Integración del metabolismo: control de la glucemia y bioquímica de la diabetes

Perfil metabólico de los principales órganos y tejidos

En organismos pluricelulares señales hormonales y nerviosas se encargan de regular e integrar la respuesta metabólica de los diferentes tejidos para adaptarse a las condiciones cambiantes del medio externo. Vamos a estudiar una serie de condiciones ambientales a las que se puede ver expuesto el organismo y su forma de adaptarse a ellas por parte de los diferentes tejidos.

El ser humano utiliza biomoléculas para obtener energía y precursores. Esas biomoléculas las obtenemos de los alimentos. Sin embargo, no estamos comiendo constantemente. El organismo es capaz de almacenar hidratos de carbono, lípidos y proteínas para poder mantener el balance energético aun cuando no comemos. Los depósitos son los siguientes:

• Hidratos de carbono: en forma de glucógeno. Aporta 4 kcal/g. El hígado almacena algo menos de la mitad de todo el glucógeno del organismo. Está disponible para todos los tejidos, mantiene la glucemia durante 8 h de ayuno. El músculo almacena más de la mitad del glucógeno. Sólo está disponible para el propio músculo (no permite salida de glucosa a la circulación).
• Proteínas: hasta 10 días de ayuno. Aporta 4 kcal/g.
• Lípidos: hasta 2 meses de ayuno. Son las biomoléculas principales de depósito, y las que producen más energía (9 kcal/g).sala 32.6 Reservas de energía del varón de 70 años «del libro» miente almacenado

Tejido Cantidad almacenada (kg) Valor energético (kcal) cerdo Tejido adiposo 10-15 90.000-140.000 ĮMúsculo 0,3 1.200 Ducogeno Hígado 0,08* 320* Músculo 6-8 30.000-40.000 noués de una comida. El glucógeno hepático es aproximadamente el 20-30% de este valor después de un ayuno nocturno de 12 horasEspecialización tisular

Metabolismo cerebral

El cerebro es uno de los órganos más exigentes energéticamente lo que condiciona una necesidad de regulación exquisita. No presenta ningún combustible almacenado y como combustible preferido se encuentra la glucosa, que en condiciones normales, el cerebro sólo utiliza, vía glucolisis y ciclo de Krebs, llegando a consumir el 60% de la glucosa del ser humano en reposo. Necesita alrededor de 120 g de glucosa diarios, lo cual supone un 15% de la energía total consumida por una persona. El consumo de glucosa cerebral se mantiene bastante constante, con ligeras variaciones entre el reposo y la actividad. El cerebro, además, requiere de oxígeno (20% del VO2) por ser un tejido puramente aeróbico. Esto, junto con la ausencia de depósitos de glucógeno, implica que el cerebro requiera un aporte constante de glucosa y oxígeno.

En situaciones de ayuno e inanición, el cerebro es capaz de metabolizar los cuerpos cetónicos (vía ciclo de Krebs mediante el acetil-CoA) de manera preferente pero no exclusiva. Esto implica que, en periodos largos sin ingesta, el cuerpo puede frenar la gluconeogénesis sin peligro de que el cerebro deje de funcionar.El músculo esquelético tiene como combustible almacenado glucógeno, proteínas y creatina fosfato. Respecto al glucógeno, almacena aproximadamente 3/4 del glucógeno del organismo. La glucosa obtenida de la glucogenólisis sólo está disponible para el propio músculo. Las proteínas forman parte esencial de la estructura muscular, y en situaciones de ayuno prolongado, pueden servir de sustrato para la gluconeogénesis (recordar el ciclo alanina-glucosa). La creatina fosfato es una molécula almacén de energía que permite la contracción muscular vigorosa y explosiva (se agota entre 2-10 segundos desde el inicio del trabajo muscular). La CPK (creatina fosfato quinasa) o CK es el enzima responsable de la transferencia de fosfatos entre creatina y ADP, la cual se eleva en diversas patologías musculares: rabdomiólisis, miopatías inflamatorias ...

El combustible preferido por este tejido durante el ejercicio es la glucosa que puede metabolizarse vía aeróbica o anaeróbica. En el primer caso se lleva a cabo el ciclo de Krebs, obteniendo el máximo rendimiento energético, mientras que en el segundo caso se lleva a cabo la glucolisis anaerobia, produciendo lactato y alanina (por transaminación del piruvato). Durante el reposo, la fuente de energía preferente son los ácidos grasos. En condiciones de inanición, el músculo es capaz de degradar cuerpos cetónicos.

El músculo es capaz de exportar lactato (combustible exportado) que puede ser captado por el hígado en el ciclo de Cori (para la gluconeogénesis) y alanina (durante el ejercicio anaeróbico).El músculo cardíaco tiene 3 particularidades metabólicas respecto al músculo esquelético:

1. Sus necesidades metabólicas varían menos, ya que el corazón está funcionando constantemente.
2. El corazón es un tejido completamente aerobio.
3. Los miocardiocitos apenas tienen reservas de glucógeno y lípidos.

En consecuencia, el corazón debe recibir continuamente oxígeno y nutrientes. Este órgano no almacena ningún combustible, sólo, en cierta medida, almacena creatina fosfato, pero es poco importante en el funcionamiento cardíaco. Utiliza como combustible preferido en todas las condiciones ácidos grasos, siendo la glucosa el segundo en importancia, y es capaz de captar lactato procedente de otros tejidos para obtener energía. En situaciones de inanición también es capaz de metabolizar cuerpos cetónicos.Los eritrocitos carecen de mitocondrias, por lo que sólo pueden llevar a cabo vías metabólicas realizadas puramente en el citoplasma, en concreto nos referimos a la glucolisis anaerobia, la ruta de las pentosas fosfato y la producción de 2,3-BPG (Ciclo de Luebering-Rapoport). No almacena ningún combustible y utiliza como combustible preferido la glucosa, vía glucolisis anaerobia exclusivamente. Produce lactato que llegará al hígado para formar glucosa vía sanguínea (Ciclo de Cori).El tejido adiposo. En un individuo medio, el tejido adiposo total almacena alrededor de 135.000 kcal de ácidos grasos en forma de triaglicéridos. Los triglicéridos se forman por la unión de ácidos grasos y glicerol que proviene de la glucolisis. Por tanto, si hay glucosa suficiente, el adipocito puede realizar la glucolisis, obtener glicerol y, en consecuencia, formar triglicéridos. Por el contrario, si no hay glucosa suficiente, no se pueden formar triglicéridos, favoreciendo la lipolisis. Esta lipolisis está mediada por la lipasa sensible a hormonas. El combustible preferido son los ácidos grasos, principal fuente de energía para el adipocito. La glucosa es una fuente secundaria ya que se dirige principalmente a la formación de glicerol.

Este tejido exporta ácidos grasos que se producen por acción de la lipasa sensible a hormonas cuando la concentración de glucagón es elevada. Estos ácidos grasos libres pasan a la sangre medio en el que se transportan hasta los diferentes tejidos capaces de metabolizar lípidos. En paralelo a la liberación de ácidos grasos se libera también glicerol que puede pasar a la circulación, llegar a hígado y riñón y ser un sustrato para la gluconeogénesis.Epinephrine ß-Adrenergic receptor ADIPOCYTE Protein kinase A Protein kinase A P ATP ADP Hormone-sensitive lipase Hormone-sensitive lipase Monoacyl- glycerol lipase Triacyl- glycerol Diacyl- glycerol Monoacyl- glycerol Glycerol H,O H2O H2O Free fatty acid Free fatty acid Free fatty acid ) Degradación de los triacilglicéridos en los adipocitos. La adrenalina inicia la activación de la proteína quinasa A, la cual cataliza la fosforilación y activación de la lipasa sensible a hormonas. La lipasa cataliza la hidrólisis de los triacilglicéridos a moacilglicéridos y ácidos grasos libres. La hidrólisis de monoacilglicéridos es catalizada por una monoacilglicérido lipasa (Procedencia de la ilustración: Horton y col. Prentice Hall Int).El hígado es el órgano central del metabolismo. Almacena nutrientes para todo el organismo y es capaz de crear glucosa, lípidos, proteínas y cuerpos cetónicos para el uso de todo el organismo. Además es el "glucostato" del organismo, porque se encarga (mediante señalización de las hormonas pancreaticas) de regular la glucemia.

Como combustibles, almacena glucógeno y triglicéridos. El hígado almacena aproximadamente 1/3 del glucógeno de todo el organismo. Este glucógeno está disponible para el uso de cualquier tejido, ya que la glucogenolisis hepática permite el paso de glucosa a la circulación. También es el segundo depósito más importante de lípidos, tras el tejido adiposo.

Como combustible preferido utiliza glucosa, ácidos grasos y aminoácidos. En periodo postpandrial, el hígado capta glucosa, la cual se va a almacenar en forma de glucógeno (glucogenogénesis) y se va a metabolizar (glucolisis y Ciclo de Krebs). En situación de ayuno e inanición, el hígado pasa de ser un órgano que utiliza glucosa a un órgano que produce glucosa, así el hepatocito utilizará los ácidos grasos como combustible principal, tanto para realizar la beta-oxidación como para realizar la síntesis de cuerpos cetónicos. También el hígado puede captar aminoácidos y obtener energía de ellos.Este órgano puede exportar glucosa, ácidos grasos y cuerpos cetónicos. En situaciones de ayuno e inanición, el hígado es la principal fuente de glucosa. Esta glucosa puede provenir de 2 fuentes principales: la glucogenolisis y la gluconeogénesis. El glucógeno hepático almacenado puede proveer al organismo durante 6 a 12 horas. Para el funcionamiento de determinados tejidos (especialmente eritrocitos y cerebro) es necesaria la glucosa. El hígado puede crear glucosa a partir de glicerol, alanina o glutamina, lactato. Muy importante: los ácidos grasos ni el acetil-CoA no pueden convertirse en glucosa.

El hepatocito también es capaz de realizar la síntesis de ácidos grasos a partir de acetil-CoA. Además es el único órgano capaz de sintetizar cuerpos cetónicos, los cuales son un combustible indispensable para mantener tejidos importantes (cerebro, músculo cardiaco, ... ) en funcionamiento estabilizando la pérdida proteica. Sin embargo, cabe destacar que el hígado es incapaz de oxidar sus propios cuerpos cetónicos.