Control Homeostático del Metabolismo
El sistema endocrino (hormonas) regula el metabolismo, aunque el sistema nervioso tiene cierta influencia, sobre todo en cuanto a regular 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 un máximo de 100 a 110 mg por decilitro de sangre, en estado de alimentación o absortivo. En este estado, cuando el cuerpo absorbe nutrientes, predomina la actuación de la insulina. En estado de ayuno predomina la actuación del glucagón, evitando que se produzcan bajas concentraciones de glucosa en el plasma. Para ello, el hígado utiliza glucógeno e intermediarios distintos de la glucosa en el plasma para sintetizar glucosa y liberarla a la sangre. En un individuo normal, la glucosa del plasma en ayunas se mantiene alrededor de 90 mg por decilitro.
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, a su vez, promueve la transferencia de glucosa a las células para que se forme glucógeno y se disminuya la glucosa en sangre.
Durante un ayuno de toda una noche, las concentraciones de glucosa en el plasma caen hasta sus niveles más bajos, disminuyendo también la secreción de insulina. En cambio, la secreción de glucagón se mantiene relativamente constante durante 24 horas.
Control del Metabolismo por la Insulina y el Glucagón
A) Estado Postprandial: Domina la Insulina
Se produce un aumento de:
- Oxidación de glucosa (respiración aerobia)
- Síntesis de glucógeno (glucogénesis)
- Síntesis de grasas (lipogénesis)
- Síntesis de proteínas
B) Estado de Ayuno: Domina el Glucagón
Se produce un aumento de:
- Glucogenólisis (rotura de glucógeno para obtener glucosa)
- Gluconeogénesis (síntesis de nueva glucosa)
- Cetogénesis (formación de cuerpos cetónicos a partir del proceso llamado 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, en su mayor parte, se almacena en un compuesto llamado fosfocreatina. La cantidad de ATP y fosfocreatina del músculo solo sirven para 15 segundos de ejercicio intenso, por ejemplo, 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.
En cada momento, el 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 un ejercicio de intensidad moderada.
Para los deportistas de resistencia, como los que corren maratones, 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). Por ello, a medida que se consumen los hidratos de carbono, el atleta recurre a los depósitos de lípidos, lo que hace que el ritmo del ejercicio disminuya, al igual que la velocidad a la que los lípidos se convierten en ATP.
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. Pero si no hay suficiente oxígeno, la producción de energía que se obtiene de los ácidos grasos disminuye y entonces la glucosa sigue la vía anaerobia (sin oxígeno) y se forma ácido láctico.
Este metabolismo anaerobio tiene la ventaja de ser muy rápido, ya que produce ATP a una velocidad 2,5 veces mayor que el aeróbico, pero tiene desventajas:
- El metabolismo aeróbico proporciona de 32 a 36 ATP, mientras que el anaerobio solo 2 ATP.
- El metabolismo anaerobio, al producir ácido láctico, genera acidez metabólica.
¿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.
- Degradación del glucógeno almacenado en el hígado y los músculos.
- Síntesis de glucosa a partir de otros compuestos mediante la gluconeogénesis.
Cuando la intensidad del ejercicio es baja, los músculos obtienen más energía de los lípidos que de la glucosa, pero cuando se supera el 70% del consumo máximo de oxígeno, los hidratos de carbono son la fuente principal de energía.
Las hormonas glucagón, cortisol y hormona de 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 consumido 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, el consumo de oxígeno 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 importantes son la disponibilidad de oxígeno y la cantidad de mitocondrias en las células musculares.