BIOQUÍMICA – GRUPO D10Prof. Cecilia Nieto Aravena

Análisis bioquímico del estado metabólico en estados de ayuno prolongado y deshidratación extrema

Basado en la Obra de Gabriel García Márquez “El relato de un náufrago”

Una vez realizada la lectura del libro, analice bioquímicamente los cambios en el estado metabólico del protagonista de la obra, investigue y responda las siguientes preguntas:

1. Identifique al menos dos recomendaciones del instructor, que el náufrago recordaba. Sustentar bioquímicamente las recomendaciones

a) No tomar agua salada:

Ya que cuando el cuerpo esta en proceso de acidosis se presenta una deshidratación (por aumento en la frecuencia de la micción para deshacerse de los ácidos), desequilibrio electrolítico (pérdida de Na+ y K+ con acidosis urinaria), entre otros. Por lo tanto si la consumir gran cantidad de agua salina, absorbería alta concentración de Na+ entonces hay una mayor deshidratación u puede conllevar a la muerte.

b) Permanecer boca abajo para proteger los pulmones del sol

Nuestro cuerpo experimenta un calentamiento brusco e intenta compensarlo sirviéndose de diversos recursos: el sudor, la vasodilatación de la piel o la respiración rápida. Si estas medidas no son suficientes pueden empezar a verse afectados otros órganos más sensibles al calor, como el cerebro o el aparato digestivo. Una persona aquejada de insolación empieza a notar una sensación de cansancio y debilidad, nerviosismo, inapetencia, y aumento de la sed. Probablemente experimente vértigos y náuseas; su respiración se vuelva rápida y superficial, llegando incluso al colapso y a la pérdida de conciencia.

2. ¿Cómo se produce la adaptación del organismo al cambio de combustible (de glucosa a cuerpos cetónicos)?

Como sabemos el combustible principal en nuestros organismos es la glucosa y todos los glúcidos e hidratos de carbono. Ante la ausencia de los nutrientes necesarios, el cuerpo primero consume la glucosa circulante y después lo hacen las reservas de glucógeno del hígado y del músculo. Por ello los procesos metabólicos van cambiando tanto en sus características cualitativas y cuantitativas, de manera que se modifican los productos energéticos consumidos (glucosa, ácidos grasos libres y cuerpos cetónicos), se reduce globalmente su oxidación, tras la disminución inicial de glucógeno hepático y muscular, el catabolismo proteínico. Los sustratos provienen inicialmente del catabolismo proteínico y la lipólisis. Ya que en el ayuno se consumen las reservas principalmente las grasas, maximizándose la lipolisis.

Cuerpos Cetónicos

Los cuerpos cetónicos son un grupo de compuestos de bajo peso molecular que incluyen el β-hidroxibutirato, aceto- acetato y acetona.Son producidos por un proceso metabólicos llamado cetogénesis, que se da del catabolismo de ácidos grasos.Son quienes proveen combustible para los tejidos particularmente durante el ayuno. Cuando los ácidos grasos son liberados del tejido adiposo, por la hidrólisis de los triglicéridos, el hígado usa estos ácidos grasos para sintetizar cuerpos cetónicos los cuales van hacia los tejidosDurante el ayuno, el cerebro puede oxidar cuerpos cetónicos, reduciendo las necesidades de glucosa. Consecuentemente, durante el ayuno, la gluconeogénesis disminuye, y las proteínas musculares, las cuales proveen amino ácidos como fuente de carbono para la producción de glucosa, no son degradadas.Los cuerpos cetónicos, proveen de energía a tejidos con alto consumo energético y en personas que se encuentra en ayuno severo, como en el caso del “naufrago”, remplazando la glucosa como fuente de energía en el cerebro.Cuando no hay suficiente oxalacetato, los acetil CoA no tiene con quien unirse para el ciclo de Krebs, entonces el acetil CoA comienza a acumularse, por ello la tiolasa comienza a formar los cuerpos cetónicos.

3. Averigüe cual sería el tratamiento que debe administrarse a una persona como “el náufrago” después del ayuno prolongado extremo y estado de deshidratación extrema.

Garantizar la administración de hidratos de carbono para evitar la necesidad de gluconeogénesis.

No dar suplementos de hierro porque disminuyen los niveles de transferrina.

Ofrecer comidas frecuentes y pequeñas, ya que hay una afectación de la mucosa intestinal y disminución de los niveles de insulina con intolerancia a la glucosa.

Aporte de agua suficiente pero no excesivo (disminución del filtrado glomerular).

Evitar nutrientes que provoquen sobrecarga ácida (disminución de la capacidad del riñón de excretar el exceso de ácido).

No ofrecer más proteínas que las necesarias para mantener los tejidos. Estas deben ser de alto valor biológico y con aminoácidos equilibrados (1 a 2 g/(kg • día).

Utilizar la vía oral para rehidratar. Si es necesario transfundir, restringir el aporte de sangre a 10 mL/kg de peso corporal.

No utilizar antibióticos de forma rutinaria, sino solamente en los casos estrictamente necesarios de cuadros infecciosos bien definidos.

Utilizar sonda nasogástrica en casos de imposibilidad de la vía oral, asegurando el aporte energético-nutricional del paciente, considerado primordial en las primeras horas de su hospitalización para evitar trastornos metabólicos que generen mayores complicaciones. Los niños que pueden comer serán alimentados cada 2, 3 o 4 horas, durante el día y la noche.

En la fase inicial del tratamiento dietético el aporte energético debe ser de 80 a 100 kcal/(kg • 24 h). La distribución porcentual calórica debe ser: hidratos de carbono: 55 %; proteínas: 20 % y grasas: 25 %.

La suplementación de micronutrientes vitamínicos, minerales y oligoelementos debe ajustarse a las recomendaciones establecidas.

4. Explique cómo los cuerpos cetónicos son utilizados por el organismo como combustible.

Las reacciones que dan lugar a cuerpos cetónicos se inician con la condensación de dos moléculas de acetil-CoA para producir acetoacetil-CoA. El acetoacetato se produce a partir de acetoacetil-CoA a través de condensación con otra acetil-CoA para formar - hidroxi - - metilglutaril – CoA (HMG-CoA). Después, la HMG-CoA liasa libera a la acetil-CoA para dar acetoacetato, el cual puede tener 2 destinos. Una reacción de reducción produce - hidroxibutirato a partir de acetoacetato. La otra posible reacción es la descarboxilación espontánea de acetoacetato para dar acetona.El principal sitio de síntesis de cuerpos cetónicos es la mitocondria hepática, pero no se realiza ahí porque el hígado carece de las enzimas necesarias para recuperar la avcetil-CoA a partir de cuerpos cetónicos. Es fácil transportar cuerpos cetónicos en el torrente sanguíneo pues, a diferencia de los ácidos grasos, son hidrosolubles.

Otros órganos distintos del hígado utilizan cuerpos cetónicos en particular el acetoacetato. Aunque la glucosa es el combustible usual en la mayoría de los tejidos y órganos, el acetoacetato puede emplearse como combustible. En el músculo cardíaco y la corteza renal, el acetoacetato constituye la principal fuente de energía.Inclusive en órganos como el cerebro, donde la glucosa es el combustible preferencial, las condiciones de inanición pueden conducir al uso de acetoacetato para energía.El acetoacetato se transforma en 2 moléculas de acetil – CoA que pueden entrar entonces al ciclo del ácido cítrico.El descenso del nivel de glucosa en sangre en un período de días modifica el balance hormonal del cuerpo particularmente por lo que respecta a insulina y glucagón.

Los tejidos extrahepáticos utilizan cuerpos cetónicos como combustible:En los tejidos extrahepaticos el D-β-hidroxibutirato se oxida a acetoacetato por acción de la D-β-hidroxibutirato deshidrogenada. El acetoacetato se activa formando su éster de coenzima A por transferencia de CoA a partir de succinil-CoA, un intermedio del ciclo del acido cítrico, en una reacción catalizada por la β-cetoacil-CoA transferasa. A continuación, y por acción de la tiolasa, el acetoacetil-CoA se rompe en dos moléculas de acetil-CoA que entran en el ciclo del acido cítrico.

El hidroxibutirato como combustible: El D-β-hidroxibutirato sintetizado en el hígado pasa a la sangre y a través de ella a otros tejidos, donde se convierte en acetil-CoA para generar energía. En primer lugar se oxida a acetoacetato, que es activado por la coenzima A donado por el succinil-CoA; el producto resultante es roto posteriormente por la tiolasa.

5. Entreviste a un médico, o a un personal del área de salud acerca del ayuno prolongado:

a) Que características fisiológicas se presentan en estado de ayuno prolongado

Efectos gastrointestinales:Debidos a que el estómago sigue produciendo los jugos gástricos (ácido clorhídrico) según un ritmo circadiano y además debido al estrés que supone la situación de ayuno.

o Dolor en la parte superior del abdomen (epigastrio)o Ardor de estómago (pirosis retroesternal)o Náuseas.

Efectos sobre la presión arterial:La presión arterial disminuye progresivamente. Hacia el tercer o cuarto día de ayuno se produce una hipotensión ortostática, es decir, la persona se marea al incorporarse de forma brusca.  Es necesario evitar posibles complicaciones derivadas de la falta de riego cerebral o de una insuficiencia cardiaca.

Efectos sobre la frecuencia cardíaca:En general el pulso se acelera como consecuencia de que ante hipotensión arterial el corazón aumenta la frecuencia cardiaca.

Efectos sobre el sueñoSe puede tener insomnio de forma fisiológica. El no ingerir alimentos conlleva un ahorro de energía del esfuerzo metabólico de la digestión y lleva a que la persona se encuentre en un  estado casi constante de alerta y de vigilia. El cerebro recibe más flujo sanguíneo porque el organismo prioriza su función. También hay un aumento de la actividad y el rendimiento intelectual, aunque al mismo tiempo ocurre cansancio físico.

b) Porque no se le puede administrar alimento sólido directamente

Lo más importante es identificar a los pacientes en riesgo de desarrollar SR para anticipar la hipofosfatemia y demás complicaciones asociadas, monitorizando estrechamente los electrólitos séricos. El aporte calórico y nitrogenado deberá escalarse de forma gradual. Al inicio se debe iniciar con 20 cal/kg al día, 1-1.2 g de proteínas/kg, y 150-200 g/día de dextrosa, incrementándose 200 calorías cada 24 a 48 horas hasta cubrir la meta calórica nitrogenada alrededor del quinto día. La administración de lípidos no debe exceder la capacidad metabólica de eliminación que es de 3.8 g/kg/día. Si cuenta con el recurso se puede emplear el uso de calorimetría indirecta (Tabla III). Se recomienda el uso de líquidos intravenosos con electrólitos, así como tiamina y complejo B previo al inicio de la nutrición parenteral. La recomendación es agregar 100 mg/día de tiamina, y 1 mg/día de ácido fólico además de lo indicado en la NPT. El tratamiento más efectivo para restituir fósforo es por vía intravenosa. En caso de hipofosfatemia moderada (0.32-0.35 mmol/L) a severa (< 0.32 mmol/L), se administra 0.02-0.03 mmol/k/h hasta alcanzar una concentración sérica de 0.65 mmol/L, otras opciones son: 1) 0.08 mmol/k durante 8 horas y 2) 15 mmol de fosfato de sodio en 2 horas. En pacientes sin déficit renal se puede utilizar infusión intravenosa de 50 mmol en 24 horas. Respecto a la administración de glucosa es importante considerar que durante la fase inicial de la realimentación, la infusión de una alta concentración abate el estímulo de gluconeogé- nesis, disminuyendo el uso de aminoácidos y minimizando la capacidad de metabolismo de la glucosa. Además se presenta liberación de glucocorticoides en respuesta al estrés y al ayuno prolongado, lo que conduce igualmente a hiperglucemia. Es posible que durante la reposición de fosfato se presenten efectos adversos como hiperfosfatemia, hipocalcemia, tetania, hipotensión, hiperkalemia, hipernatremia y calcicosis. Ornstein y colaboradores demostraron que el nadir de la hipofosfatemia es hasta el día 7 de haber iniciado la realimentación, así que se justifica la vigilancia diaria de electrólitos. Posteriormente dos veces a la

semana y luego semanalmente. Todo paciente con RFS debe ser vigilado con monitoreo cardiaco en telemetría, además de contar con determinaciones de glucosa, balances hídricos de ingresos-egresos y peso diario

c) Que es lo que produce las alucinaciones en ayuno prolongado

Las manifestaciones de hipofosfatemia en el sistema nervioso son secundarias a hipoxia celular por disminución de los niveles de 2-3 difosfoglicerato y ATP; y consisten en alteración en el estado de alerta, confusión, delirio, convulsiones, alucinaciones; parestesias, debilidad, tetania y ocasionalmente un síndrome semejante al Guillain- Barré.

d) En un estado de deshidratación porque no debía exponer los pulmones al sol?

La hipofosfatemia es causa de insuficiencia respiratoria aguda por disfunción diafragmática y de músculos intercostales debido a la depleción de ATP y 2-3 difosfoglicerato.

6. Elabore un cuadro comparativo por días desde el momento de la última ingesta alimentaria (primer día) hasta el momento del rescate. Identifique las vías estimuladas e inhibidas

El libro nos relata los sucesos de un marino que queda a la deriva por 10 días en una balsa, con sus únicas pertenencias que eran la ropa que llevaba puesta, 2 tarjetas, un reloj, sus llaves y 4 remos.

Debido a que él no consumía alimentos, por ende se encontraba en un ayuno forzado. Por lo que su cuerpo necesitaba adquirir energía.

Ante este ayuno forzado, el metabolismo se adapta para preservar las funciones vitales y reducir el catabolismo en nuestro organismo.

La grasa y los combustibles derivados de ella, sustituyen en forma gradual a la glucosa (principal fuente de energía). Las reservas hepáticas y musculares de glucógeno son las principales fuentes de glucosa, para los tejidos, que dependen energéticamente de este nutriente; como el cerebro, la médula ósea, las glándulas suprarrenales y los nervios periféricos. A medida que disminuyen los niveles de glucosa, también decaen los de insulina y aumenta el glucagón. Al disminuir los valores de glicemia en la sangre, se promueve la secreción de glucagon por el páncreas. Esta hormona activa los procesos de glucogenolísis, con la consecuente liberación de glucosa a la sangre. Sin embargo, los depósitos de glucógeno se reducen rápidamente, ante esta situación, se activan los procesos de gluconeogénesis. Estos cambios hormonales favorecen la lipólisis y los ácidos grasos liberados serán utilizados por los diferentes tejidos como fuente de energía.Nuestro cuerpo se adapta ante estas situaciones, disminuyendo el consumo de glucosa en el músculo, el tejido adiposo y el hígado, y se ponen en marcha mecanismos de producción de glucosa y posteriormente de otros nutrientes, como ácidos grasos libres y cuerpos cetónicos

Sucesos durante el naufragio Reacciones Metabólicas

1°,2° y No ingiere comida alguna. -Se activa la glucogenolísis, se da durante

3° Día

las primeras horas.- Después se activa la lipolisis.- Al tercer día hay una gran acumulación de cuerpos cetónicos.

4° Día Primer día que bebe agua salada.Su organismo sigues usando vías metabólicas alternas para poder mantener los niveles de glucosa.

5° Día

Ante el hambre que sentía, mato a una gaviota que se posó en su balsa, pero al causarle repugnancia no pudo comerla.

Glucogenolísis .-degradación de glucógenoGluconeogénesis.- formación de glucosa a partir de precursores.

Se activan los procesos de lipólisis y los ácidos grasos liberados serán utilizados por los diferentes tejidos como fuente de energía.

6° DíaIngiere las tarjetas que llevaba en el bolsillo, las cuales calman su hambre.

7° DíaSe alimenta de un pez, que salto a su balsa, este sacio su hambre y sed, dándole energía.

8° DíaTomo varios sorbos de agua de mar que aliviaron su dolor de garganta a causa de la gran sed que tenía.

Ya que su organismo estaba suficientemente deshidratado podía soportar el agua de mar. Esto se debe a que el agua de mar, además de hidratar el organismo mitigando su sed, inhibe la sensación de hambre.

9° Día Encontró una raíz que flotaba, y sin pensarlo la comió.

Los cuerpos cetónicos se convierten en la principal fuente de energía.

10° Día

Día que llega a tierra. No podía consumir alimentos, porque el aparato digestivo y el intestino necesitan acostumbrarse otra vez a la ingesta de alimentos, para funcionar con normalidad, lo que requiere una serie de cambios fisiológicos en el organismo.

Cuadro Comparativo

Las vías metabólicas que se activan son: La glucogenolísis, proteólisis, lipólisis, gluconeogénesis, cetogénesis. Producción de productos energéticos, como glucosa, ácidos grasos libres y cuerpos

tectónicos. Cambios en la composición corporal; como en las reservas de glucógeno, el tejido adiposo,

los músculos, el agua y los electrolitos, el peso corporal, las vitaminas y el intestino, entre otros.

Las vías metabólicas inhibidas son: La glucolisis, glucogénesis.

7. Describa las características fisiológicas de un estado de cetogénesis

a) Aumento de Catecolaminas:

Adrenalina y noradrenalina que en condiciones normales estimulan la glucogénesis en el hígado y el músculo, inhiben la captación de glucosa en el músculo incrementándolo en el tejido adiposo y disminuyen la secreción de insulina inducida por la glucosa.

Se observa en ayuno la elevación, en la excreción urinaria, de adrenalina, noradrenalina y ácido vanil-mandélico; menos marcada en los obesos que en los individuos de peso normal.

-Durante el ayuno, el aumento depende de la posible disminución del volumen plasmático y líquido extracelular producida por la pérdida de sodio y agua.

Inhiben la captación de glucosa a nivel del músculo (por lo que también actuaron ya en la fase anterior).

Acentúan la lipolisis en el tejido adiposo. b) Aumento de glucocorticoides, que: Aceleran la liberación de aminoácidos a partir de las proteínas, tanto a nivel del hígado como

de los tejidos extrahepáticos. - Acentúan la captación de aminoácidos por parte del hígado. Aumentan la desanimación (ruptura) del aminoácido. - Incrementan la actividad de la

Fructosa Difosfato-Fosfatasa y con ello la transformación del éster Fructosa 1-6 Difosfato en éster Fructosa-6-Fosfato.

Estimulan la actividad de la Glucosa-6-Fosfatasa a nivel del hígado y, como consecuencia, la neoglucogénesis. Esta tiene importancia para explicar después por qué sobrevive el cerebro a pesar de no poseer su alimento preferido: la glucosa.