Cambio hormonal y primera fase (hasta 24 horas)
Ya durante el primer día del período postabsortivo, el metabolismo comienza a cambiar radicalmente. El principal factor desencadenante es una caída brusca en el índice insulina-glucagón. La concentración de insulina disminuye entre 10 y 15 veces, mientras que el nivel de hormonas contrarreguladoras (glucagón y cortisol) aumenta.
Estos cambios hormonales activan la proteincinasa A dependiente de AMPc en los adipocitos a través del sistema de la adenilato ciclasa. Esta enzima fosforila y activa la TAG lipasa sensible a hormonas, desencadenando una lipólisis activa.
Resultados del primer día:
- Las reservas de glucógeno hepático se agotan por completo.
- Los niveles de glucosa caen al límite inferior de la norma (alrededor de 60 mg/dl).
- Se inicia una gluconeogénesis acelerada: síntesis de glucosa de novo a partir de aminoácidos y glicerol.
Segunda fase: intercambio interorgánico (hasta una semana)
Ya no hay glucógeno y el organismo se ve obligado a resolver dos tareas: mantener la normoglucemia para los tejidos glucodependientes (cerebro, eritrocitos) y encontrar un combustible alternativo para los demás órganos. El catabolismo predomina sobre el anabolismo.
- El tejido adiposo mobiliza masivamente triacilgliceroles (TAG). Los ácidos grasos y el glicerol pasan a la sangre.
- Los músculos esqueléticos oxidan activamente los ácidos grasos hasta Acetil-CoA. Paralelamente, se degradan las proteínas musculares; los aminoácidos son transportados al hígado. La síntesis de proteínas está detenida.
- El hígado capta los ácidos grasos libres e inicia una cetogénesis acelerada (síntesis de cuerpos cetónicos). Al mismo tiempo, produce glucosa a partir de los aminoácidos recibidos, el glicerol y el lactato (proveniente de la glucólisis anaeróbica en los eritrocitos a través del ciclo de Cori).
- Los riñones aumentan la excreción de productos de desecho nitrogenados, principalmente urea, generada debido a la intensa degradación de proteínas.
Debido a la cetogénesis activa, la concentración de cuerpos cetónicos en sangre aumenta drásticamente y aparece el característico olor a acetona.
Tercera fase: adaptación y ahorro de proteínas (varias semanas)
La principal amenaza en el ayuno prolongado es la pérdida crítica de masa muscular (la pérdida de un tercio de todas las proteínas del organismo provoca la muerte). Para sobrevivir, la velocidad del metabolismo general disminuye.
Se produce una adaptación de las vías de suministro de energía:
- La tasa de degradación de proteínas y, en consecuencia, de la gluconeogénesis a partir de aminoácidos disminuye significativamente.
- El cerebro se adapta a la deficiencia de glucosa y comienza a oxidar activamente cuerpos cetónicos.
- Los músculos prácticamente dejan de utilizar cuerpos cetónicos, reservándolos para el cerebro, y pasan a consumir exclusivamente ácidos grasos.
El balance nitrogenado se mantiene negativo durante todas las fases. Un factor clave para la supervivencia es la capacidad de los tejidos para sintetizar y utilizar cuerpos cetónicos. Sin embargo, para su incorporación plena en el ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs) se necesita oxaloacetato. Durante el ayuno prolongado, este solo puede formarse a partir de aminoácidos, lo que hace inevitable una degradación mínima de proteínas.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué enzimas de la gluconeogénesis se inducen en el hígado durante el ayuno prolongado?
Durante el ayuno, en el hígado y bajo la acción del glucagón y el cortisol, se induce la síntesis de enzimas gluconeogénicas. Las enzimas clave incluyen:
- Glucosa-6-fosfatasa
- Fructosa-1,6-bisfosfatasa
- Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK)
¿Qué procesos del metabolismo ocurren en los riñones durante el ayuno prolongado?
Durante el ayuno prolongado, en los riñones ocurren los siguientes procesos:
- Gluconeogénesis: los riñones poseen capacidad gluconeogénica; durante el ayuno prolongado, los riñones producen la mitad de la glucosa que llega a la sangre.
- Excreción de productos de desecho nitrogenados: participación en la eliminación de urea con la orina.
¿Por qué se inhibe el ciclo del ácido cítrico en el hígado durante el ayuno?
El ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs) en el hígado se inhibe debido a dos causas principales:
- Inhibición alostérica: la $\beta$-oxidación activa de ácidos grasos eleva las concentraciones de ATP y NADH, los cuales inhiben las enzimas reguladoras del ciclo de Krebs.
- Deficiencia de oxaloacetato: debido a la alta concentración de NADH, el oxaloacetato se reduce a malato, el cual pasa al citosol para ser utilizado en la gluconeogénesis. Como resultado, el oxaloacetato no está disponible en las mitocondrias para reaccionar con el Acetil-CoA.
¿Qué cuerpos cetónicos específicos se sintetizan en el hígado?
Durante la síntesis y transformación de cuerpos cetónicos en el hígado se forman:
- Acetoacetato: el primer cuerpo cetónico.
- $\beta$-Hidroxibutirato: se forma por la reducción del acetoacetato.
- Acetona: se forma a altas concentraciones de acetoacetato como resultado de su descarboxilación espontánea no enzimática.
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué aparece olor a acetona durante el ayuno prolongado?
Debido a la degradación activa de grasas, se acumula Acetil-CoA en el hígado, el cual se destina a la síntesis de un exceso de cuerpos cetónicos. Uno de ellos es la acetona, que se excreta con el sudor y el aire espirado.
¿De dónde obtiene el organismo la glucosa cuando el glucógeno se ha agotado por completo?
Se pone en marcha el proceso de gluconeogénesis. El hígado sintetiza nueva glucosa a partir de sustratos alternativos: aminoácidos (por la degradación muscular), glicerol (por la degradación de grasas) y lactato (de los eritrocitos).
¿Por qué disminuye la síntesis de TAG en el hígado durante el ayuno?
En condiciones de déficit energético y predominio del glucagón, los ácidos grasos se dirigen hacia la $\beta$-oxidación y la cetogénesis para obtener ATP, mientras que los procesos anabólicos (almacenamiento de grasas) se bloquean.
¿Qué limita la esperanza de vida durante el ayuno?
Capacidad para utilizar cuerpos cetónicos y reservas de proteínas. Para oxidar las cetonas se necesita oxaloacetato, que durante el ayuno se sintetiza únicamente a partir de aminoácidos. El agotamiento de un tercio de las proteínas del organismo conduce a la muerte.
Qué más repasar sobre el tema
- El ciclo de Cori y el intercambio de lactato entre los eritrocitos y el hígado
- Mecanismo de activación de la lipasa sensible a hormonas (papel del AMPc y la PKA)
- Etapas bioquímicas de la síntesis de cuerpos cetónicos en el hígado
- El papel del oxaloacetato en el ciclo del ácido cítrico durante el ayuno
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