Integración de Metabolismo
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Integracindemetabolismo
BALANCEENTRELAPRODUCCINYLAUTILIZACINDEENERGAENELMETABOLISMOHUMANO
ElprincipalpapeldelmetabolismoescapturarenergaqumicadelosalimentoscomoATPyutilizareseATPparaunavariedadde
procesosmetablicos,incluyendolasntesisdecomponentescelulares,transporteactivodeionesysoluto,ytrabajomuscular.
LossereshumanospuedengenerarATPpormediodelaoxidacindecarbohidratos,cidosgrasosyaminocidos.Asimpleviste,
lahomeostasisenergticainvolucraunbalanceentrelaingestaenergticaylaenergagastada,paraqueelcuerponotengaun
agotamientodeenerga(inanicin),niunexcesodealmacenamientodetriacilgliceroles(obesidad).
Cuntaenergapodemosobtenerdeloscombustiblesmetablicos?
Laenergaqumicaenlosalimentosesmedidaenkilocaloras(kcal).Unakcalsedefinecomo
laenergaqueserequiereparaelevar1C1kgdeagua.Esimportantesabequeelverdadero
calor que se produce de la combustin de las protenas es cercano a 5.4kcal/g; el nivel
fisiolgicomsbajo reflejael costoenergticoque representa laexcrecindenitrgenoen
formadeurea(4ATPs).
Culessonlosdepsitosdecombustibledeunapersonanormal?
Carbohidratos:Enestadoalimenticio,elhombredeunos70kgtieneaproximadamente300gdeglucgenoalmacenadoensus
msculosy100genelhgado,concantidadesmnimaseneltejidoadiposoyelcerebro.
Triacilgliceroles: Debido a que los triacilgliceroles (TAG) tienen un mayor contenido energtico que los carbohidratos y son
almacenado sin hidratacin, proveen una forma de almacenamiento de energamuchoms compacta que el glucgeno. Los
cuerposnormalesalmacenan15gdeTAG,o135,000kcal,comparadoalas1,600kcaldelglucgeno.Aunquecasitodaestagrasa
esalmacenadaenlosadipocitos,50gdeTAGsealmacenanenelmsculoesquelticoyelhgado.Losatletasdealtaresistencia
tienecantidadesanmayoresdeTAGintramusculares.
A diferencia del almacenamiento de carbohidratos como glucgeno, el cuerpo tiene casi una capacidad ilimitada para el
almacenamientodeTAG.Undesequilibrioentrelaingestadeenergayelgastodeenergaeslacausadelaactualepidemiade
obesidad.
Protenas:Aunquenoexistenalmacenamientosdeprotenascomotalenelcuerpo,algunasdelasprotenascelularesnormales
sonmovilizadas cuando se requieren amino cidos para otras necesidades, como sntesis de nuevas protenas y proveyendo
esqueletos carbonados para la gluconeognesis. La mayora de los protenas movilizables son encontradas en el msculo
esqueltico (6kg) y en el hgado (0.1kg). En casos de inanicin y de balance de nitrgeno negativo severo, las protenas del
msculocardacotambinpuedenserdegradadas.
El coeficiente respiratorio puede ser utilizado para evaluar qu combustibles estn siendo utilizado en un momento en
particular
Lanaturalezaylascantidadesdecombustiblesqueestnsiendoutilizadoenunmomentoenparticularporunorganismopuede
serestimadosutilizandolacalorimetraindirecta,quemideelconsumodeoxgenoylaproduccindedixidodecarbonoen
lugardelageneracindecalorduranteunintervalodefinidodetiempo.Lasecuacionesgeneralesparalacompletaoxidacinde
glucosaydeTAG,sonutilizadasparadeterminarelcoeficienterespiratorio(RQ=CO2/O2)paracadareaccin:
TablaNo.1EnergaqumicadelosalimentosAlimento EnergaCarbohidratos 4kcal/gTriacilgliceroles 9kcal/gProtenas 4kcal/gEtanol 7kcal/g
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Qupodemosaprenderdelcoeficienterespiratorio?
UnapersonaenayunoenreposotieneunRQdeaproximadamente0.75.Loqueindicaqueestapersonaestoxidandograsas
para obtener la energa que necesita. En contraste, cuando la misma persona comienza a correr rpidamente, el RQ va a
aumentarhasta1.0,indicandoahoralautilizacindecarbohidratoscomofuentedeenerga.UnRQde0.85indicaquelapersona
estutilizandounamezcladecarbohidratosygrasas.
El coeficiente respiratoriode laoxidacinde lasprotenasesunpocomscomplicado.Si tomamos laoxidacinde laalanina
comoejemplo:
La nica formade estimar conprecisin lamedida enque los aminocidos se oxidan, esmedir la excrecinurinaria deurea
(usualmenteenunperodode24horas).Porsustraccin,secorrigepor lacantidaddeO2consumidoyelCO2queseproduce
durantelageneracindelacantidadmedidadeurea.ElO2yCO2restantesonutilizadosparacalcularunvalordeRQnoproteico
quepuedaserutilizadoparadeterminarlascontribucionesdecarbohidratosygrasasalmetabolismo.
Paraunapersonanormalconsumiendounadietatpica,lasprotenasproveendel1220%delcombustiblemetablico.Adems,
unRQde0.83 indicaqueunapersonaestobteniendoaproximadamente lamitadde sus calorasde carbohidratos y laotra
mitaddegrasas,queindicarel100%deprotenas.
CULESSONLASCONDICIONESFISIOLGICASQUEAFECTANLAUTILIZACINDELOSCOMBUSTIBLES?
Estadodeayunooestadobasal
Latasametablicabasal (BMR:basalmetabolic rate)eselgastodeenergamnimorequeridoparael trabajo involuntariodel
cuerpo (bombeodel corazn,mantenimientodegradientes inicos, recambiodeprotenas).ElBMRsemideen lasmaanas,
mientraselsujetoestenposicinpronoyhaestadoayunandoporlomenosdurante12horas.
Porconveniencia,elgastoenergticoenreposo(REE:restingaenergyexpenditure)semidegeneralmenteenlugardelBMR,ya
queelREErequiereunmenordeunayunomenosriguroso(2a4horas)yproveevaloresligeramentemsaltos.
EsposibleaproximarelBMRparaunapersonadadcomo1kcal/kgporhoraparahombresy0.9kcal/kgporhoraparamujeres,o
1680y1200calorasporda,respectivamente,paraunhombrede70kg(154lb)yunamujerde56kg(124lb).Ladiferenciade
gnerodelBMRsedebealrelativamentemayoralmacenajedetejidoadiposoymenormasamuscularenlasmujeresqueenlos
hombres. En realidad, el BMR, se correlaciona principalmente con la masa muscular magra y puede ser aumentado con el
ejercicio,quepromuevelaacumulacindemsculo.
Estadodealimentacin
Latasametablicaenreposoesaumentacuandoesmedidaenunapersonaquehacomidorecientemente.Ladiferencia,refleja
lacantidaddeenergaextrarequeridaparaladigestin,transporteyalmacenamientodeloscombustiblesqueprovienendela
dieta,incluyendoeltransporteactivodesolutoshaciaelinteriordelasclulasylaactivacindemolculas(glucosaaglucosa6
fosfato,cidosgrasosaacilCoAs).ElefectotrminodelosalimentosaumentaelgastoenergticosobreelBMRdeun1015%,
dependiendode lapersonayde ladieta,conalimentosricosenprotenasquerequierenunamayorcantidaddeenergapara
procesarseyconlosTAGdeladietarequiriendolamenor.
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Actividadfsica
Los movimientos voluntarios, incluyendo las actividades diarias, aumentan el gasto energtico. La actividad fsica es el
componente ms variable del gasto energtico diario de una persona, y representa del 2040% del total de una persona
promedio.Laactividadfsicaestambinelnicocomponentedelgastototaldeenergaquesepuedealterarfcilmente.Elgasto
energticoduranteelejercicioseveafectadoporlanaturalezadelaactividad(corrervs.caminar);laintensidad,laduracin,la
eficienciadelaactividad;ylamasacorporaldelapersona.
ROLESDELOSDIFERENTESRGANOSENLAINTEGRACINDELMETABOLISMO
Elmetabolismodeciertasclulascambiaunpocoentrelosdiferentesestadosfisiolgicos.Loseritrocitos,porejemplo,dependen
exclusivamentede lagliclisis tantoenestadosdeayunocomodealimentacin.Demanerasimilar,el cerebrodependeante
tododeglucosacomocombustibleynocomienzaautilizarcantidadessignificativasdecuerposcetnicoshastaelda3o4de
ayuno.Encontraste,lamayoradeotrasclulasyrganosalteransupatrndelgastoenergtico,almacenamientodeenergay
laexportacindecombustiblesenergticosparalasatisfaccindelasnecesidadesdeotrasclulasyelcuerpocomountodoen
losdiferentesestadosfisiolgicos.(TablaNo.2)
TablaNo.2Principalesrganosinvolucradosenlaintegracindelmetabolismoenergtico
rganoFormadealmacenaje
principaldelcombustibleCombustibleexportado
Momentoosituacinenlaqueseexporta
Adipocitos TAG cidosgrasoslibresyglicerol Ayuno,ejerciciodeintensidadmoderadaHgado Glucgeno Glucosa
CuerpocetnicosVLDLTAG
AyunoyejercicioAyunoEstadodealimentacin
Msculoesqueltico GlucgenoProtenas*
LactoAlaninayglutamina
EjerciciointensoAyuno
*Protenasestructuralesmovilizables
Hgado: El hgado juega un papel importante en todos los aspectos del metabolismo energtico. Cuando la glucosa sea
abundante, el hgado utiliza la glucosa como combustible, la almacena como glucgeno ymetaboliza el exceso de glucosa a
acetilCoA.ElacetilCoA,asuvez,esutilizadoparalasntesisdecidosgrasosyalalargadeTAG,quesonexportadosdelhgado
hacia lostejidosenformadeVLDL.Encontraste,cuandolaglucosaesrequeridaporotrasclulas,elhgadopasaautilizar los
cidosgrasosparagenerarenerga,moviliza los almacenesdeglucgenoparamantener la glicemia y comienza la sntesisde
glucosaydecuerposcetnicos.Lautilizacindelosesqueletoscarbonadosdelosaminocidoscomoalaninaoglutaminaparala
gluconeognesisestacompaadadelaconversindelosgruposdeaminoaurea.
Tejido adiposo: Los TAG son los depsitos de combustible principales del cuerpo, y los adipocitos son el principal sitio de
almacenamientodelosTAG.Enrespuestaaunaestimulacinhormonal(glucagn,hidrocortisonayepinefrina),loscidosgrasos
libres son liberados cuando son necesitados: por ejemplo, durante el ayuno o para satisfacer el aumento de las demandas
energticas durante el ejercicio, stress y trauma. El glicerol generado durante la hidrlisis de los TAG est disponible para el
hgadoparalagluconeognesis.Encontraste,enunestadoalimenticioosaciado,elcuerpodirigeloscidosgrasosdeladietay
laglucosaalosalmacenamientosdeTAG.LalipoprotenalipasaenloscapilaresdeltejidoadiposohidrolizalosTAGdelVLDL:los
cidosgrasosquesonliberadossontomadosporlosadipocitos, incorporadosaTAGyalmacenados.Enunestadosaciado, los
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adipocitos tambinoxidanglucosa,paraproveer tantoelesqueletodeglicerolde losTAGyparageneraracetilCoAparauna
modestacantidaddesntesisdecidosgrasos.
Msculoesqueltico
Msculoenestadosaciado:Cuandolaglucosa(einsulina)aumentadenivel,lasclulasmuscularestomanglucosapormediolos
transportadoresGLUT4yalmacenanesaglucosacomoglucgeno.Comerunacomidayelsubsecuenteaumentodela insulina
sricatambinestimulanelconsumodeaminocidosenelmsculoypromuevenlasntesisproteica.
Msculo en estado de ayuno:En el ayuno durante la noche, elmsculo esqueltico juega un papel importante proveyendo
combustibleaotrosrganos,incluyendoelcerebro.Yaqueelmsculocarecedeglucosa6fosfatasa,elglucgenomuscularno
puede ser utilizado para mantener la glicemia. Hay, sin embargo, un catabolismo considerable de las protenas musculares
duranteelayuno.Losesqueletoscarbonadosdelosaminocidosramificadossonutilizadosprincipalmentecomocombustible
porelmsculo,mientrasquelaalaninaylaglutaminasonexportadoparaapoyarlagluconeognesisenelhgadoyenelrin,
respectivamente.Enunestadoenayuno, losmsculosutilizan loscidosgrasos libresdelplasmay loscuerpocetnicospara
satisfacersusnecesidadesenergticas
Msculoduranteelejercicio:Laactividadfsicarequierequeelmsculoaumentenotablementelavelocidaddeproduccindel
ATP.Lamezcladecombustiblesusadosporelmsculoesdependientedetantolaintensidadcomoladuracindelejercicio.
Corriendo: La fuente inmediata de energa para los msculos durante una carrera rpida es el ATP, junto con los
almacenamientosintramuscularesdecreatininafosfato,quepuedensostenerunacarrerade6segundos.Elglucgeno
musculartambinesutilizadoporloscorredores,ybajola intensidaddelaactividad,elmsculoexportalactatoala
circulacin.
Caminaryejerciciosmoderadossimilares:Loscidosgrasossonlossustratospreferiblesparaelejercicioenun50%
delvolumenmximodeoxgenoqueelcuerpopuedeutilizar(VO2max).
Ejerciciosdeintensidadmoderada:Mientraslatasadeejerciciosostenidoaumentadeun65%aun85%delVO2max,la
contribucinrelativade loscarbohidratosalmetabolismototalaumenta,con laproporcindelATPgeneradode los
carbohidratos y la oxidacin de las grasas cambiando de un 40:60 a un 60:40.Mientras el glucgenomuscular es
escindido,hayunamayordependenciadeunamezcladecidosgrasosyglucosasrica,conundescensoconcomitante
delRQdesde>0.9a0.75.Bajoestas condiciones, la fatigamuscularpuedeocurrir si la intensidaddel trabajonoes
disminuida.Esimportanteaclararquesolamenteelglucgenoalmacenadoenlosmsculosesquelticosesescindido;
lacantidaddeglucgenoenlosmsculosmenosactivosnodisminuye.
Adaptacionesconelentrenamientoatltico:Laspersonasenformasoncapacesdeejercitarseaunmayorvolumende
trabajoymantenerdichaactividadporlargosintervalos.Laspersonasfsicamenteenformatienenmayoresalmacenes
intramusculares de glucgeno y TAG, que aquellas personas con una vida sedentaria. Tambin tiene valores ms
grandesdelVO2maxqueresultaenelmismoniveldeejercicioocurriendoaunVO2msbajo,permitiendounamayor
dependenciadecidosgrasosqueenglucosaparasatisfacersusnecesidadesenergticas.
Msculocardaco
Aunqueelcoraznnuncaestenreposo,sumetabolismoessimilaraldelmsculoesquelticodeunapersonaenreposo,enel
sentidoquecuandoelcuerpoestenreposo,elcoraznutilizapreferentementecidosgrasos librescomocombustible.Los
almacenescardacosdeglucgenosonmovilizadosparaelmayortrabajocardacoqueelejerciciodemanda.
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INTEGRACINDELMETABOLISMODELOSRGANOSENLOSDIFERENTESESTADOSFISIOLGICOS
Lacoordinacindelasactividadesmetablicasdelosdiferentesrganossellevaacaboconelfindemantenerlahomeostasis
delaglucosaparaproveerunsuplementofijodeglucosaquesatisfagalasnecesidadesdelcerebroyeleritrocito.Laintegracin
delmetabolismotambintienecomofinalmacenarlaenergaeficientementeentiemposdeabundanciaparapoderproveeren
perodosdeescasezdeenergaoentiemposdealtosrequerimientosdeenerga.
Estadodeayuno
La siguiente figura ilustra los diferentes rganos en el coordinado metabolismo del estado metablico basal, cuando una
personaestenreposooenayunonocturno.
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Porquelcerebronooxidacidosgrasos?
LoseritrocitoscarecendemitocondriayporlotantonopuedenutilizarlabetaoxidacinoelciclodeTCA,ambosprocesos
mitocondriales.Encontraste,aunquelasclulasneuralessposeenmitocondrias,ellasnoutilizanloscidosgrasoslibrescomo
fuentedeenergaduranteelayunoporqueloscidosgrasoslibresyotrassustanciaslipoflicasnosoncapacesdeatravesarla
barrerarematoenceflica.Adems,elmecanismoparaprotegerelcerebrodeunavariedaddesustanciasperjudicialeshaceal
cerebrofuertementedependientedeunconstantesuplementodeglucosa.
Durantelanoche,elglucagnesnmulalaglucogenlisisagotandolasreservasde
glucgeno.
Enlamaana,lamayorfuentedeglucgeno
plasmncoprovienedelagluconeognesishepnca(yhastaciertopuntorenal).
Lossustratosparalagluconeognesiscon
porveidosporlosadipocitos(glicerol),msculo(alaninay
glutamina)yeritrocitos(lactato).
Elaumentodelatasadelcatabolismoproteicoenelmsculoqueestasociadoconlagluconeognesisestacompaadoconelaumentodelasntesishepncade
urea.
LabetaoxidacindeloscidosgrasoslibresproveegrandescanndadesdeATPrequeridostantoparala
gluconeognesisyureagnesis.
Comoresultadodeladiversindeloxalacetatodel
ciclodelosTCAagluconeognsis,elhgadounlizalamayoradelacenlCoAdelabetaoxidacinparasintenzarcuerposcetnicos
Duranteelayuno,loscidosgrasosmobilizadosdelTAGenlosadipocitosproveenelmayorsuministrodeenergaparalosrganos,aexcepcindelcerebroyloseritrocitos.
Mientraselayunoconnna,lasclulasdemsculoesquelncooxidanuna
mezcladecidosgrasoslibresliberadosporlosadipocitos,cetonasproducidasporelhgado,yaminocidosramificadosgeneradosatravsdelcatabolismo
proteicosdelasprotenasdelmsculoesquelnco.
Lasclulasmuscularestambinrequierendeciertacanndaddeglucosaparagenerarelesqueletocarbonadodealanina,
representandoelmedioporelcualexportanlosgruposaminoliberadosduranteelcatabolismodelosamino
cidosramificados.
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Qupasaduranteelayunoprolongado?
Loscambiosenlautilizacindeenergaqueocurrenenelayunoalargoplazosonreferidoscomoaadaptacinalhambre
(inanicin).
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Losnivelescirculantesdecuerposcetnicosseelevansignificanvamenteenlasprimerassemanasdeunayunoprolongadoyelcerebrocomienzaa
unlizarlos,ascomoglucosa,comofuentesdeenerga.
Despusde23semanasdeayuno,loscuerpos
cetnicossoncapacesdesansfacer2/3delos
requerimientosenergncosdelcerebro.
Aunqueelcerebrotodavanounliceloscidosgrasoslibresdirectamente,laoxidacinneuraldeloscuerposcetnicos
representa,enesencia,laabilidaddelcerebrode
unlizarenergaoriginalmentealmacenada
enloscidosgrasos.
Elaumentodeladisponibilidaddeloscuerposcetnicosal
cerebroestfacilitadaporelmsclo,quienparadeoxidarcuerposcetnicosypasacasicompletamenteacidosgrasoslibrespara
obtenerenerga.
Mientraslatrancisinsellevaacabo,hayunamenrodemandadeglucosaporelcerebroyundescenso
concomitanteenelrangodelcatabolismodelasprotenasdelmsculo
esquelncoparaproveersustratosgluconeognicosparaelhgadoyelrin.
Almismonempo,relanvamentemsdel
nitrgenoderivadodelosaminocidosexcretadoenlaorinasernenlaforma
deionesamonioenlugardeurea.
Losionesamonioscompensanelcido
acetoacncourinarioyelcidobetahidroxibunrato.
Laproduccinrenaldelosionesamonioest
directamenteacopladaaunaumentoenelusorenaldelosesqueletoscarbonados
deglutaminaparalagluconeognesis.
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Metabolismoenelestadosaciado
Los cambios en el metabolismo en varios rganos que ocurren despus de la ingestin de una comida mixta, reflejan la
asimilacindedichosnutrientesysuprocesamiento,tantoparasuutilizacininmediatacomoparasualmacenamiento.
Metabolismodelhgado,tejidoadiposoymsculoesquelticoenelestadosaciado
Hgado
Cuandolaconcentracindeglucosasricaesalta,elhgadoextraeglucosadelasangre.Ciertacantidaddeesaglucosaesutilizadaparalaglucognesis;elrestoesoxidadoaacetilCoAyutilizadoprincipalmenteparalasntesisdecidosgrasos.LoscidosgrasosresultantesdecadenalargasonsecretadosdelhgadocomotriglicridosenVLDL.Enestadosaciado,elhgadoutilizaprincipalmenteaminocidosparalasntesisdeprotenas.Sinembargo,conelaltoconsumodeprotenaselexcesodeaminocidosescatabolizado,consusesqueletoscarbonadosconvertidosacidosgrasosysusgruposaminoutilizadosparalasntesisdeurea.
AdipocitosEnestadosaciado,eldepsitoadipososintetizayalmacenaTAG.LoscidosgrasoslibressonobtenidosdelosTAGexgenosobtenidosdelosquilomicronesydelasntesisendgenadelosTAGenformadeVLDL.
Msculos
Cuandolosnivelescirculantesdeglucosaeinsulinaestnelevados,elmsculoextraeglucosadelasangreylautilizaparasintetizarglucgeno.Bajocondicionesnormales,lasntesisdelglucgenomuscularfuncionasimplementeparareestablecerlosalmacenesdeglucgeno.Sinembargo,siloscarbohidratossonconsumidosdespusqueelglucgenomuscularhasidoagotadoporejerciciovigoroso,laresntesisdeglucgenopuederesultarennivelesanmayoresquelosqueestabanpresentesprevioalejercicio.Losatletascomnmenteserefierenaestefenmenocomocargadeglucgeno.
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Metabolismoduranteelejerciciomoderado
Como se discuti anteriormente, el msculo esqueltico puede utilizar una variedad de sustratos energticos durante el
ejercicio.Duranteperodoscortosdeejerciciointensolasclulasmuscularesderivanenergadelfosfatodecreatininayreservas
deglucgenodentrodelmsculoens.
Duranteelejercicioagotador,muchadelagliclisisqueocurreenelmsculoesanaerbico;ellactatoresultanteesexportado
del msculo y tomado por el hgado, donde puede ser oxidado posteriormente o utilizado como un sustrato para la
gluconeognesis.
Encontraste,elejerciciomoderadodependedeloscidosgrasoscirculantesyglucosa,ascomolosalmacenamientosdentro
delmsculo.LosTAGalmacenadosenlosadipocitossonlafuenteprimariadedichoscidosgrasos,mientrasqueelglucgeno
heptico proveen la glucosa plasmtica (glucosa srica). Despus de 60 a 90 minutos de ejercicio vigoroso, el glucgeno
heptico se agota y la gluconeognesis heptica es necesaria para mantener los niveles de glucosa srica. Inicialmente, la
gluconeognesisutilizaprecursoresgluconeognicosgeneradosdentrodelhgadoyglicerolderivadodelarupturadelosTAG
deltejidoadiposo.Sinembargo,conformeelperododeejerciciosealarga,hayuncatabolismoaumentadodelasprotenasdel
msculo para proveer alanina y glutamina para la gluconeognesis, con los esqueletos carbonados de los amino cidos
ramificadosproveyendounafuenteadicionaldeenergaparaelmsculo.Elaumentodelautilizacindelosaminocidospara
lagluconeognesisesreflejadoenunaumentodelasntesishepticadeureaysuexcrecin,especialmenteenelsudor.Como
es esperado, las personas conbajos almacenes de carbohidratos excretarnms urea durante el ejercicio que aquellos que
estnrepletosdecarbohidratoscuandocomienzanelejercicio.
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Quemadeglucosaversusgrasa:Culesmejorparalaprdidadepeso?
Escomnquelaspersonasquedeseanperderpesoparabusquenunrgimendeejercicioquequemegrasaenlugardeglucosa.
Resulta,sinembargo,quelacuestinfundamentalenelejercicioeselgastocalricototal.Lamayoradelostiposdeejercicio
fomentanlautilizacindeunamezcladecombustibles,aunqueelejerciciomoderado(caminarapasoligeroenlugardecorrer)
utilizarelativamentemscidosgrasosqueglucosa.Enlamedidaenqueunapersonautilizaloscidosgrasoslibresduranteel
ejercicio,disminuyenproporcionalmentelasreservasdegrasa.Laoxidacindelaglucosaduranteelejerciciomoderadotiende
aagotarlasreservasdeglucgenoenlosmsculosyelhgado.Cuandoseconsumeelsiguientetiempodecomida,lasreservas
deglucgenodelosmsculossellenanoreestablecen,ymenorcantidaddeloscarbohidratosdeladietaseconvierteengrasa,
loqueresultaenunmenordepsitodetriacilgliceroleseneltejidoadiposoquesilapersonanosehubieraejercitado.
REGULACINDELMETABOLISMO
La insulinaesunahormonaanablicayactaparaestimular las respuestasmetablicasdelestadosaciado,mientrasqueun
nmero de otras hormonas (hormonas contrarregulatorias de insulina) se oponen a las acciones de insulina y coordinan la
movilizacindesustratosenergticosylaproduccindeenergaduranteelejercicioyelayuno.
Hormonasreguladorasdelmetabolismo
InsulinaLa insulinaactaendiferentes tejidosy tieneunaseriedeefectosdeellos, loscualessonconsistentescon lasnecesidadesanablicasdelcuerpoenestadosaciado.As, la insulinaestimula latranslocacindetransportadoresGLUT4a lamembranaplasmticaytransportanglucosaalosadipocitosyclulasmusculares.
Lainsulinaaumentalasecrecinde
lipoprotenlipasaporlosadipocitos,aumentandola
liberacindecidosgrasoslibresdelosquilimicronesyVLDL.
Dentrodelosadipositoslainsulinaesnmulalagliclisis,unamodestasntesisdeAGylasntesisde
triacilgliceroles.
Almismonempo,lainsulinaprovocatantolasntesisdeglucgeno
ylagliclisisenlasclulasmusculares,ascomolacaptacindeaminocidoshaciaelmsculoylasntesisproteicadentrodel
mismo.
Notodoslostejidossonreguladosporla
insulina.Enparncular,lacaptacindeglucosaporpartedelasclulasneuralesylagliclisissubsecuenteson
glucosaindependiente.
Aunqueeltransportedehlucosaalos
hepatocitosesinsulinoindependiente,la
insulinasesnmulalaacnvidaddeenzimas
reguladoresclaveenlasvasqueusanglucosa(sntesisdeglucgeno,gliclisis)mientras
inhibevasquegeneranglucosa(glucogenolisisygluconeognesis).
LainsulinaaumentalaacnvidaddelaacenlCoAcarboxilasa,ascomolasntesis
hepncadecidosgrasosylasubsecuente
sntesisdeVLDL.
Adems,elaumentodelaacnvidaddelaacenlCoAcarboxilasageneramalonilCoA,loqueprevienelabeta
oxidacindeloscidosgrasos,inhibiendolacarninnapalmitol
transferasa.
Lainsulinatambinesnmulalasntesisde
larespuestadeestoroles;elementode
uninaprotenasSREBP1ySREBP2aumentandola
transcripcngenncadelasenzimaslipognicas
involucradasenlasntesisdeAGy
colesterol,respecnvamente.
-
Glucagn
Epinefrina(Adrenalina)
Hidrocortisona
Adipocitoquinas
Ejercicio
Enadicinalaaccindelashormonas,laactividadfsicasostenidaejerceefectosanmayoresenlaregulacindelmetabolismo
energtico. Existenmuchas adaptacionesmetablicas a largo plazo al ejercicio aerbico, incluyendo el aumento de lamasa
muscular, loqueresultaenunaumentode la tasametablicabasal, y regulacinascendentedelmetabolismomitocondrial
Elglucagnesnmulaaloshepatocitosyadipocitospara
liberarglucosayAG,respecnvamete,ala
circulacin.
Enelhgado,elglucagnesnmulatantolaglicogenlisis
comogluconeognesismientrasinhibelasvasdealmacenamientodeenerga(glucgenoysntesisdeAG)
Enlosadipocitos,elglucagn,esnmulaliplisisyla
liberacindeAGlibresyglicerolalacirculacin.
Lasntesisdeepinefrinaaparnrdenrosinaenlamduladela
glndulasuprarenalesesnmuladaporelestrs,ejercicioderesistenciaehipoglicemia.
LaepinefrinaactaatravsdelmismosistemaacopladoaprotenasGdependientede
AMPcvadesealizacindelasprotenkinasas,queelglucagny
neneefectossimilaresenelhgadoylosadipocitos.
Adiferenciadelglucagn,laepinefrinaactaenlasclulas
musculares,ydebidoaqueestascarecendeglucosa6fosfatasa,el
rompimientodelglucgenoesnmuladoporlaepinefrinaresultaenunaumentodela
gliclisis.
Lahidrocornsonaesunglucocorncoidesintenzadoporlacortezaadrenalque
esnmulalamovilizacindecombusnblesenergncosdelhgado,msculoy
adipocitos.
Sinembargo,adiferenciadelglucagnylaepinefrina,lahidrocornsonaacta
principalmenteregulandolatranscripcingenncaymediacambiosmetablicosalargoplazodurantela
inanicin,sepsisuestrs.
EltejidoadiposoesmsqueelalmacenamientodeTAG,estambinunrganendcrino.
Lashormonasycotoquinassecretadasporlosadipocitosincluyenlepnna,adiponecnna,
adipsina,interleuquina6,yTNF.
Laproduccindelasvariasadipocitoquinasvaradelestadoenergncodecadapersonaydelalalocalizacinanatmicadel
depsitoadiposo.
Lalepnnasealauficienciaenergncayactaparainhibirfuturosalmacenesdelpidosenlosadipocitosyesnmulala
liplisisdelosTAGintracelulares.Tambindisminuyeelapento.
Laadipsinanenelosefectosopuestosdelalepnna;esnmulalacaptacindegucosayaumentalaacnvidaddeladiacilglicerol
aciltransferasa,causandoquelosadipocitosretenganAGenla
formadeTAG.
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energtico. El ejercicio tambinaumentael gasto total deenerga aumentando laproliferacinperoxisomal y aumentado la
expresindeprotenasdesacoplantesenlamitocondria.
UnreguladorimportantedelmetabolismomusculareslaAMPquinasa,queseactivacuandoladeplecindeATPresultaenun
aumentodelosnivelesintracelularesdeAMP.LaAMPquinasainhibelaacetilCoAcarboxilasayreducelosnivelesdemalonil
CoA en el citoplasma, lo que estimula la oxidacin de cidos grasos mediante el aumento de la actividad de la carnitina
palmitoiltransferasa1.LaprotenaquinasaactivadaporAMPtambinaumentalaabsorcindeglucosaenelmsculoatravs
del reclutamiento insulinodependientede los transportadoresdeglucosaGLUT4a lamembranaplasmtica. Este fenmeno
explica por qu la captacin de glucosa por el esqueletomuscular esmuchomayor durante el ejercicio, cuando no hay un
aumentoenelniveldeinsulina.Elejerciciotambinhacequelasclulasmuscularesseanmssensiblesalainsulina,enparte
mediante la estimulacinde intramuscular de la acumulacinde TAG, y la eliminacindemetabolitosnocivosde los cidos
grasos.
CONDICIONESENLASCUALESLAINTEGRACINMETABLICANORMALESTDETERIORADA
Obesidad
La obesidad es la acumulacinde excesode tejido adiposo. Comnmente se evalumediante el clculo del ndice demasa
corporal(IMC),definidocomoelpeso(kg)/altura(m)2.UnIMCde25omsseconsiderasobrepesoyunIMCsuperiora30se
consideraobesidad.Paraunamujerde5pies,4pulgadasdealtura,elsobrepeso,sera>145librasylaobesidad>175lbs.El
IMCesaplicableaprcticamentetodoslosadultos,aexcepcindelosatletasaltamenteentrenadoscomolosfsicoculturistas
quetienenunamasamuscularanormalmentegrande.
La obesidad es el resultado de un desequilibrio crnico entre la ingesta y el gasto de energa. Una libra de tejido adiposo
representaaproximadamente3500kcal[454gx9kcal/g(deTAG)x0,85(lafraccindetejidoadiposoqueestestrictamente
formadaportriglicridos).Alapersonaqueconsumeunexcesocalricode100daskcal/porlotanto,ganar10libras/ao.
Porelcontrario,unapersonaconundficitcalrico500kcal/daperderaproximadamente1 lb/semana.Cabesealarque
unapersonaquequema2.000kcal/danosepuedeesperaquepierdamsde4librasdetejidoadiposoalasemana,inclusosi
loellaestcompletamenteenayuno.Programasmsrpidosparaperderpesoenrealidadrepresentanlaprdidadeaguay
algunoslaprotenadelmsculo,enlugardelaprdidadeseadadelaadiposidad.Lamayoradelasrecomendacionesmdicas
parabajardepesosugierenmantenerunadietasaludableconundficitde500a1000kcal/da.
Aunquesindudahayvariacionesdeanchoenlaestructuracorporalyelmetabolismoentrelosindividuos,laactualepidemiade
obesidadenlosEstadosUnidosyenmuchosotrospasessedebemsalmedioambientequeafactoresgenticos.Eleficiente
almacenamientodelexcesodecalorascomotriacilglicerolpuedehabersidoventajosaparanuestroslejanosantepasadosque
eran fsicamentemuy activos y para los que la escasez de alimentos. Sin embargo, en el contexto actual de estilos de vida
sedentariosyenlosentornosdondehayunexcesodealimentosdealtadensidadcalricaquecontienengrandescantidadesde
grasas y azcares, el almacenamiento de combustible en forma de grasa puede dar lugar a la obesidad y sus secuelas
indeseablesmdicasysociales.
DiabetesMellitusTipoI
LadiabetestipoIescausadaporunaproduccininsuficienteoinexistentedeinsulina.Apesardeauelacausamscomnesla
destruccin autoinmune de las clulas beta del pncreas. Tambin puede ser consecuencia de una pancreatitis crnica. La
deficienciadeinsulinaresultantesehadescritocomo"elhambreenmediodelaabundancia",conlasvasmetablicasactivas
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en el ayunomodo a pesar de los niveles plasmticos elevados de nutrientes en la sangre. La falta insulina resulta en una
hiperglucemiaenayunas, tantoconelexcesodeproduccindeglucosaporelhgadoy la subutilizacinde laglucosaporel
msculo y los adipocitos. La alta tasa de gluconeognesis se acompaa a menudo por la cetognesis extensa y severa
cetoacidosis.Lahiperglucemiacrnicaprovocaeldaoamuchosrganos,incluyendolosojos,riones,vasossanguneosylos
nervios.
Ladiabetesafectaelmetabolismodelpidosyprotenas,ascomoladelaglucosa.Laaltarelacinglucagn/insulinaestimula
la hidrlisis de triglicridos y aumenta la concentracin plasmtica de cidos grasos libres; un aumento de la captacin y la
reesterificacin de cidos grasos en el hgado da lugar a la hipertrigliceridemia. Al mismo tiempo hay un aumento de
catabolismodelasprotenasmuscularesyhiperaminoacidemia.
Enlaactualidad,elnicotratamientoeficazparaladiabetesmellitustipoIeslaterapiadeinsulina.Lahormonaesactualmente
proveda,yaseaporinyeccinopormediodeunabombadeinsulina.
La dosificacin y el horario se debe ajustar a la ingesta de alimentos de una persona y el ejercicio para mantener la
normoglucemia.Determinacindelahemoglobinaglucosilada(HbAlc)esutilizaparamedirlaeficaciadelcontroldelaglucosa.
ResistenciaalainsulinaydiabetestipoII
LamayoradelaspersonascondiabetesmellituspadecendiabetesmellitustipoIIenlugardetipoI,yesladiabetestipoIIque
est alcanzando una incidencia epidmica enmuchos pases. La diabetes mellitus tipo II se caracteriza por resistencia a la
insulinaenlugarinsuficienciaprimariadeinsulina.Unapersonatieneresistenciaalainsulina,cuandocantidadesmsgrandes
de lo normal de insulina son requeridas paramantener los procesosmetablicos insulinodependientes. La resistencia a la
insulinatambinesfrecuenteenlosobesosyenpacientesconelsndromemetablico.Enlamayoradeloscasosderesistencia
a la insulina, lasecrecinde insulinanoseveafectaday losreceptoresa la insulina sonfuncionales.Aunquelagenteen las
primerasetapasdelaresistenciaalainsulinapuedemantenerconcentracionesnormalesdeglucosaenlasangremedianteel
aumento de la secrecin de insulina, esta compensacin a menudo se vuelve inadecuada y con el tiempo progresan a la
hiperglucemiay,finalmentealadiabetesmellitustipoII.
Al igualqueladiabetestipoI, ladiabetestipoIIsecaracterizaporhiperglucemia,hipertrigliceridemia,hiperaminoacidemia,y
niveleselevadosdecidosgrasoslibres.Laaltosnivelesdecidosgrasoslibresenlasangresonelresultadodeunaumentode
laliplisisdelosTAGporlosadipocitos.Losniveleselevadosdecidosgrasoslibres,asuvez,sonelresultadodelaumentodela
sntesisdeTAGporelhgadoylaexportacindeTAGenpartculasdeVLDL.AdiferenciadelaspersonascondiabetestipoI,las
personascondiabetestipoIIgeneralmentenodesarrollancetoacidosis,enparteporque,almenosenlasprimerasetapasdela
enfermedad,elhgadoesmenosresistentealainsulinaqueelmsculoesquelticoolosadipocitos.
Laobesidadamenudo conducea la resistencia a la insulina enelmsculo. En las personas con resistencia a la insulina, las
clulasmuscularesnoregulansuficientementelasaciltransferasasinvolucradasenlasntesisdetriglicridosparahacerfrentea
la mayor disponibilidad de cidos grasos libres. En consecuencia, una alta concentracin intracelular de intermediarios
metablicosdeglucosainhibelacaptacinylagluclisisporlasclulasmusculares,ymayoresnivelesdeinsulinasonnecesarios
paralautilizacindeglucosa.Aunquelosmecanismosnohansidocompletamenteaclarados,elestadorelativamenteresistente
a la insulinaasociadocon laobesidadpuedeserel resultadodeundesequilibrioenproduccindeadipoquinas,ascomode
nivelesplasmticoselevadosdecidosgrasoslibresliberadosdelosexcesosdealmacenesadiposos.
Elejercicioestimula losTAGy la sntesisdeglucgenoenelmsculoesquelticoymejora lasensibilidada la insulinaen las
personas, tanto de peso normal y obesos. Entre losmecanismos que intervienen, est la regulacin de los transportadores
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GLUT4y laexpresinde ladiacilglicerolaciltransferasa.Dehecho, los regmenesdeejerciciomoderadoy laprdidadepeso
suelen ser suficientes para evitar la necesidad de la intervencin farmacolgica en las personas con formas ms leves de
diabticostipoII.LadiabetestipoIItambinsepuedetratarconunavariedaddemedicamentosqueestimulanlasecrecinde
insulina (por ejemplo, sulfonilureas) o aumentar sensibilidad a la insulina (por ejemplo, las tiazolidinedionas), o reducir la
gluconeognesisheptica(porejemplo,metformina).MuchoscasosdediabetestipoII,sinembargo,coneltiempoprogresana
talpuntodeinsuficienciaofallodelasclulasbetapancreticasysevuelvendependientealainsulinaexgena.
Dietasdehambre
Losplanesdereduccindepesoporlogeneralimplicanunadietabalanceadaqueproporcionaunareduccindelconsumode
calorasylasmantienelasadaptacionesnormalesdelcuerpoalosestadosdesaciedadyayuno.Bajociertascondiciones,sin
embargo,espreferibleadoptarunrgimendereduccindepesoqueseasemejealainanicin.
Ayunosmodificadosdeahorrodeprotenas(PMSF)
La adaptacin a la inanicin implica una mayor utilizacin de cetonas por el cerebro que disminuye, pero no previene el
desgastedelaprotenamuscular.LasdietasPMSFestndiseadasparaimitarlainanicin,peroprevenirlaprdidamuscular.
Porlogeneral,proporcionande400a800kcal/dadeprotena,esencialmentesincarbohidratosograsa,ysereservanparalas
personasquepadecendeobesidadmrbida(IMC>40kg/m2)queestnbajosupervisinmdica.Elaportecalricomuybajo
maximizalaprdidadepeso,mientrasquelaprovisindeprotenasexgenasofrecesustratoparalagluconeognesis,loque
reduceeldesgastemuscular.
Dietasconmnimoconsumodecarbohidratos
Un nmero populares dietas bajas en carbohidratos utilizan una variacin de la PSMF, en las cuales una persona consume
cantidades ilimitadas de protenas y grasa, pero la ingesta de carbohidratos es muy limitada. ste rgimen resulta en una
prdidainicialrpidadepesodelagua,sinembargo,laprdidadepesoposteriordependedelmantenimientodeundficitde
energa.Paraalgunaspersonaslaprdidadelapetitoqueacompaaalacetosisayudaacumplirconelobjetivodeestadieta.
UnadietamuybajaencarbohidratospuedesertilparalaspersonasdiabticastipoIIquetienenresistenciaalainsulina,ya
queexisteunadisminucindelademandalainsulina.Unavezquelaprdidadepesoseconsigue,lasensibilidaddelapersona
alainsulinasuelemejorar.Sinembargo,lasdietasmuybajasencarbohidratosnoserecomiendanparausoalargoplazoporque
querestringenlaingestadefrutas,verduras,legumbresyproductoslcteos,loscualesproporcionannutrientesesenciales.
Kwashiorkorymarasmo
Kwashiorkorenunamalnutricinproteicacalricacausadaporunadeficienciadeproteicaen ladietayesexacerbadapor la
infeccin.Lapresentacinclsicadeestamalnutricinseobservaenniosquehansidoalimentadosconunadietaadultaque
carece la suficiente cantidad proteica paramantener el crecimiento saludable. Las caractersticas incluyen: deficiencia en el
crecimiento,edema,hgadograso,ymanchasescamosasen lapiel.Debidoa labaja ingestaproteica,hayunadeficienciade
aminocidosparalasntesisdelaalbminasricayotrasprotenasplasmticas,resultandoenedema,abdomenymiembros
hinchados.Lasituacinseagravaporlaampliadisponibilidaddecarbohidratos,queestimulanlasecrecindeinsulinaeinhiben
lamovilizacindeaminocidosdelmsculoesqueltico. Los carbohidratosen ladietaproveen sustratospara la sntesisde
cidosgrasos,locualenlaausenciadeunasntesisadecuadadeprotenas,resultaenhgadograsoyhepatomegalia.
Lamanifestacinclnicadeunadietadeficientetantoenprotenascomoenergaseconocecomomarasmo,queresultaenuna
prdidaseveradelamasamuscularyretardodelcrecimiento.Eslaformademalnutricinqueocurrecuandounnioderecibe
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lacantidadadecuadadelechematernaofrmula.
Estadohipercatablico
Lasepsis,traumaoquemadurasresultanenestadoshipercatablicos,caracterizadosporunmarcadoaumentodelconsumode
energa;unbalancedenitrgenonegativoenelcuallaexcrecindenitrgenoexcedeelconsumo;movilizacindelasgrasas;y
unmarcadocatabolismodelasprotenasmusculares.Lahidrocortisonaeselmediadorprincipaldeestoscambios.
Lahiperglicemiaesunhallazgocomnenestadoshipercatablicosporque,aunquelosnivelesdeinsulinanoestnsuprimidos,
losefectosmetablicosdelainsulinasonsuperadosporelaumentosricodelashormonascontrareguladorasdelainsulina.