Homeostasis de la Glucosa Sanguínea

La glucosa sanguínea debe mantenerse en niveles estables para asegurar que las células del organismo, en especial las neuronas, dispongan de esta molécula energética esencial. La glicemia, o cantidad de glucosa en la sangre, en la especie humana es de aproximadamente 1 mg/ml.

Control Hormonal y el Papel del Páncreas

El control homeostático de la glucosa involucra una serie de glándulas y hormonas. La glándula principal del sistema endocrino responsable de esta regulación es el páncreas. Este interactúa en conjunto con la hipófisis y el hígado (órgano blanco) para regular la cantidad de glucosa en la sangre. En el páncreas existen dos tipos de células clave: las células alfa (α) y las células beta (β).

Regulación de la Glucosa Postprandial (Aumento de Glucosa)

Cuando se ingiere una gran cantidad de carbohidratos, estos se digieren y entran al torrente circulatorio en forma de glucosa, lo que provoca un aumento en su nivel.

Proceso de Absorción y Respuesta Insulínica

1. Estómago: Órgano que digiere los carbohidratos en moléculas de glucosa.
2. Intestino Delgado: Órgano en el que ocurre parte de la digestión y absorción de la glucosa. La glucosa entra al sistema circulatorio a través de las vellosidades, causando que el nivel de glucosa en la sangre aumente.
3. Páncreas (Células β): Detecta un aumento de la glucosa en la sangre y responde activando las células β, que liberan insulina al torrente sanguíneo.
4. Aparato Circulatorio: Sistema de transporte que mueve la glucosa, así como la insulina y el glucagón a través del cuerpo. La insulina promueve que ciertos órganos diana del cuerpo absorban glucosa.

Destino de la Glucosa Mediado por Insulina

• Hígado: Órgano que almacena glucosa en forma de glucógeno. Parte de la glucosa es absorbida por el hígado y se almacena como glucógeno, que es una fuente de energía de reserva.
• Músculos: Las células de los músculos utilizan la glucosa como fuente de energía o la almacenan como glucógeno.
• Tejido Adiposo: Está compuesto de células llamadas adipocitos donde se almacena la energía en forma de grasa. El tejido adiposo usa la glucosa para formar grasa (ácidos grasos).

Regulación de la Glucosa en Ayuno (Disminución de Glucosa)

Si se realiza mucho ejercicio o se deja de comer por muchas horas, el nivel de glucosa en la sangre disminuye.

1. Páncreas (Células α): El páncreas secreta glucagón por medio de las células alfa.
2. Aparato Circulatorio: El glucagón es transportado por el torrente sanguíneo al hígado.
3. Hígado: El glucagón promueve que el hígado degrade el glucógeno (glucogenólisis) para liberar glucosa.

Metabolismo de Carbohidratos y Lípidos

Carbohidratos: Estructura y Clasificación

Los carbohidratos son parte de los principales complejos orgánicos que sirven como fuente de energía para los organismos. Se almacenan en forma de glucógeno dentro del hígado y el músculo. Son compuestos por C, H y O, y su fórmula general es Cₓ(H₂O)ᵧ.

Conceptos Bioquímicos Fundamentales

• Estereoisómeros: Los carbonos centrales de un carbohidrato son asimétricos. Cuatro grupos distintos se unen a los átomos de carbono, generando una configuración derivada a la que se le llama estereoisómero. Se emplean D y L para describir posibles isómeros; la configuración D tiene el grupo -OH en el menor carbono asimétrico a la derecha, y la L lo presenta a la izquierda.
• Clasificación: Esta clasificación se basa en el número de unidades de azúcar en la cadena, y este encadenamiento depende de la formación de enlaces glucosídicos.
  • Monosacáridos: Unidades simples de azúcar.
  • Disacáridos: Se forman a partir de la interacción de dos monosacáridos.
  • Polisacáridos: Se forman mediante el enlace de muchas unidades de monosacárido.
• Propiedades Químicas: Carbohidratos como la glucosa y galactosa se consideran sustancias reductoras, pues reducen u oxidan compuestos, porque contienen un grupo cetona o aldehído.

Vías Metabólicas de la Glucosa

Glucólisis

Es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa. Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten la glucosa en dos moléculas de piruvato.

• Funciones: La producción de intermediarios de 6 y 3 carbonos. Es uno de los métodos que utilizan las células para producir energía. La generación de piruvato pasará al ciclo de Krebs como parte de la respiración aeróbica.
• Ganancia de Energía: La glucólisis, al realizar la conversión de glucosa a dos moléculas de piruvato, rinde un total de 2 ATP y 2 NADH. Se necesitan 2 ATP para iniciar el proceso de la glucólisis y se producen 4 ATP en la ruta, dando una ganancia neta de 2 ATP.

Gluconeogénesis (GNG)

Es una vía anabólica que produce glucosa a partir de lactato, glicerol o aminoácidos glucogénicos. Esta vía se activa principalmente en el hígado en el ayuno y se coordina con las vías catabólicas de β-oxidación y catabolismo proteico. Se encarga de sintetizar la glucosa a partir de precursores que no son carbohidratos.

• Consumo de Energía: Se consume 1 ATP en el primer paso y 1 GTP en el segundo paso. Como son necesarios dos piruvatos para conseguir una glucosa, el costo total es de 2 ATP y 2 GTP.

Glucogenólisis

Es el procedimiento a través del cual se degrada el glucógeno en el organismo, con la finalidad de producir glucosa de una manera rápida. Su función principal es proporcionar energía para la contracción muscular.

• Proceso: Transformación de glucógeno en glucosa-1-fosfato y glucosa por hidrólisis α 1-4 de las moléculas distales de glucosa.
• Regulación: El proceso se regula por la enzima fosforilasa quinasa.

Vías Metabólicas de los Lípidos

Lipogénesis

Es el almacenamiento eficiente de nutrientes. Es la reacción bioquímica por la cual son sintetizados los ácidos grasos y esterificados o unidos con el glicerol para formar triglicéridos o grasas de reserva. Ocurre principalmente en el hígado y el tejido adiposo.

• Rendimiento Energético: Los dos enlaces de alta energía que se utilizan en la activación del ácido graso a acil-CoA, se obtiene un rendimiento neto de 130 moléculas de ATP (el rendimiento varía según la longitud de la molécula de ácido graso).

Lipólisis

Es el proceso metabólico mediante el cual los lípidos del organismo son transformados para producir ácidos grasos y glicerol para cubrir las necesidades energéticas. Esta ruta tiene lugar en el tejido adiposo y en el músculo y es el proceso inverso a la lipogénesis. Su objetivo es eliminar depósitos localizados de tejido graso en lugares que no responden a la dieta.

• Función: Obtiene energía en situaciones en donde no es suficiente con la obtención de glucosa. La oxidación de los triglicéridos proporciona más del doble de energía metabólica (ATP) por parte de los organismos aeróbicos.
• Ganancia de Energía (β-oxidación): En el ciclo de la β-oxidación, el palmitoil CoA es convertido en ocho unidades de acetil CoA; para ello, se necesitan siete β-oxidaciones y cada secuencia de β-oxidación requiere de un FAD y NAD que generan cinco ATP.

Otras Hormonas que Influyen en el Metabolismo

• Glucocorticoides: Son producto de secreción de las glándulas suprarrenales y se los considera fundamentales para los procesos de adaptación y homeostasis del organismo. La liberación de ACTH desde la hipófisis es el principal estímulo para su secreción.
• Hormona del Crecimiento (GH): Es una sustancia producida en la glándula pituitaria que controla el crecimiento del cuerpo y ayuda a controlar el metabolismo.
• Tiroxina: La glándula tiroides es estimulada para liberar tiroxina, que incrementa las concentraciones de glucosa plasmática al aumentar la glucogenólisis y la gluconeogénesis de glucosa.
• Somatostatina: Inhibe la secreción de numerosas hormonas como la somatotropina, la corticotropina, la gastrina, la insulina y el glucagón, así como secreciones gástricas y pancreáticas. Reduce, asimismo, la motilidad del tracto digestivo y el flujo sanguíneo esplácnico.

Trastornos de la Regulación de la Glucosa

Hiperglucemia

Aparece cuando los niveles de glucosa en sangre están elevados. En situaciones de gran deficiencia insulínica, comienzan a producirse en el organismo los cuerpos cetónicos, generados en el hígado por la degradación de las grasas liberadas al torrente sanguíneo.

Diabetes Mellitus (DM)

• Diabetes Mellitus Tipo 1 (DM1): Es un resultado de la destrucción autoinmune mediada por células de las células beta pancreáticas.
• Diabetes Mellitus Tipo 2 (DM2): Es posible observar tres fases:
  1. Aparición de un estado de resistencia a la insulina (IR) periférica.
  2. Una segunda fase asociada a una IR más marcada a nivel de tejidos periféricos.
  3. Una fase asociada a una declinación en el funcionamiento de las células beta pancreáticas, donde disminuye la síntesis de la hormona, apareciendo la hiperglucemia en ayuno.

Hipoglucemia

Es la afección en la que las concentraciones de glucosa plasmática se ven reducidas. Algunas de sus causas son transitorias o insignificantes.

Prueba de Glucosa

La medición de glucosa puede verse afectada por interferencias:

• Las concentraciones altas de ácido úrico, bilirrubina y ácido ascórbico pueden causar valores reducidos falsos.
• Las sustancias oxidantes fuertes causan valores altos falsos.