代谢整合描述了身体如何协调不同器官的代谢活动以维持能量稳态。肝脏、肌肉、脂肪组织和大脑各自具有专门的代谢作用，通过激素和底物信号协调。

肝脏作为代谢中枢

肝脏在代谢中占据中心位置，从门脉循环接收营养物质并将燃料分配给其他组织。进食后，肝脏摄取葡萄糖并以糖原形式储存。过量的葡萄糖通过从头脂肪生成转化为脂肪酸，并以VLDL甘油三酯形式输出。空腹期间，肝脏通过糖原分解和糖异生释放葡萄糖，使用乳酸、氨基酸和甘油作为前体。肝脏还将脂肪酸氧化产生的酮体处理以供肝外组织使用。

脂肪组织

白色脂肪组织以三酰甘油形式储存多余能量，并在空腹期间释放脂肪酸。在进食状态下，胰岛素促进葡萄糖摄取和脂肪生成，同时抑制脂解。在空腹状态下，低胰岛素和高儿茶酚胺激活激素敏感性脂肪酶和脂肪甘油三酯脂肪酶，将游离脂肪酸和甘油释放到循环中。游离脂肪酸通过脂肪酸氧化被肌肉和其他组织使用，而甘油是肝脏的糖异生底物。棕色脂肪组织通过解偶联蛋白1专门用于产热，该蛋白消散质子梯度以产生热量。

骨骼肌

骨骼肌占能量消耗的很大比例。静息时，肌肉主要使用脂肪酸。运动期间，肌肉使用其糖原储存并从血液中摄取葡萄糖。在剧烈运动中，无氧糖酵解产生乳酸，释放到循环中并被肝脏摄取用于糖异生。肌肉还含有大量蛋白质，可在长时间空腹期间动员，释放氨基酸用于糖异生。

大脑

大脑在正常条件下必须消耗葡萄糖，每天消耗约120克葡萄糖。它不能使用脂肪酸，因为脂肪酸不能有效穿过血脑屏障。在长时间空腹期间，大脑适应使用酮体，几周饥饿后酮体可供应其能量需求的70%。大脑的糖原储存可忽略不计，依赖于从循环中持续供应葡萄糖。

进食状态

进食后，血糖升高，胰岛素分泌。在肝脏中，葡萄糖被葡萄糖激酶磷酸化，该酶具有高Km且不被葡萄糖-6-磷酸抑制，允许在血糖高时继续摄取葡萄糖。葡萄糖以糖原形式储存或转化为脂肪酸。在肌肉和脂肪组织中，胰岛素通过GLUT4转位刺激葡萄糖摄取。氨基酸用于蛋白质合成，过量的氨基酸在肝脏中脱氨基，碳骨架用于能量或葡萄糖生产。

空腹状态

在短期空腹期间，糖原分解维持血糖。12至24小时后，糖原储存耗尽，糖异生成为主要的葡萄糖来源。胰高血糖素刺激这些过程并促进脂解。禁食2至3天后，酮体成为重要燃料，进入柠檬酸循环和氧化磷酸化。长时间空腹后，蛋白质分解代谢减少以保存肌肉质量，酮体供应大脑大部分能量，减少对氨基酸糖异生的需求。

运动

运动对代谢整合提出了独特的要求。在中等强度运动中，肌肉使用葡萄糖和脂肪酸的混合物。随着强度增加，碳水化合物利用占主导。活跃肌肉产生的乳酸释放到循环中并被肝脏摄取用于糖异生。恢复期间，肌肉糖原从膳食碳水化合物或通过Cori循环从乳酸补充。定期运动改善代谢灵活性（在不同燃料来源之间切换的能力）并增强胰岛素敏感性。