Control Homeostático del Metabolismo

El sistema endocrino (hormonas) regula el metabolismo, aunque el sistema nervioso tiene cierta influencia, sobre todo en cuanto a dirigir el deseo de alimentos.

La regulación hormonal depende de la relación entre la insulina y el glucagón, hormonas que segrega el páncreas de forma continua.

La insulina y el glucagón actúan de forma antagónica para mantener las concentraciones de glucosa en sangre dentro de un rango normal (70-110 mg/dL en ayunas). En estado de alimentación o absortivo, cuando el cuerpo absorbe nutrientes, predomina la actuación de la insulina. En estado de ayuno predomina la actuación del glucagón, evitando que se produzcan concentraciones bajas de glucosa en plasma. Para ello, el hígado utiliza glucógeno e intermediarios para sintetizar glucosa y liberarla a la sangre. En un individuo normal, la glucosa en plasma en ayunas se mantiene alrededor de 90 mg/dL.

Después de la absorción de los nutrientes de una comida, la glucemia se eleva. Este aumento de glucosa estimula la liberación de insulina, la cual promueve la transferencia de glucosa a las células para la formación de glucógeno y la disminución de la glucosa en sangre.

Durante un ayuno de toda una noche, las concentraciones de glucosa en plasma caen hasta sus niveles más bajos, disminuyendo también la secreción de insulina. En cambio, la secreción de glucagón se mantiene relativamente estable durante 24 horas.

Control del Metabolismo por la Insulina y el Glucagón

A) Estado Postprandial (después de comer):

Domina la insulina:

• Aumenta la oxidación de glucosa (respiración aerobia).
• Aumenta la síntesis de glucógeno (glucogénesis).
• Aumenta la síntesis de grasas (lipogénesis).
• Aumenta la síntesis de proteínas.

B) Estado de Ayuno:

Domina el glucagón:

• Aumenta la glucogenólisis (rotura de glucógeno para obtener glucosa).
• Aumenta la gluconeogénesis (síntesis de nueva glucosa).
• Aumenta la cetogénesis (formación de cuerpos cetónicos a partir de la beta-oxidación).

Metabolismo y Ejercicio

El ejercicio comienza con la contracción del músculo esquelético, un proceso activo que requiere ATP para obtener energía. Este ATP se almacena en su mayor parte en un compuesto llamado fosfocreatina. La cantidad de ATP y fosfocreatina del músculo solo sirve para 15 segundos de ejercicio intenso (ej. un sprint). Después, las fibras musculares deben fabricar más ATP a partir de la energía acumulada en los nutrientes. Los sustratos primarios para producir energía son los hidratos de carbono y los lípidos, siendo los hidratos de carbono el combustible preferido por el músculo esquelético.

Un ser humano adulto tiene unas 4000 kilocalorías de energía almacenada como glucógeno (3000 en el hígado y 1000 en el músculo esquelético), que proporcionan energía para realizar ejercicio de intensidad moderada.

Para los deportistas de resistencia (ej. maratonistas), la glucosa sola no proporciona suficiente ATP. Por ello, a los 30 minutos de comenzar el ejercicio aeróbico, los deportistas recurren a la energía almacenada en los lípidos (alrededor de 70,000 kilocalorías por persona).

¿Por qué los atletas experimentan cansancio muscular con estas reservas de energía?

El cansancio muscular aparece cuando los lípidos no pueden convertirse en ATP tan rápido como los hidratos de carbono (la beta-oxidación es más lenta que la glucólisis). A medida que se consumen los hidratos de carbono, el atleta recurre a los depósitos de lípidos, lo que disminuye el ritmo del ejercicio.

Si la célula recibe suficiente oxígeno para realizar la fosforilación oxidativa (formación de ATP en la mitocondria), la glucosa y los ácidos grasos pueden metabolizarse y producir ATP. Si no hay suficiente oxígeno, la producción de energía a partir de los ácidos grasos disminuye y la glucosa sigue la vía anaerobia (sin oxígeno), formándose ácido láctico.

El metabolismo anaerobio tiene la ventaja de ser muy rápido, produciendo ATP 2,5 veces más rápido que el aerobio. Sin embargo, tiene desventajas:

• Produce menos ATP (2 ATP vs. 32-36 ATP del metabolismo aerobio).
• Genera acidez metabólica por la producción de ácido láctico.

¿De dónde procede la glucosa para producir ATP en las vías aerobia y anaerobia?

Existen tres vías:

• Respiración celular a partir de la glucosa en sangre.
• Glucógeno almacenado en el hígado y músculos.
• Gluconeogénesis (síntesis de glucosa).

Cuando la intensidad del ejercicio es baja, los músculos obtienen más energía de los lípidos que de la glucosa. Cuando se supera el 70% del calor máximo, los hidratos de carbono son la fuente principal de energía.

Las hormonas glucagón, cortisol y hormona del crecimiento influyen en la conversión de glucógeno en glucosa durante el ejercicio.

El consumo de oxígeno es una medida de la respiración celular y se suele medir en litros de oxígeno consumidos por minuto. Cuanto mayor es el consumo de oxígeno, mayor es el rendimiento.

Cuando el ejercicio comienza, aumenta el consumo de oxígeno, y cuando termina, disminuye para volver a su nivel de reposo. El consumo excesivo de oxígeno después del ejercicio se debe al metabolismo continuo, al incremento de la temperatura corporal y a la presencia de hormonas en sangre.

¿Qué factores limitan la capacidad para realizar ejercicio?

Dos factores limitantes son el oxígeno y la cantidad de mitocondrias en las células musculares.