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respuesta de inanición

La respuesta de inanición en los animales (incluidos los humanos) es un conjunto de cambios bioquímicos y fisiológicos adaptativos , desencadenados por la falta de alimento o un...

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La respuesta de inanición en los animales (incluidos los humanos) es un conjunto de cambios bioquímicos y fisiológicos adaptativos , desencadenados por la falta de alimento o una pérdida de peso extrema, en los que el cuerpo busca conservar energía reduciendo la tasa metabólica y/o el gasto energético no basal para prolongar la supervivencia y preservar la grasa corporal y la masa magra . [ 1 ]

Los términos equivalentes o estrechamente relacionados incluyen respuesta a la hambruna , modo de inanición , modo de hambruna , resistencia a la inanición , tolerancia a la inanición , inanición adaptativa , termogénesis adaptativa , adaptación a las grasas y adaptación metabólica .

En los humanos

Normalmente, el cuerpo responde a la ingesta reducida de energía agotando primero el contenido del tracto digestivo junto con las reservas de glucógeno presentes en las células musculares y hepáticas mediante la glucogenólisis . [ 2 ] Tras periodos prolongados de inanición, esta reserva de glucógeno se agota y el cuerpo comienza a quemar reservas de grasa y a consumir músculo y otros tejidos. Utiliza las proteínas del tejido muscular como fuente de energía, lo que provoca la pérdida de masa muscular. [ 3 ]

Magnitud y composición

La magnitud y composición de la respuesta a la inanición (adaptación metabólica) se estimaron en un estudio de 8 individuos que vivieron aislados en la Biosfera 2 durante dos años. Durante su aislamiento, perdieron gradualmente un promedio del 15 % (rango: 9-24 %) de su peso corporal debido a las duras condiciones. Al salir del aislamiento, los ocho individuos aislados se compararon con un grupo de control de 152 personas que inicialmente tenían características físicas similares. En promedio, la respuesta a la inanición de los individuos después del aislamiento fue una reducción de 750 kilojulios (180 kilocalorías ) en el gasto energético total diario . 250 kJ (60 kcal) de la respuesta a la inanición se explicaron por una reducción en la masa libre de grasa y la masa grasa . Otros 270 kJ (65 kcal) se explicaron por una reducción en la inquietud . Los 230 kJ (55 kcal) restantes no fueron estadísticamente significativos . [ 4 ]      

General

Las necesidades energéticas del organismo se componen de la tasa metabólica basal (TMB) y el nivel de actividad física (ERAT, termogénesis de la actividad relacionada con el ejercicio ). Este requerimiento calórico puede cubrirse con proteínas, grasas, carbohidratos o una combinación de estos. La glucosa es el combustible metabólico principal y puede ser metabolizada por cualquier célula. La fructosa y otros nutrientes solo pueden metabolizarse en el hígado , donde sus metabolitos se transforman en glucosa, almacenada como glucógeno en el hígado y los músculos, o en ácidos grasos, almacenados en el tejido adiposo.

Debido a la barrera hematoencefálica , el aporte de nutrientes al cerebro humano depende especialmente de moléculas que puedan atravesarla. El cerebro consume aproximadamente el 18 % de la tasa metabólica basal; con una ingesta diaria total de 7500 kJ (1800 kcal) , esto equivale a 1360 kJ (324 kcal) , o unos 80 g de glucosa. Alrededor del 25 % del consumo total de glucosa del organismo se produce en el cerebro.     

La glucosa se puede obtener directamente de los azúcares de la dieta y mediante la descomposición de otros carbohidratos . En ausencia de azúcares y carbohidratos en la dieta, la glucosa se obtiene de la descomposición del glucógeno almacenado . El glucógeno es una forma de almacenamiento de glucosa fácilmente accesible, que se almacena en cantidades importantes en el hígado y el músculo esquelético . [ 5 ]

Cuando se agotan las reservas de glucógeno, la glucosa se puede obtener de la descomposición de las grasas del tejido adiposo . Las grasas se descomponen en glicerol y ácidos grasos libres, y el glicerol se transforma en glucosa en el hígado a través de la vía de la gluconeogénesis .

Cuando incluso las reservas de glucosa derivadas del glicerol comienzan a disminuir, el hígado empieza a producir cuerpos cetónicos . Los cuerpos cetónicos son derivados de cadena corta de los ácidos grasos libres mencionados en el párrafo anterior y pueden atravesar la barrera hematoencefálica, lo que significa que el cerebro puede utilizarlos como combustible metabólico alternativo. La mayoría de los tejidos del cuerpo pueden utilizar directamente los ácidos grasos como fuente de energía, pero estos están demasiado ionizados para atravesar la barrera hematoencefálica .

Cronología

Tras el agotamiento de las reservas de glucógeno, y durante los siguientes 2-3 días, los ácidos grasos se convierten en el principal combustible metabólico. Inicialmente, el cerebro continúa utilizando glucosa, ya que si un tejido no cerebral utiliza ácidos grasos como combustible metabólico, el uso de glucosa en ese mismo tejido se interrumpe. Por lo tanto, cuando los ácidos grasos se descomponen para obtener energía, toda la glucosa restante queda disponible para el cerebro.

Tras dos o tres días de ayuno, el hígado comienza a sintetizar cuerpos cetónicos a partir de precursores obtenidos de la descomposición de ácidos grasos. El cerebro utiliza estos cuerpos cetónicos como combustible, reduciendo así su necesidad de glucosa. Tras tres días de ayuno, el cerebro obtiene el 30 % de su energía de los cuerpos cetónicos. Después de cuatro días, este porcentaje aumenta hasta el 75 %. [ 6 ]

De este modo, la producción de cuerpos cetónicos reduce el requerimiento de glucosa del cerebro de 80 g al día a unos 30 g al día. De los 30 g restantes, el hígado puede producir 20 g al día a partir de glicerol (un producto de la degradación de las grasas). Esto deja un déficit de unos 10 g de glucosa al día que debe provenir de otra fuente. Este déficit se cubre mediante la gluconeogénesis a partir de aminoácidos derivados de la proteólisis de las proteínas corporales.

Tras varios días de ayuno, todas las células del cuerpo comienzan a descomponer las proteínas . Esto libera aminoácidos al torrente sanguíneo, que el hígado puede convertir en glucosa. Dado que gran parte de la masa muscular del cuerpo humano está compuesta de proteínas, este fenómeno es responsable de la pérdida de masa muscular que se observa durante la inanición .

Sin embargo, el cuerpo puede decidir selectivamente qué células descomponen las proteínas y cuáles no. Se necesitan entre 2 y 3 gramos de proteína para sintetizar 1 gramo de glucosa; diariamente se descomponen entre 20 y 30 gramos de proteína para producir 10 gramos de glucosa, esenciales para el funcionamiento del cerebro. No obstante, para conservar las proteínas, esta cantidad puede disminuir cuanto más prolongado sea el ayuno.

La inanición se produce cuando las reservas de grasa se agotan por completo y la proteína es la única fuente de energía disponible para el organismo. Por lo tanto, tras periodos de inanición, la pérdida de proteínas corporales afecta la función de órganos vitales y provoca la muerte, incluso si aún quedan reservas de grasa sin utilizar. (En una persona delgada, las reservas de grasa se agotan antes, el agotamiento de las proteínas se produce antes y, por consiguiente, la muerte llega antes).

La causa última de muerte es, en general, la arritmia cardíaca o el paro cardíaco provocados por la degradación de los tejidos y los desequilibrios electrolíticos .

En personas con obesidad mórbida, se ha demostrado que las proteínas pueden agotarse primero. Por consiguiente, se prevé que la muerte por inanición ocurra antes de que se agoten las reservas de grasa. [ 7 ]

Bioquímica

Durante la inanición, menos de la mitad de la energía que utiliza el cerebro proviene de la glucosa metabolizada. Dado que el cerebro humano puede utilizar los cuerpos cetónicos como principales fuentes de combustible, el cuerpo no se ve obligado a degradar los músculos esqueléticos a un ritmo elevado, manteniendo así la función cognitiva y la movilidad durante varias semanas. Esta respuesta es de vital importancia en la evolución humana y permitió a los humanos seguir encontrando alimento de forma eficaz incluso ante periodos prolongados de inanición. [ 8 ]

Inicialmente, el nivel de insulina en circulación disminuye y los niveles de glucagón , epinefrina y norepinefrina aumentan. [ 9 ] En este momento, hay una regulación positiva de la glucogenólisis , gluconeogénesis , lipólisis y cetogénesis . Las reservas de glucógeno del cuerpo se consumen en aproximadamente 24 horas. En un  adulto normal de 70 kg, solo se almacenan alrededor de 8000 kilojulios de glucógeno en el cuerpo (principalmente en los músculos estriados ). El cuerpo también participa en la gluconeogénesis para convertir el glicerol y los aminoácidos glucogénicos en glucosa para el metabolismo. Otra adaptación es el ciclo de Cori , que implica el transporte de energía derivada de lípidos en glucosa a los tejidos glucolíticos periféricos, que a su vez envían el lactato de vuelta al hígado para su resíntesis a glucosa. Debido a estos procesos, los niveles de glucosa en sangre permanecen relativamente estables durante el ayuno prolongado.

Sin embargo, la principal fuente de energía durante la inanición prolongada se deriva de los triglicéridos . Comparado con los 8000 kilojulios de glucógeno almacenado, los combustibles lipídicos son mucho más ricos en contenido energético, y un adulto que pesa 70 kilogramos (150 lb) almacena más de 400 000 kilojulios de triglicéridos, principalmente en el tejido adiposo. [ 10 ] Los triglicéridos se descomponen en ácidos grasos por lipólisis. La epinefrina precipita la lipólisis al activar la proteína quinasa A , que fosforila la lipasa sensible a hormonas (HSL) y la perilipina . Estas enzimas, junto con CGI-58 y la lipasa de triglicéridos adiposos (ATGL), forman complejos en la superficie de las gotas lipídicas. La acción concertada de ATGL y HSL libera los dos primeros ácidos grasos. La monoacilglicerol lipasa celular (MGL) libera el último ácido graso. El glicerol restante entra en la gluconeogénesis . [ 11 ] 

Los ácidos grasos no pueden utilizarse como fuente directa de energía. Primero deben someterse a la beta-oxidación en las mitocondrias , principalmente en las del músculo esquelético, el músculo cardíaco y las células hepáticas. Los ácidos grasos se transportan a las mitocondrias como acilcarnitina mediante la acción de la enzima CAT-1. Este paso controla el flujo metabólico de la beta-oxidación . El acetil-CoA resultante entra en el ciclo de Krebs y sufre fosforilación oxidativa para producir ATP . El organismo invierte parte de este ATP en la gluconeogénesis para producir más glucosa. [ 12 ]

Los triglicéridos y los ácidos grasos de cadena larga son demasiado hidrofóbicos para atravesar la barrera hematoencefálica, por lo que el hígado debe convertirlos en ácidos grasos de cadena corta y cuerpos cetónicos mediante la cetogénesis . Los cuerpos cetónicos resultantes, acetoacetato y β-hidroxibutirato , son anfipáticos y pueden transportarse al cerebro (y a los músculos) y descomponerse en acetil-CoA para su uso en el ciclo de Krebs. El acetoacetato se descompone espontáneamente en acetona , que se libera a través de la orina y los pulmones, produciendo el «aliento acetónico» característico del ayuno prolongado. El cerebro también utiliza glucosa durante el ayuno, pero la mayor parte de la glucosa del cuerpo se destina a los músculos esqueléticos y a los glóbulos rojos. El costo del exceso de glucosa en el cerebro es la pérdida de masa muscular. Si el cerebro y los músculos dependieran exclusivamente de la glucosa, el cuerpo perdería el 50 % de su nitrógeno en 8 a 10 días. [ 13 ]

Tras un ayuno prolongado, el cuerpo comienza a degradar su propio músculo esquelético. Para mantener el funcionamiento cerebral, la gluconeogénesis continúa generando glucosa, pero se requieren aminoácidos glucogénicos —principalmente alanina— . Estos provienen del músculo esquelético. En las últimas etapas del ayuno, cuando los niveles de cetonas en sangre alcanzan los 5-7 mM, el uso de cetonas en el cerebro aumenta, mientras que el uso de cetonas en los músculos disminuye. [ 14 ]

La autofagia se produce entonces a un ritmo acelerado. En la autofagia, las células consumen moléculas esenciales para producir aminoácidos para la gluconeogénesis . Este proceso distorsiona la estructura celular, [ 15 ] y una causa común de muerte por inanición se debe a la insuficiencia del diafragma causada por una autofagia prolongada.

En las bacterias

Las bacterias se vuelven altamente tolerantes a los antibióticos cuando los nutrientes son limitados. La inanición contribuye a la tolerancia a los antibióticos durante la infección, ya que los nutrientes se vuelven limitados cuando son secuestrados por las defensas del huésped y consumidos por las bacterias en proliferación. [ 16 ] [ 17 ] Una de las causas más importantes de tolerancia inducida por inanición in vivo es el crecimiento de biopelículas , que ocurre en muchas infecciones crónicas. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] La inanición en las biopelículas es causada por el consumo de nutrientes por células ubicadas en la periferia de los cúmulos de biopelículas y por la difusión reducida de sustratos a través de la biopelícula. [ 21 ] Las bacterias de las biopelículas muestran una tolerancia extrema a casi todas las clases de antibióticos, y el suministro de sustratos limitantes puede restaurar la sensibilidad. [ 22 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Adaptado de Wang et al. 2006 , pág. 223.
  2. ↑ Ayuno terapéutico
  3. ↑ Couch, Sarah C. (7 de abril de 2006). "Pregunte a un experto: Ayuno y modo de inanición" . Universidad de Cincinnati (NetWellness). Archivado del original el 19 de julio de 2011.
  4. ↑ Weyer, Christian; Walford, Roy L; Harper, Inge TS; Milner, Mike A; MacCallum, Taber; Tataranni, P Antonio; Ravussin, Eric (2000). "Metabolismo energético después de 2 años de restricción energética: el experimento Biosfera 2" . American Journal of Clinical Nutrition . 72 (4): 946– 953. doi : 10.1093/ajcn/72.4.946 . PMID 11010936 . 
  5. ↑ Jensen, J.; Rustad, PI; Kolnes, AJ; Lai, YC (2011). "El papel de la degradación del glucógeno del músculo esquelético en la regulación de la sensibilidad a la insulina mediante el ejercicio" . Frontiers in Physiology . 2 : 112. doi : 10.3389/fphys.2011.00112 . PMC 3248697. PMID 22232606 .  
  6. ↑ CJ Coffee, Quick Look: Metabolism, Hayes Barton Press, 1 de diciembre de 2004, pág. 169
  7. ↑ Owen, OE; Smalley, KJ; d'Alessio, DA; Mozzoli, MA; Dawson, EK (julio de 1998). "Requerimientos de proteínas, grasas y carbohidratos durante el ayuno: anaplerosis y cataplerosis" . Am J Clin Nutr . 68 (1): 12–34 . doi : 10.1093/ajcn/68.1.12 . PMID 9665093 . 
  8. ↑ Cahill, George F.; Veech, Richard L. (2003). "¿Cetoácidos? ¿Buena medicina?" . Transactions of the American Clinical and Climatological Association . 114 : 149– 161, discusión 162–163. ISSN 0065-7778 . PMC 2194504 . PMID 12813917 .   
  9. ↑ Zauner, C., Schneeweiss, B., Kranz, A., Madl, C., Ratheiser, K., Kramer, L., ... & Lenz, K. (2000). El gasto energético en reposo durante el ayuno a corto plazo aumenta como resultado de un incremento en la norepinefrina sérica. The American Journal of Clinical Nutrition, 71(6), 1511-1515.
  10. ↑ Clark, Nancy. Guía de nutrición deportiva de Nancy Clark. Champaign, IL: Human Kinetics, 2008. pág. 111
  11. ↑ Yamaguchi; et al. (2004). "CGI-58 interactúa con la perilipina y se localiza en gotas lipídicas. Posible implicación de la deslocalización de CGI-58 en el síndrome de Chanarin-Dorfman" . J. Biol. Chem . 279 (29): 30490–30497 . doi : 10.1074/jbc.m403920200 . PMID 15136565 .  
  12. ↑ Zechner, R, Kienesberger, PC, Haemmerle, G, Zimmermann, R y Lass, A (2009) Lipasa de triglicéridos del tejido adiposo y el catabolismo lipolítico de las reservas de grasa celular, J Lipid Res, 50, 3-21
  13. ↑ McCue, MD (2010) Fisiología de la inanición: revisión de las diferentes estrategias que utilizan los animales para sobrevivir a un desafío común, Comp Biochem Physiol, 156, 1-18
  14. ↑ Cahill, GF; Parris, Edith E.; Cahill, George F. (1970). "Inanición en el hombre". N Engl J Med . 282 (12): 668– 675. doi : 10.1056/NEJM197003192821209 . PMID 4915800 . 
  15. ↑ Yorimitsu T, Klionsky DJ (2005). "Autofagia: maquinaria molecular para la autodigestión" . Cell Death and Differentiation . 12 (Supl . 2): 1542–1552 . doi : 10.1038/sj.cdd.4401765 . PMC 1828868. PMID 16247502 .  
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Recursos

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