Respuesta metabolica al ayuno y el estres

Eduardo Lobatón RD CNSC

MÓDULO I: ASPECTOS BÁSICOS DE LA NUTRICIÓN Y

EL METABOLISMO

1. Respuesta Metabólica al ayuno (Corto vs prolongado). 2. Respuesta metabólica al estrés. 3. Fase ebb/flow de la Injuria. 4. Modelo Bifásico del Síndrome de Respuesta Inflamatoria Sistémica (SIRS siglas en inglés) y del Sistema de Respuesta Anti-inflamatoria Sistémica (CARS, siglas en inglés). 5. Rol de Intestino durante la injuria.

Contenido

Módulo I: Aspectos básicos de la nutrición y el metabolismo | Eduardo Lobatón RD CNSC 3

Objetivos

Explicar la adaptación metabólica frente al ayuno.

Explicar la respuesta metabólica frente al estrés.

Establecer las diferencias entre la respuesta metabólica al ayuno y al estrés.

Explicar las fases de la Injuria, la respuesta inflamatoria sistémica, la

respuesta anti-inflamatoria compensatoria y rol del intestino.


Definiciones

GLUCONEOGENESIS Formación de glucosa a partir nocarbohidratos tales como piruvato, lactato, glicerol, y a.a glucogénicos.

GLUCOGENOLISIS Degradacion del glucogeno a glucosa.

CETOGENESIS Formación de cuerpos cetónicos a partir de grasa.

LIPOLISIS Degradación de lípidos a ácidos grasos y glicerol


PERIODO PREPRANDIAL Etapa antes de consumir una comida.

PERIODO POST-PRANDIAL

Etapa después de consumir una comida.

GLUCOLISIS Degradacion de glucosa a CO2 y H2O.

GLUCOGENESIS Almacenamiento de Glucosa en forma de Glucógeno.

LIPOGENESIS Formación de ácidos grasos y triglicéridos a partir de la unión de ácidos grasos con glicerol.

PROTEOLISIS Degradacion de proteina corporal a péptidos o aminoácidos.

SINTESIS PROTEICA Formación de proteína corporal a partir de a.a.

Kinney J, Tucker H. In Energy metabolism: tissue determinants and Cellular corollaries, raven press New York 1992


De todos los órganos, el cerebro

tiene la más alta demanda

energética, 30-40% del gasto

energético basal desde el

nacimiento a los 20 años y

20% por el resto de la vida.

Requiere de 100-150 g de Glucosa

al dia.

OTRO

CEREBRO

MÚSCULO

HÍGADO

RIÑON

CORAZON

A.T.

100

80

60

40

20

0

POR

CEN

TAJE

DIS

TRIB

UC

IÓN

DE

BMR

0 10 20 30 40

EDAD: AÑOS

Glicólisis vs. Gluconeogénesis


1. Piruvato carboxilasa 2. Fosfoenolpiruvato carboxicinasa 3. Fructosa 1,6 bifosfatasa 4. Glucosa 6 fosfatasa

Fosfofructocinasa-1

Glucosa Pi

H2O

Glucosa 6-fosfatasa

ADP

Hexocinasa

ATP

ATP

ADP

Pi

H2O

(2) Pi (2) Pi

(2) NAD+ (2) NAD+

(2) NAD+ + (2) H+ (2) NAD+ + (2) H+

(2) ADP (2) ADP

(2) ATP (2) ATP

(2) ADP

(2) ADP

(2) ATP

(2) ATP

(2) GDP

(2) GTP

Glucosa 6-fosfato

Fructosa 6-fosfato

Fructosa 1,6-bifosfato

Fructosa 1,6-bifosfatasa

Dihidroxiacetona fosfato Dihidroxiacetona fosfato

(2) Gliceraldehído 3-fosfato

(2) 1,3- Bifosfoglicerato

(2) 3-Fosfoglicerato

(2)2-Fosfoglicerato

(2) Fosfoenolpiruvato

Piruvato cinasa

Fosfoenolpiruvato carboxicinasa

Piruvato carboxilasa (2) Piruvato

(2) Oxalacetato

GL

ICÓ

LIS

IS

GL

UC

ON

EO

GÉ

NE

SIS

1

2

3

4

Metabolismo del Piruvato


CO2

Acetil-CoA

Piruvato

Alanina

3-Hidroxi-3-metilglutaril CoA Ácidos Grasos

Glucosa 6-fosfato

Oxalacetato

Lactato

Colesterol Cuerpos Cetónicos

https://www.tamu.edu/faculty/bmiles/lectures/integration.pdf

Metabolismo e interrelación entre órganos


Hígado

Riñon

Alanina

Glutamina

Intestino

Músculo

Glucosa

NH2

Alanina

Urea

Ciclo de la Urea

Piruvato

Glutamato

Piruvato

Alanina

Aminoácidos

Proteína

Glutamina

BCKA

NH3

Glutamato

Glutamina

Alanina

Piruvato

NH3

Piruvato

Glutamina

NH3

KG

Alanina NH3

Glutamato

Simmons RL, Steed DL: Basic science review for surgeons. Philadelphia, 1992, Saunders

3

2

1

4

Ciclo de Glucosa-Alanina


Mallette, L.E. et al: Effects of glucagon on amino acid transport and utilization in the perfused rat liver. J. Biol. Chem., 244:5724-5728, 1969; Felig, P.: The glucose-alanine cycle. Metabolism, 22:179-207, 1973.

Glucosa

Alanina

Piruvato

Cetoácidos

A.A.

Piruvato

Glucosa

Alanina

Glucosa

Urea

Alanina

NH2 NH2

Hígado Músculo Sangre

Ciclo de Cori (Glucosa-Lactato)


Murray RK: Harper’s illustrated Biochemistry, 29 th edition

Glucosa

Piruvato

GLUCONEOGÉNESIS

Lactato

Lactato

Piruvato

GLICÓLISIS

Glucosa

MÚSCULO ESQUELÉTICO ACTIVO

HÍGADO

Tejido Adiposo


https://www.tamu.edu/faculty/bmiles/lectures/integration.pdf

VLDL (del higado)

Glucosa (del higado)

Trigliceridos

Acil CoA Glicerol 3-fosfato

Hormona Lipasa sensitiva

Glicerol Ácidos Grasos

Glicerol (al hígado)

Complejos de ácidos grasos-albúmina (al hígado)

Ácidos Grasos Glucosa


Etapa post prandial

2. La grasa de los alimentos es absorbida como triglicéridos y unida a una lipoproteína para formar quilomicrones.

1. La Glucosa de los carbohidratos consumidos tendrá como destino: Ser combustible para el cerebro (aprox. 100-150 g/día). Reponer las reservas hepáticas de glucógeno. Formar grasa.

4. Los niveles de insulina se elevan en respuesta a la absorción intestinal de glucosa.

3. La proteína de los alimentos es convertida en proteína hepática y muscular reemplazando a la proteína utilizada desde la última comida.

Acetil CoA

CK

(ATP)

TGL

Glucosa

Glucogeno

CO2

Cambios metabólicos después de una comida


TGL: Trigliceridos; AG: Acidos Grasos; AA: Aminoacidos; CK: Ciclo de Krebs. https://www.tamu.edu/faculty/bmiles/lectures/integration.pdf

Intestino

Tejidos

Glucosa

Quilomicrón

AA

Sangre

Higado

Glucosa

VLDL

AG + Glicerol

Tejido Adiposo

TGL

Glóbulos rojos

Cerebro

Glucosa

Acetil CoA

CK

(ATP) CO2

Glucogeno

Acetil CoA

CK

(ATP) CO2

Proteína Comp. importantes

(ATP)

AA

CK CO2

CHO

Grasa (TGL)

Proteina

Piruvato

Lactato

↑ Insulina ↓ Glucagon

Músculo

1

12

14

2

3

4

5

6

7

9

10

13

11

15

8 14


Etapa pre prandial En periodos en que no consumimos alimentos (Entre comidas o mientras dormimos): • ↓Insulina y ↑ Glucagón.

• Glucógeno → Glucosa.

• Tejido Adiposo → Ac. Grasos Libres (AGL) en sangre.

• ↑ AGLs:

• Promueve Gluconeogénesis a nivel hepático. • Insulino resistencia (IR) a nivel del tejido muscular y adiposo que se caracteriza

porque: • 80% se produce a nivel del tejido muscular. • Aparece en las primeras 2-6 horas de haberse incrementado los niveles de AGL y

desaparece a las 4 h de que estos regresan a niveles normales.

• ↑ Aminoácidos (Alanina y Glutamina del tejido muscular) para ser sustrato en la gluconeogénesis.

• Estas acciones evitarán hipoglicemia y mantendrán niveles adecuados de glucosa hasta la siguiente comida con la cual se secretará insulina la que a su vez inhibirá la movilización de AGL (efecto antilipolítico).

Acetil CoA AG

(ATP)

CC

Glucosa Glucógeno

Cambios metabólicos antes de una comida


TGL: Trigliceridos; AG: Acidos Grasos; AA: Aminoacidos; CC: Cuerpos Cetonicos; CK: Ciclo de Krebs.https://www.tamu.edu/faculty/bmiles/lectures/integration.pdf

Riñon

Sangre Higado

Glucosa

Tejido Adiposo

TGL

Glóbulos rojos

Acetil CoA

CK

(ATP) CO2

Lactato

Músculo

Proteínas Acetil CoA

TGL

(ATP) CO2

AA

Cerebro

Glicerol

AG CC AA

Urea

Lactato

Urea

↓ Insulina

↑ Glucagón

↓ Glucosa 1

2

3

4 5

6

7

8

10

11

9


El Experimento Minnesota

Energía disponible durante la inanición (Hipotetizado)


Elia M. , Obesity Res. 1999;7;597-604

No Obeso Obeso

Grasa (cal) 75,200 (77.6%) 568,700 (93.8%)

Proteína (cal) 20,400 (21.1%) 36,000 (5.9%)

Glucógeno (cal) 1260 (1.3%) 1680 (0.3%)

Total 98,860 (100%) 606,380 (100%)

Gasto energético diario (promedio) 1500 cals/día 2260 cals/día

Días de sobrevivencia a la inanición 65 días 270 días

Respuesta Metabólica al Ayuno


El sustrato que limita la supervivencia no es ni la grasa ni la glucosa es la proteína corporal.

Una prolongada disminución en la ingesta de alimentos producirá debilidad muscular, complicaciones respiratorias y

pérdida de las defensas del organismo contra infecciones produciendo eventualmente la muerte (aprox. a los 60 días) a

menudo como resultado de neumonía.

Ha sido diseñada a través de un proceso evolutivo que permite mantener niveles satisfactorios de glucosa para cubrir los

requerimientos de órganos como el cerebro, y minimizar la pérdida de proteína corporal en ausencia de alimentos. Pudiendo adaptarse hasta periodos de 30 días sin mostrar complicaciones.

La Respuesta metabólica al ayuno consiste de un patrón integrado de cambios en sustratos y hormonas

lo cual esta relacionado a la duración del ayuno.

Ayuno corto (<72 horas)


1. Después de las primeras 24 horas de ayuno, el glucógeno hepático está completamente agotado.

2. Se instala el proceso de gluconeogénesis para abastecer de glucosa al cerebro (100-150 g/d son oxidados a CO2 y H2O) así como a la medula renal, la medula ósea, los glóbulos rojos y los nervios periféricos oxidando un total de 30-40 g/día de glucosa a lactato y piruvato.

3. El proceso de glucogeogénesis requiere de 75 g de proteína muscular (a.a) y de 160 g de TGL (glicerol, AGL) al día para abastecer las demandas.

4. El lactato puede ser reciclado a glucosa a través el ciclo de Cori en el hígado y riñones.

5. El hígado consigue mucha de su energía a partir de la oxidación de ácidos grasos a acetoacetato, acetona y

β-hidroxibutirato (cuerpos cetónicos).

6. El corazón, el musculo esquelético y la corteza renal aunque usan glucosa en una mayor proporción también utilizan 4. AGL y cuerpos cetónicos durante la inanición.

7. El musculo esquelético también oxida aminoácidos de cadena ramificada para energía y libera alanina y glutamina que es captada por el riñon para gluconeogénesis. Proteína endógena (proteína plasmática, enzimas digestivas) es utilizada. La albúmina sérica es usada en una razón de 1 g de albumina por cada 30 g de proteína tisular perdida.

8. El tracto gastrointestinal utiliza glutamina, oxidándola a dióxido de carbono y agua.

Ayuno corto (<72 horas)


HÍGADO GLUCÓGENO

MÚSCULO Proteína 75 grs

Fuente de energía

TEJIDO ADIPOSO

Triglicéridos 160 grs

Aminoácidos

Glicerol 16 gr

Ácidos Grasos 160 gr

CEREBRO

SISTEMA NERVIOSO

Consumo de energía

TEJIDO HEMATOPOYETICO

CORAZÓN RIÑÓN

MÚSCULO

Lactato + Piruvato

Glucosa 180 grs

Acidos Grasos 120 gr

144 g

36 g

36 g

40 g

Kinney, Tucker, Energy metabolism: tissue determinants And cellular corollaries, 1992 raven press Ltd

1

5

7

3

2 4

6

Gluconeogenesis

Ayuno Prolongado>72 h


1. ↓ Gasto energético total evidenciado por: ↓ Actividad muscular, ↑Sueño, ↓ Temperatura.

2. ↓ Gluconeogénesis

3. ↑ Lipolisis → ↑ Cuerpos cetónicos.

4. Cuerpos cetónicos reemplazan a la Glucosa como fuente de energía.

5. El catabolismo proteico cae de 75 a 20 g/día, con ↓en la excreción de nitrógeno ureico de 3 a 5 g/día

Gra

mos

de

excr

ecio

ó de

Nitr

ógen

o po

r día

Dias de ayuno

0

5

10

15

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


Ayuno Prolongado (>72 horas)


HÍGADO GLICÓGENO


Fuente de energía

TEJIDO ADIPOSO

Triglicéridos 150 grs

Aminoácidos

Glicerol 15 gr

Ácidos Grasos 150 gr

CEREBRO

SISTEMA NERVIOSO

Consumo de energía

TEJIDO HEMATOPOYETICO

CORAZÓN RIÑÓN

MÚSCULO

Lactato + Piruvato

Glucosa 80 grs

Cuerpos cetónicos

Ácidos Grasos 112gr

44g

36 g

50g

57 g

36 g


47g

14g

1

2

3

4

CC

5

7

6

8

Gluconeogenesis

Control hormonal y Efectos sobre la nutrición


M. Atkinson, et al. Nutrition in the Critically Ill Patient: Part I. Essential Physiology and Pathophysiology Critical Care and Resuscitation 2003; 5: 109-120

Hormona Secreción estimulada por Estimula Inhibe

• Insulina Hiperglicemia A.A. (arginina, leucina)

Glucogénesis Lipogénesis Síntesis proteica

Gluconeogénesis Cetogénesis Proteolisis Lipólisis

• Glucagón Hipoglicemia Estimulación simpática Alanina

Gluconeogénesis Cetogénesis Glucogenólisis

Glucogénesis Lipogénesis

• Catecolaminas Estimulación simpática Hipoglicemia

Glucogenólisis Liberación de glucagón Lipólisis

Liberación de Insulina Efecto de la insulina

Diferencias entre las reacciones metabólicas del ayuno corto y el ayuno prolongado


Sobotka, L Basic in clinical nutrition, 4th edition Galen, 2011

Ayuno Prolongado (>72 h)

Ayuno corto (<72 h)

↑↑ Glucogenólisis Reservas de glucógeno consumidas

↑↑↑ Lipólisis ↑Lipólisis

↑↑↑ Cetogénesis ↑Cetogénesis

Oxidación de Glucosa ↓↓Oxidación de glucosa

↑ Neto del catabolismo proteico ↑ ↑ Neto del catabolismo proteico

↓ Gasto energetico Gasto energetico normal

Fases de la respuesta metabólica al estrés


Fase de Shock • ↓ Gasto cardiaco

• ↓ Consumo de O2

• ↓ Perfusión tisular

• ↓ Gasto energético basal

• Hiponatremia

• ↓ Insulina

• Hiperglicemia

• Hipovolemia

• Hipotension

• ↑ Lactato

• ↑ Ácidos Grasos Libres

• ↑ Catecolaminas,

Glucagon, cortisol

• Insulino Resistencia

Fase Catabólica • ↑ Gasto cardiaco

• ↑ Consumo de O2

• ↑ Perfusion tisular

• ↑ Gasto energetico basal

• ↑ Hipertermia

• ↑ Insulina o normal

• Hiperglicemia

• ↑ Excrecion Nitrogeno

• Lactato normal

• ↑ Ácidos Grasos Libres

• ↑ Catecolaminas,

glucagon,cortisol

• ↑Insulina Resistencia

• ↑Catabolismo

Flow (2d-1semana)

Ebb (0-48 h)

La respuesta inmunológica al Estrés (Fase Catabólica)


Morbi-mortalidad

Trauma Infección

Activación del sistema inmune

R

M

↑ Prod. de Oxidantes

(radicales libres)

Daño del tejido

Eliminar agente

↑ AA, Ac. Grasos, Glucosa

↓ Anti- oxidantes

Estrés Oxidativo

Hipermetabolismo Hipercatabolismo

↓ Tejido/ nutrientes

Síntesis de proteína de fase aguda

Crear un ambiente hostil

S I R S (síndrome de respuesta inflamatoria

sistémica)

C A R S (síndrome de respuesta

antiinflamatoria compensatoria)

↑ Citocinas anti-inflamatorias

(IL-4, IL-10)

↑ Citocinas pro-inflamatorias

(IL-1, IL-6,TNF)

Eliminar agente agresor

Respuesta de Linfocitos T/B

SIRS Severo

CARS Severo

Modelo bifásico de SIRS y CARS


Adaptación a partir de: The 2008 ESPEN Sir David Cuthbertson lecture: Fatty acids and inflammation - From the membrane to the nucleus and from the laboratory bench to the clinicq; Philip C. Calder Specialized nutrition support in the critically ill: For whom and when? Clinical Nutrition: Early Intervention Griffiths, R.

HIPERINFLAMACION

• Exceso citocinas inflamatorias

• Eicosanoides

• Especies reactivas de O2

• Adhesión de moléculas

• Activación de NF-kB

INMUNOSUPRESION

• Excesso de citocinas anti-inflamatorias

• Supresión de la expresión de HLA y presentación de antigeno

• Supresión de la función de linfocitos .

Moderado SIRS SIRS

Moderado

Moderado CARS CARS Moderado

Falla Orgánica Múltiple Temprana

Falla Orgánica Multiple Tardia

Injurias Secundarias

•Tranfusiones •Cirugias •Infecciones •Dialisis

Injuria Primaria

•Trauma •Sepsis •Cirugia mayor •Quemadura

Fases de la respuesta metabólica al estrés


Gould BE: Pathophysology for the health-related professions, ed 3.Philadelphia, 2006, Saunders.

Órgano Respuesta Hormonal Respuesta fisiologica Signos y síntomas

• Médula adrenal Epinefrina

• ↑ Frecuencia cardiaca • Vasodilatación • Estimulación del SNC • Broncodilatación • Glucogenólisis, lipolisis,

gluconeogénesis • Inhibe secreción insulina

• ↑ Presión arterial • ↑ Función del musculo esqueletico • ↑ Glucosa sanguinea • ↑ Liberación de a.a

• Corteza y pituitaria adrenal

Cortisol (glucocorticoides)

• Estimulación del SNC • Catabolismo proteico,

gluconeogénesis

• ↑ Glucosa sanguinea, a.a

Rol del intestino en la Injuria


Moore FA. J Trauma. 1996;40(4):501-512

Disfunción intestinal

Aspiración

Traslocación

Sepsis

Shock

Resuscitación Laparatomia Terapias de UCI Desuso

Isquemia del intestino

Reperfusión

↓Flujo sanguineo ↓Vaciamiento gástrico Ileo del intestino delgado ↑Colonización ↑Permeabilidad ↓Inmunidad

Moderado SIRS SIRS

Moderado CARS CARS

Falla Orgánica Múltiple Temprana

Falla Orgánica Múltiple Tardía

Injurias Secundarias

Infecciones Toxinas

Injuria Primaria

T a s a m e t a b ó l i c a b a s a l

Pe

rdid

a d

e n

itro

ge

no

uri

na

rio

Severidad de la injuria: Efectos sobre las pérdidas de nitrógeno y tasa metabólica


Long CL, et al. JPEN 1979;3:452-456

Cirugía electiva

Infección Sepsis severa

Cirugía mayor

Quemadura moderada a grave

¿Cuál es el costo nutricional de la respuesta metabólica al Estrés?


Graham L. Hill, Disorders of Nutrition and metabolism in clinical Surgery, 1992

Condición Utilización de g pro/d

Utilización glucosa/d

Normal 0 g 180 g

Ayuno 75 g 180 g

Ayuno prolongado 20 g 80 g

Trauma mayor 180 g 320 g

Sepsis severa 250 g (2%) 360 g

Hombre de 70 kg. 4500 g de proteína estructural (músculo esquelético) 8500 g de proteína celular

Prot

eína

cor

pora

l (k

g)

Gra

sa C

orpo

ral

(kg)

Fa

tiga

Fuer

za d

e pu

ño (k

g)

Días

7.5

8.0

8.5

9.0

17

18

19

2

4

6

32

34

34

36

0 7 14 30 90

ANABOLICO FLOW

Injuría Fuerza muscular Punto de retortno

Utilización de sustratos en sepsis severa



HÍGADO Gluconeogénesis


Fuente de energía

TEJIDO ADIPOSO

Aminoácidos

Glicerol 30 gr

Ácidos Grasos

CEREBRO

Consumo de energía

RIÑONES

SISTEMA INMUNE

Glucosa 360 grs

114 g

76 g

170 g

8 g

Lactato 136 gr

1

4

5 3

2

Producción de glucosa endógena (hepática) (g/kg/d)



Sujetos saludables Enfermo crítico

Ayuno nocturno ~2.5-3 3.5-10

Ayuno prolongado ~1.5 3.5-10

Post-prandial ~0.5-1 1.5-10

Metabolismo de la glucosa durante el ayuno y el estrés


Postprandial Ayuno prolongado Estrés

Sintesis de glucógeno ↑ ↓ ↓

Gluconeogénesis ↓ ↑ ↑↑↑

Glucólisis ↑ -- ↑↑↑

Oxidación de glucosa ↑↑↑ ↓ ↓

Recliclaje de glucosa ↓ ↑ ↑↑↑


Metabolismo lipídico durante el ayuno y el estrés



Lipogénesis ↑ ↓ ↑

Lipolisis ↓↓ ↑↑↑ ↑↑↑

Oxidacion lipídica ↓ ↑↑↑ ↑↑

Cetogénesis ↓↓ ↑↑↑ ↑

Ciclo acidos grasos-TGL -- ↓ ↑↑


Metabolismo proteico durante el ayuno y el estrés




Proteolisis ↓ ↓ ↑↑↑

Síntesis proteica ↑ ↓↓ ↑↑

Oxidación de a.a. ↑ ↓ ↑↑

Caso Clinico:


L.M. ha sido saludable la mayor parte de su vida, sin embargo llega a la emergencia con dolor abdominal, nausea y vómito, según refiere su familia ha presentado progresiva disminución de la ingesta alimentos por la última semana, y no ha tolerado nada por vía oral en los últimos 4 días. El estudio de imágenes muestra que el paciente presenta obstrucción intestinal. El paciente llega deshidratado por lo cual se inicia D5% a 125 ml/h. El paciente es intervenido quirúrgicamente. Se reseca parte del intestino delgado, luego de la cirugía la presión cae dramáticamente y debe ser trasladado a la unidad de cuidados intensivos donde es colocado en ventilación mecánica, se continua con la resucitación con fluidos, e inicia vasopresores (norepinefrina, epinefrina). Los bioquímicos y los signos vitales demuestran que el paciente presenta un cuadro de sepsis severa presumiblemente originado en el área abdominal. Han pasado dos días desde su ingreso a la UCI, no se ha iniciado soporte nutricional aun, el paciente permanece en ventilación mecánica, sedado y con vasopresores, la presión ha logrado ser estabilizada, sin embargo se nota una persistente hiperglicemia la cual está siendo tratada con insulina.

Tarea:


En base a los conceptos explicados en clase. Describa usted y según la secuencia de hechos, cómo el metabolismo ha sido alterado y los riesgos a considerar en el inicio del soporte nutricional en este paciente (1-2 pag máximo).

Respuesta metabolica al ayuno y el estres

Health & Medicine

Transcript of Respuesta metabolica al ayuno y el estres