L L AND CO-WORKERS

TABLE I

C l i n i c a ld a t a f o rn o r m a la n d d i a b e t i cs u b j e c t s

P e r c e n td e v i a t i o n

W e i g h t BS A f r o mp o p u -F i g u r e l a t i o n mean

S u b j e c t s y m b o l Ag e I n i t i a l F i n a l H e i g h t I n i t i a l F i n a l K e* w e i g h t t

y e a r s k g c m m 2 m EqN o r m a l s

N 1 0 2 6 7 7 . 5 7 2 . 0 1 6 9 1 . 8 7 1 . 8 1 3 , 3 9 1 + 1 7N 2 x 3 9 8 7 . 0 7 8 . 8 1 8 1 2 . 0 8 2 . 0 0 + 1 0N 3 L I 2 4 7 5 . 4 6 8 . 5 1 8 1 1 . 9 7 1 . 8 8 3 , 9 8 9 - 4N 4 A 2 2 9 4 . 6 8 8 . 8 1 8 1 2 . 1 8 2 . 1 0 4 , 3 3 0 + 24N 5 * 2 5 6 3 . 5 5 8 . 2 1 6 6 1 . 7 2 1 . 6 6 3 , 1 6 2 - 5N 6 2 5 7 2 . 7 6 7 . 2 1 7 4 1 . 8 9 1 . 8 2 3 , 4 0 2 0

D i a b e t i c s

D i + 3 7 7 5 . 6 7 0 . 9 1 8 5 2 . 0 0 1 . 9 5 -1 2D 2 A 3 9 9 4 . 0 8 9 . 3 1 7 4 2 . 0 9 2 . 0 5 + 20

* E q u i l i b r a t i o np o o lo f4 2 K ,4 8 h o u r s .t From M e t r o p o l i t a nL i f eI n s u r a n c et a b l e s ,1 9 5 9 .

t h e o t h e rf o u r i n d i v i d u a l s ,t h e y were i n c l u d e di n t h en o r m a lg r o u p .

T h e two d i a b e t i cs u b j e c t swere c h o s e n f o r t h e i rr e l a -t i v e l yyoung age , t h e i rw i l l i n g n e s st o u n d e r g ot h es t u d y ,a n d f o rt h e i rt y p e o f d i a b e t e s ,w h i c hwas m a t u r i t y - o n s e tb u t s t i l ls u f f i c i e n ti n d e g r e e t o m a k e t h e d i a g n o s i si n -d u b i t a b l e .O n e y e a r b e f o r et h e s t u d y ,s u b j e c tD 1 , ab u s i n e s sm a n a g e r , h a d e x p e r i e n c e d2 m o n t h so f f a t i g u ea n d a 2 5 - p o u n dw e i g h tl o s sa s s o c i a t e dw i t h p o l y d y p s i aa n dp o l y u r i a .H e r e c e i v e di n s u l i n ,2 0 t o 4 0 U N P H , f o r 3w e e k s a n d was t h e n g i v e n t o l b u t a m i d e ,0 . 5 g b y m o u t ht w i c e d a i l y ,u n t i l4 d a y sb e f o r et h i ss t u d y ,w h e nt r e a t m e n twas t e r m i n a t e d .S u b j e c t D 2 ,a c o n t r a c t o r , h a d e x p e r i -e n c e d p o l y dy p s i aa n d p o l y u r i a8 m o n t h sb e f o r et h es t u d ya n d r e c e i v e do n e s i n g l e i n j e c t i o no f 2 0 U o f 4 0 U pe r m lL e n t e i n s u l i n ,f o l l o w e db y 1 g o f t o l b u t a m i d eb y m o u t hf o r 1 m o n t h . T h e n , l i k es u b j e c tD 1 ,h e f o l l o w e da d i e to f 2 0 0 g c a r b o h y d r a t e ,9 0 g p r o t e i n ,a n d 7 0 g f a t . B o t hd i a b e t i cs u b j e c t sh a d e x p e r i e n c e dt r a n s i e n tg l y c o s u r i ab u t o n l y a f t e ri n g e s t i n ga m o u n t so f c a r b o h y d r a t eb e y o n dt h e i rd i e t a r ya l l o w a n c e s .

A l l s u b j e c t sh a d n o r m a l h e m a t o l o g i c a la n d u r i n ea n a l y s e si n a d d i t i o nt o n o r m a lc h e s ta n d a b d o m i n a lra -d i o g r a p h i ce x a m i n a t i o n s ,e l e c t r o c a r d i o g r a m s ,t h y r o i d i n -d e x e s ,s e r u m e n z y m e s ( a l k a l i n ep h o s p h a t a s e ,l a c t i cd e h y -d r o g e n a s e ,g l u t a m i c - o x a l o a c e t i ct r a n s a m i n a s e ) , s e r u mp r o t e i n s( e l e c t r o p h o r e s i s ) ,a n d serum l i p i d sa n d l i p o -p r o t e i n s( e l e c t r o p h o r e s i sa n d c h e m i c a la n a l y s e sf o r t o t a ll i p i d s ,t r i g l y c e r i d e s ,p h o s p h o l i p i d s ,c h o l e s t e r o l ,a n d c h o -l e s t e r o le s t e r s ) .

B l o o d a n du r i n e c o l l e c t i o n .S a m p l e swere c o l l e c t e da c c o r d i n gt o t h es c h e d u l eg i v e n i n T a b l e I I .

E a c h m o r n i n ga t 8 : 0 0 a .m. , a f t e rt h e s u b j e c th a d b e e nr e s t i n gf o r3 0 m i n u t e s ,b l o o d w a s o b t a i n e df r o m e i t h e ro ft h e two m a j o r a n t e c u b i t a lv e i n s( c e p h a l i co r m e d i a nc u b i t a l )w i t h o u t s t a s i s ,a n d w h e n ,on o c c a s i o n ,a t o u r n i -q u e t was n e e d e d ,i t was r e l e a s e d f o r 1 0 t o 2 0 s e c o n d sb e f o r e t a k i n g t h e s a m p l e .Th e n e e d l e was p l a c e dw e l l

u p t h ev e i np r o x i m a l l y ,a n d t h es a m p l e st h u sr e p r e s e n t e dm i x e dd e e p a n d s u p e r f i c i a lv e n o u sd r a i n a g e .T h i r t y - f i v em l o f b l o o dw a s w i t h d r a w n ,p o r t i o n sw e r e a d d e dt o o x a -l a t e - f l u o r i d ef o rg l u c o s ea n d f r e ef a t t ya c i da n a l y s e s ,a n dt h e r e m a i n d e rw a s a l l o w e dt o c l o t . F i f t e e nm l o f b l o o dw a s t h e nr a p i d l yd r a w ni n t oa s y r i n g ef r o mw h i c hi t w a si m m e d i a t e l yi n j e c t e di n t o1 5 m l o f i c e d1 M p e r c h l o r i ca c i d . T h e d e p r o t e i n i z e ds u p e r n a t a n t f l u i dwa s f r o z e na n d l a t e ru s e d f o ra c e t o a c e t a t e ,8 - h y d r o x y b u t y r a t e ,g l y c -e r o l ,p y r u v a t e ,a n d l a c t a t ea n a l y s e s .W h o l eb l o o ds a m -p l e si n o x a l a t e - f l u o r i d ea n d p l a s m aa n d s e r u ms p e c i m e n sw e r e f r o z e n a n d s t o r e da t - 2 0 0C f o r l a t e ra n a l y s i s .

U r i n e w a s c o l l e c t e di n p l a s t i cc o n t a i n e r si m m e r s e di ni c e . A t 8 a . m . ,t h ee n d o f e a c h 2 4 - h o u rp e r i o d ,t h es u b -j e c t v o i d e d ,t h e t o t a lv o l u m ew a s m e a s u r e d ,a n d i c e d

TABLE I I

S c h e d u l eo fb l o o da n d u r i n ec o l l e c t i o n

U r i n eB l o o dc o l l e c - I n t a k e

Da y s a m p l e *t i o n C a l o r i e s H2O NaCl

m l m E q0

1 1 i v G T T t A d l i b i t u m A d l i b i t u m1 Lunch

S u p p e r2 2 0 1 , 5 0 0 02

3 3 0 1 , 5 0 0 03

4 4 0 1 5 0 0 04

5 5 0 1 , 5 0 0 0S

6 6 0 1 , 5 0 0 1 76

7 7 0 1 , 5 0 0 1 77

8 8 0 1 , 5 0 0 1 78

9 ivGTT A d l i b i t u m A d l i b i t u mLunchS u p p e r

* A l l b l o o ds a m p l e sw e r e t a k e n a t 8 a . m .t ivGTT = i n t r a v e n o u sg l u c o s et o l e r a n c et e s t .

1 7 5 2


3/19

HORMONE-FUEL I N T E R R E L AT I O N S H I P SDURING FA S T I N G

d i s t i l l e dwater was a d d e dt o m a k e 2 L . P o r t i o n s o f t h i swere r e m o v e da n d f r o z e n f o r l a t e r a n a l y s e s . T o i n -crease t h e accuracy o f t h e t e r m i n a l v o i d i n e a c h c o l l e c -t i o n ,we gave s u b j e c t st h e l a s t 2 0 0 t o 4 0 0 ml o f t h e i r2 4 - h o u rwater r a t i o n 1 t o 2 h o u r s b e f o r e t h e 8 a.m. c o l -

l e c t i o n t i me .G l u c o s et o l e r a n c e t e s t s were p e r f o r m e dbyt h e r a p i di v i n je c t i o no f g l u c o s e ( 0 . 5 g per k g b o d yw e i g h t ) i n 2 t o 4 m i n u t e s w i t h b l o o d s a m p l e s a t ap-p r o p r i a t ei n t e r v a l st i m e d f r o m t h e e n d o f t h e i n f u s i o n .

C h e m i c a la n a l y s e s .G l u c o s e was m e a s u r e di n b o t hb l o o d a n d p l a s m a b y t h e S o m o g y i - N e l s o nt e c h n i q u ei nd u p l i c a t e( 1 6 ,1 7 ) ,b y g l u c o s eo x i d a s e ( 1 8 ) , a n d b y t h eT e c h n i c o nA u t o a n a l y z e rf e r r i c y a n i d em e t h o d . A p p r o p r i -a t e c o r r e c t i o n swere m a d ef o r r e d c e l ls t r o m a la n d p r o t e i nv o l u m e s( 1 9 ,2 0 ) . E a c h v a l u e i n t h e F i g u r e sa n d T a b l e sr e p r e s e n t s t h emean o f a l l f o u r d e t e r m i n a t i o n s . I n t h o s ei n s t a n c e si n w h i c ha v a l u e v a r i e d b y 5 or more o f t h em e a n , a l l t h ea n a l y s e swere r e p e a t e d .F r e e f a t t ya c i d s i np l a s m awere m e a s u r e db y t h e T r o u t , E s t e s ,a n d F r i e d -b e r g m o d i f i c a t i o n( 2 1 ) o f t h e m e t h o d o f D o l e ( 5 ) .G l y c e r o la n d p y r u v i c a n d l a c t i ca c i d si n t h e p o t a s s i u mb i c a r b o n a t e - n e u t r a l i z e dp e r c h l o r a t es u p e r n a t a n t f l u i dw e r e a n a l y z e db y e n z y m a t i ct e c h n i q u e s ( 2 2 ) . A l l e n -zymes a n d c o f a c t o r swere o b t a i n e dc o m m e r c i a l l y . ' C r e -a t i n i n e ,u r i ca c i d ,a n d u r e a i n serum were d e t e r m i n e db yt h eT e c h n i c o nA u t o a n a l y z e ra n d serum C 0 2 b y t h e Va nS l y k e s t a n d a r dm a n o m e t r i ca n a l y s i s .

, p - H y d r o x y b u t y r a t ea n d a c e t o a c e t a t e were m e a s u r e de n z y m a t i c a l l yb y t h e m e t h o do f W i l l i a m s o n ,M e l l a n b y ,a n d K r e b s( 2 3 )p a r t i a l l yf o l l o w i n gt h em o d i f i c a t i o n ss u g -g e s t e di n t h e B o e h r i n g e rc o m m e r c i a lp a m p h l e to f 1 9 6 4 .T h e s u p e r n a t a n tf l u i do f t h e p e r c h l o r i ca c i d - t r e a t e db l o o dwas f i l t e r e di n t h e c o l d a n d 5 ml u s e d f o r B - h y d r o x y -b u t y r a t ed e t e r m i n a t i o na f t e ra p p r o p r i a t ed i l u t i o n .T h i swas m i x e d w i t h 0 . 6 5m l o f a s o l u t i o nc o n t a i n i n g3 MKOH a n d 1 M K 2 C O s ,a n d t o t h i swas a d d e d0 . 3m l o f0 . 0 2 5M - N A D . A f t e r s t a n d i n ga t 2 0 0 t o 2 5 0 C f o r3 0m i n u t e s ,t h em i x t u r ew a s c e n t r i f u g e da n d 3 . 5m l o f t h es u p e r n a t a n t f l u i d ( pH 9 . 5 ) p l a c e di n a c u v e t t e . Th ei n i t i a lo p t i c a ld e n s i t ywas d e t e r m i n e da t 3 4 0 m j u ;t h e n0 . 0 2m l o f a s u s p e n s i o no f 8 - h y d r o x y b u t y r i cd e h y d r o g e n -a se ( 5 mg pe r m l ) was a d d e d a n d t h e r e a c t i o na l l o w e dt o g o t o c o m p l e t i o ni n a w a t e r b a t h a t 3 7 0 C . Th e o p-t i c a ld e n s i t ywas r e d e t e r m i n e da t 4 5 m i n u t e s ,a n d app ro -p r i a t ec a l c u l a t i o n swere a p p l i e dt o d e t e r m i n et h e c o n -c e n t r a t i o no f p - h y d r o x y b u t y r a t ep r e s e n t i n t h e o r i g i n a ls a m p l e .F o r t h ea c e t o a c e t a t ed e t e r m i n a t i o n s ,5 m l o f t h ed e p r o t e i n i z e db l o o d f i l t r a t e ,a p p r o p r i a t e l yd i l u t e d ,wasm i x e dw i t h 0 . 4 5m l o f 3 M K . 3 P O 4 .A f t e r 3 0 m i n u t e sa t2 0 t o 2 5 0C t h em i x t u r ewas c e n t r i f u g e da n d 3 . 5m l (pH7 ) p l a c e di n a c u v e t t e . To t h i s ,0 . 1m l o f j - N A D Hwasa d d e d a n d t h e i n i t i a lo p t i c a ld e n s i t yd e t e r m i n e da t 3 4 0m u; t h e n 0 . 0 2m l o f p - h y d r o x y b u t y r i cd e h y d r o g e n a s es u s p e n s i o n( 5 mg pe r m l ) was a d d e da n d t h e o p t i c a ld e n -s i t y r e d e t e r m i n e da f t e r2 5 m i n u t e s a t 2 0 t o 2 5 0 C , a tw h i c h t i m e t h e r e a c t i o nh a d g o n e t o c o m p l e t i o n .A p -p r o p r i a t e b l a n k s a n d s t a n d a r d swere r u n f o r b o t h s u b -s t r a t e s w i t h e a c h s e t o f d e t e r m i n a t i o n s . M e a n r ecove ry

1 B o e h r i n g e r ,M a n n h e i m ,G e r m a n y .

o f f i - h y d r o x y b u t y r a t ea d d e dt o b l o o da n d c a r r i e dt h r o u g ht h ee n t i r ep r o c e d u r ew a s 9 1 . 4 5 . 4( S D ) . S i m i l a r l y ,r e -c o v e r yo f a c e t o a c e t a t ew a s 8 4 7 o 5 . 5 ( S D ) . T h e v a l u e sp r e s e n t e di n t h eTa b l e s w e r e n o t c o r r e c t e df o r t h i sl o s s .

S e r u m i m m u n o r e a c t i v ei n s u l i nw a s m e a s u r e db y a

m o d i f i c a t i o n( 2 4 ) o f t h e d o u b l ea n t i b o d yt e c h n i q u eo fM o r g a na n d L a z a r o w( 2 5 )a n d g r o w t hh o r m o n eb y b o t ha d o u b l ea n t i b o d yt e c h n i q u e ( 26 )a n d b y t h em e t h o do fG l i c k ,R o t h ,Ya l o w , a n d B e r s o n ( 2 7 ) . I n s u l i nv a l u e sa r e t h e m e a n so f d u p l i c a t ea n a l y s e st h a ta g r e e dw i t h i n1 0 % . G r o w t hh o r m o n ew a s i n i t i a l l ya s s a y e di n d u p l i -c a t e b y t h e d o u b l ea n t i b o d ys y s t e m o f S c h a l c ha n dP a r k e r ( 2 6 )a n d ,i f t h e s ev a l u e sw e r e l e s st h a n 2 m / A gp e r m l ,w e r e r u n i n t r i p l i c a t ew i t h t h ec h r o m a t o e l e c t r o -p h o r e t i cm e t h o d( 2 7 ) . F o r b o t h s y s t e m s ,t h ev a l u e sr e -p o r t e da r e t h e m e a n so f d u p l i c a t eo r t r i p l i c a t ea n a l y s e st h a ta g r e e dw i t h i n1 0 % . S e r u mi n s u l i n - l i k ea c t i v i t yw a sd e t e r m i n e db y t h e m e t h o do f R e n o l d a n d c o - w o r k e r s( 2 8 ) ,i n w h i c ho x i d a t i o no f g l u c o s e - l - ' 4 Ct o ' C O 2i n t h ep r e s e n c eo f s u r v i v i n gi s o l a t e dr a t e p i d i d y m a la d i p o s et i s -s u e i s u s e d a s a n i n d e x o f a c t i v i t y.E a c h a s s a y wa sm o n i t o r e ds t a t i s t i c a l l y( 2 9 ) a n d t h e i n d e x o f p r e c i s i o nd e t e r m i n e d ;t h ec o r r e s p o n d i n gl a m b d av a l u e sw e r e 0 . 1 0 ,0 . 1 1 ,0 . 1 6 ,a n d 0 . 2 1 . S e r u mw a s d i l u t e db e f o r ea s s a y t oa 2 5 % c o n c e n t r a t i o nw i t h b u f f e r ,a n d t h e r e s u l t sa r ec o r r e c t e df o r t h i sd i l u t i o n .

N i t r o g e ni n u r i n ew a s d e t e r m i n e di n d u p l i c a t eb y t h es t a n d a r dK j e l d a h lt e c h n i q u ei n t w o l a b o r a t o r i e s .I t wa sr e p e a t e di f a n y s i n g l ev a l u ev a r i e db y g r e a t e rt h a n 10o f t h e m e a n . U r i n a r ya c e t o a c e t a t ea n d p - h y d r o x y b u t y -r a t ec o n c e n t r a t i o n sw e r e m e a s u r e di n t h e s a m e mannera s i n w h o l e b l o o d .C r e a t i n i n ea n d u r i ca c i di n u r i n ew e r e d e t e r m i n e db y t h eT e c h n i c o nA u t o a n a l y z e ra n d s o -d i u ma n d p o t a s s i u mb y i n d i r e c tf l a m e p h o t o m e t r y .U r i -n a r y 1 7 - h y d r o x y c o r t i c o i d sw e r ed e t e r m i n e db y t h em e t h o do f R e d d y( 3 0 )a n d k e t o s t e r o i d sb y t h a to f D r e k t e r a n da s s o c i a t e s( 3 1 ) .

G l u c o s et u r n o v e rs t u d i e s .T h e g l u c o s et u r n o v e r s t u d -i e s ,p e r f o r m e da t t h ee n d o f t h ef a s ti n a l l e i g h ts u b j e c t sa n d a l s oa t t h eb e g i n n i n gi n t h et w o d i a b e t i c s ,w e r e d o n ea c c o r d i n gt o m e t h o d sa n d c a l c u l a t i o n sp r e v i o u s l yd e -s c r i b e d( 1 1 ,1 2 ) . T w e n t y, * c( 1 . 7 1m g ) o f g l u c o s e - l - C 'i n 2 m l o f s a l i n ew a s i n j e c t e di n t o t h e t u b i n go f ani s o t o n i cs a l i n ei n f u s i o nw i t h i n6 0 s e c o n d s .A t i n t e r v a l so f 3 0 m i n u t e sf o r3 h o u r s ,b l o o ds a m p l e sw e r e w i t h d r a w na n d i m m e d i a t e l yd e p r o t e i n i z e da c c o r d i n gt o t h e m e t h o do f S o m o g y i( 1 7 ) . S e p a r a t i o no f g l u c o s ef r o m a c i d i cc o m p o n e n t so f t h ep r o t e i n - f r e ef i l t r a t ea n d o x i d a t i o nw i t hp e r i o d i ca c i dw e r e a c c o m p l i s h e da s p r e v i o u s l yd e s c r i b e d( 1 1 ,1 2 ) . T h e C O 2d e r i v e df r o m c a r b o n s1 t o 5 o f t h eg l u c o s ew a s i s o l a t e da s B a C O 2a n d c o u n t e da s a s u s -p e n s i o ni n a s t a n d a r d 1 , 4 - b i s - 2 -( 5 - p h e n y l o x a z o l y l )b e n -z e n e ( P O P O P ) - t o l u e n ep h o s p h o rs o l u t i o nc o n t a i n i n gt h y x i ni n a c o n c e n t r a t i o no f 3 0 g p e r L . T h e f o r m a l d e -h y d e ,d e r i v e df r o m c a r b o n6 o f t h eg l u c o s e ,wa s i s o l a t e da s t h e f o r m a l d i m e d o n ea n d c o u n t e d a s s u c h i n t h eP O P O P - t o l u e n ep h o s p h o rs o l u t i o n ,i n w h i c hi t i s c o m-p l e t e l ys o l u b l e .A l l c o u n t i n gw a s d o n e i n a P a c k a r d

2 N ew E n g l a n dN u c l e a rC o r p . ,B o s t o n ,M a s s .

1 7 5 3


4/19

C A H I L L AND C O - W O R K E R S

l i q u i ds c i n t i l l a t i o ns p e c t r o m e t e r ,m o d e l 3 1 4 - D C . C a l c u -l a t i o n sw e r e p e r f o r m e don an I BM 1 4 1 0 compute r ( 1 2 ) .

C a l o r i m e t r y .T o t a l e n e r g y b a l a n c ewas d e t e r m i n e dd u r i n g t h e e n t i r ef a s t i n gp e r i o di n s u b j e c t sN : a n d N 6a n d i n t h e two d i a b e t i cs u b j e c t s ,D 1 a n d D 2 . I n t h e o t h e rf o u r s u b j e c t s( N 2 t o N 5 ) , t h i s p r o c e d u r ewas p e r f o r m e do n l y o n d a y s 6 , 7 , a n d 8 . Th e t e c h n i q u ewas conven-t i o n a li n d i r e c tc a l o r i m e t r y ,a s m o d i f i e df o r c l i n i c a la p p l i -c a t i o nb y K i n n e y ( 3 2 ) . E x p i r e da i r was c o l l e c t e df o r5 - m i n u t ep e r i o d se v e r y h o u r o f t h e w a k i n gd a y w i t h t h es u b j e c tr e c l i n i n gi n b e d w i t h o u t s p e c i f i e dp r e v i o u s r e-s t r i c t i o no f a c t i v i t y . S a m p l e s , s t o r e d t e m p o r a r i l yf o r5 t o 1 5 m i n u t e s i n a l u m i n i z e dp l a s t i cb a g s , were runt h r o u g h a n a n a l y s i st r a i n c o m p o s e do f an A m e r i c a nM e t e r C o . we t t e s t f l o w m e t e r( m o d e l 8 0 4 ) , a m o d i f i e dL i s t o n - B e c k e rc a r b o n d i o x i d ea n a l y z e r ( m o d e l 1 6 ) ,a n da Beckman E2 oxygen a n a l y z e r .A n a l y z e r swere s t a n d -a r d i z e d w i t h k n o w ng a s m i x t u r e sb e f o r e e a c h r u n .

Th e r e s p i r a t o r ya r t i f a c ta s s o c i a t e dw i t h s a m p l i n g ,usu-a l l yh y p e r v e n t i l a t i o n ,i s r e c o g n i z a b l eb y RQ v a r i a t i o n sf r o m s a m p l e t o s a m p l e ; a p r e l i m i n a r y2 4 - h o u r p e r i o dwas a l l o w e d f o r a c c l i m a t i z a t i o nt o t h e m a s k , a n d t h er e s u l t swere d i s c a r d e d .A f t e r t h i sp e r i o d ,as K i n n e yh a ss h o w n( 3 2 ) ,mean c a l o r i ce x p e n d i t u r eso d e t e r m i n e da c -c o u n t s f o r 90 o r more o f t h em e a s u r e dc a l o r i ci n t a k ei n a s u b j e c tu n d e r r e l a t i v e l ys t e a d y s t a t e c o n d i t i o n s .

T h e p a t i e n t s 'a c t i v i t i e swere n o t i n t e n t i o n a l l yr e s t r i c t e da t a n y t i m e e x c e p t b e f o r et h em o r n i n gp h l e b o t o m y ;h o w -e v e r , i t was n o t e d t h a tt h e y r e s t r i c t e dt h e i ra c t i v i t i e st od r e s s i n gi n c a s u a lc l o t h e se a c h m o r n i n ga f t e rt h e i rw e i g h th a d b e en t a k e na n d t o m e e t i n gu s u a l h y g i e n i cn e e d s i n a d -d i t i o nt o l i m i t e da m b u l a t i o na b o u t t h e C l i n i c a lR e s e a r c hC e n t e r . F l u i d i n t a k ewas 1 , 5 0 0m l water p er d a y ,a n df o r t h e l a s t3 d a y s o f t h es t u d y ,t h es u b j e c t sr e c e i v e d 1 7

m Eq o f N a C l t o c o m p e n s a t ep a r t l yf o r t h e v o l u m ed e -p l e t i o nf r o m b l o o d s a m p l i n g .

E a c h s u b j e c twas f u l l ya d v i s e d a s t o t h e n a t u r e a n de x t e n t o f t h e s t u d y b e f o r e g i v i n gc o n s e n t a n d b e i n g a c-c e p t e d .

R e s u l t s

N o r m a lb a s e - l i n ef a s t i n gv a l u e s .I n T a b l e I I Ia r e s u m m a r i z e dt h e mean v a l u e s o f a l l c o n s t i t u -e n t s m e a s u r e di n p l a s m a( o rs e r u m ) . S a m p l e s0a n d 1 a r e v a l u e s a f t e ra r o u t i n e o v e r n i g h tf a s t .S a m p l e s2 t o 8 a r e f o r e a c h s u c c e e d i n gd a y o ft o t a lf a s t ( 1 8 0 h o u r s ) .G l u c o s ec o n c e n t r a t i o n sr e a c h e d a p l a t e a ub y t h e t h i r dd a y o f f a s t a n dr e m a i n e de x t r e m e l ys t a b l et h e r e a f t e r( F i g u r e 1 )a s d i dt h el ev e l s o fi m m u n o r e a c t i v ei n s u l i n( F i g -ur e 2 ) . T h e c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t so f t h e n i n ep a i r e dv a l u e so f i n s u l i na n d g l u c o s ef o re a c h n o r -m a l s u b j e c ts h o w e dp r o b a b i l i t yv a l u e s l e s s t h a n0 . 0 1i n t h r e e ,a n d l e s s t h a n 0 . 0 0 1 i n t h r e e . A l lp a i r e dv a l u e s o f i n s u l i na n d g l u c o s ewhen c o m -b i n e d f o r a l l n o r m a l s u b j e c t sh a d a c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to f 0 . 6 0 4 ( p < 0 . 0 0 1 ) . A l i n e a r r e g r e s -s i o nwas d e r i v e d ( y = 5 7 . 2+ 1 . 2 2x ) w i t h t h e yi n t e r c e p t ,5 7 . 2mg pe r 1 0 0 m l ,a n d t h e 9 5 % oc o n -f i d e n c el i m i t so f t h i sv a l u e w e r e + 4 . 6 4 .

I n c o n t r a s t t o s e r u m i n s u l i nm e a s u r e db y t h ei m m u n o a s s a y ,se rum i n s u l i n - l i k ea c t i v i t y ,a s d e -

t e r m i n e d o n r a t a d i p o s et i s s u e ,e x h i b i t e d a d i f -

TABLE I I I

S e r u mo rp l a s m ac o n c e n t r a t i o n si n t h e s ixn o r m a ls u b j e c t s

Days o f s t u d y

0 1 2 3 4 5 6 7 8

G l u c o s e ,m g / 1 O Om l 7 7 2 * 8 4 1 7 3 2 6 8 2 6 5 4 1 6 6 4 1 6 2 + 2 6 4 4 1 6 3 i 1F F A ,m m o l e s / L 0 . 5 3 0 . 4 2 0 . 8 2 1 . 0 4 1 . 1 5 1 . 2 7 1 . 1 8 1 . 1 9 1 . 8 8

4 0 . 0 2 4 0 . 0 4 0 . 0 8 : 4 0 . 0 7 - 0 . 1 1 : + 0 . 0 7 4 0 . 0 5 4 0 . 0 5 4 0 . 0 5A c e t o a c e t a t e ,m m o l e s / L 0 . 0 1 3 0 . 1 6 0 . 5 1 0 . 6 5 0 . 7 7 0 . 8 5 0 . 9 5 1 . 0 9

4 0 . 0 0 3 0 . 0 3 0 . 0 7 4 0 . 1 0 4 0 . 0 9 0 . 0 8 4 0 . 0 8 0 . 1 1

P - H y d r o x y b u t y r a t e ,m m o l e s / L 0 . 0 1 6 0 . 3 9 1 . 6 4 2 . 2 4 2 . 8 7 3 . 1 3 3 . 5 8 4 . 2 34 0 . 0 0 1 4 0 . 1 1 4 0 . 1 4 4 0 . 1 2 0 . 2 3 4 0 . 2 4 4 0 . 2 6 4 0 . 3 4

G l y c e r o l ,p m o l e s / L 6 2 6 8 6 1 2 9 5 1 4 9 1 1 0 1 0 0 1 5 7 6 1 0 8 0 1 0 1 6 4 4 1C 02 c o n t e n t ,m m o l e s / L 2 3 . 8 2 5 . 5 2 3 . 7 2 0 . 5 2 0 . 7 2 0 . 2 1 9 . 4 2 0 . 7 1 8 . 0

0 . 8 4 1 . 0 1 . 1 1 . 3 1 . 3 1 . 1 1 . 1 1.0 + 1 . 1

U r e an i t r o g e n ,m g / 1 0 0m l 1 2 . 2 1 3 . 0 1 4 . 0 1 6 . 2 1 6 . 2 1 4 . 3 1 3 . 2 1 3 . 0 1 3 . 3 0 . 7 + 1 . 1 1 . 4 + 1 . 4 + 1 . 6 t 1 . 0 1 . 1 t 1 . 3 4 1 . 6

U r i c a c i d ,m g / 1 0 0m l 6 . 2 6 . 2 7 . 7 9 . 2 1 1 . 6 1 2 . 1 1 3 . 5 1 3 . 8 1 5 . 04 0 . 4 0 . 7 4 0 . 5 0 . 9 1 . 2 0 . 9 0 . 9 1 . 1 0 . 5

C r e a t i n i n e ,m g / 1 0 0ml 1 . 0 2 0 . 9 0 1 . 0 5 1 . 1 0 1 . 2 0 1 . 1 0 1 . 1 3 1 . 0 2 1 . 2 04 0 . 1 0 40 4 0 . 1 6 0 . 2 0 4 0 . 1 5 4 0 . 0 8 4 0 . 0 8 4 0 . 1 0 0 . 0 7

I n s u l i n ,p U / m l 1 4 . 0 1 5 . 2 9 . 2 8 . 0 7 . 7 8 . 6 7 . 7 7 . 7 8 . 3 1 . 8 2 . 3 4 0 . 8 0 . 7 4 0 . 4 0 . 8 0 . 6 4 0 . 5 4 1 . 0

G r o w t hh o r m o n e ,m p g / m l 0 . 3 1 . 9 3 . 1 5 . 8 3 . 7 8 . 8 6 . 0 2 . 5 3 . 44 0 . 3 4 1 . 2 1 . 9 4 1 . 6 4 1 . 0 2 . 9 2 . 9 1 . 2 4 1 . 3

* S t a n d a r de r r o r o f t h e m e a n .

1 7 5 4


5/19

HORMONE-FUEL I N T E R R E L AT I O N S H I P SD U R I N G FA S T I N G

f e r e n tb e h a v i o r .O v e r t h e f a s t i n g p e r i o d ,f o u rs u b j e c t ss h o w e da n i n c r e a s e ,o n e n o c h a n g e ,a n do n e a d e c r e a s ei n a c t i v i t y.T h e m e a nv a l u e ,c o r -r e c t e d f o rt h e 1 :4 d i l u t i o ni n t h ea s s a y ,i n c r e a s e d

f r o m 3 7 2t o 4 3 2 u U p e r m l ,a n d t h i sd i f f e r e n c ew a s s t a t i s t i c a l l ys i g n i f i c a n t(p < 0 . 0 5 ) b y t h ep a i r e dt t e s t . T h e i n i t i a lv a l u ea f t e ra n o v e r n i g h tf a s tw a s w e l lw i t h i nt h e r a n g e o b s e r v e di n 5 6c o n t r o ls u b j e c t s :m e a n+ SEM = 3 6 4 + 2 8 1 A Up e r m l ( 3 3 ) .

F r e e f a t t ya c i d sa c h i e v e da p l a t e a ub y t h et h i r dd a y ,e x c e p t f o ra s i g n i f i c a n ti n c r e a s eo n t h el a s td a y ,p r o b a b l y d u e t o a s u b j e c t i v er e s p o n s e t oi n s e r t i o no f a n i n d w e l l i n g n e e d l ef o rt h eg l u c o s et u r n o v e rs t u d y .T h a t t h i si n c r e a s e i nf a t t ya c i dc o n c e n t r a t i o nw a s d u e t o a n i n c r e a s e dl i p o l y s i si na d i p o s et i s s u e ,p r o b a b l ya s a r e s u l to f a d r e n e r g i cs t i m u l a t i o n ,i s s u p p o r t e db y t h ep a r a l l e li n c r e a s ei n b l o o dg l y c e r o l .A c e t o a c e t a t ea n d 8 3 - h y d r o x y -b u t y r a t er o s eg r a d u a l l yt h r o u g h o u tt h es t u d ya sd i du r i ca c i d . T h e r a t i oo f / 3 - h y d r o x y b u t y r a t et oa c e t o a c e t a t er e m a i n e d r e l a t i v e l yc o n s t a n t a f t e rt h es e c o n dd a y o ff a s t . H o w e v e r ,w h e nt h el e v e l sw e r e s o l o w a s t o b e b a r e l yd e t e c t a b l e( f i r s t2d a y so ft h es t u d y ) ,t h er a t i oa p p r o a c h e du n i t y.A se x p e c t e d ,t h e i n c r e a s ei n o r g a n i ca c i d s( a c e t o -a c e t i c ,/ 8 - h y d r o x y b u t y r i c ,a n d f r e e f a t t y a c i d s )

w a s a c c o m p a n i e db y a c o r r e s p o n d i n gd e c r e a s ei n[ H C O i - ]w i t h t h e i r sum r e m a i n i n gc o n s t a n tw i t h i nt h ee r r o r so f t h em e t h o d s( F i g u r e 3 ) .

1 0 0 r

7 5

m g m / I O O m I

5 0 -

2 5 S

0 I 2 3 4 5 6 7 8D A Y S

F I G .1 . I N D I V I D U A LVALUES F O R PLASMA GLUCOSEF O R E A C H N O R M A LSUBJECT O V E R 8 - D AY P E R I O D O FF A S T .

S e r u mu r e a n i t r o g e ne x h i b i t e da p r o g r e s s i v er i s ea n d f a l l . A s w i l lb e s h o w nl a t e r ,t h i sw a sn o t d u e t o a l t e r e dr e n a lf u n c t i o nb u t t o a r i s ea n df a l li n n i t r o g e np r o d u c t i o na n d e x c r e t i o n .Ve n o u sl a c t i ca n d p y r u v i ca c i dc o n c e n t r a t i o n sw e r e m e a -s u r e dt h r o u g h o u tt h e s t u d yi n s u b j e c t sN 1 a n d

N 6 a n d o n t h el a s t2 d a y so f t h es t u d yi n a l ls u b -j e c t s . N o c h a n g ew a s n o t e d t h r o u g h o u tt h ef a s t( F i g u r e 3 ) , a n d t h ef i n a lmean l a c t a t et o p y r u -

3 0 [

A U / m i

2 0 1 .

1 0

0

0 /

. * 4 c _ P 0 I 2 3 4 5 6 7 8

D AY S

F I G . 2 . I N D I V I D U A LVALUES F O RSERUMI M M U N O R E A C T I V EINSULIN F O R E A C HN O R M A LS U B J E C TO N EACHDA YO FF A S T .

1 7 5 5


6/19


7/19


d i a b e t i c ss h o w e dh i g h e r l e v e l so f a c e t o a c e t i ca n d, 8 - h y d r o x y b u t y r i ca c i d sd u r i n gt h e f i r s t2 d a y s .

O t h e r s p o r a d i c a l l ya b n o r m a lv a l u e s a r e n o t e d ,b e s i d e st h o s e f o r i n s u l i na n d g r o w t h h o r m o n e .C h r o m a t o g r a p h yo f t h esera a f t e ri n c u b a t i o nw i t hi n s u l i n - 8 If a i l e dt o d e t e c t a n t i b o d y( 3 4 ) . T h i swas c a r e f u l l ye x c l u d e d s i n c eb o t h s u b j e c t s h a dr e c e i v e di n s u l i nmany m o n t h s p r e v i o u s l y , an dp e r s i s t e n c eo f i n s u l i na n t i b o d yc o u l d h a v e con-t r i b u t e dt o t h e i rh i g h serum i m m u n o r e a c t i v ei n -s u l i nl e v e l s .B o t h s u b j e c t sa l s oh a d a b n o r m a l l ye l e v a t e dl e v e l so f g r o w t hh o r m o n e ,b u t no t p e r -s i s t e n t l y .

I n t r a v e n o u sg l u c o s e t o l e r a n c e t e s t s . T a b l e Vs u m m a r i z e st h ed a t a on g l u c o s ea n d f r e ef a t t ya c i d

l e v e l si na l l

s u b j e c t sd u r i n g i v g l u c o s e t o l e r a n c e

t e s t s b o t h b e f o r ea n d a f t e rt h e f a s t . Th e w e l l -known g r o s s l ya b n o r m a lt o l e r a n c ei s n o t e d i na l l t h e n o r m a ls u b j e c t sa f t e rt h e f a s t , w h e r e a st h ed i a b e t i cs u b j e c t ss h o w e dno c h a n g ei n t o l e r -ance , a n d a f t e rt h e f a s t were g e n e r a l l y i n d i s -t i n g u i s h a b l ef r o m t h e n o r m a l s . Th e c o e f f i c i e n to f g l u c o s ed i s a p p e a r a n c e( K ) was a l s oc a l c u l a t e d( 3 5 ) a n d i s l i s t e d . I f we e x t r a p o l a t et o t i m e 0t h e p l o td e r i v e d f r o m t h e l o g a r i t h mo f g l u c o s ec o n c e n t r a t i o na g a i n s tt i m e ,t h ec a l c u l a t e dg l u c o s espace f o r t h e n o r m a l s u b j e c t sb e f o r et h e f a s twas 2 5 . 5 0 . 9 oo f b o d y w e i g h t a n d a f t e rt h ef a s t 2 7 . 4 1 . 3 o ,an i n s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e .

I n T a b l eVI a r e l i s t e dt h ec o n c e n t r a t i o n so f i n -s u l i na n d g r o w t hh o r m o n ed u r i n g t h e t o l e r a n c et e s t sb e f o r ea n d a f t e rt h ef a s t . T h e n o r m a ls u b -j e c t se x h i b i t e da b r i s ki n s u l i nresponse, a c h i e v -i n g p e a k v a l u e s a t 1 m i n u t ea f t e rt h ee n d o f t h e

g l u c o s ei n f u s i o nb o t h b e f o r ea n d , s u r p r i s i n g l y ,a f t e rt h ef a s t ,b u t t h em a g n i t u d eo f t h e responsewas much l e s s i n t h e l a t t e r . Th e i n d i v i d u a lv a l u e s ,p l o t t e di n F i g u r e 5 , s h o w a f a i r l yc o n -

s i s t e n tp a t t e r n o f response f o r e a c h i n d i v i d u a l .T h e g l u c o s el o a d f a i l e dt o e l i c i ta d e f i n i t ei n s u l i nresponse b o t h b e f o r ea n d a f t e rt h e f a s t i n s u b -j e c t D 1 . D 2 s h o w e da d e l a y e d a n d h y p e r a c t i v eresponse b e f o r et h e f a s t a n d an e a r l i e rb u t d i -m i n i s h e dresponse a f t e rt h e f a s t .

T h e c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to f a l l p a i r e d v a l u e so f s e r u m i m m u n o r e a c t i v ei n s u l i na n d p l a s m ag l u -cose d u r i n gt h et o l e r a n c et e s t si n t h e n o r m a ls u b -j e c t sb e f o r e t h e f a s twas 0 . 6 8 5 ( p < 0 . 0 0 1 ) an da f t e rf a s t was 0 . 6 3 4 ( p < 0 . 0 0 1 ) .L i n e a r r e -

g r e s s i o ne q u a t i o n sw e r e c a l c u l a t e df o r t h e t e s t s

b e f o r e a n d a f t e rt h e f a s ta n d a r e p l o t t e di n F i g -ur e 6 . Th e b a r s i n d i c a t et h e 9 5 % o c o n f i d e n c el i m i t so f t h e r e s p e c t i v ei n t e r c e p t so n t h e p l a s m ag l u c o s ea x i s . T h e r e was no s i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei n mean s l o p e s ;h o w e v e r ,t h e r e was a s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e( p < 0 . 0 1 )b e t w e e nt h e g l u c o s ei n t e r -c e p t s b e f o r e( 6 1mg pe r 1 0 0 m l ) a n d a f t e r ( 1 2 9mg p er 1 0 0 m l ) t h e f a s t .

As n o t e d i n t h e d a i l yf a s t i n gr e s u l t s ,g r o w t hh o r m o n eresponses d u r i n g t h e t o l e r a n c e t e s t sw e r e m a r k e d l yv a r i a b l e .I n d i v i d u a l v a l u e s a re

i l l u s t r a t e di n F i g u r e 7 . N o c o n s i s t e n t p a t t e r nwas f o u n damong i n d i v i d u a l s ,o r b e f o r e a n d a f t e rt h e f a s t ,e x c e p t f o r t h e s p o r a d i c a l l yh i g h e r v a l u e so f t h e d i a b e t i c s ,p a r t i c u l a r l yD1 ( Ta b l e V I ) .A l s o ,an o b v i o u sc o r r e l a t i o nb e t w e e np a t i e n td i s -c o m f o r ta n d t h e g r o w t hh o r m o n er e s p o n s ec o u l dn o t b e m a d e .

TA B L E I V

i n t h et w od i a b e t i cs u b j e c t s

S u b j e c tD 2 : d a y so f s t u d y

0 1 2 3 4 5 6 7 8

1 0 7 * 1 1 0 * 1 0 0 * 9 0 * 8 0 * 7 5 * 7 0 7 2 * 7 2 t0 . 9 5 0 . 9 0 * 0 . 9 5 1 . 2 0 1 . 3 7 1 . 4 4 1 . 4 2 1 . 5 4 t 2 . 0 3 t0 . 0 2 9 t 0 . 0 2 9 t 0 . 0 8 2 0 . 2 2 0 . 4 6 0 . 4 0 0 . 7 8 0 . 7 1 0 . 7 70 . 0 5 8 * 0 . 0 5 8 * 0 . 2 1 0 . 8 1 t 1 . 5 8 t 1 . 5 5 t 2 . 7 8 2 . 6 4 3 . 1 8

6 2 3 6 t 3 6 5 4 4 1 t 4 8 7 0 6 8 9 62 6 2 7 2 6 2 4 2 4 2 3 2 3 2 3 1 91 4 1 4 1 7 1 7 2 0 1 7 1 6 1 4 1 46 . 4 7 . 3 8 . 1 9 . 0 1 0 . 5 1 2 . 6 1 4 . 2 1 5 . 6 1 6 . 61 . 1 1 . 2 1 . 1 1 . 1 1 . 1 1 . 2 1 . 2 1 . 2 1 . 3

5 1 * 5 5 * 4 4 * 3 6 * 4 2 * 4 6 * 5 3 * 4 5 * 4 0 *< 1 . 0 < 1 . 0 < 1 . 0 2 0 1 6 . 1 * 3 2 * 8 1 5 . 6 * 2 . 0

1 7 5 7


8/19

CAHILLAND C O - W O R K E R S

*

U) t )C ; c

0 o 0 N

4 - o 0 _a

_ Z -

' 0 et e q\0. U. *0

O m - d 4 ) _

* 1 St o - O

UI _ _ ' -

4- 4O . * C

0 0 0 0 (N_ 4 _ - N

0 0 0 I 4 t - -o o 0 O 0 % N- - - N

0 0 0 N 0 U )

4- -0 0 0 ~ 0 0 0 _ U )_ N N C 4

4

0 0

0 %

- *U 0 0 4 -

.44 4 t +- 4-40 0 _ 000 InN0 U ) , 0 0C S 4 C S e

*1-r - 4 - * o) 4- 4 - U )

oi , e l . * . U)U0 4 4 0 C SN1 t- _ 44 N

. 4 -U ) 0 0 _ U )U 4 4 4 - NC 4 4 4 N )

U oo NSC 44 44

' 4 0 -N- -4 0

G o o oU _ r oU 0

_ 4 0S

0 0 0 cr S 0 8 8 0 t

v 8m .0

1 7 5 8

0 4). v

a8u4)0

0 0U n0

*U 4t o

* U )-d

N 0

0000 0 .

' 0

0000C 4

*U )

0 0% 0

0

- H

U )

- ' 0

- H

- H

0 C D

- H

- H

o o 0

- -

_ 00 0 0 0 -

_ o 4

o 0 %

- H -

- o -

0 0

_

c o

0 4 0 0

- H - H

8 CS

0 0 --H - H

Nq _

U ) _

- H - H

. ~ ~ ~ ~ ~ ~

0 0 o

- H - H 0 0 0

0- H - H0 0 t-

-

H~ No-

o. _0w

. o00

._c4

E

4.)

0t

00 0

0

0 %

0

' 0

C S

0

U )

0

ko

0

U )

0

m

o

N

0

0

4 I00

N9 4

4

0

c o

e q C O

t-

0

00

. .0

0

( U

006zE

0 0 gi i 4

0 00r .

sr Q .4 -' - 0

E l Va B 4 i U 2a

a t m -A A t*

4

I

t


9/19

H O R M O N E - F U E LINTERRELATIONSHIPSDURINGFASTING

1 o oL

P U / m l

0

0 6I

0 6 0 1 2 0 I S 0 0 6 0 e o S oM I N U T E S

F I G .5 . I N D I V I D U A LL EV EL S O FSERUM IMMUNOREACTIVEINSULIN DURINGI V GLUCOSETOLERANCEI N EACH N O R M A LSUBJECT BEFORE ( L E F r ) AND AFTER( R I G H T )F A S T I N G .

G l u c o s et u r n o v e r .I n T a b l e V I I a r e l i s t e dt h e v a l u e sf r o m g l u c o s et u r n o v e r s t u d i e si n t h es i xn o r m a ls u b j e c t sa f t e rt h ef a s ta n d i n t h et w od i a b e t i c sb o t h b e f o r ea n d a f t e r . A l s o i n c l u d e df o r c o m p a r i s o na r e t h eg l u c o s es p a c e sa n d p o o ls i z e sc a l c u l a t e dw i t h b o t h g l u c o s e - G 4 Ca n d t h ei v

g l u c o s et o l e r a n c et e s t . T h e mean p o o ls i z eo ft h en o r m a l s ,b y i s o t o p ed i l u t i o n ,w a s 6 . 6g p e rm 2 b o d ys u r f a c e ;b y t h e i v g l u c o s et o l e r a n c e ,i tw a s 6 . 7g p e r m 2 b o d y s u r f a c e ,a s u r p r i s i n g l y

0 50 1 0 0

I R I y v U / m l

F I G .6 . L I N E A RREGRESSIONO F PLASMA G L U C O S E ANDSERUM I M M U N O R E A C T I V EINSULIN ( I R I ) F O R ,ALL SI X I VGLUCOSE TO L E R A N C ETESTS I N NORMAL SUBJECTS BEFOREAND A F T E R FASTING. B a r s i n d i c a t et h e 95 c o n f i d e n c el i m i t so f r e s p e c t i v ei n t e r c e p t son g l u c o s ea x i s .

g o o d a g r e e m e n t . G l u c o s e t u r n o v e r w a s q u i t ev a r i a b l e ,s u b j e c tN 3 h a v i n g t h eh i g h e s ta n d N 1t h el o w e s t .S u b j e c tN 3 l i k e w i s eh a d t h eh i g h e s tr a t eo f r e c y c l i n go f 3 3 o r 4 1 . 2g p e r m 2 p e rd a y ( 1 2 ) . T h i s s a m e i n d i v i d u a le x h i b i t e dt h eh i g h e s ta b s o l u t eg l u c o s et u r n o v e r a f t e rs u b t r a c -

t i o no f t h e a m o u n tr e c y c l e d ,8 4 g p e rm 2 p e r

d a y ,a n d ,a s e x p e c t e d ,t h eh i g h e s tn i t r o g e nl o s s( F i g u r e 8 ) .

T h e t w o d i a b e t i cs u b j e c t sw e r e i n d i s t i n g u i s h -a b l ef r o m t h en o r m a l sa f t e rt h ef a s te x c e p t f o rt h e l a r g e rg l u c o s ep o o li n s u b j e c t D 2 .T h e i rv a l u e s b e f o r ef a s t i n gc o m p a r et o t h o s ed e s c r i b e di n m i l d d i a b e t i c sw i t h t h i st e c h n i q u e( 1 1 ) . .

T o t a le n e r g yb a l a n c e .T a b l eV I I I s u m m a r i z e st h e e x t e n s i v ea n a l y s e so f m e t a b o l i cb a l a n c eo nt h e l a s t d a y i n a l l e i g h ts u b j e c t s .I n t h e t w on o r m a ls u b j e c t sw h o w e r e f o l l o w e dt h r o u g h o u tt h es t u d y ,4 d a y s w a s r e q u i r e df o rt h en o n p r o t e i nR Q t o f a l lt o 0 . 7 0 ,i n a g r e e m e n tw i t h t h e o b -s e r v a t i o n so f B e n e d i c to n h i ss i n g l es u b j e c t( 2 ) .I n t h e t w o d i a b e t i c s ,t h en o n p r o t e i nR Q f e l lt o0 . 7 0o n t h e f i r s td a y o f t h e f a s t a n d r e m a i n e da t o r b e l o wt h i sl e v e lt h r o u g h o u tt h es u c c e e d i n gd a y s .

T h e s u r p r i s i n ga g r e e m e n to f t o t a lc a l o r i e sc o n -s u m e db a s e d o n s u r f a c ea r e a b y t h es i x n o r m a ls u b j e c t si s p r o b a b l yf o r t u i t o u s .T h e s l i g h t l yh i g h e re n e r g yc o n s u m e db y D 1 a n d D 2 w a s p e r -

1 7 5 9

s o [


10/19

1 7 6 0 C A H I L L AND C O - W O R K E R SC

TA B L E V I

S e r u mi n s u l i na n d g r o w t hh o r m o n e

M i n u t e s

0 1 3 S 1 0

B e f o r ef a s t( d a y 0 )N o r m a l s( n = 6 ) I n s u l i n ,M A U / m l 1 4 i 2 7 8 : 1 :1 3 6 8 = 11 2 6 1d 1 0 5 8 i 8

i SEGH, m p t g / m i 0 . 3 0 . 3 0 i 0 0 . 2 3i : 0 . 2 3 0 . 2 i 0 . 2 1 . 4 1 . 1

D i a b e t i c sD 1 I n s u l i n ,u U / m l 3 0 * 2 6 2 5 2 3 2 7

GH, m u g / m l 3 . 3 4 . 3 * 2 . 8 * 3 . 2 * 3 . 1D 2 I n s u l i n ,M uU / m l 5 1 * 5 1 5 2 5 1 6 9

GH, m p z g / m l < 1 . 0 < 1 . 0 < 1 . 0 < 1 . 0 2 . 0

A f t e r f a s t( d a y 8 )N o r m a l s( n = 6 ) I n s u l i n ,, u U / m l 8 i 1 5 4 t 8 4 8 7 4 3 6 4 1 i 7

SEG H ,m p g / m l 3 . 4 1 . 3 2 . 64 : 0 . 5 2 . 0 0 . 7 0 . 9 0 . 4 1 . 6 0 . 7

D i a b e t i c sD i I n s u l i n ,M U / m l 2 4 * 3 9 3 5 3 3 3 4

GH, m p g / m l 4 . 4 2 . 0 2 . 0 1 . 6 2 . 2D 2 I n s u l i n ,M & U / m l 4 0 * 6 4 6 8 6 7 9 6 *

GH, m p g / m l 2 . 0 < 1 . 0 < 1 . 0 < 1 . 0 < 1 . 0

* > 3 S D f r o mmean o f n o r m a l s .t > 2 S D f r o mm e a n o f n o r m a l s .

h a p s d u et o a g r e a t e rd e g r e e o f a c t i v i t ya n d ,a l t h o u g hs i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n tf r o mt h en o r m a l s ,i s p r o b a b l yo f l i t t l ei m p o r t .T h e s a m e i s t r u eo f t h e l o w e r RQ o n t h e l a s t d a y o f s t u d y . I f

t h ed i s t r i b u t i o no f c a l o r i e si s c a l c u l a t e df r o m t h en i t r o g e nl o s sa n d t h e n o n p r o t e i nR Q , o n l yN 5e x p e n d e da n y c a r b o h y d r a t e ,a n d a g a i n ,t h ee r r o ro f t h em e t h o dp r e c l u d e sa n y s i g n i f i c a n c et o t h i s

a f t e rf a s t

b e f o r ef a s t

m u e s1 2 D 1 s o

F I G .7 . C O N C E N T R AT I O N SO F GROWTHH O R M O N EI N SERUMI N EACH N O R M A LS U B J E C TD U R I N GG L U C O S ET O L E R A N C ET E S T SB E F O R EANDA F T E RTH E P R O L O N G E DFA S T.


11/19


TA B L E V I

( G H )l e v e l s :i v G T Tb e f o r ea n d a f t e rf a s t

M i n u t e s

2 0 3 0 4 0 5 0

5 2 - 1 0 4 8 1 0 4 2 1 0 3 9 - 7

6 0

3 6 4 t 9

9 0

2 1 6

1 2 0

1 6 4

1 8 0

1 5 3

2 . 9 2 . 6 3 . 1 2 . 8 2 . 5 2 . 1 1 . 5: 1 . 2 3 . 1A 2 . 0 4 . 7 3 . 5 2 . 1A 1 . 3 2 . 6 0 . 9

3 01 . 4

9 81 7 . o t

3 1< 1 . 01 0 2

1 0 . 0

3 14 . 4

l o o t7 . 6 t

3 31 3 . 6 *

1 0 0 *6 . 4

3 11 8 . 4 *

1 0 6 *2 . 0

3 11 8 . 4

1 1 5 *< 1 . 0

3 41 5 . 0 *

1 0 2 *< 1 . 0

3 8 t1 . 0

6 8 *< 1 . 0

3 0 t 6 233 2 1 2 2 1 3

1 . 6 1 . 2 3 . 7 3 . 0 4 . 7 3 . 7 7 . 2 4 . 6

3 13 . 8

8 0 *< 1 . 0

2 72 5 . 4 t7 1 *

< 1 . 0

2 93 2 . 2 *7 0 *

< 1 . 0

3 03 9 . 0 t6 3 *

< 1 . 0

o b s e r v a t i o n .N e v e r t h e l e s s ,k n o w i n gt h ea p p r o x i -mate c o n t r i b u t i o no f l i p i dt o t h ef u e lc o n s u m e da n d a s s u m i n gt h a tg l y c e r o lc o m p r i s e sa b o u t 1 0 oo f l i p i dw e i g h t ,o n e c a n c a l c u l a t et h e g l y c e r o lm o b i l i z e df r o ma d i p o s ed e p o t s .S i n c et h i si t o i e t yc a n b e r e a d i l yi n c o r p o r a t e di n t o g l u c o s e ,t h en o n g l y c e r o ls y n t h e s i so f g l u c o s ec a n b e c a l c u l a t e df r o mt h ev a l u e o b t a i n e df r o mT a b l e V II ,n a m e l y ,t h eg l u c o s et u r n o v e r m i n u st h eamoun t r e c y c l e d .

2 2 2

1 0 . 9 4 . 4

2 82 2 . 06 4 *

< 1 . 0

2 0 t3 2 0 3 1 7 1

9 . 7 3 . 0 6 .12 .0 j 1 . 2 0 . 7

3 11 6 . 08 6 *

< 1 . 0

3 28 . 4

7 1 *< 1 . 0

33 *0

8 2 *< 1 . 0

T h e mean i s 5 5 + 6 g pe r m2 p er d a y ,a n d t h etwo d i a b e t i cs u b j e c t sf a l lw e l lw i t h i n t h en o r m a lr a n g e .

U r i n a r y e x c r e t i o n .C o m p o n e n t sm e a s u r e di nt h eu r i n ea re s u m m a r i z e di n T a b l e I X . N i t r o -g en e x c r e t i o n( F i g u r e 8 ) rose f r o m t h e s e c o n do r t h i r d d a y ,p e a k e don t h ef o u r t hd a y ,a n d t h e nd e c l i n e d ,p a r a l l e lt o t h e r i s e a n d f a l l i n s e r u murea n i t r o g e n( Ta b l e I I I ) . C r e a t i n i n ee x c r e t i o n

TABLE V I I

G l u c o s em e t a b o l i s m( d a y8 )

G l u c o s ep o o l G l u c o s es p a c e [ T u r n -o v e r-

1 C i v G T T 1 4 C i v G T T 1 4 C i v G T T T u r n o v e r R e c y c l e r e c y c l e ]

g g / m 2 b o d yw t / m i n m g / k g / h r g / m 2 / m g / k g / h r g / m 2 / g / m /

~ ~~~~~~~~~~day a y d a yN o r m a l s( a f t er f a s t)

N i 9 . 9 1 2 . 3 5 . 5 6 . 8 2 4 . 6 2 7 . 0 0 . 7 9 9 6 7 . 1 6 3 1 0 . 0 6 . 7 6 . 3 5 7N i 11 . 1 1 1 . 3 5 . 5 5 . 6 2 4 . 7 2 3 . 0 0 . 9 7 8 8 2 . 2 7 8 1 6 . 0 1 3 . 2 1 2 . 5 6 6N a 1 4 . 4 1 3 . 7 7 . 7 7 . 7 3 9 . 6 3 0 . 5 1 . 1 3 6 1 4 3 . 0 1 2 5 3 3 . 0 4 7 . 2 4 1 . 2 8 4N 4 i 1 6 . 8 1 3 . 6 8 . 0 6 . 5 3 5 . 0 2 6 . 4 0 . 7 9 5 9 0 . 6 8 2 3 2 . 0 2 9 . 0 2 9 . 5 6 3N6 11 . 3 11 . 6 6 . 8 7 . 0 3 2 . 8 3 1 . 6 0 . 8 4 9 9 6 . 8 8 3 1 9 . 0 1 8 . 4 1 5 . 8 6 7Ns 1 1 . 3 11 . 8 6 . 2 6 . 5 3 3 . 6 2 5 . 6 0 . 7 6 0 7 7 . 5 6 8 2 6 . 0 2 0 . 2 1 7 . 7 5 0

M e a n 6 . 6 6 . 7 3 1 . 7 2 7 . 4 0 . 8 8 6 9 2 . 9 8 5 2 2 . 7 2 2 . 5 2 0 . 5 6 4SE 4 1 0 . 5 4 0 . 2 4 2 . 5 4 1 . 3 0 . 0 5 9 41 0. 9 49 3 . 7 5.8 5 . 2 4 . 7

D i a b e t i c sDi ( b e f o r ef a s t ) 3 3 . 1 2 1 . 8 1 6 . 5 1 0 . 9 4 5 . 6 3 4 . 4 0 . 7 2 6 1 9 2 . 9 1 7 3 1 5 . 0 2 8 . 8 2 6 . 0 1 4 7Di ( a f t e rf a s t ) 1 5 . 5 1 3 . 0 8 . 0 6 . 7 3 5 . 8 3 1 . 2 0 . 7 8 7 1 0 3 . 9 9 0 2 2 . 0 2 2 . 9 1 9 . 8 7 0D2 ( b e f o r ef a s t ) 3 6 . 8 2 2 . 6 1 7 . 5 1 0 . 8 3 2 . 3 2 6 . 6 0 . 7 1 3 1 6 7 . 0 1 8 0 2 8 . 0 4 6 . 8 5 0 . 3 1 3 0D2 ( a f t e rf a s t ) 2 1 . 0 1 3 . 5 11 . 3 * 6 . 6 3 1 . 4 2 1 . 2 0 . 6 1 6 8 8 . 7 9 1 3 2 . 0 2 8 . 4 2 9 . 1 6 2

* > 3 SD f r o mm e a n o fn o r m a l s( a f t e rf a s t ) . N o v a l u e swere f o u n db e t w e e n2 a n d 3 S D f r o mt h e mean o fn o r m a l s .

1 7 6 1


12/19

C A H I L L AND CO-WORKERS

8

g m * 6

4

2

A

0

0

1 2 3 4 5 6 7 8D AY S

F I G . 8 . U R I N A R YN I T R O G E NE X C R E T I O NI N NORMAL SUBJECTS D U R I N GTO TA LFASTING. T h e r e i s a s i g n i f i c a n ti n c r e a s eo n d a y s 4 a n d 5 i n a l l s u b j e c t swhen c o m p a r e dt o d a y s2 a n d 8 .

TABLE V I I I

E n e r g ym e t a b o l i s m( d a y 8 )

C a l o r i cd i s t r i b u t i o nN o n p r o t e i n G l u c o s e N o n g l y c e r o l

T o t a l r e s p i r a t o r y C a r b o - E s t i m a t e d [ t u r n o v e r - g l u c o s ec a l o r i e s q u o t i e n t F a t h y d r a t e P r o t e i n g l y c e r o l r e c y c l e J s y n t h e s i s

g / m 2 / d a y g / m ' / d a y g / m 2 / d a yN o r m a l s

Ni 1 , 1 6 0 0 . 7 0 5 1 , 0 0 3 0 1 3 7 1 0 . 7 5 7 4 6N2 1 1 1 0 0 . 7 0 0 9 2 2 0 1 8 0 9 . 8 6 6 5 6Na 1 , 1 0 0 0 . 6 5 6 9 4 0 0 1 7 8 1 0 . 0 8 4 7 4N4 1 , 1 0 0 0 . 7 0 5 9 7 5 0 1 3 5 1 0 . 4 6 3 5 3N a 1 , 0 4 0 0 . 7 3 0 8 1 0 7 4 1 3 9 8 . 6 6 7 5 8N o 1 , 1 0 0 0 . 7 0 6 9 8 0 0 1 3 4 1 0 . 4 5 0 4 0

M e a n 1 SE 1 , 1 0 0 1 1 6 0 . 7 0 0 4 0 . 0 0 9 9 3 8 1 2 7 1 2 4 1 1 1 5 0 4 9 1 0 . 0 4 0 . 3 6 4 : 5 5 5 1 6

D i a b e t i c sDi 1 , 2 1 0 0 . 6 4 1 , 0 7 0 0 1 3 6 11 . 4 7 0 5 9D2 1 , 2 0 0 0 . 6 4 1 , 0 6 0 0 1 4 5 1 1 . 3 6 2 5 1

TABLE IX

U r i n a r ye x c r e t i o ni n t h e s i xn o r m a ls u b j e c t s

D a y s

1 2 3 4 5 6 7 8

/ m 2 / d a yN i t r o g e n ,g 6 . 4 1 :0 . 3 2 5 . 94 0 . 2 5 6 . 1: 1 0 . 4 3 7 . 24 10 . 2 8 6 . 6 : 1 0 . 3 5 6 . 34 0 . 3 7 5 . 74 : 0 . 3 5 5 . 54 10 . 3 0C r e a t i n i n e ,m g 9 4 84 : 4 3 9 3 5 41 6 8 7 5 4 4 4 9 4 21 : 1 8 9 0 21 1 8 9 1 2 4 1 5 8 9 8 A : 2 5 8 8 5 4 2 4U r i c a c i d , m g 4 2 2 4 2 3 3 1 8 4 1 9 1 7 6 4 - 3 2 1 1 2 1 20 1 0 2 4 1 6 1 3 4 1 1 6 1 5 3 4 2 0 1 3 6 L 1 6p - H y d r o x y b u t y r a t e ,m m o l e s 0 . 0 1 4 4 0 . 0 1 0 0 . 1 2 + 0 . 0 7 6 . 64 12 . 5 1 9 . 3 4 . 9 3 0 . 2 - 4 -6 . 7 3 7 . 8 + 6 . 7 3 8 . 8 + 7 . 8 4 1 . 0 + 5 . 9A c e t o a c e t a t e ,m m o l e s 0 . 0 2 5 4 : 0 0 . 2 7 1 : 0 . 0 91 . 6 74 10 . 2 8 5 . 4 : 1 : 0 . 9 7 5 . 4 1 :0 . 8 5 . 94 10 . 7 5 . 34 10 . 9 5 . 8: 4 1 0 . 4S o d i u m ,m m o l e s 8 2: 1 1 4 9 + 9 3 7 : 7 3 0 4 9 1 9 + 4 1 1 + 2 7 : 1 6 4 1P o t a s s i u m ,m m o l e s 3 7 45 3 2 + 1 2 0 41 2 5 11 2 7 :2 2 5 + 1 2 2 41 2 1 1 11 7 - H y d r o x y c o r t i c o i d s ,m g 3 . 34 10 . 0 6 3 . 2+ 0 . 0 4 3 . 74 10 . 5 3 . 64 10 . 3 3 . 6 - 4 :0 . 3 3 . 3 + 0 . 2 3 . 24 10 . 4 2 . 8 :0 . 21 7 - K e t o s t e r o i d s ,m g 8 . 9: 4 :1 . 7 1 0 . 2: 1 :2 . 5 7 . 64 : 1 . 4 6 . 14 11 . 1 5 . 8+ 1 . 1 5 . 5+ 1 . 3 5 . 14 - 1 . 2 4 . 6+ 1 . 0

1 7 6 2


13/19


TABLE X

U r i n a r yc l e a r a n c e si n t h es i xn o r m a ls u b j e c t s

Days

1 2 3 4 5 6 7 8

L p l a s m a / m ' / d a yU r e a 4 8 i 5 4 2 2 4 3 2 4 6 2 4 2 3 4 4 1 4 2 1 3 7 1C r e a t i n i n e 9 4 6 9 3 4 8 7 7 8 9 6 8 2 6 8 3 6 8 7 1 0 7 6 t 7U r i c a c i d 6 . 7 0 . 4 4 . 4 0 . 2 2 . 1 0 . 3 1 . 0 0 . 1 0 . 9 0 . 1 1 . 1 0 . 1 1 . 1 0 . 1 1 . 0 0 . 10 - H y d r o x y b u t y r a t e1 . 0 1 . 2 0 . 8 0 . 4 5 . 8 0 . 2 9 . 3 t2 . 0 1 1 . 0 2 . 0 1 2 . 4 2 . 0 1 1 . 3 2 . 0 1 1 . 0 1 . 4A c e t o a c e t a t e 0 . 7 0 . 5 3 . 0 1 . 0 5 . 2 0 . 9 9 . 3 1 . 2 7 . 3 0 . 9 7 . 2 0 . 5 5 . 8 0 . 8 5 . 7 0 . 6

d e c l i n e ds l i g h t l y.f i - H y d r o x y b u t y r a t ea n d a c e t o -a c e t a t ei n c r e a s e da s e x p e c t e d .I t i s n o t e w o r t h yt h a tt h ef i n a lr a t i oo f1 8 - h y d r o x y b u t y r a t et o a c e t o -a c e t a t ew a s g r e a t e rt h a n t h a ti n s e r u m . S o d i u ma n d p o t a s s i u me x c r e t i o n , p a r t i c u l a r l yt h e f o r m e r ,d e c r e a s e di n s p i t eo f r e p l a c e m e n to f 8 t o 9 m Eqs o d i u mp e r m 2 p e r d a y d u r i n g t h e l a s t 3 d a y s .T h i s d e c r e a s ew a s u n d o u b t e d l yd u e t o v o l u m ed e -p l e t i o na c c e n t u a t e db y t h ed a i l yp h l e b o t o m y .U r i -n a r y p o t a s s i u m s h o w e d a t r a n s i e n ti n c r e a s ep a r a l l e lt o t h er i s ea n d f a l li n n i t r o g e nl o s s ,b u t1 d a y l a t e r .

T a b l e X s u m m a r i z e sc l e a r a n c ed a t af o r e a c h2 4 - h o u rp e r i o du s i n gt h em e a no f t h ei n i t i a la n d

1 0

g / m 2 *

6

4 1

2

f i n a l p l a s m a l e v e lf o r c a l cu l a t i on .U r e a a n dc r e a t i n i n ec l e a r a n c e sw e r e e s s e n t i a l l yu n c h a n g e d ,e x c e p t f o r t h ef i n a ld a y w h e nt h e r ew a s a d e -c r e a s ei n b o t h . A s m e n t i o n e da b o v e ,t h i s wa sp r o b a b l yd u e t o v o l u m ed e p l e t i o ns e c o n d a r yt ob l o o d s a m p l i n g .U r i c a c i dc l e a r a n c ef e l lf o r 3d a y s t h e nr e m a i n e ds t a b l e . T h e s e d a t a a g r e ec l o s e l yw i t h t h o s eo f G o l d f i n g e r ,K l i n e n b e r g ,a n dS e e g m i l l e r ( 3 6 ) ,w h o m e a s u r e du r a t e c l e a r a n c ea f t e ri n f u s i o no f a c e t o a c e t a t eo r P - h y d r o x y b u t y -r a t e .

E x c r e t i o nd a t ao n t h et w o d i a b e t i cs u b j e c t sa r e

6 0 c

DIABETICS* , A

1s oI

40

m r w m 2 / d o y

2 0

O 2 3 4 5 6 7 8

D AY S

D I A B E T I C S - , A

A A

A 2S D

o 1 2 3 4 5 6 7 8

D AY SF I G .9 . U R I N A R YNITROGEN EXCRETION O F TH E TWO

D I A B E T I CS U B J E C T S( A A N D + ) S U P E R I M P O S E DON TH E F I G . 1 0 . URINARYPOTASSIUMEXCRETIONO F THE TWOM E A NVA L U E SO F TH E S I X N O R M A LS U B J E C T S + 2 S D O F D I A B E T I CS U B J E C T SSUPERIMPOSEDO N THE MEAN VALUESTH E MEAN. O F S I X N O R M A LS U B J E C T S 2 SD OF THE M E A N .

1 7 6 3


14/19


e s s e n t i a l l yi n d i s t i n g u i s h a b l ef r o mt h en o r m a ls u b -j e c t se x c e p t f o r a s l i g h t l y g r e a t e rd e g r e eo f k e -t o n u r i ao n d a y 1 , i n a g r e e m e n tw i t h t h eh i g h e rb l o o d k e t o n e l e v e l s . I n F i g u r e s 9 a n d 1 0 a r ep l o t t e dm e a nu r i n a r yn i t r o g e na n d p o t a s s i u md a t a+ 2 SD f o rt h en o r m a l sw i t hv a l u e sf o rD 1 a n dD 2 . T h e d i a b e t i c sa p p e a r e dt o c o n s e r v e t h e s et w o m o i e t i e st o a g r e a t e rd e g r e et h a n d i d t h en o r m a l s ,b u t t h e s a m e i n c r e a s e sa n d d e c r e a s e sw e r e n o t e d a s i n t h en o r m a ls u b j e c t s .N o s i g -n i f i c a n c ec a n b e p r e s e n t l ya t t a c h e dt o t h e s ed i f -f e r e n c e sd u e t o t h e f e w s u b j e c t ss t u d i e d .

D i s c u s s i o n3

I n s u l i na n d g l u c o s e .S e v e r a l s t u d i e sh a v e i n -d i c a t e dt h a ti m m u n o r e a c t i v ei n s u l i ni s e i t h e ru n -

c h a n g e d ,u n m e a s u r a b l e ,o r p r e s e n t i n v e r y l o wc o n c e n t r a t i o n si n t h ec i r c u l a t i o n o ff a s t i n gm a n( 3 7 - 4 1 ) .T h a t l o w ,b u t p h y s i o l o g i c a l l ys i g n i f i -c a n t ,c o n c e n t r a t i o n so f i n s u l i na r e p r e s e n t i s s u g -g e s t e db y e x p e r i m e n t si n a n i m a l si n w h i c h t h ea d m i n i s t r a t i o no f i n s u l i na n t i b o d y( 4 2 ,4 3 ) o ra c u t ep a n c r e a t e c t o m y( 4 4 )i n d u c e dm a r k e dh y -p e r g l y c e m i a ,k e t o a c i d o s i s ,a n d d e a t h . I n t h ep r e s e n ts t u d y ,t h ea s s a y w a s s p e c i f i c a l l ym a n i p u -l a t e dt o p r o d u c e o p t i m a ld i s c r i m i n a t i o na t i n -s u l i nc o n c e n t r a t i o n si n t h e v i c i n i t yo f 1 0 / A Up e r m l ; h e n c e ,t h el o w b u t s t r i k i n g l yu n i f o r mi n -s u l i nl e v e l si n t h es i xs u b j e c t sa n d t h ec l o s ec o r -r e l a t i o nb e t w e e n i n s u l i na n d g l u c o s el e v e l ss t r o n g l ys u g g e s t t h e e x i s t e n c eo f a f i n e l yr e g u -l a t e dm e t a b o l i cs y s t e m .O n e may a l s oc o n c l u d et h a tt h el o w l e v e lo f i n s u l i ni n a l ll i k e l i h o o dd o e sn o t m o d u l a t eg l u c o s ec o n c e n t r a t i o nb y r e g u l a t i n go u t f l o wt o t h e t i s s u e s ,s i n c eg l u c o s et u r n o v e rs t u d i e si n d i c a t et h a tn e a r l ya l l t h eg l u c o s ep r o -d u c e di s p r o b a b l yu t i l i z e db y t i s s u e sn o t s e n s i t i v et o i n s u l i n ,v i z . ,b r a i n( 4 5 ,4 6 ) .

I f w e , t h e r e f o r e ,a c c e p tt h ev i e w t h a tt h er o l eo f i n s u l i nd u r i n ga f a s ti s t o m o d u l a t et h ei n f l o wo fg l u c o s ei n t ot h eb l o o d s t r e a m ,we m u s t t h e n a s khow i n s u l i na c c o m p l i s h e st h i s . I t h a sb e e n d e m -o n s t r a t e di n b o t h e x p e r i m e n t a la n i m a l sa n d m a nt h a t t h e c o n t i n u o u si n v i v oi n f u s i o no f s m a l lp h y s i o l o g i ca m o u n t so f i n s u l i nc a u s e sa d i m i n i s h e di n f l o wo f g l u c o s ei n t o t h e b l o o d ( 4 7 - 5 1 ) .

3 T h e a u t h o r sh a v e c h o s e nt o d i s c u s so n l y s o m ea s p e c t so f t h i ss t u d yi n o r d e r t o c o n s e r v es p a c ea n d t o l i m i tt h ea l r e a d y l e n g t h yb i b l i o g r a p h y .

W h e t h e rt h i s r e p r e s e n t sa d i r e c to r i n d i r e c te f -f e c to n t h e l i v e ri s a n o t h e r p r o b l e m . E x p e r i -m e n t s u s i n g p er f u s edl i v e rp r e p a r a t i o n so r s l i c e sh a v e b e e n i n c o n s i s t e n ti n d e m o n s t r a t i n ga n e f f e c to f i n s u l i no n g l u c o s eu t i l i z a t i o no r p r o d u c t i o na tp h y s i o l o g i c a li n s u l i nc o n c e n t r a t i o n s( 4 7 ) . T h er e c e n tf i n d i n go f a h e p a t i cg l u c o s ep h o s p h o t r a n s -f e r a s e ,g l u c o k i n a s e ,w h o s ea c t i v i t yi n c r e a s e sa f t e ri n s u l i na d m i n i s t r a t i o no r c a r b o h y d r a t ef e e d i n ga n d d e c r e a s e sw h e ni n s u l i ni s d e f i c i e n to r l a c k -i n g ( 5 2 - 5 4 ) a l s os u g g e s t st h a ti n s u l i nm a y d i -r e c t l ya f f e c tt h e l i v e r . T h i s e n z y m e ,h o w e v e r ,s e e m st o h a v en e g l i g i b l ea c t i v i t yi n c e r t a i ns p e c i e s ,i n c l u d i n gh u m a n s( 5 5 ) .

T h e e v i d e n c ep o i n t i n gt o a n i n d i r e c te f f e c to fi n s u l i no n 't h e l i v e rh a sb e e n m o r e s u b s t a n t i a l .

S e v e r a li n v e s t i g a t o r sh a v e s h o w nt h a ti n c r e a s i n gt h e c o n c e n t r a t i o no f e i t h e ra m i n oa c i do r l a c t i ca c i dt o l e v e l sw e l la b o v e t h o s ea c h i e v e di n v i v o( 5 6 ,5 7 ) o r i n c r e a s i n gf r e ef a t t ya c i d( 5 8 - 6 0 )i n t h e m e d i u mp e r f u s i n ga n i s o l a t e dr a t l i v e rc a u s e sa n a l m o s ti m m e d i a t ei n c r e a s ei n n e tg l u c o s ep r o d u c t i o n .T h i s s u g g e s t st h a tf u e lp r e s e n t a t i o nr a t h e rt h a na d i r e c te f f e c to f i n s u l i nmay b e am o r e i m p o r t a n tf a c t o ri n m i n u t e - t o - m i n u t eg l u -c o s ep r o d u c t i o n .T h i s h y p o t h e s i sw a s c l e a r l yr e v i e w e da n d e n f o r c e d b y L e v i n e a n d F r i t z1 0y e a r s a g o ( 6 1 ) .

E v i d e n c e t h a t i n s u l i n ,i n t h e c o n c e n t r a t i o n sf o u n d d u r i n g a p r o l o n g e df a s t ,m a y c o n t r o lt h ef l o wo f t h e s ep e r i p h e r a l l ys t o r e df u e l st o t h el i v e ri s q u i t es t r o n g .F a i n ,K o v a c e v, a n dS c o w( 6 2 )a n d K i p n i s ( 6 3 )h a v e r e c e n t l yd e m o n s t r a t e dt h ee x q u i s i t es e n s i t i v i t yo f a d i p o s et i s s u el i p o l y t i ca c -t i v i t y t oi n s u l i nb y s h o w i n gt h a tc o n c e n t r a t i o n si n t h er a n g e o f 1 j u Up e r m l c a n i n h i b i tt h e r e -l e a s eo ff r e ef a t t ya c i d sa n d g l y c e r o lf r o ma d i p o s et i s s u es t i m u l a t e db y v a r i o u sh o r m o n e s . I n a d d i -t i o n ,R e i c h a r dh a so b t a i n e dt h i se f f e c tw i t h c o n -

c e n t r a t i o n so f i n s u l i ne v e n b e l o w

t h i ss u b p h y s i o -l o g i cl e v e l( 6 4 ) . I n a s i m i l a rw a y , M a n c h e s t e ra n d Y o u n g( 6 5 )d e m o n s t r a t e dt h a tt h eb a l a n c eo f a m i n oa c i da n d m u s c l ep r o t e i ni s a l t e r e db ya c o n c e n t r a t i o no f i n s u l i nc l o s et o t h a t f o u n di n m a n b y t h e i m m u n o a s s a yt e c h n i q u e .M o r er e c e n t l yS m i t h a n d L o n g ( 6 6 ) h a v e d i r e c t e da t t e n t i o nt o t h e r o l eo f t h ei n t e r p l a yo f i n s u l i na n d g l u c o c o r t i c o i d si n t h e c o n t r o lo f l e v e l so fc i r c u l a t i n ga m i n oa c i d s .I n s u m m a r y ,i t a p p e a r st h a t d u r i n g f a s t i n ga l o w b u t f i n e l yr e g u l a t e d

1 7 6 4


15/19


c o n c e n t r a t i o no f i n s u l i nm a y m o d u l a t es u b s t r a t ed e l i v e r yt o t h el i v e ra n d t h u s i n d i r e c t l yt h ec o n -c e n t r a t i o no f g l u c o s ei n c i r c u l a t i n gf l u i d s . T h es i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sa n d t h e l i n e a rr e g r e s s i o no f g l u c o s e a n d i n s u l i nc o n c e n t r a t i o n ss u p p o r t t h i sh y p o t h e s i s .S i m p l y ,a f a l li n b l o o dg l u c o s ed u e t o u t i l i z a t i o nb y g l u c o s e - d e p e n d e n tt i s s u e sw o u l d b e a s s o c i a t e dw i t h a d e c r e a s ei ni n s u l i n ,a n d t h i s ,i n t u r n ,w o u l dr e s u l t i nr e l e a s eo f f r e ef a t t ya c i df r o ma d i p o s et i s s u ea n d p e r h a p sa m i n oa c i df r o mm u s c l e . I n c r e a s e dg l u c o n e o g e n e -s i sb y l i v e rw o u l dr e s u l t ,f o l l o w e db y r e p l e n i s h -m e n to f b l o o dg l u c o s ea n d t h e n a n i n c r e a s ei n i n -s u l i n .F i n a l l y ,t h ed e c r e a s ei n i n s u l i nw o u l ds h u to f ft h er e l e a s eo f f u e lf r o m t h ep e r i p h e r a ld e p o t s ,a n d t h ef e e d b a c kl o o pw o u l dt h u sb e c o m p l e t e d .

G r o w t hh o r m o n e . T h e f i n d i n go f a n i n c r e a s e dl e v e lo f g r o w t hh o r m o n ed u r i n gf a s t i n gh a s b e e nw e l ld o c u m e n t e d( 4 1 , 6 7 - 7 0 ) a n d w a s a g a i nc o r r o b o r a t e db y t h i s s t u d y . O f i n t e r e s t ,h o w -e v e r ,w a s t h eg r e a tv a r i a b i l i t y i ng r o w t hh o r m o n el e v e l s ,s o m e s u b j e c t ss h o w i n gn o e l e v a t i o na n do t h e r sa m a r k e de l e v a t i o nd u r i n gt h ef a s t . T h ei n d i v i d u a lr e s p o n s e sa f t e ra n i v g l u c o s ei n f u s i o nb o t h b e f o r ea n d a f t e rt h et e s t a r e s i m i l a r l yd i f f i -c u l tt o i n t e r p r e t .T h i s m a r k e di n c o n s i s t e n c yi ng r o w t hh o r m o n el e v e l sc a s t ss o m e d o u b to n i t si m p o r t a n c ea s a m e t a b o l i c r e g u l a t o rd u r i n g f a s t -i n g . O t h e r s t u d i e sh a v e s h o w nt h e f a s t i n gr e -s p o n s eo f g r o w t hh o r m o n ei n p i g st o b e m i n i m a la n d i n s h e e pt o b e a b s e n t( 7 1 ) .

G l u c o s et o l e r a n c et e s t s . I n t h eg l u c o s et o l e r -a n c e t e s t sb e f o r et h e f a s t ,t h e r ew a s a p r o m p ti n s u l i nr e s p o n s e ,t h e h i g h e s tl e v e l so c c u r r i n gw i t h i n1 m i n u t e o f t h e e n d o f t h e g l u c o s ei n -f u s i o n .A f t e r t h ef a s t ,t h e r ew a s s t i l la p r o m p ti n s u l i nr e s p o n s eb u t o f a l e s s e rm a g n i t u d e .T h er e g r e s s i o n so f i n s u l i na n d g l u c o s ed e m o n s t r a t ead i m i n i s h e dt h r e s h o l do f s e n s i t i v i t yt o g l u c o s ew i t ha n i n c r e a s e dt h e o r e t i c a li n t e r c e p to f g l u c o s ec o n -c e n t r a t i o na t w h i c h i n s u l i nc o n c e n t r a t i o ni s 0( F i g u r e 6 ) . H o w e v e r ,t h es e n s i t i v i t yo f i n s u l i nr e l e a s et o g l u c o s ea b o v e t h i s e l e v a t e dt h r e s h o l dd o e s n o t a p p e a r t o b e l e s si n t h i ss m a l ls e r i e so fs u b j e c t s .F a t t y a c i d sd e c r e a s e df r o m t h e i rh i g hl e v e l s ,b u t r e m a i n e dm a r k e d l ye l e v a t e df o r e a c hl e v e lo f g l u c o s eo r i n s u l i nc o n c e n t r a t i o n ,s u g g e s t -i n ga d i m i n i s h e ds e n s i t i v i t yo f a d i p o s et i s s u ea ,a ' t r i g l y c e r i d el i p a s et o i n s u l i n[ a s s u m i n gt h i s t ob e t h e r a t e - l i m i t i n ge n z y m ei n t r i g l y c e r i d el i p o -

l y s i sa n d f a t t ya c i dr e l e a s e( 7 2 )] . One a l s oc o u l d e x p l a i nt h i sf i n d i n gb y a r e l a t i v ed e c r e a s ei na d i p o s et i s s u er e - e s t e r i f i c a t i o nr a t eo r f r e ef a t t ya c i dr e m o v a lb y p e r i p h e r a lt i s s u e s ;t h e s ep r o c -e s s e sc a n n o t b e i n c l u d e do r e x c l u d e d b y t h ed a t aa t h a n d ,b u t a p p e a r l e s sl i k e l y.

A s e x p e c t e d , t h eg l u c o s e l o a dw a s r e m o v e da ta g r e a t l yd i m i n i s h e dr a t e a f t e rt h e f a s t . O u rd a t ad o n o t p e r m i tu s t o d i s c e r nc l e a r l yb e t w e e nf a i l u r eo f g l u c o s eu p t a k e a n d f a i l u r et o i n h i b i tg l u c o s eo u t f l o wi n t o t h e c i r c u la t i o n ;h o w e v e r ,r o u g hc a l c u l a t i o n si n d i c a t et h a t t h ee n t i r ef a l li nb l o o d g l u c o s eb e t w e e n2 0 a n d 6 0 m i n u t e s w a sd u e t o g l u c o s u r i a .T h i s 'm u s t b e r e g a r d e d a so n l y a c r u d e a p p r o x i m a t i o n ,h o w e v e r ,a s a c c u -r a t es e q u e n t i a lu r i n ec o l l e c t i o n sw e r e n o t m a d ed u r i n g t h i ss h o r tp e r i o d .I n a n y e v e n t ,t h ee f -f e c t i v e n e s so f t h er e l e a s e di n s u l i no n g l u c o s em e t a b o l i s mw a s m a r k e d l yd e c r e a s e d a f t e r t h ef a s t . C o n c e i v a b l y ,t h i s m i g h t b e s e c o n d a r yt ot h eh i g h e rl e v e l so f f r e ef a t t ya c i db l o c k i n gt h ep e r i p h e r a lu p t a k eo f g l u c o s e( 7 3 ) ,o r c o n t i n u i n gt o a u g m e n tg l u c o n e o g e n e s i sa n d g l u c o s er e l e a s eb yt h e l i v e r ,o r b o t h . U n f o r t u n a t e l y ,g l u c o s es p e -c i f i ca c t i v i t yw a s n o t s e q u e n t i a l l yf o l l o w e dd u r i n gt h eg l u c o s et o l e r a n c et e s t . W h a t e v e rt h ec a u s e ,h o w e v e r ,i t i s e v i d e n tt h a tt h er a p i dp h y s i o l o g i cm e c h a n i s mf o rr e c o g n i z i n ga n d c o r r e c t i n gh y p e r -g l y c e m i ai s i n e f f e c t i v ea f t e ra p r o l o n g e df a s t .

G l u c o s e t u r n o v e r .A t t h e e n d o f t h ef a s t ,c a l c u l a t e dg l u c o s et u r n o v e r a c c o u n t e df o r o n l yo n e - f o u r t ho f t h e t o t a lc a l o r i e se x p e n d e d ,a n de v e n t h i sl o w f i g u r ea s s u m e st h a ta l l t h eg l u c o s en o t r e c y c l e dw a so x i d i z e dt o C O 2 . I f o n e a c c e p t st h ep u b l i s h e dd a t ao n c e r e b r a lg l u c o s eu t i l i z a t i o n( 4 5 ,4 6 ) ,t h i st h e o r e t i c a lq u a n t i t yi s b a r e l ya d e -q u a t e t o s u p p l yt h ec e n t r a ln e r v o u ss y s t e m .S i n c ee r y t h r o c y t e s( 7 4 ) ,r e n a lm e d u l l a( 7 5 ) ,a n d p r o b -a b l yc e r t a i no t h e rt i s s u e ss u c h a s b o n e m a r r o w

a r e a l s op r e d o m i n a n t l yg l y c o l y t i ca n d m a y a c -c o u n t f o rt h e2 0 g p e r m 2 p e r 2 4 h o u r s r e c y c l e dv i a l a c t a t ea n d p y r u v a t e ,i t w o u l da p p e a r t h a tv e r y l i t t l ei f a n y g l u c o s ei s a v a i l a b l ef o r o t h e rt i s s u e s .T h i s o n c e a g a i n -e m p h a s i z e st h e r o l eo ff a t t ya c i d sa n d a c e t o a c e t i ca n d / 3 - h y d r o x y b u t y r ia c i d sa s t h e p r e d o m i n a n tf u e l si n t h e f a s t i n gs t a t e ,p e r h a p se v e n f o rb r a i n( s e eb e l o w ) .

T h e s es t u d i e sa l s op o i n to u t s e v e r a ld i s c r e p a n -c i e s i n o u r p r e s e n t c o n c e p t s o f g l u c o s em e t a b -o l i s m d u r i n gf a s t i n g .F o r o n e ,e v e n i f a l l t h e

1 7 6 5


16/19


n i t r o g e ni n t h eu r i n e o r i g i n a t e df r o m g l u c o g e n i ca m i n o a c i d s ,t h e s ew o u l d a c c o u n t f o r a t h e o -r e t i c a lmaximum i n o u r s u b j e c t so f a p p r o x i -m a t e l y2 5 g p e r m 2 p e r d a y o f g l u c o s e ,w h i c h ,a d d e dt o t h e r e c y c l e dm o i e t yo f2 0 . 9g p e r m 2p e rd a y a n d t h e a m o u n td e r i v e df r o m g l y c e r o l( 1 0g p e r m 2 p e r d a y ) ,w o u l dp r o v i d ea t o t a lo f 5 5g p e r m 2 p e r d a y ,f a r s h o r to f t h e8 5 g p e r m 2p e r d a y c a l c u l a t e df r o mt h ei s o t o p es t u d i e s .T h i sd i s a g r e e m e n to r f a c t i t i o u s l yh i g ht u r n o v e ri s c o m -p a t i b l ew i t h e x c h a n g eo f l a b e l e dg l u c o s ew i t hc a r b o h y d r a t ei n g l y c o p r o t e i n( 7 6 )o r i n g l y c o g e ne n d g r o u p s ( 7 7 ) . T h e g l u c o s ec o m b u s t e dw o u l dt h e n b e f a r l e s st h a n t h a t c a l c u l a t e db y t h et u r n -o v e r d a t a . O t h e r s t u d i e s ,u s i n gg l u c o s e - 1 4 Ct u r n o v e r ,a r e a c c o r d i n g l ys u s p e c t .

S u b j e c t sf a s t e df o r m o r e p r o l o n g e dp e r i o d so f t i m e e x h i b i te v e n a f u r t h e rr e d u c t i o ni n n i t r o -g e n l o s st o v a l u e sa p p r o x i m a t i n g1 g p e r d a y( 7 8 ) ,t h e r e b yp r o v i d i n ge v e n l e s sp r e c u r s o rf o rg l u c o n e o g e n e s i s .A l o s so f n i t r o g e nb y r o u t e so t h e rt h a n u r i n ei s a p o s s i b i l i t y,a n d r e c e n ts t u d -i e s o f r e s p i r a t o r yn i t r o g e ne x c h a n g eh a v e b e e ns u g g e s t i v e( 7 9 ) ;h o w e v e r ,t h ed e t a i l e da n d c o m -p l e t eb a l a n c es t u d i e sp e r f o r m e do n e x p e r i m e n t a la n i m a l sa t t h et u r n o f t h ec e n t u r ys e e m i n g l ye x -c l u d en o n u r i n a r ya n d n o n f e c a ll o s so f n i t r o g e no t h e rt h a n a v e r y s m a l lq u a n t i t yi n d e s q u a m a t e di n t e g u m e n t( 8 0 ) . I n a d d i t i o n ,t o t a lb o d yn i t r o -g e n a p p r o x i m a t e s1 k g , a n d s u r v i v a lf o r m o r et h a n5 o r 6 m o n t h sw o u l dn e c e s s i t a t ea d a i l yl o s so f l e s st h a n 2 o r 3 g . T h e u r i n a r yl o s si s t h e r e -f o r eo b v i o u s l yr e p r e s e n t a t i v eo f t o t a ll o s so fn i t r o -g e n f r o m t h eb o d y .

T h i s o p t i m a ln i t r o g e ns p a r i n ga n d i t s a s s o c i -a t e dm i n i m a lg l u c o s es y n t h e s i sw o u l db e i n c o m -p a t i b l ew i t h l i f e s h o u l dt h e b r a i nc o n t i n u et or e q u i r ei t s 1 0 0 t o 1 5 0 g o fg l u c o s e( 4 5 ,4 6 )e a c hd a y . T h r e e a l t e r n a t i v e sa r e p o s s i b l e .G l u c o -

n e o g e n e s i sf r o m f a t t ya c i dc a n o c c u r v i ag l y o x a -l a t ei n l o w e rf o r m s ,b u t t h i sp a t h w a yh a s n o t b e e nd e m o n s t r a t e di n m a m m a l i a ns y s t e m s .A n o t h e rp o s s i b i l i t yi s a d i m i n u t i o no f c e r e b r a lo x y g e nc o n s u m p t i o n( m e t a b o l i cn e e d ) ,a n d a t h i r di su t i l i z a t i o no f n o n g l u c o s es u b s t r a t e .R e c e n ts t u d -i e s ( 8 1 )h a v e s h o w no n l yt h e l a s t t o b e t r u e ,n a m e l y ,c e r e b r a lc o n s u m p t i o no f / 8 - h y d r o x y b u t y -r a t ea n d a c e t o a c e t a t ea s a m e a n so f s p a r i n gg l u -c o s e u t i l i z a t i o na n d s y n t h e s i sa n d ,p a r ip a s s u ,n i t r o g e nl o s so r i t s e q u i v a l e n t ,m u s c l em a s s .

I n s u m m a r y ,g l u c o s e - ' 4 Ct u r n o v e rd a t a a p p e a rt o b e f a c t i t i o u s l yh i g h a n d n o t i n a g r e e m e n tw i t ht o t a lb a l a n c ed a t a . T h e l a t t e rd e m o n s t r a t em a r k -e d l yd i m i n i s h e dg l u c o s es y n t h e s i s ,w h i c h , a c c o r d -i n g l y ,m u s t b e a s s o c i a t e dw i t h m a r k e d l yd i m i n -i s h e d g l u c o s em e t a b o l i s mb y e v e n t h o s et i s s u e s ,s u c h a s b r a i n ,w h i c h f o r m e r l yw e r e t h o u g h t t ob e u n i q u e l yd e p e n d e n to n g l u c o s ea s f u e l . T h es u r v i v a lv a l u eo f t h e s ep r o g r e s s i v ea d a p t a t i o n sa n dt h en e e d f o rm a x i m a le f f i c i e n c yi n r e a c t i o n su t i l i z -i n g n i t r o g e n o u sm a t e r i a lp l a c ee x t r e m ee m p h a s i so n t h eh o r m o n a l -a n d m e t a b o l i t e - m o d u l a t e dc o n -t r o lm e c h a n i s m s .I n s u l i n ,f o re x a m p l e ,ma y p l a ya m o r es i g n i f i c a n tr o l e i nr e g u l a t i n gf a s t i n gt h a ni t d o e s d u r i n gt h ei m m e d i a t ep o s t a b s o r p t i v es t a t e .

S u m m a r yL e v e l s o f i n s u l i n ,g r o w t hh o r m o n e , a n dv a r i -

o u s m e t a b o l i cf u e l sw e r e f o l l o w e dt h r o u g h o u ta1 - w e e kf a s ti n s i x n o r m a ls u b j e c t sa n d t w o p a -t i e n t sw i t h m a t u r i t y - o n s e td i a b e t e s .T h e d a t af r o m t h en o r m a li n d i v i d u a l sa r ec o m p a t i b l ew i t ht h e h y p o t h e s i st h a tt h e g l u c o s e - i n s u l i nf e e d b a c km e c h a n i s mm ay b e t h e p r i m a r yc o n t r o lp r o c e s sr e g u l a t i n gt h e r e l ea seo f p e r i p h e r a lf u e lt o p r o -v i d ee n e r g yf o rm e t a b o l i s md u r i n gf a s t i n g .

M a r k e dv a r i a b i l i t i e si n g r o w t hh o r m o n el e v e l s

a n d l a c ko f c o r r e l a t i o no f g r o w t hh o r m o n ew i t ho t h e rp a r a m e t e r sd i m i n i s hi t sa p p a r e n ti m p o r t a n c ei n t h ef a s t i n gp r o c e s s .

M e t a b o l i cb a l a n c e sa n d g l u c o s et u r n o v e r s t u d -i e s w e r e p e r f o r m e da n d d e m o n s t r a t ea g a i nt h ep r e d o m i n a n c eo f l i p i da s f u e la n d e m p h a s i z et h ed i m i n u t i o no fg l u c o s em e t a b o l i s m ,w h i c h ,i n t u r n ,s p a r e sn i t r o g e ns t o r e sa s g l u c o n e o g e n e s i sd e -c r e a s e s .

Addendum

S i n c es u b m i s s i o no f t h i s m a n u s c r i p tE x t o n ,

J e f f e r s o n ,B u t c h e r ,a n d P a r k ( 8 2 )h a v e p u b -l i s h e de v i d e n c eo f a c o n s i s t e n te f f e c t o fi n s u l i ni nd i m i n i s h i n gg l u c o s er e l e a s eb y t h e i s o l a t e dp e r -f u s e dr a t l i v e r . A s h a s b e e n r e v i e w e di n r e f e r -e n c e 4 7 ,o t h e r sh a v e o b t a i n e ds i m i l a rr e s u l t sb o t hi n v i v oa n d i n v i t r o . O u r d a t aa n d d i s c u s s i o nd e a lo n l yw i t h e v e n t s d u r i n g p r o l o n g e df a s t i n ga n d ,a s h a sb e e n e m p h a s i z e d ,a r ec o m p a t i b l ew i t ht h e i n s u l i n - r e g u l a t e dr e l e a s e o fp e r i p h e r a lf u e l sa s t h ep r i m a r yc o n t r o l l i n ge v e n t . D u r i n gf e e d -i n g ,i t i s p r o b a b l ea n d l o g i c a lt h a tt h ei n c r e a s ei n

1 7 6 6


17/19

HORMONE-FUEL I N T E R R E L AT I O N S H I P SD U R I N GFA S T I N G

i n s u l i nm a y s u p p r e s sh e p a t i cg l u c o s eo u t p u t b o t hb y i n h i b i t i n g r e l ea se o fp e r i p h e r a lf u e la n d a l s ob y a d i r e c te f f e c to n t h el i v e ri t s e l f .

A c k n o w l e d g m e n t s

T h e a u t ho r s a r e i nd eb te dt o t h et e c h n i c i a n s ,t h eh o u s es t a f f ,a n d n u r s i n gs t a f fo f t h eP e t e r B e n t B r i g h a mH o s -p i t a la n d t o t h e t e c h n i c i a n sa n d s e c r e t a r i a ls t a f fa t t h eJ o s l i nR es e a r c h L a b o r a t o r yf o r t h e i ri n t e r e s ta n d a s s i s t -a n c e i n t h e s es t u d i e s .

R e f e r e n c e s

1 . C a h i l l ,G . F . , J r . , M . G . H e r r e r a ,A . P . M o r g a n ,a n dG .A . R e i c h a r d ,J r . M e t a b o l i s mi n s t a r v a t i o nd i a -b e t e sa n d d i a b e t e sm e l l i t u s ( a b s t r a c t ) .J . c l i n .I n v e s t .1 9 6 5 ,4 4 ,1 0 3 2 .

2 . B e n e d i c t ,F . G . A s t u d y o f p r o l o n g e df a s t i n g .C a r -

n e g i eI n s t i t u t eo f W a s h i n g t o n ,p u b l i c a t i o n 2 0 3 ,1 9 1 5 .3 . M c I l w a i n ,H . B i o c h e m i s t r ya n d t h e C e n t r a lN e r v -

o u s S y s t e m ,2 n d e d . L o n d o n ,J . A . C h u r c h i l l ,1 9 5 9 .

4 . G o r d o n ,R . S . , J r . , a n d A . C h e r k e s .U n e s t e r i f i e df a t t ya c i di n h u m a nb l o o dp l a s m a . J . c l i n .I n v e s t .1 9 5 6 ,3 5 ,2 0 6 .

5 . D o l e ,V . P . A r e l a t i o nb e t w e e nn o n - e s t e r i f i e df a t t ya c i d si n p l a s m a a n d t h e m e t a b o l i s mo f g l u c o s e .J . c l i n .I n v e s t .1 9 5 6 ,3 5 ,1 5 0 .

6 . B a k e r , N . , W. W. S h r e e v e ,R . A . S h i p l e y ,G . E .I n c e f y ,a n d M . M i l l e r .C 1 's t u d i e si n c a r b o h y d r a t em e t a b o l i s m . I . T h e o x i d a t i o no f g l u c o s ei n n o r -

m a l h u m a ns u b j e c t s .J . b i o l .C h e m . 1 9 5 4 ,2 1 1 ,5 7 5 .7 . S h r e e v e ,W. W . , N . B a k e r ,M . M i l l e r ,R . A . S h i p -

l e y,G . E . I n c e f y ,a n d J . W. C r a i g .C 1 's t u d i e si nc a r b o h y d r a t em e t a b o l i s m .I I . T h e o x i d a t i o no fg l u c o s ei n d i a b e t i ch u m a ns u b j e c t s .M e t a b o l i s m1 9 5 6 ,5 , 2 2 .

8 . S e a r l e ,G . L . , G . E . M o r t i m o r e ,R . E . B u c k l e y ,a n dW. A . R e i l l y.P l a s m ag l u c o s et u r n o v e r i n h u -m a n sa s s t u d i e dw i t h C 1 'g l u c o s e .I n f l u e n c eo f i n -s u l i na n d t o l b u t a m i d e .D i a b e t e s 1 9 5 9 ,8 , 1 6 7 .

9 . P o l l y c o v e ,M . G l u c o s ek i n e t i c sa n d o x i d a t i o na n dt h e e f f e c t so f i n s u l i n ,t o l b u t a m i d ea n d p h e n e t h y l -b i g u a n i d e( D B I ) i n n o r m a l h u m a n s u b j e c t s .U n i v . C a l i f .R a d i a t eL a b .1 9 6 1 ,9 8 9 7 ,1 8 8 .

1 0 .R e i c h a r d ,G .A . ,J r . ,A . G .J a c o b s ,P . K i m b e l ,N . J .H o c h e l l a ,a n d S . W e i n h o u s e . B l o o d g l u c o s er e -p l a c e m e n tr a t e si n n o r m a l a n d d i a b e t i ch u m a n s .J . a p p l .P h ys i o l . 1 9 6 1 ,1 6 ,7 8 9 .

1 1 .R e i c h a r d ,G .A . ,J r . ,N . F . M o u r y ,J r . ,N . J . H o c h e l l a ,A . L . P a t t e r s o n ,a n d S . W e i n h o u s e .Q u a n t i t a t i v ee s t i m a t i o no f t h e C o r i c y c l ei n t h e h u m a n . J .b i o l .C h e m .1 9 6 3 ,2 3 8 ,4 9 5 .

1 2 .R e i c h a r d ,G .A . ,J r . ,N . F . M o u r y ,J r . ,N . J . H o c h e l l a ,R . C . P u t n a m ,a n d S . W e i n h o u s e .M e t a b o l i s mo fn e o p l a s t i ct i s s u e . X V I I . B l o o d g l u c o s er e p l a c e -

m e n tr a t e si n h u m a nc a n c e r p a t i e n t s .C a n c e rR e s .1 9 6 4 ,2 4 , 7 1 .

1 3 .B o n d y , P . K . , D . F . J a m e s , a n d B . W. F a r r a r .S t u d i e s o f t h er o l eo f t h el i ve r i nh u m a nc a r b o h y -d r a t em e t a b o l i s mb y t h e v e n o u s c a t h e t e rt e c h -n i q u e . I . N o r m a ls u b j e c t su n d e r f a s t i n gc o n d i -t i o n sa n d f o l l o w i n gt h e i n j e c t i o no f g l u c o s e .J .c l i n .I n v e s t .1 9 4 9 ,2 8 ,2 3 8 .

1 4 .M y e r s ,J . D . N e t s p l a n c h n i cg l u c o s ep r o d u c t i o ni nn o r m a lma n a n d i n v a r i o u sd i s e a s es t a t e s .J . c l i n .I n v e s t .1 9 5 0 ,2 9 ,1 4 2 1 .

1 5 .B e a m , A . G . , B . H . B i l l i n g ,a n d S . S h e r l o c k .H e p a t i c g l u c o s eo u t p u t a n d h e p a t i ci n s u l i ns e n -s i t i v i t yi n d i a b e t e sm e l l i t u s .L a n c e t 1 9 5 1 ,2 , 6 9 8 .

1 6 .N e l s o n ,N . A p h o t o m e t r i ca d a p t a t i o no f t h e S o -m o g y i m e t h o df o r t h e d e t e r m i n a t i o no f g l u c o s e .J . b i o l .C h e m .1 9 4 4 ,1 5 3 ,3 7 5 .

1 7 .S o m o g y i ,M . D e t e r m i n a t i o no f b l o o ds u g a r .J . b i o l .C h e m .1 9 4 5 ,1 6 0 ,6 9 .

1 8 .H u g g e t t ,A . S t . G . ,a n d D . A .N i x o n . U s e o f g l u -c o s eo x i d a s e ,p e r o x i d a s e ,a n d o - d i a n i s i d i n ei n d e -t e r m i n a t i o no f b l o o da n d u r i n a r yg l u c o s e .L a n c e t1 9 5 7 ,2 , 3 6 8 .

1 9 .Z a l m e ,E . ,a n d H . C .K n o w l e s ,J r . A p l e af o rp l a s m as u g a r .D i a b e t e s1 9 6 5 ,1 4 ,1 6 5 .

2 0 .D i l l o n ,R . S . I m p o r t a n c eo f t h eh e m a t o c r i ti n t h ei n t e r p r e t a t i o no f b l o o d s u g a r .D i a b e t e s 1 9 6 5 ,1 4 ,6 7 2 .

2 1 .T r o u t ,D . L . ,E . H . E s t e s ,J r . , a n d S . J . F r i e d b e r g .T i t r a t i o no f f r e e f a t t y a c i d s o fp l a s m a : a s t u d yo f c u r r e n t m e t h o d s a n da n e w m o d i f i c a t i o n .J .L i p i dR e s .1 9 5 9 ,1 , 1 9 9 .

2 2 .B e r g m e y e r ,H . U . M e t h o d so f E n z y m a t i cA n a l y s i s .N ew Y o r ka n d L o n d o n ,A c a d e m i cP r e s s , 1 9 6 3 .

2 3 .W i l l i a m s o n ,D . H . , J . M e l l a n b y ,a n d H . A . K r e b s .E n z y m i cd e t e r m i n a t i o no f D ( - ) - B - h y d r o x y b u t y r i ca c i da n d a c e t o a c e t i ca c i di n b l o o d .B i o c h e m .J .1 9 6 2 ,8 2 , 9 0 .

2 4 .S o e l d n e r ,J . S . ,a n d D . S l o n e .C r i t i c a lv a r i a b l e si nt h e r a d i o i m m u n o a s s a yo f s e r u mi n s u l i nu s i n g t h ed o u b l ea n t i b o d yt e c h n i c .D i a b e t e s1 9 6 5 ,1 4 ,7 7 1 .

2 5 .M o r g a n ,C .R . ,a n d A . L a z a r o w . I m m u n o a s s a yo f i n -s u l i n :t w o a n t i b o d ys y s t e m .P l a s m ai n s u l i nl e v e l so f n o r m a l , s u b d i a b e t i ca n d d i a b e t i cr a t s . D i a -b e t e s1 9 6 3 ,1 2 , 1 1 5 .

2 6 .S c h a l c h ,D . S . , a n d M . L . P a r k e r . A s e n s i t i v ed o u b l ea n t i b o d yi m m u n o a s s a yf o r h u m a ng r o w t hh o r m o n ei n p l a s m a .N a t u r e ( L o n d . ) 1 9 6 4 , 2 0 3 ,1 1 4 1 .

2 7 .G l i c k ,S . M . , J . R o th , R . S . Y a l o w , a n dS . A . B e r -s o n . I m m u n o a s s a yo f h u m a ng r o w t hh o r m o n ei np l a s m a .N a t u r e ( L o n d . ) 1 9 6 3 ,1 9 9 ,7 8 4 .

2 8 .R e n o l d , A . E . , D . B . M a r t i n , Y . M. D a g e n a i s ,J .S t e i n k e ,R . J . N i c k e r s o n ,a n d M . C . S h e p s .M e a -s u r e m e n to f s m a l lq u a n t i t i e so f i n s u l i n - l i k ea c t i v i t yu s i n gr a t a d i p o s et i s s u e .I . A p r o p o s e dp r o c e d u r e .J . c l i n .I n v e s t .1 9 6 0 ,3 9 ,1 4 8 7 .

2 9 .S h e p s ,M . C . , R . J . N i c k e r s o n ,Y . M . D a g e n a i s ,J .S t e i n k e ,D . B . M a r t i n ,a n d A . E . R e n o l d .M e a -s u r e m e n t o f s m a l lq u a n t i t i e so f i n s u l i n - l i k ea c -

1 7 6 7


18/19


t i v i t yu s i n g r a t a d i p o s et i s s u e . I I . E v a l u a t i o no fp e r f o r m a n c e . J . c l i n .I n v e s t .1 9 6 0 ,3 9 , 1 4 9 9 .

3 0 .R e d d y , W. J . M o d i f i c a t i o no f t h e R e d d y - J e n k i n s -T h o r n m e t h o df o r t h e e s t i m a t i o n o f1 7 - h y d r o x y -c o r t i c o i d si n u r i n e .M e t a b o l i s m1 9 5 4 ,3 , 4 8 9 .

3 1 .D r e k t e r , I . J . , A . H e i s l e r ,G . R . S ci sm ,S . S t e r n ,S .P e a r s o n , a n d T . H . M c G a v a c k .T h e d e t e r m i n a -t i o no f u r i n a r y s t e r o i d s .I . T h e p r e p a r a t i o n o fp i g m e n t - f r e ee x t r a c t s a n d a s i m p l i f i e dp r o c e d u r ef o rt h e e s t i m a t i o no f t o t a l 1 7 - k e t o s t e r o i d s .J . c l i n .E n d o c r . 1 9 5 2 ,1 2 ,5 5 .

3 2 .K i n n e y ,J . M . A c o n s i d e r a t i o no f e n e rg y e x c h a n g ei n h u m a nt r a u m a . B u l l .N . Y . A c a d . M

Documents

Hormones in Fasting