Reakce hladovění u zvířat je soubor adaptivních biochemických a fyziologických reakcí, které snižují metabolismus v reakci na hladovění dlouhotrvající nedostatek potravy. Z psychologického hlediska mohou mít tyto účinky rozsáhlé behaviorální a kognitivní účinky.
Ekvivalentní nebo úzce příbuzné pojmy zahrnují odpověď na hladomor, režim hladovění, režim hladovění, odolnost proti hladovění, toleranci hladovění, přizpůsobené hladovění, adaptivní termogenezi a metabolickou adaptaci.
Hladovění přispívá k toleranci během infekce, protože živiny jsou omezeny, když jsou izolovány obranou hostitele a konzumovány množícími se bakteriemi. Jednou z nejdůležitějších příčin tolerance vyvolané hladověním in vivo je růst biofilmu, který se vyskytuje u mnoha chronických infekcí. Hladovění v biofilmech je způsobeno spotřebou živin buňkami umístěnými na periferii biofilmových shluků a sníženou difuzí substrátů biofilmem. Bakterie biofilmu vykazují extrémní toleranci téměř ke všem třídám antibiotik a zásobování omezujícími substráty může obnovit citlivost.
Velikost a složení odezvy hladovění (tj. metabolické adaptace) byly odhadnuty ve studii 8 jedinců žijících v izolaci v Biosféře 2 po dobu dvou let. Během izolace postupně ztratili v důsledku nepříznivých podmínek v průměru 15 % (rozmezí: 9–24 %) své tělesné hmotnosti. Při vynoření z izolace bylo osm izolovaných jedinců porovnáno s kontrolní skupinou o 152 osobách, která měla zpočátku podobné fyzické vlastnosti. Odezva hladovění jedinců po izolaci byla v průměru o 180 kcal nižší denní celkové energetické výdaje. 60 kcal odezvy hladovění bylo vysvětleno snížením tukové hmoty a tukové hmoty. Dalších 65 kcal bylo vysvětleno snížením neklidu a zbývajících 55 kcal bylo statisticky nevýznamných.
Tělo využívá glukózu jako hlavní metabolické palivo, pokud je k dispozici. Asi 25% celkové spotřeby glukózy v těle se vyskytuje v mozku, více než v jakémkoli jiném orgánu. Zbytek spotřeby glukózy pohání svalovou tkáň a červené krvinky.
Glukózu lze získat přímo z dietních cukrů a sacharidů. Při absenci dietních cukrů a sacharidů se získává rozkladem glykogenu. Glykogen je snadno přístupná skladovací forma glukózy, která se v malém množství ukládá v játrech a svalech. Zásoba glykogenu v těle dokáže zajistit glukózu po dobu asi 6 hodin.
Po spotřebování zásoby glykogenu lze získat glukózu z odbourávání tuků. Tuky z tukové tkáně se odbourávají na glycerol a volné mastné kyseliny. Glycerol pak mohou játra použít jako substrát pro glukoneogenezi, a tak produkovat glukózu.
Mozek však vyžaduje asi 120 g glukózy denně (což odpovídá cukru ve 3 plechovkách sodovky) a při této rychlosti mozek rychle spotřebuje zbývající zásoby sacharidů v těle. Tělo však má „záložní plán“, který zahrnuje molekuly známé jako ketonová tělesa. Ketonová tělesa jsou deriváty mastných kyselin s krátkým řetězcem. Tyto kratší molekuly mohou procházet hematoencefalickou bariérou a mozek je může použít jako alternativní metabolické palivo.
Po 2 nebo 3 dnech hladovění začnou játra syntetizovat ketonová tělíska z prekurzorů získaných při odbourávání mastných kyselin. Mozek využívá tato ketonová tělíska jako palivo, čímž snižuje svou potřebu glukózy. Po 3 dnech hladovění získává mozek 30% své energie z ketonových tělísek. Po 4 dnech to jde až na 70%.
Po několika dnech hladovění začnou všechny buňky v těle odbourávat bílkoviny. Do krevního řečiště se tak uvolňují aminokyseliny, které mohou být játry přeměněny na glukózu. Protože velká část naší svalové hmoty jsou bílkoviny, je tento jev zodpovědný za úbytek svalové hmoty pozorovaný při hladovění.
Tělo je však schopno selektivně rozhodnout, které buňky bílkoviny odbourají a které ne. Asi 2-3 g bílkovin se musí odbourat, aby se syntetizoval 1 g glukózy; asi 20-30 g bílkovin se odbourá každý den, aby se vytvořilo 10 g glukózy, která udrží mozek při životě. Toto číslo se však může snižovat, čím déle trvá půst, aby se bílkoviny uchovaly.
Konečnou příčinou smrti je obecně srdeční arytmie nebo srdeční zástava vyvolaná degradací tkáně a nerovnováhou elektrolytů.
0 hodin: Glukóza stále používána jako primární palivo.
0-6 hodin: Glykogen se rozkládá za vzniku glukózy pro tělo.
6-72 hodin: Zásoby glykogenu jsou vyčerpány a tělo odbourává mastné kyseliny. Těla ketonu jsou vytvářena, aby pomohla nakrmit mozek.
72 hodin a dál: Tělesné buňky se začnou rozpadat a bílkoviny se používají jako prekurzor glukózy.
Zpočátku hladina inzulinu v oběhu klesá a hladiny glukagonu a epinefrinu stoupají, čímž se uvolňují vysoké hladiny glykogenu a zvyšuje se glukoneogeneze, lipolýza a ketogeneze. Zásoby glykogenu v těle se spotřebují asi za 24 hodin. U normálního dospělého člověka o hmotnosti 70 kg se v těle ukládá jen asi 8000 kilojoulů glykogenu (většinou v příčně pruhovaných svalech).Tělo se také zapojuje do glukoneogeneze, aby přeměnilo glycerol a glukogenní aminokyseliny na glukózu pro metabolismus. Další adaptací je Coriho cyklus, který zahrnuje přesun energie získané z lipidů v glukóze do periferních glykolytických tkání, které následně posílají laktát zpět do jater k resyntéze na glukózu. Díky těmto procesům zůstává hladina glukózy v krvi během delšího hladovění relativně stabilní.
Triglyceridy jsou příliš hydrofobní na to, aby mohly přecházet do mozkových buněk, takže játra musí ketogenezí přeměnit mastné kyseliny na ketony. Výsledná ketonová těla, acetoacetát a β-hydroxybutyrát, jsou amfipatická a mohou být transportována do mozku (a svalů) a odbourána na acetyl-CoA pro použití v cyklu TCA. Acetoacetát se spontánně odbourává na aceton a aceton se uvolňuje močí a plícemi za vzniku „acetonového dechu“, který doprovází prodloužený půst. Mozek také využívá glukózu během hladovění, ale většina glukózy v těle je alokována do kosterních svalů a červených krvinek. Náklady na to, že mozek spotřebuje příliš mnoho glukózy, jsou ztráty svalů. Pokud by mozek a svaly spoléhaly výhradně na glukózu, tělo by ztratilo 50% obsahu dusíku za 8-10 dní.
Po delším půstu začne tělo degradovat vlastní kosterní svalstvo. Aby mozek fungoval, glukoneogeneze bude nadále generovat glukózu, ale jsou zapotřebí glukogenní aminokyseliny, především alanin. Ty pocházejí z kosterního svalstva. Pozdní hladovění, kdy hladina ketonu v krvi dosáhne 5-7 mM, stoupá spotřeba ketonu v mozku, zatímco spotřeba ketonu ve svalech klesá.
Autofagie se pak vyskytuje zrychlenou rychlostí. V autofagii buňky kanibalizují kritické molekuly, aby vytvořily aminokyseliny pro glukoneogenezi. Tento proces deformuje strukturu buněk a častou příčinou smrti při hladovění je selhání bránice při dlouhodobé autofagii.