Controllo ormonale del metabolismo energetico
La scoperta dell’insulina nel 1921 fu uno degli eventi più importanti della medicina moderna. Ha salvato la vita di innumerevoli pazienti affetti da diabete mellito, un disturbo del metabolismo dei carboidrati caratterizzato dall’incapacità del corpo di produrre o rispondere all’insulina. La scoperta dell’insulina ha anche inaugurato l’attuale comprensione della funzione del pancreas endocrino. L’importanza del pancreas endocrino sta nel fatto che l’insulina gioca un ruolo centrale nella regolazione del metabolismo energetico. Una carenza relativa o assoluta di insulina porta al diabete mellito, che è una delle principali cause di malattia e di morte in tutto il mondo.
L’ormone pancreatico glucagone, insieme all’insulina, svolge anche un ruolo chiave nel mantenimento dell’omeostasi del glucosio e nella regolazione dello stoccaggio dei nutrienti. Un adeguato apporto di glucosio è necessario per la crescita e lo sviluppo ottimale del corpo e per il funzionamento del sistema nervoso centrale, per il quale il glucosio è la principale fonte di energia. Pertanto, si sono evoluti meccanismi elaborati per garantire che le concentrazioni di glucosio nel sangue siano mantenute entro limiti ristretti sia durante la festa che durante la carestia. I nutrienti in eccesso che vengono consumati possono essere immagazzinati nel corpo e resi disponibili in seguito, per esempio quando i nutrienti scarseggiano, come durante il digiuno, o quando il corpo utilizza energia, come durante l’attività fisica. Il tessuto adiposo è il principale sito di stoccaggio dei nutrienti, quasi tutti sotto forma di grasso. Un singolo grammo di grasso contiene il doppio delle calorie di un singolo grammo di carboidrati o proteine. Inoltre, il contenuto di acqua è molto basso (10%) nel tessuto adiposo. Così, un chilogrammo di tessuto adiposo ha 10 volte il valore calorico dello stesso peso di tessuto muscolare.
Dopo l’ingestione del cibo, le molecole di carboidrati vengono digerite e assorbite come glucosio. Il conseguente aumento delle concentrazioni di glucosio nel sangue è seguito da un aumento da 5 a 10 volte delle concentrazioni di insulina nel siero, che stimola l’assorbimento del glucosio da parte dei tessuti epatici, adiposi e muscolari e inibisce il rilascio di glucosio dal tessuto epatico. Gli acidi grassi e gli aminoacidi derivati dalla digestione dei grassi e delle proteine sono anche assorbiti e immagazzinati nel fegato e nei tessuti periferici, specialmente nel tessuto adiposo. L’insulina inibisce anche la lipolisi (la scomposizione del grasso), impedendo la mobilitazione del grasso. Così, durante lo stato “nutrito”, o anabolico, i nutrienti ingeriti che non sono immediatamente utilizzati sono immagazzinati, un processo in gran parte dipendente dall’aumento della secrezione di insulina associato al cibo.
Alcune ore dopo un pasto, quando l’assorbimento intestinale dei nutrienti è completo e le concentrazioni di glucosio nel sangue sono diminuite verso i valori pre-pasto, la secrezione di insulina diminuisce e la produzione di glucosio da parte del fegato riprende per sostenere le esigenze del cervello. Allo stesso modo, la lipolisi aumenta, fornendo acidi grassi che possono essere utilizzati come carburante dal tessuto muscolare e glicerolo che può essere convertito in glucosio nel fegato. Man mano che il periodo di digiuno si allunga (per esempio, da 12 a 14 ore), le concentrazioni di glucosio nel sangue e la secrezione di insulina continuano a diminuire e la secrezione di glucagone aumenta. L’aumento della secrezione di glucagone e la concomitante diminuzione della secrezione di insulina stimolano la scomposizione del glicogeno per formare glucosio (glicogenolisi) e la produzione di glucosio dagli aminoacidi e dal glicerolo (gluconeogenesi) nel fegato. Dopo che il glicogeno epatico è esaurito, le concentrazioni di glucosio nel sangue sono mantenute dalla gluconeogenesi. Così, il digiuno, o stato catabolico, è caratterizzato da una diminuzione della secrezione di insulina, da un aumento della secrezione di glucagone e dalla mobilitazione di nutrienti dai depositi nel fegato, nei muscoli e nel tessuto adiposo.
Con un ulteriore digiuno, il tasso di lipolisi continua ad aumentare per diversi giorni e poi si stabilizza. Gran parte degli acidi grassi rilasciati dal tessuto adiposo viene convertita in chetoacidi (acido beta-idrossibutirrico e acido acetoacetico, noti anche come corpi chetonici) nel fegato, un processo che è stimolato dal glucagone. Questi chetoacidi sono piccole molecole che contengono due atomi di carbonio. Il cervello, che generalmente utilizza il glucosio per l’energia, inizia a utilizzare i chetoacidi oltre al glucosio. Alla fine, più della metà del fabbisogno energetico metabolico giornaliero del cervello è soddisfatto dai chetoacidi, diminuendo sostanzialmente la necessità di produzione di glucosio da parte del fegato e la necessità di gluconeogenesi in generale. Questo riduce il bisogno di aminoacidi prodotti dalla degradazione muscolare, risparmiando così il tessuto muscolare. La fame è caratterizzata da basse concentrazioni sieriche di insulina, alte concentrazioni sieriche di glucagone e alte concentrazioni sieriche di acidi grassi liberi e chetoacidi.
In sintesi, nello stato di alimentazione, l’insulina stimola il trasporto di glucosio nei tessuti (per essere consumato come carburante o immagazzinato come glicogeno), il trasporto di aminoacidi nei tessuti (per costruire o sostituire le proteine) e il trasporto di acidi grassi nei tessuti (per fornire un deposito di grasso per future esigenze energetiche). Nello stato di digiuno, la secrezione di insulina diminuisce e quella di glucagone aumenta. I depositi di glicogeno del fegato, seguiti più tardi dai depositi di proteine e di grasso, sono mobilitati per produrre glucosio. In definitiva, la maggior parte dei bisogni nutrizionali sono forniti dagli acidi grassi mobilitati dalle riserve di grasso.
Robert D. Utiger