República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular Para la Educación Superior Universidad Nacional experimental “Simón Rodr!uez" Núcleo#$pure Medicina Veterinaria Veterinaria Sección “$"
Ciclo de ayunoalimentación
Pro%esor&
'nte!rante&
Rafael Andrade
Ángel Figuera
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Biruaca- Noviembre de ().,
'N/R01U22'0N El ayuno es la situación metabólica existente por la mañana después de una noche sin comer. Ante la falta de ingreso de nutrientes, el organismo pone en marcha unos mecanismos conducentes a la producción de sustratos energéticos ue aseguren el metabolismo cerebral y otros órganos !itales, y disminuye simult"neamente el consumo periférico, con el ob#eti!o teleológico de la super!i!encia. $i el ayuno se prolonga en el tiempo, los procesos metabólicos !an cambiando en sus caracter%sticas cualitati!as y cuantitati!as, de manera ue se modifican los productos energéticos consumidos &glucosa, "cidos grasos libres y cuerpos cetónicos', disminuye globalmente su oxidación y tras la depleción inicial de glucógeno hep"tico y muscular y el catabolismo prote%nico, la fuente principal de glucosa es el h%gado mediante la gluconeogénesis. (os sustratos pro!ienen inicialmente del catabolismo prote%nico y la lipólisis, pero m"s adelante la destrucción prote%nica se ralenti)a, maximi)"ndose la lipólisis.
'N/ERRE3$2'0NES ME/$B43'2$S (os procesos metabólicos ue se lle!an a cabo en los di!ersos te#idos del cuerpo son interdependientes. *o todas las rutas metabólicas principales y procesos del cuerpo operan en cada te#ido en un momento dado. $eg+n el estado nutricional y hormonal del indi!iduo las rutas metabólicas pueden estar acti!as o no. (os principales procesos ue se anali)ar"n ser"n la glucogenogénesis, glucogenolisis, gluconeogénesis, glucólisis, s%ntesis de "cidos grasos, oxidación de "cidos grasos, acti!idad del ciclo del "cido c%trico, oxidación de amino"cidos, s%ntesis de prote%nas, proteólisis y s%ntesis de +rea. ara esto explicaremos ué te#idos son los m"s acti!os en di!ersos procesos, cu"ndo son estos procesos m"s y menos acti!os, y cómo se controlan estos procesos y su coordinación en diferentes estados metabólicos. ara aduirir conocimiento de las relaciones entre las rutas metabólicas principales, nos familiari)aremos con los cambios ue tienen lugar en el metabolismo durante el ciclo ayuno-alimentación.
2'230 $5UN0#$3'MEN/$2'4N Estado de buena nutrición En este estado, la glucosa y los amino"cidos pasan directamente a la sangra desde las células epiteliales del intestino, pasando al h%gado a tra!és de la !ena porta. (a grasa, en forma de uilomicrones pasa a la sangre en un sitio de flu#o sangu%neo r"pido. Esto +ltimo permite la r"pida distribución de los uilomicrones impidiendo la coalescencia de las part%culas de grasa. El h%gado es el primer te#ido ue tiene la oportunidad de utili)ar la glucosa de la dieta. espués de penetrar la membrana plasm"tica de este te#ido, la glucosa se puede con!ertir en glucógeno mediante la glucogenogénesis, en piru!ato y lactato mediante la glucólisis, o utili)ada en la !%a de las pentosas fosfato para la generación de *A/ para los procesos sintéticos reductores. El piru!ato formado a partir de la glucosa se puede oxidar a acetil 0oA, el cual a, a su !e), se puede con!ertir en grasa por el proceso de la lipogénesis o se puede oxidar a 012 y agua por el ciclo 30A. 4ran parte de la glucosa ue
tiene del intestino e!ita el h%gado y circula hacia los restantes te#idos corporales. El cerebro es uno de los principales consumidores de la glucosa sangu%nea, dependiendo casi exclusi!amente del catabolismo de este sustrato a 012 y agua para la producción de A3. 1tros consumidores importantes de glucosa son los eritrocitos ue sólo pueden con!ertir la glucosa en lactato y piru!ato, y el te#ido adiposo ue la con!ierte en grasa. El m+sculo en el estado de buena nutrición tiene la capacidad de utili)ar glucosa con!irtiéndola en glucógeno o introducirla en las rutas glucol%ticas y del ciclo 30A. i!ersos te#idos producen, mediante la glucólisis, lactato y piru!ato a partir de la glucosa circulante. El piru!ato y el lactato circulan por la sangre a los te#idos ue son metaboli)adores acti!os de estos sustratos. En estado de buena nutrición, el h%gado y el te#ido adiposo son consumidores "!idos del piru!ato y del lactato para el proceso de la lipogénesis, incluso cuando en el hombre la mayor parte de la grasa se sinteti)a en el h%gado y no en el te#ido adiposo. En el estado de muy buena nutrición, el h%gado utili)a la glucosa y no emplea la gluconeogénesis. As%, el ciclo de 0ori, ue implica la con!ersión de glucosa en lactato en los te#idos periféricos, seguida de la recon!ersión del lactato en glucosa en el h%gado, se interrumpe en el estado de buena nutrición. El h%gado es también el primer te#ido ue tiene la oportunidad de absorber de a sangre los amino"cidos dietarios. 0omo regla general, el h%gado de#a pasar a su tra!és la mayor%a de amino"cidos, a menos ue la concentración de amino"cidos sea excepcionalmente ele!ada. Esto es de un importancia especial en el caso de los amino"cidos esenciales necesarios a todos los te#idos corporales para la s%ntesis de prote%nas. El h%gado puede cataboli)ar amino"cidos, pero los !alores de 5m con respecto a los amino"cidos de muchas de las en)imas implicadas son ele!ados, permitiendo ue los amino"cidos se encuentres en exceso antes de ue se produ)ca un catabolismo significati!o. or el contrario, las en)imas cargadores de los tR*A implicados en la s%ntesis de prote%nas tienen unos !alores de 5m para los amino"cidos mucho m"s ba#os. Esto asegura ue en tanto estén presentes todos los amino"cidos, pueda tener lugar la s%ntesis de prote%nas seg+n se necesite para el crecimiento y para la s%ntesis de reempla)o. (os amino"cidos cataboli)ados en el h%gado se pueden oxidar completamente a 012 y agua, o bien los intermediarios pueden usarse como sustratos de la lipogénesis, cetogénesis o gluconeogénesis. As%, los amino"cidos en exceso ue no son necesarios para la s%ntesis de
prote%nas acaban siendo con!ertidos en cuerpos cetónicos, glucosa o grasa, al tiempo ue el nitrógeno am%nico se con!ierte en urea. (os amino"cidos no retenidos por el h%gado se pueden utili)ar para la s%ntesis de prote%na en otros te#idos. El m+sculo esuelético y el m+sculo cardiaco tienen una gran capacidad de transmisión de amino"cidos y de oxidación de los alfa-ceto"cidos resultantes dando 012 y agua. (os amino"cidos ramificados &leucina, isoleucina y !alina' son tratados de un modo interesante. El h%gado tiene poca capacidad para la transaminación de estos amino"cidos pero tiene una capacidad considerable para la descarboxilación oxidati!a de los alfa-ceto"cidos deri!ados de estos amino"cidos. En el m+sculo esuelético ocurre lo contrario, esto es, este te#ido tiene considerable capacidad para la transaminación pero es relati!amente deficiente respecto a las en)imas responsables del catabolismo posterior. (a consecuencia es ue la mayor parte de la transaminación tiene lugar en los te#idos periféricos como el m+sculo esuelético, los alfa-ceto"cidos pasan a la sangre siendo oxidados en el h%gado. (os amino"cidos ramificados constituyen una fuente importante de nitrógeno para la producción de alanina a partir de piru!ato en el m+sculo. 0uando se considera el en!%o de grasa hacia los te#idos, se debe diferenciar cuidadosamente entre grasa endógena y grasa exógena. 0omo se mencionó anteriormente, la glucosa, piru!ato y amino"cidos se pueden utili)ar para mantener la lipogénesis hep"tica. (a grasa formada a partir de esos sustratos se libera del h%gado en forma de 6(( para su transporte principalmente al te#ido adiposo. (a grasa de la dieta se libera a la sangre en forma de uilomicrones. 3anto los uilomicrones como las 6(( circulan por la sangre hasta ue act+a sobre ellos una en)ima extracelular especial unida a la pared capilar de muchos te#idos. Esta en)ima, la lipoprote%na lipasa, es especialmente abundante sobre la superficie de los capilares del te#ido adiposo. Act+a tanto sobre la 6(( ue pro!iene del h%gado como sobre los uilomicrones ue pro!ienen del intestino, liberando "cidos grasos mediante rotura hidrol%tica de los triacilgliceroles. (os "cidos grasos son captados por los adopocitos, reesterificados
con alfa-glicerol fosfato para la formación e!entual de
triacilgliceroles y almacenados como gotas de grasa dentro de estas células. (a ele!ación de la glucosa sangu%nea producto de la ingesta de alimentos crea una respuesta por las células beta del p"ncreas liberando insulina, ue facilita la utili)ación de la glucosa por el h%gado, m+sculo y te#ido adiposo. r"cticamente todo lo ue sucede a la
glucosa, los amino"cidos y la grasa, en el estado de buena nutrición, se sabe ue depende, directa o indirectamente, de una ele!ada proporción insulina7glucagón.
Disposición de glucosa, amino ácidos, y grasa por varios tejidos en el estado de buena nutrición.
Estado temprano del a6uno El principio del ayuno ocurre cuando cesa la captación de combustible por el intestino. urante este periodo transicional es muy importante la glucogenólisis del glucógeno hep"tico para el mantenimiento de la glucosa sangu%nea. (a lipogénesis est" restringida y el lactato, el piru!ato y los amino"cidos ue se hab%an utili)ado para mantener este proceso se des!%an hacia la formación de glucosa. As%, el ciclo de 0ori est" presente como parte de la producción de glucosa a partir de lactato por el h%gado y !ol!iéndose a con!ertir en lactato mediante la glucólisis en los te#idos
periféricos tales como los eritrocitos. El ciclo de la alanina, en el ue el carbono !uel!e al h%gado en forma de alanina en lugar de lactato, también se hace cada !e) m"s importante como mecanismo para el mantenimiento de los ni!eles de glucosa sangu%nea. ado ue hay menos cantidad pro!eniente del intestino y ue los ni!eles sangu%neos son generalmente ba#os, el catabolismo de los amino"cidos como fuente de energ%a para los te#idos es muy ba#o en la condición de principio del ayuno
Interrelaciones metabólicas de tejidos en el estado de ayuno temprano. Pag. 53. Text Book of Bioc
Estado de a6uno A medida ue un indi!iduo entra en un estado real de ayuno, ocurren modificaciones en el metabolismo para adecuarse a las condiciones actuales. En la situación de ayuno, del intestino no !iene absolutamente nada de combustible y no ueda glucógeno en el h%gado para ayudar a mantener la glucosa sangu%nea, la cual ahora depende completamente de la gluconeogénesis hep"tica, principalmente a partir del lactato, glicerol y alanina. 8na !e) m"s, los ciclos de 0ori y de la alanina #uegan papeles importantes en el suministro de glucosa a los te#idos ue dependen de este sustrato para la producción de A3. *o obstante, debe obser!arse ue el 0iclo de 0ori y el 0iclo de la alanina no proporcionan carbono para la s%ntesis neta de glucosa. En estos ciclos, la glucosa formada
por el h%gado tan solo reempla)a la ue se ha con!ertido en lactato en los te#idos periféricos. *o hay s%ntesis neta de glucosa. El cerebro oxida completamente la glucosa a 012 y a agua y, probablemente, no participa de modo significati!o en ninguno de estos dos ciclos. e ah% ue sea absolutamente necesaria la s%ntesis neta de glucosa a partir de alguna fuente de carbono en esta situación. (os "cidos grasos no se pueden utili)ar para la s%ntesis neta de glucosa ya ue no hay ninguna ruta en los animales para tal con!ersión. e modo espec%fico, el acetil 0oA obtenido del catabolismo de los "cidos grasos no se puede con!ertir en intermediario tricarbonado de la gluconeogénesis. El glicerol, obtenido de la lipólisis de la grasa en el te#ido adiposo, funciona como un sustrato importante para la s%ntesis de glucosa en el estado de ayuno.
Metabolismo del Glicerol. !"#mica Biol$gica. %. Blanco
(a mayor parte del carbono necesario para la s%ntesis de glucosa en estas condiciones pro!iene de la prote%na de los di!ersos te#idos corporales, especialmente el m+sculo esuelético. (a secuencia de acontecimientos se puede describir de la siguiente manera. (as prote%nas son hidroli)adas dentro de las células musculares &proteólisis' produciendo amino"cidos. 8na parte de estos amino"cidos se libera a la sangre y circula hasta los otros te#idos. e manera algo sorprendente la mayor parte de los amino"cidos no se liberan sino ue son metaboli)ados parcialmente dentro de las células musculares en las ue tu!o lugar la proteólisis. $ólo se liberan tres amino"cidos en grandes cantidades7 alanina, glutamina y glicina. arece ue lo ue sucede es ue los otros amino"cidos se
metaboli)an mediante sus di!ersas rutas catabólicas para dar intermediarios &piru!ato y alfa-cetoglutarato' ue pueden producir alanina y glutamina. A continuación estos amino"cidos se liberan a la sangre de donde pueden ser extra%dos por el h%gado para la formación neta de glucosa.
Ciclo glucosa-alanina. !"#mica &iol$gica. %. Blanco
/ay pruebas de ue gran parte de la glutamina se con!ierte en alanina en las células del riñón del epitelio intestinal. (a glutamina se oxida parcialmente en estas células proporcionando energ%a para satisfacer parte de la demanda metabólica de estos te#idos y el carbono y los grupos amino no empleados !uel!en a liberarse a la sangre, en parte, en forma de alanina y */9:. e ah% ue la alanina sea, cuantitati!amente, el amino"cido gluconeogénico m"s importante ue alcan)a el h%gado en el estado de ayuno.
Catabolismo de glutamina en enterocitos. Text Book of Biochemstry with Clinical correlation - Devlin. Pag. 352
(a glicina liberada por el m+sculo se transforma, en parte, en serina en los riñones. (a serina liberada por los riñones a la sangre se con!ierte a continuación en glucosa por el h%gado. El te#ido adiposo ueda también muy in!olucrado en el estado de ayuno. ebido a la ba#a proporción insulina7glucagón ue hay en esta condición, la lipólisis en este te#ido est" muy acti!ada. Esto da lugar a ni!eles ele!ados de "cidos grasos en sangre ue pueden utili)arse como combustibles alternati!os a la glucosa por muchos te#idos. e hecho, el cora)ón y el m+sculo esuelético prefieren utili)ar "cidos grasos antes ue glucosa, uedando inhibida la glucólisis por la oxidación de los "cidos grasos. or otro lado, el cerebro no utili)a "cidos grasos como sustrato ya ue estos compuestos penetran muy poco la barrera hematoencef"lica. (os "cidos grasos #uegan un papel importante en el h%gado, siendo oxidados a tra!és de la !%a de la beta-oxidación para la pro!isión de la mayor parte del A3 necesario para respaldar las necesidades energéticas de la gluconeogénesis. ;uy poco acetil 0oA generado por la beta-oxidación del h%gado se oxida completamente a 012 y a agua por el ciclo 30A. ado ue durante la gluconeogénesis hay una tasa peueña de acti!idad del ciclo 30A, en estas condiciones, el acetil 0oA formado a partir de los "cidos grasos se con!ierte en cuerpos cetónicos por las mitocondrias hep"ticas. (os cuerpos cetónicos se liberan a la sangre para ser usados como fuente de energ%a por los di!ersos te#idos. Al igual ue con los "cidos grasos, muchos te#idos prefieren los cuerpos cetónicos a la glucosa de modo ue la presencia de cuerpos cetónicos y "cidos grasos tiene un efecto de ahorro de la glucosa sangu%nea, de modo ue puede existir glucosa disponible al cerebro. A diferencia de los "cidos grasos, los cuerpos cetónicos penetran la barrera hematoencef"lica. 8na !e) ue su concentración en sangre es suficientemente ele!ada, los cuerpos cetónicos act+an como buen combustible alternati!o para el cerebro. $on incapaces, sin embargo, de reempla)ar completamente las necesidades de glucosa ue tiene el cerebro. (os cuerpos cetónicos disminuyen la utili)ación de glucosa por el cerebro y, tal como si se anticipasen a este efecto, también suprimen la proteólisis en el m+sculo esuelético, disminuyendo hasta cierto punto el despilfarro ue, de forma ine!itable, tiene lugar durante la inanición. ;ientras se mantienen los ni!eles de cuerpos cetónicos a !alores ele!ados por la beta-
oxidación hep"tica, hay menos necesidad de glucosa, menos necesidad de amino"cidos gluconeogénicos y menos necesidad de utili)ar te#ido muscular mediante proteólisis. Existe entonces una relación efecti!a entre h%gado, m+sculo y te#ido adiposo en orden al suministro de glucosa al cerebro. El h%gado funciona sinteti)ando glucosa, el musculo suministra el sustrato &alanina' y el te#ido adiposo suministra el A3 &!%a oxidación de "cidos grasos' necesarios para la gluconeogénesis hep"tica. Esta interacción depende, y es fa!orecida, por una ba#a proporción insulina7glucagón opuesta a la ue fa!orece procesos caracter%sticos del estado de buena nutrición. (os ni!eles de glucosa son menores en la condición de ayuno, impidiendo la liberación de insulina y fa!oreciendo la liberación de glucagón del p"ncreas para dar una proporción insulina7glucagón mucho m"s ba#a ue en el estado de buena nutrición.
Interrelaciones metabólicas de tejidos en el estado de ayuno.
Estado de Re#nutrición En este estado, la grasa es sinteti)ada al igual ue en el estado de buena nutrición. (a glucosa es pobremente extra%da por el h%gado. Es m"s, el h%gado permanece es un estado gluconeogénico por un par de horas m"s luego de recibir alimento. En !e) de pro!eer glucosa a la sangre, la gluconeogénesis hep"tica pro!ee glucosa-<-fosfato para la
glucogenogénesis. (a glucosa es cataboli)ada en te#idos periféricos, produciendo lactato como suministro para la gluconeogénesis. (a gluconeogénesis de amino"cidos espec%ficos absorbidos por el intestino también #uega un rol importante en el restablecimiento normal de los ni!eles de glucógeno hep"tico por !%a indirecta. Al disminuir la tasa de gluconeogénesis, la glucólisis se con!ierte en el principal mecanismo de disposición de la glucosa, y el glucógeno hep"tico es mantenido por la !%a directa de s%ntesis a partir de la glucosa en sangre.
Interrelaciones metabólicas de tejidos en el estado de re-
20N23US'4N (os cambios metabólicos ue se !an produciendo durante el ayuno persiguen, fundamentalmente, la super!i!encia, para lo ue es b"sico asegurar el aporte suficiente de energ%a a los órganos !itales, preferentemente el cerebro y, a su !e), moderar la pérdida demasiado r"pida de las estructuras corporales ue sir!en como fuente de los productos energéticos. or ello, los procesos metabólicos ue se !an sucediendo no son est"ticos, sino ue !an !ariando en dependencia de la duración del ayuno, con adaptaciones permanentes para la me#or conser!ación del organismo y, por ende, de la !ida. ara conseguirlo se disminuye el consumo de glucosa en el m+sculo, el te#ido adiposo y el h%gado, y se ponen en marcha mecanismos de producción de glucosa y posteriormente de otros nutrientes, como "cidos grasos libres &A4(' y cuerpos cetónicos, con !ariaciones e!identes en el catabolismo de los sustratos empleados en su s%ntesis o liberación, as% como en la cuant%a y los tipos de nutrientes consumidos en los di!ersos te#idos. (os cambios ue se producen en el ayuno se pueden esuemati)ar de la siguiente manera7
a) señales
biou%micas y hormonales, como disminución de la glucemia,
disminución de la insulinemia, aumento de las hormonas contrarreguladoras, disminución de la leptina, aumento del neuropéptido =, aumento de los glucocorticoides, disminución de la hormona liberadora del A03/ &0R/', disminución de la acti!idad del sistema ner!ioso simp"tico y modificación de las concentraciones de di!ersas hormonas. 3odas estas señales ponen en marcha7 b) procesos metabólicos, como glucogenólisis, proteólisis, lipólisis, gluconeogénesis, cetogénesis y consumo energético reducido> c) producción de productos energéticos, como glucosa, A4( y cuerpos cetónicos, entre otros, y d) cambios en la composición corporal, como en las reser!as de glucógeno, el te#ido adiposo, los m+sculos, el agua y los electrolitos, el peso corporal, las !itaminas y el intestino, entre otros.
B'B3'07R$8'$
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