Control hormonal del metabolismo energético
El descubrimiento de la insulina en 1921 fue uno de los acontecimientos más importantes de la medicina moderna. Salvó la vida de innumerables pacientes afectados por la diabetes mellitus, un trastorno del metabolismo de los hidratos de carbono caracterizado por la incapacidad del organismo para producir o responder a la insulina. El descubrimiento de la insulina también dio paso a la comprensión actual de la función del páncreas endocrino. La importancia del páncreas endocrino radica en que la insulina desempeña un papel central en la regulación del metabolismo energético. Una deficiencia relativa o absoluta de insulina conduce a la diabetes mellitus, que es una de las principales causas de enfermedad y muerte en todo el mundo.
La hormona pancreática glucagón, junto con la insulina, también desempeña un papel clave en el mantenimiento de la homeostasis de la glucosa y en la regulación del almacenamiento de nutrientes. Un suministro adecuado de glucosa es necesario para el crecimiento y desarrollo óptimos del organismo y para la función del sistema nervioso central, para el que la glucosa es la principal fuente de energía. Por lo tanto, se han desarrollado mecanismos muy elaborados para garantizar que las concentraciones de glucosa en sangre se mantengan dentro de unos límites estrechos tanto durante las fiestas como durante el hambre. El exceso de nutrientes consumidos puede almacenarse en el organismo y estar disponible más tarde, por ejemplo, cuando los nutrientes escasean, como en el caso del ayuno, o cuando el organismo está utilizando energía, como durante la actividad física. El tejido adiposo es el principal lugar de almacenamiento de nutrientes, casi todos en forma de grasa. Un solo gramo de grasa contiene el doble de calorías que un solo gramo de carbohidratos o proteínas. Además, el contenido de agua es muy bajo (10%) en el tejido adiposo. Así, un kilogramo de tejido adiposo tiene 10 veces más valor calórico que el mismo peso de tejido muscular.
Después de ingerir los alimentos, las moléculas de hidratos de carbono se digieren y se absorben como glucosa. El aumento resultante de las concentraciones de glucosa en sangre va seguido de un aumento de 5 a 10 veces de las concentraciones séricas de insulina, que estimula la captación de glucosa por parte de los tejidos hepático, adiposo y muscular e inhibe la liberación de glucosa del tejido hepático. Los ácidos grasos y los aminoácidos derivados de la digestión de las grasas y las proteínas también son captados y almacenados en el hígado y los tejidos periféricos, especialmente el tejido adiposo. La insulina también inhibe la lipólisis (la descomposición de las grasas), impidiendo la movilización de las mismas. Así, durante el estado «alimentado» o anabólico, los nutrientes ingeridos que no se utilizan inmediatamente se almacenan, un proceso que depende en gran medida del aumento de la secreción de insulina asociado a los alimentos.
Unas horas después de una comida, cuando la absorción intestinal de los nutrientes se ha completado y las concentraciones de glucosa en sangre han disminuido hacia los valores previos a la comida, la secreción de insulina disminuye y la producción de glucosa por parte del hígado se reanuda para mantener las necesidades del cerebro. Del mismo modo, la lipólisis aumenta, proporcionando ácidos grasos que pueden ser utilizados como combustible por el tejido muscular y glicerol que puede ser convertido en glucosa en el hígado. A medida que el periodo de ayuno se alarga (por ejemplo, de 12 a 14 horas), las concentraciones de glucosa en sangre y la secreción de insulina siguen disminuyendo, y la secreción de glucagón aumenta. El aumento de la secreción de glucagón y la disminución concomitante de la secreción de insulina estimulan la descomposición del glucógeno para formar glucosa (glucogenolisis) y la producción de glucosa a partir de aminoácidos y glicerol (gluconeogénesis) en el hígado. Una vez agotado el glucógeno hepático, las concentraciones de glucosa en sangre se mantienen mediante la gluconeogénesis. Por lo tanto, el estado de ayuno, o catabólico, se caracteriza por la disminución de la secreción de insulina, el aumento de la secreción de glucagón y la movilización de nutrientes de las reservas del hígado, los músculos y el tejido adiposo.
Con el ayuno adicional, la tasa de lipólisis sigue aumentando durante varios días y luego se estabiliza. Una gran proporción de los ácidos grasos liberados del tejido adiposo se convierte en cetoácidos (ácido beta-hidroxibutírico y ácido acetoacético, también conocidos como cuerpos cetónicos) en el hígado, un proceso que es estimulado por el glucagón. Estos cetoácidos son pequeñas moléculas que contienen dos átomos de carbono. El cerebro, que generalmente utiliza la glucosa como fuente de energía, empieza a utilizar los cetoácidos además de la glucosa. Finalmente, más de la mitad de las necesidades energéticas metabólicas diarias del cerebro se cubren con los cetoácidos, disminuyendo sustancialmente la necesidad de producción de glucosa por el hígado y la necesidad de gluconeogénesis en general. Esto reduce la necesidad de aminoácidos producidos por la descomposición muscular, con lo que se ahorra tejido muscular. La inanición se caracteriza por bajas concentraciones de insulina en suero, altas concentraciones de glucagón en suero y altas concentraciones de ácidos grasos libres y cetoácidos en suero.
En resumen, en el estado de alimentación, la insulina estimula el transporte de glucosa a los tejidos (para ser consumida como combustible o almacenada como glucógeno), el transporte de aminoácidos a los tejidos (para construir o reemplazar proteínas) y el transporte de ácidos grasos a los tejidos (para proporcionar un depósito de grasa para futuras necesidades energéticas). En el estado de ayuno, la secreción de insulina disminuye y la de glucagón aumenta. Las reservas de glucógeno del hígado, seguidas posteriormente por las de proteínas y grasas, se movilizan para producir glucosa. En última instancia, la mayoría de las necesidades de nutrientes se cubren con ácidos grasos movilizados de las reservas de grasa.
Robert D. Utiger