Metabolismo y Regulación de la Temperatura.

A
Metabolismo y regulación
de la temperatura
67.
M e t a b o l i s m o d e los h i d r a t o s d e c a r b o n o
y fo rm ación del trifo sfato de a d e n o sin a
68.
M e t a b o l i s m o d e los líp id os
69.
M e t a b o l i s m o d e las p r o t e í n a s
70.
El h í g a d o c o m o ó r g a n o
71.
Equilibrio e n e r g é t i c o ; r e g u la c ió n p ra n d ia l;
o b e sid a d y ayuno; v ita m in a s y m in erales
72.
73.
E n e r g é tic a y m e t a b o l i s m o
R e g u la c ió n d e la t e m p e r a t u r a c o r p o r a l
y f ie b re
I
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
KWWSERRNVPHGLFRVRUJ
CAPÍTULO 67
Metabolismo de los hidratos de carbono
y formación del trifosfato de adenosina
En los capítulos siguientes se
aborda el metabolismo corpo­
ral, los procesos químicos que
facilitan la subsistencia celu­
lar. El objetivo de este libro
no es presentar los detalles
químicos de todas las diferen­
tes reacciones celulares, por­
que esto corresponde a la disciplina de la bioquímica. En su lugar,
estos capítulosofrecen: 1) una revisión de los principales pro­
cesos bioquímicos de la célula, y 2) un análisis de sus implica­
ciones fisiológicas, especialmente dentro del concepto global de
homeostasis.
Liberación de energía de los alimentos y concepto
de «energía libre»
La mayoría de las reacciones químicas celulares persiguen facili­
tar la energía de los alimentos para los diferentes sistemas fisio­
lógicos de la célula. Por ejemplo, la energía se necesita para la
actividad muscular, la secreción glandular, el mantenimiento de
los potenciales de membrana por los nervios y las fibras mus­
culares, la síntesis de sustancias, la absorción de alimentos en el
tubo digestivo y muchas otras funciones.
Reacciones acopladas. Todos los alimentos energéti­
cos (hidratos de carbono, grasas y proteínas) se oxidan en las
células y liberan grandes cantidades de energía durante este
proceso. Estos mismos alimentos se pueden tam bién quemar
con oxígeno puro fuera del cuerpo en un fuego real y liberan
tam bién mucha energía; en este caso, sin embargo, toda la
energía se libera bruscam ente en forma de calor. La energía
necesaria para los procesos fisiológicos de las células no es
el calor, sino la energía para provocar un movimiento m ecá­
nico en el caso de la función muscular, para concentrar los
solutos en el caso de la secreción glandular o para efectuar
otras funciones. Para proporcionar esta energía, las reaccio­
nes químicas han de «acoplarse» a los sistemas responsables
de estas funciones fisiológicas. Este acoplamiento se consigue
m ediante sistemas celulares enzimáticos y de transferencia de
energía, algunos de los cuales se explican en este y en los p ró­
ximos capítulos.
«Energía libre». La cantidad de energía liberada por la oxi­
dación completa de un alimento se llama energía Ubre de la oxi­
dación de los alimentos y generalmente se representa mediante
el símbolo AG. La energía -libre se expresa habitualmente en
calorías por mol de sustancia. Por ejemplo, la cantidad de ener­
gía libre generada por la oxidación completa de 1 mol (180 g) de
glucosa es de 686.000 calorías.
El trifosfato de adenosina es la «moneda de cambio»
del cuerpo
El trifosfato de adenosina (ATP) es un vínculo esencial entre la
utilización y producción de la energía del organismo (fig. 67-1).
Por este motivo, al ATP se le ha llamado la moneda energética
del organismo puesto que se puede ganar y consumir de forma
repetida.
La energía proveniente de la oxidación de los hidratos de car­
bono, proteínas y grasas se utiliza para transformar el difosfato
de adenosina (ADP) en ATP que luego se consume en distintas
reacciones del organismo con estos fines: 1) transporte activo de
las moléculas a través de las membranas celulares; 2) contrac­
ción de los músculos y ejecución del trabajo mecánico; 3) dis­
tintas reacciones de síntesis para crear hormonas, membranas
celulares y muchas otras moléculas esenciales del organismo;
4) conducción de los impulsos nerviosos; 5) división y crecimiento
celulares, y 6) muchas otras funciones fisiológicas que se necesi­
tan para mantener y propagar la vida.
El ATP es un compuesto químico lábil presente en todas las
células. El ATP es una combinación de adenina, ribosa y tres
radicales fosfato, como se muestra en la figura 67-2. Los últimos
dos fosfatos están unidos al resto de la molécula por los llamados
enlaces de alta energía, que se indican mediante el símbolo
La cantidad de energía libre de cada uno de estos enlaces
de alta energía por mol de ATP es de unas 7.300 calorías en
Producción de energía
• Proteínas
'i
• Hidratos de carbono Oxidación
• Lípidos
J
>r
ADP + P¡
ATP
>k
--------*—
Utilización de energía
• Transporte activo de iones
• Contracción muscular
• Síntesis de moléculas
• División y crecimiento celulares
---------
Figura 67-1 El trifosfato de adenosina (ATP) es el eslabón central
entre los sistemas productores y consumidores de la energía del
organismo. ADP, difosfato de adenosina; P., fosfato inorgánico.
809
© 2011. Elsevier España, S.L. Reservados todos los derechos
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Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Figura 67-2 Estructura química del trifosfato de
adenosina (ATP).
Adenina <
Trifosfato
O
H
Ribosa «
' c ------ ¿
OH
-
1 2 ,0 0 0
cal
' ADP "
}
ATP
+ 1 2 , 0 0 0 cal
-
. P° 3
ï
1 2 ,0 0 0
cal
+ 1 2 , 0 0 0 cal
H
l\T Ï/I
H
condiciones normalizadas y de unas 12.000 calorías en las con­
diciones habituales de tem peratura y concentración de las sus­
tancias reactivas del cuerpo. Por tanto, la escisión de cada uno de
los dos radicales fosfato libera dentro del organismo 12.000 calo­
rías de energía. Cuando el ATP pierde un radical fosfato, pasa
a ser ADP, y tras la eliminación del segundo radical fosfato, se
convierte en monofosfato de adenosina (AMP). Las conversiones
entre el ATP, el ADP y el AMP son las siguientes:
c h 2—
[
o-
H
OH
Membrana celular
/ _______
I ATP
Galactosa----> ■ Galactosa-1-fosfato
Uridina difosfato galactosa
r AMP ]
+
2P °3
O — P — O ~ P — O ~ P — o-
Uridina difosfato glucosa
' Glucógeno
J
I
Glucosa-1-fosfato
El ATP está presente en el citoplasma y el nucleoplasma de
todas las células y prácticamente todos los mecanismos fisiológi­
cos que requieren energía la obtienen directamente del ATP (o de
otros compuestos similares de alta energía: trifosfato de guanosina
[GTP]). A su vez, los alimentos se oxidan de manera gradual en la
célula, y la energía liberada se utiliza para volver a formar ATP, man­
teniendo así siempre un aporte de esta sustancia; toda esta trans­
ferencia de energía tiene lugar por medio de reacciones acopladas.
El propósito principal de este capítulo es explicar cómo se puede
usar la energía de los hidratos de carbono para la síntesis celular de
ATP. Normalmente, el 90% o más de todos los hidratos de carbono
utilizados por el organismo se usan con este propósito.
Importancia capital de la glucosa
en el metabolismo de los hidratos de carbono
Como se explica en el capítulo 65, los productos finales de la
digestión de los hidratos de carbono en el tubo digestivo son casi
exclusivamente la glucosa, la fructosa y la galactosa (represen­
tando la glucosa como media un 80%). Tras su absorción en el
tubo digestivo, gran cantidad de fructosa y casi toda la galactosa
se convierten rápidamente en glucosa en el hígado. Por tanto, la
sangre circulante lleva poca galactosa y fructosa. Así, la glucosa
se convierte en la vía fin a l común para el transporte de casi todos
los hidratos de carbono a las células tisulares.
Las células hepáticas disponen de enzimas apropiadas que
promueven la interconversión entre los monosacáridos (glucosa,
fructosa y galactosa), como se muestra en la figura 67-3. Además,
la dinámica de las reacciones es tal que cuando el hígado libera de
nuevo los monosacáridos a la sangre, el producto final resulta casi
por completo glucosa. La razón obedece a que el hígado contiene
mucha glucosa fosfatasa. Por tanto, la glucosa-6-fosfato se puede
descomponer de nuevo a glucosa y fosfato y la glucosa regresa de
nuevo a la sangre a través de la membrana de la célula hepática.
Glucosa
ATP
Glucosa-6-fosfato
>k
ATP
Fructosa----------Fructosa-6-fosfato
Glucólisis
Figura 67-3 Interconversiones de los tres monosacáridos princi­
pales (glucosa, fructosa y galactosa) en las células hepáticas.
Conviene subrayar, una vez más, que habitualmente más del
95% de todos los monosacáridos que circulan en la sangre son el
producto de conversión final, la glucosa.
Transporte de la glucosa
a través de la membrana celular
Antes de que las células de los tejidos corporales utilicen la glu­
cosa, esta debe transportarse a través de la membrana celular
hasta el citoplasma. Sin embargo, la glucosa no difunde fácil­
mente por los poros de la membrana celular, dado que el peso
molecular máximo de las partículas capaces de hacerlo es
de aproximadam ente 100 y la glucosa tiene un peso molecu­
lar de 180. No obstante, la glucosa pasa al interior de las células con
cierta libertad por el mecanismo de difusión facilitada. Los princi­
pios de este tipo de transporte se exponen en el capítulo 4. Bási­
camente son los siguientes: la matriz lipídica de la membrana
810
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Capítulo 67
Metabolismo de los hidratos de carbono y formación del trifosfato de adenosina
Glucogenogenia: formación de glucógeno
Las reacciones químicas de la glucogenogenia se ilustran en la figu­
ra 67-4. En esta figura puede verse que la glucosa-6-fosfato se puede
convertir primero en glucosa-1-fosfato; después, esta se trans­
forma en uridina difosfato glucosa, que finalmente se convierte en
glucógeno. Se necesitan varias enzimas concretas para estas con­
versiones y cualquier monosacárido que pueda convertirse en glu­
cosa puede participar en las reacciones. Ciertos compuestos más
pequeños, entre ellos el ácido láctico, el glicerol, el ácido pirúvico
y algunos aminoácidos desaminados, se pueden transformar tam­
bién en glucosa o compuestos muy afines y después en glucógeno.
La insulina aumenta la difusión facilitada de la glucosa
La insulina aumenta enormemente la velocidad de transporte
de la glucosa, así como la de otros monosacáridos. Cuando el
páncreas secreta grandes cantidades de insulina, la velocidad de
transporte de la glucosa en la mayoría de las células aumenta 10
o más veces que cuando no hay insulina. Por el contrario, las can­
tidades de glucosa que difunden al interior de la mayor parte de
las células del organismo en ausencia de insulina, con las excep­
ciones del hígado y del cerebro, son muy pequeñas para suplir la
cantidad habitual de glucosa del metabolismo energético.
En efecto, la tasa de utilización de los hidratos de carbono
por la mayor parte de las células está controlada, en efecto, por la
secreción pancreática de insulina. Estas funciones de la insulina
y su control sobre el metabolismo de los hidratos de carbono se
exponen con detalle en el capítulo 78.
Glucogenólisis; descomposición del glucógeno
almacenado
Glucogenólisis significa descomposición del glucógeno almace­
nado por la célula para formar de nuevo glucosa en su interior, que
se puede utilizar entonces para dar energía. La glucogenólisis no
sucede por inversión de las mismas reacciones químicas que sir­
vieron para sintetizar glucógeno; en su lugar, cada molécula de glu­
cosa sucesiva de cada rama del polímero de glucógeno es escindida
mediante una fosforilación, catalizada por la enzima fosforilasa.
En condiciones de reposo, la fosforilasa se encuentra inac­
tiva, de modo que se almacena glucógeno. Por tanto, cuando se
necesita volver a formar glucosa a partir del glucógeno, hay que
activar primero la fosforilasa. Esto se puede conseguir de varias
formas, incluidas las dos siguientes.
Fosforilación de la glucosa
Inmediatamente después de entrar en la célula, la glucosa se
combina con un radical fosfato de acuerdo con la siguiente reac-
glucocinasa o hexocinasa
Glucosa ------------------——---------------- >Glucosa- 6 -fosfato
+ATP
Membrana celular
©ELSEV
IER
. Fotocopiar sin autorización e
su
n delito.
Glucógeno
Esta fosforilación está favorecida principalmente por la
enzima glucocinasa del hígado o la hexocinasa de la mayor parte
de las otras células. La fosforilación de la glucosa es casi com­
pletamente irreversible excepto en las células hepáticas, el epite­
lio tubular renal y las células epiteliales intestinales; estas células
disponen de otra enzima, la glucosa fosfatasa, que cuando se
activa revierte la reacción. Por tanto, en la mayor parte de los
tejidos del cuerpo, la fosforilación sirve para capturar la glucosa
celular. Dada su unión casi instantánea al fosfato, la glucosa ya no
difundirá de nuevo al exterior, excepto en las células especiales,
sobre todo las hepáticas, que poseen fosfatasa.
Uridina difosfato glucosa
Glucosa-'
Glucosa
sanguínea
(glucocinasa)
~
(fosforilasa)
sfato
Glucosa-6-fosfato
(fosfatasa)
Glucólisis
El glucógeno se almacena en el hígado y el músculo
Tras su absorción celular, la glucosa se utiliza de inmediato
para proveer energía a la célula o bien se almacena en forma de
glucógeno, un gran polímero de glucosa.
Figura 67-4 Reacciones químicas de la glucogenogenia y de
la glucogenólisis, que muestran también las interconversiones
entre la glucosa sanguínea y el glucógeno hepático. (La fosfatasa
necesaria para liberar glucosa de la célula está presente en las
células hepáticas pero no en la mayor parte de las demás.)
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
811
X
Todas las células del organismo pueden almacenar al menos
algo de glucógeno, pero algunas lo depositan en grandes canti­
dades, en especial las células hepáticas, que alojan hasta un 5-8%
de su peso en forma de glucógeno, y las células musculares, que
llegan a albergar hasta un 1-3%. Las moléculas de glucógeno se
polimerizan hasta casi cualquier peso molecular; su peso mole­
cular medio alcanza 5 millones o más; la mayor parte del glucó­
geno precipita en forma de gránulos sólidos.
Esta conversión de los monosacáridos en un compuesto pre­
cipitado de elevado peso molecular (glucógeno) facilita el depó­
sito de grandes cantidades de hidratos de carbono sin alterar de
manera significativa la presión osmótica de los líquidos intracelulares. Las concentraciones elevadas de monosacáridos solu­
bles de bajo peso molecular causarían estragos en las relaciones
osmóticas entre los líquidos intracelular y extracelular.
UNIDAD
celular es penetrada por un gran número de moléculas proteínicas transportadoras que se unen a la glucosa. En esta forma
unida, el transportador lleva la glucosa de un lado a otro de la
membrana y después la libera. Por eso, si la concentración de
glucosa es mayor a un lado de la membrana que al otro, se trans­
portará más glucosa desde el área de mayor a la de menor con­
centración que en la dirección opuesta.
El transporte de glucosa por las membranas de la mayoría de
las células es muy diferente al de la membrana gastrointestinal
o al del epitelio de los túbulos renales. En ambos casos, la glu­
cosa es transportada por un mecanismo de cotransporte activo
de sodio-glucosa, en el que el transporte activo de sodio provee
la energía para absorber la glucosa contra una diferencia de con­
centración. Este mecanismo de cotransporte del sodio-glucosa
actúa sólo en ciertas células epiteliales especiales adaptadas de
manera específica para la absorción activa de glucosa. En las
demás membranas celulares, la glucosa se transporta sólo desde
las zonas de concentración más altas a las más bajas mediante
difusión facilitada, algo factible por las propiedades de unión
especiales de la proteína de membrana transportadora de la glu­
cosa. Los detalles de la difusión facilitada para el transporte por
la membrana celular se exponen en el capítulo 4.
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Activación de la fosforilasa por la adrenalina o el gluca­
gon. Dos hormonas, la adrenalina y el glucagón, activan en con­
Glucosa
A T P ------------------► H
creto la fosforilasa y, por tanto, causan una glucogenólisis rápida.
El efecto inicial de cada una de estas hormonas es fomentar la
síntesis celular de AM P cíclico, que inicia entonces una cascada
de reacciones químicas que activan la fosforilasa. Todo esto se
expone con mayor detalle en el capítulo 78.
La médula suprarrenal libera la adrenalina cuando se esti­
mula el sistema nervioso simpático. Por eso, una de las fun­
ciones del sistema nervioso simpático consiste en aumentar
la disponibilidad de la glucosa para un metabolismo energé­
tico rápido. Esta función de la adrenalina se ejecuta con inten­
sidad en las células hepáticas y en el músculo y contribuye,
junto a otros efectos de la estimulación simpática, a preparar el
cuerpo para la acción, como se expone con mayor profundidad
en el capítulo 60.
El glucagón es una hormona secretada por las células a
del páncreas cuando la concentración sanguínea de glucosa se
reduce mucho. Estimula la formación de AMP cíclico principal­
mente en las células hepáticas, con lo que a su vez el glucógeno
hepático se transforma en glucosa y esta se libera a la sangre, ele­
vando así su concentración sanguínea. Esta función del glucagón
en la regulación de la glucosa sanguínea se expone con mayor
detalle en el capítulo 78.
ADP
Glucosa-6-fosfato
II
Fructosa-6-fosfato
A T P ------------------►
ADP
Fructosa-1,6-dlfosfato
2 (1,3-ácido difosfoglicérico)
2A D P -----------------------------------------------► +2ATP
2 (3-ácido fosfoglicérico)
H
H
2 (2-ácido fosfoglicérico)
2 (ácido fosfoenolpirúvico)
2A D P ------------------I I ---------------------- 2ATP
2 (ácido pirúvico)
Reacción neta por molécula de glucosa:
Glucosa + 2ADP + 2POJ —►- 2 ácido pirúvico + 2ATP + 4H
Liberación de la energía de la glucosa
por la vía glucolítica
Figura 67-5 Secuencia de reacciones químicas responsables de la
glucólisis.
Como la oxidación completa de 1 mol de glucosa libera 686.000 ca­
lorías de energía y sólo se necesitan 12.000 calorías de energía
para formar 1 mol de ATP, la descomposición completa y en un
solo paso de la glucosa en agua y dióxido de carbono para formar
una sola molécula de ATP resultaría un desperdicio de energía.
Por fortuna, todas las células del organismo contienen enzimas
especiales que hacen que la molécula de glucosa se escinda poco
a poco en múltiples etapas sucesivas, de modo que su energía
se libera en pequeños «paquetes» que generan una molécula de
ATP cada vez y dan un total de 38 moles de ATP por cada mol
de glucosa metabolizado por las células.
En las próximas secciones se describen los principios básicos
de los procesos de escisión progresiva de la molécula de glucosa
y de liberación de energía para formar ATP.
ClucóLisis: división de La glucosa para formar ácido pirúvico
Con diferencia, los medios más importantes para la liberación
energética a partir de la molécula de glucosa los inicia la glucólisis. Después, los productos finales de la glucólisis se oxidan
principalmente para proporcionar energía. Glucólisis significa
partición de la molécula de glucosa en dos moléculas de ácido
pirúvico.
La glucólisis se produce en 10 reacciones químicas sucesi­
vas, como se observa en la figura 67-5. Cada paso es catalizado
por, al menos, una enzima proteica específica. Obsérvese que la
glucosa se convierte primero en fructosa 1,6-fosfato y después
se escinde en dos moléculas de tres átomos de carbono, gliceraldehído-3-fosfato, cada una de las cuales se convierte en ácido
pirúvico a través de cinco pasos sucesivos.
La formación de ATP durante la glucólisis. A pesar de
las muchas reacciones químicas de la serie glucolítica, en casi
todos los pasos sólo se libera una pequeña porción de la ener­
gía libre de la molécula de glucosa. Sin embargo, entre los esta­
dios del ácido 1,3-difosfoglicérico y del ácido 3-fosfoglicérico y,
de nuevo, entre los estadios del ácido fosfoenolpirúvico y del
ácido pirúvico, los paquetes de energía liberados son mayores
de 12.000 calorías por mol, la cantidad necesaria para formar
el ATP, y las reacciones se acoplan de tal manera que se forma
ATP. De este modo, en total se sintetizan 4 moles de ATP por
cada mol de fructosa 1,6-difosfato que se escinde en ácido
pirúvico.
Con todo, se precisan 2 moles de ATP para fosforilar la
glucosa original y formar fructosa 1,6-difosfato antes de que
empiece la glucólisis. Por tanto, la ganancia neta de moléculas de
ATP del proceso glucolítico completo es sólo de 2 moles por cada
mol de glucosa utilizado. Esto supone 24.000 calorías de energía
transferida al ATP, pero durante la glucólisis se pierden, en total,
56.000 calorías de la glucosa original, lo que proporciona una
eficiencia global de síntesis del ATP del 43%. El 57% restante de
la energía se pierde en forma de calor.
Conversión del ácido pirúvico en acetil coenzima A
El siguiente paso en la descomposición de la glucosa (v. fig. 67-5)
consiste en la conversión en dos etapas de dos moléculas de
ácido pirúvico en otras dos de acetil coenzima A (acetil CoA)
de acuerdo con la siguiente reacción:
81 2
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
O
2CH 3
C ----- COOH
(Ácido pirúvico)
+ 2CoA
SH —►
(Coenzyma A)
O
2CH 3
C ----- S
(Acetil-CoA)
CoA + 2COz + 4H
Capítulo 67
Metabolismo de los hidratos de carbono y formación del trifosfato de adenosina
0 = C -C 0 0 H
UNIDAD
A p artir de esta reacción se liberan dos m oléculas de dió­
xido de carbono y cuatro átom os de hidrógeno, mientras que
las porciones restantes de las dos moléculas de ácido pirúvico se com binan con la coenzim a A, derivada de la vitamina
ácido pantoténico, para formar dos moléculas de acetil CoA.
En esta conversión no se form a ATP, pero cuando luego
se oxidan los cuatro átom os de hidrógeno liberados se
generan hasta 6 m oléculas de ATP, com o se expone más
adelante.
(Acetil coenzima A)
I
(Acido oxalacético)
I
H O C -C O O H
I
h 2c
- cooh
X
(Ácido cítrico)
| ------------ ^ H 2C
h 2c
- cooh
I
C -C O O H
ELSEV
IER
. Fotocopiar sin autorización e
su
n delito.
Ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs)
El siguiente paso en la descomposición de la molécula de glu­
cosa se denomina ciclo del ácido cítrico (también llamado ciclo
del ácido tricarboxílico o ciclo de Krebs, en honor a Hans Krebs
por su descubrimiento del ciclo del ácido cítrico). Se trata de
una secuencia de reacciones químicas en la que el radical acetilo
de la acetil CoA se degrada en dióxido de carbono y átomos de
hidrógeno. Todas estas reacciones se producen en la matriz de la
mitocondria. Los átomos de hidrógeno liberados se suman a los
que se oxidan posteriormente (como se expone más adelante),
liberando cantidades enormes de energía en forma de ATP.
La figura 67-6 muestra las diferentes etapas de las reacciones
químicas del ciclo del ácido cítrico. Las sustancias de la izquierda
se añaden durante las reacciones químicas y los productos de las
reacciones químicas figuran a la derecha. Obsérvese, en el extremo
superior de la columna, que el ciclo comienza con el ácido oxaloacético y que, en el extremo inferior de la cadena de reacciones, se
forma de nuevo ácido oxaloacético. Así se perpetúa el ciclo.
En el estadio inicial del ciclo del ácido cítrico, la acetil CoA se
combina con el ácido oxaloacético para generar ácido cítrico. La
coenzima A de la acetil CoA se libera y se utiliza una y otra vez
para la formación de cantidades todavía mayores de acetil CoA
a partir del ácido pirúvico. El acetilo, sin embargo, pasa a formar
parte integral de la molécula de ácido cítrico. Durante los suce­
sivos pasos del ciclo del ácido cítrico se añaden varias moléculas
de agua, como se ve en la parte izquierda de la figura, y se libe­
ran dióxido de carbono y átomos de hidrógeno en otros, como se
aprecia en el lado derecho de la figura.
Los resultados netos de todo el ciclo del ácido cítrico se
indican en la leyenda en la parte inferior de la figura 67-6; por
cada molécula de glucosa metabolizada originalmente, entran
2 moléculas de acetil CoA en el ciclo del ácido cítrico junto a
6 moléculas de agua. Estas se degradan entonces a 4 moléculas
de dióxido de carbono, 16 átomos de hidrógeno y 2 moléculas de
coenzima A. Se forman 2 moléculas de ATP como sigue.
La form ación de ATP en el ciclo del ácido cítrico. El ciclo
del ácido cítrico en sí no provoca la liberación de una gran
cantidad de energía; sólo en una de las reacciones químicas,
durante el paso del ácido oi-cetoglutárico al ácido succínico, se
genera una molécula de ATP. De este modo, por cada molécula
de glucosa metabolizada, pasan dos moléculas de acetil CoA a
través del ciclo del ácido cítrico, formando cada una molécula
de ATP; o bien se forma un total de dos moléculas de ATP.
La función de las deshidrogenasas y del dinucleótido de
nicotinamida y adenina en la liberación de átomos de hidró­
II
H C -C O O H
(Ácido cis-aconítico)
-------h 2c
- cooh
I
H C -C O O H
I
H O C -C O O H
I
H
(Ácido ¡socítrico)
f --------------------►2H
H2C - C O O H
I
H C -C O O H
I
O = C -C O O H
(Ácido oxalosuccínico)
t -------- ►
eo,
H2C - C O O H
h 2c
O = C -C O O H
(Ácido a-cetoglutárico)
h 2o ADP
-----► f -------------- fr­ c o 2
I
,JC'
2H
ATP
(Ácido succínico)
f ------------------ ► - 2H
H C -C O O H
II
H O O C -C H
(Ácido fumárlco)
h 9o
-----► t
H
I
HO-C -C O O H
I
h 2c
- cooh
(Ácido màlico)
t --------------- *~2H
0 = C — COOH
I
H2C - C O O H
(Ácido oxalacético)
Reacción neta por molécula de glucosa:
2 acetil CoA + 6H20 + 2ADP
4 C 0 2 + 16H + 2CoA + 2ATP
Figura 67-6 Reacciones químicas del ciclo del ácido cítrico, que
muestran la liberación del dióxido de carbono y varios átomos de
hidrógeno durante el ciclo.
geno en el ciclo del ácido cítrico. Como se ha manifestado ya
en varios puntos de esta exposición, los átomos de hidrógeno
se liberan durante las diferentes reacciones químicas del ciclo
del ácido cítrico: 4 átomos de hidrógeno durante la glucólisis, otros 4 durante la formación de la acetil CoA a partir del
ácido pirúvico y 16 en el ciclo del ácido cítrico, lo que repre­
senta un total de 24 átomos de hidrógeno por cada molécula
original de glucosa. Sin embargo, los átomos de hidrógeno
no se dispersan sin más en el líquido intracelular, sino que
se liberan en paquetes de dos y, en cada caso, la liberación
está catalizada por una enzima proteica específica, llamada
deshidrogenasa. De los 24 átomos de hidrógeno, 20 se com ­
binan inm ediatamente con el dinucleótido de nicotinamida y
adenina (NAD+), derivado de la vitamina niacina, de acuerdo
con la siguiente reacción:
813
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Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Sustrato
alimentarioj
____________
V
y
H
Sustrato
deshldroqenasa
+ NAD+ ----------- -------►
/
\
O
NADH +
H
v
NADH + H+ + Sustrato
^ s' -
h
H+
-i+
NAD+
Esta reacción no se produce sin la mediación de la deshidrogenasa específica ni sin disponer de NAD* como transpor­
tador del hidrógeno. El ion hidrógeno libre y el hidrógeno unido
al NAD* participan luego en múltiples reacciones químicas oxidativas que generan enormes cantidades de ATP, tal como se
expone más adelante.
Los cuatro átomos restantes de hidrógeno liberados durante la
descom posición de la glucosa (los cuatro liberados durante
el ciclo del ácido cítrico entre los pasos del ácido succínico
y del ácido fumárico) se combinan con una deshidrogenasa
específica, pero no son cedidos posteriorm ente al NAD+. En su
lugar, pasan directam ente desde la deshidrogenasa al proceso
oxidativo.
La función de las desc a rbo xila sa s en la liberación
del dióxido de carbo no . Si se revisan de nuevo las reaccio­
nes químicas del ciclo del ácido cítrico, así como aquellas para la
formación de la acetil CoA a partir del ácido pirúvico, se observa
que hay tres pasos en los que se libera dióxido de carbono. Para
que se libere el dióxido de carbono se precisan otras enzimas pro­
teicas específicas, llamadas descarboxilasas, que lo separan del
sustrato. El dióxido de carbono se disuelve luego en los líquidos
orgánicos y es transportado a los pulm ones para su espiración
(v. capítulo 40).
Formación de grandes cantidades de ATP por la oxidación
del hidrógeno: proceso de la fosforilación oxidativa
A pesar de todas las complejidades de: 1) la glucólisis, 2) el ciclo
del ácido cítrico, 3) la deshidrogenación y 4) la descarboxilación,
durante todos estos procesos se forman cantidades lamenta­
blemente pequeñas de ATP: sólo dos moléculas de ATP en la
ruta de la glucólisis y otras dos en el ciclo del ácido cítrico por
cada molécula de glucosa metabolizada. En cambio, casi el 90%
del ATP total creado con el metabolismo de la glucosa se forma
durante la posterior oxidación de los átomos de hidrógeno, que
se liberaron en las primeras fases de degradación de la glucosa.
De hecho, la función principal de todos estos primeros pasos es
suministrar el hidrógeno de la molécula de glucosa en formas
oxidables.
La oxidación del hidrógeno sucede, como ilustra la figura 67-7,
a través de una serie de reacciones catalizadas por enzimas de la
mitocondria que: 1) desdoblan cada átomo de hidrógeno en un
hidrogenión y un electrón y 2) utilizan luego los electrones para
combinar el oxígeno disuelto en los líquidos con las moléculas de
agua y generar iones hidroxilo. Después, el hidrógeno y los iones
hidroxilo se combinan entre sí para dar agua. Durante la secuencia
de reacciones oxidativas se liberan enormes cantidades de ener­
gía para formar ATP. Esta síntesis de ATP recibe el nombre de
fosforilación oxidativa y se produce enteramente en las mitocondrias mediante un proceso muy especializado llamado mecanismo
quimiosmótico.
El mecanismo quimiosmótico de la mitocondria para la
síntesis de ATP
La ionización del hidrógeno, la cadena de tran sp o rte
electrónico y la formación de agua. El prim er paso de la fos­
forilación oxidativa en la m itocondria consiste en ionizar los
átom os de hidrógeno extraídos de los sustratos alimentarios.
3A DP
Difusión
Difusión
facilitada
Membrana
externa
Membrana
interna
3 ATP
Figura 67-7 Mecanismo quimiosmótico mitocondrial de la fos­
forilación oxidativa para formar grandes cantidades de ATP. Esta
figura muestra la relación entre los pasos oxidativos y de fosforila­
ción en las membranas interna y externa de las mitocondrias.
C om o se describió anteriorm ente, estos átom os de hidrógeno
se extraen en parejas: uno se convierte inm ediatam ente en
iones hidrógeno, H +, y el otro se combina con el NAD* para
form ar NADH. La porción superior de la figura 67-7 m uestra
el destino posterior del NADH y del H \ El efecto inicial es la
liberación del otro átom o de hidrógeno a partir del NADH.
para dar otro ion hidrógeno, H +; en este proceso se recons­
tituye tam bién N AD+, que se reutiliza una y otra vez.
Los electrones extraídos de los átomos de hidrógeno para
la ionización del hidrógeno entran inmediatamente en una
cadena de transporte de aceptores de electrones, que son parte
integral de la membrana interna (la membrana «plegada») de la
mitocondria. Los aceptores de electrones pueden reducirse u
oxidarse de forma reversible aceptando o dando electrones. Los
miembros más importantes de la cadena de transporte electró­
nico son la flavoproteína, varias proteínas con sulfuro de hierre,
hiubiquinona y los citocromos B, C1, C, A y A 3. Cada electrón
es lanzado desde uno de estos aceptores al siguiente hasta que
alcanza finalmente el citocromo A3, que se denomina citocromo
oxidasa porque es capaz de ceder dos electrones y de reducir, en
consecuencia, el oxígeno elemental para formar oxígeno iónico,
que luego se combina con los hidrogeniones dando agua.
La figura 67-7 muestra el transporte de electrones a través de
esta cadena y después su uso final por la citocromo oxidasa para
formar moléculas de agua. Durante el transporte de estos electro­
nes a través de la cadena de transporte electrónico se libera una
energía, que se aprovecha para sintetizar ATP, como se verá.
Bombeo de iones hidrógeno al interior de la cámara
externa de la mitocondria, producido por la cadena de trans­
porte de electrones. A medida que los electrones pasan por la
cadena de transporte de electrones, se liberan grandes cantida­
des de energía. Esta energía se utiliza para bombear iones hidró­
geno de la matriz interna de la mitocondria (al lado derecho de
la figura 67-7) a la cámara externa, entre las membranas interna
y externa de la mitocondria (lado izquierdo de la figura). Se crea
así una alta concentración de iones hidrógeno con carga positiva
814
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Capítulo 67
Metabolismo de los hidratos de carbono y formación del trifosfato de adenosina
dentro de esta cámara; también se genera un fuerte potencial
eléctrico negativo en la matriz interna.
Formación del ATP. El siguiente paso en la fosforilación oxidativa consiste en convertir el ADP en ATP, a lo cual contribuye
una gran molécula proteica que sobresale por toda la membrana
mitocondrial interna y se proyecta a modo de cabeza de botón
en la matriz interna. Esta molécula es una ATPasa, cuya natu­
raleza física se muestra en la figura 67-7, que se denomina ATP
sintetasa.
La elevada concentración de hidrogeniones con carga positiva
en la cámara externa y la gran diferencia de potencial a través de
la membrana interna hace que los hidrogeniones fluyan al inte­
rior de la matriz mitocondrial a través de la molécula de ATPasa.
Al hacerlo así, la energía derivada del flujo de hidrogeniones la
utiliza la ATPasa para convertir el ADP en ATP, combinándose
el ADP con un radical fosfato iónico libre (Pi), y añadiendo a la
molécula un enlace fosfato adicional de alta energía.
El paso final del proceso es la transferencia del ATP desde
el interior de la mitocondria al citoplasma. Esta tiene lugar por
difusión facilitada hacia el exterior a través de la membrana
interna, y después mediante difusión simple a través de la mem­
brana mitocondrial externa permeable. A su vez, se transfiere
ADP continuamente en la otra dirección que se convierte de
manera continua en ATP. Por cada dos electrones que pasan a
través de toda la cadena transportadora de electrones (que repre­
sentan la ionización de dos átomos de hidrógeno) se sintetizan
hasta tres moléculas de ATP.
Resumen de la formación del ATP durante
la descomposición de la glucosa
Hoy sabemos el número total de moléculas de ATP que, en con­
diciones óptimas, se puede generar con la energía procedente de
una molécula de glucosa.
1. D urante la glucólisis se form an cuatro moléculas de ATP,
aunque se consum en dos de ellas para la fosforilación ini­
cial de la glucosa con la que empieza el proceso. Esto p ro ­
porciona una ganancia neta de dos moléculas de ATP.
2. D urante cada vuelta p or el ciclo del ácido cítrico se forma
una molécula de ATP. Sin embargo, debido a que cada
m olécula de glucosa se divide en dos moléculas de ácido
pirúvico, por cada molécula de glucosa m etabolizada ocu­
rren dos vueltas del ciclo, con una producción neta de dos
moléculas más de ATP.
ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
3. D urante el ciclo com pleto de descom posición de la glucosa
se liberan un total de 24 átom os de hidrógeno durante
la glucólisis y durante el ciclo del ácido cítrico. Veinte de
estos átom os se oxidan junto con el m ecanism o quim iosmótico que se m uestra en la figura 67-7, con la liberación
de hasta tres m oléculas de ATP por cada dos átom os de
hidrógeno metabolizados. Esto proporciona 30 moléculas
de ATP adicionales.
4. Los cuatro átom os de hidrógeno restantes los libera su
deshidrogenasa según el esquem a oxidativo quim iosmótico de la m itocondria, después del prim er paso de la
figura 67-7. H abitualm ente, sólo se liberan dos moléculas
de ATP por cada dos átom os de hidrógeno oxidados, p ro­
porcionando un total de cuatro moléculas más de ATP.
Sumando ahora todas las moléculas de ATP generadas, nos
encontramos con la producción máxima de 38 moléculas de ATP
por cada molécula de glucosa degradada a dióxido de carbono
y agua. De este modo se pueden almacenar 456.000 calorías de
energía en forma de ATP, mientras que se liberan 686.000 calorías
durante la oxidación completa de cada mol de glucosa. Esto
representa una eficiencia máxima global de transferencia de
energía del 66%. El 34% restante de la energía se convierte
en calor y, por tanto, las células no lo pueden utilizar para sus
funciones específicas.
Control de la liberación energética a partir del glucógeno
depositado cuando el organismo necesita más energía:
efecto de las concentraciones intracelulares de ATP y ADP
en la regulación de la glucólisis
La liberación continua de energía a partir de la glucosa cuando
las células no necesitan energía supondría un dispendio enorme.
De hecho, la glucólisis y la posterior oxidación de los átomos de
hidrógeno están controladas de manera continua según las nece­
sidades de ATP de las células. Este control se consigue mediante
múltiples mecanismos de retroalimentación dentro del esquema
químico. Entre los más importantes se encuentran los efectos de
las concentraciones celulares del ADP y del ATP que regulan la
velocidad de las reacciones químicas de la secuencia del meta­
bolismo energético.
Una vía importante por la que el ATP ayuda a controlar el
metabolismo de la energía se basa en la inhibición de la enzima
fosfofructocinasa. Debido a que esta enzima promueve la for­
mación de fructosa 1,6-difosfato, uno de los primeros pasos de
la serie glucolítica, el efecto neto de un exceso celular de ATP
es, por tanto, retrasar o detener la glucólisis, que a su vez frena
el metabolismo de la mayor parte de los hidratos de carbono.
Por el contrario, el ADP (y también el AMP) fomenta el cambio
opuesto de esta enzima, aumentando mucho su actividad. Siem­
pre que los tejidos utilicen ATP para proveer energía a una parte
esencial de casi todas las reacciones químicas intracelulares, se
reducirá la inhibición de la enzima fosfofructocinasa por el ATP,
pero al mismo tiempo aumentará su actividad debido al exceso
de ADP formado. En consecuencia, se pone en movimiento el
proceso glucolítico y se rellena el depósito celular de ATP.
Otro eslabón de control es el ion citrato formado en el ciclo
del ácido cítrico. Un exceso de este ion también inhibe fuerte­
mente la fosfofructocinasa, evitando que la glucólisis progrese
más allá del ciclo del ácido cítrico para utilizar el ácido pirúvico
formado.
Una tercera vía por la que el sistema ATP-ADP-AMP controla
el metabolismo de los hidratos de carbono así como la liberación
de energía a partir de las grasas y proteínas es esta: si se revisan
las diferentes reacciones químicas para la liberación de energía,
se ve que una vez convertido todo el ADP de la célula en ATP, ya
no cabe producir más ATP. Como resultado de ello, se detiene
toda la secuencia involucrada en la utilización de los alimentos
(glucosa, grasas y proteínas) para formar ATP. Luego, cuando la
célula utiliza el ATP para proveer de energía las diferentes fun­
ciones fisiológicas, el ADP y AMP recién formados activan de
nuevo el proceso de obtención de energía, y al instante se con­
vierten en ATP. De esta forma, casi todo el depósito de ATP se
mantiene de manera automática, excepto durante la actividad
celular extrema como sucede con el ejercicio agotador.
Liberación anaeróbica de energía: «glucólisis anaeróbica»
En ocasiones no se dispone de oxígeno o es insuficiente para la
fosforilación oxidativa. Sin embargo, aun en estas condiciones,
todavía se libera una pequeña cantidad de energía a las células
mediante la glucólisis (degradación de los hidratos de carbono),
porque las reacciones químicas que descomponen la glucosa en
ácido pirúvico no necesitan oxígeno.
En este proceso se derrocha mucha glucosa, pues sólo se uti­
lizan 24.000 calorías para la síntesis de ATP por cada molécula
de glucosa metabolizada, lo que representa únicam ente un
3% de la energía total de la molécula de glucosa. Sin embargo,
815
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
esta liberación de energía glucolítica para las células, que se llama
energía anaeróbica, puede salvar la vida durante unos minutos
si no se dispone de oxígeno.
La formación de ácido láctico durante la glucólisis anaeró­
bica permite liberar más energía anaeróbica. La ley de acción
de masas establece que, a medida que se acumulan los produc­
tos finales de una reacción química en un medio de reacción, la
velocidad de la reacción disminuye, aproximándose a cero. Los
dos productos finales de las reacciones glucolíticas (v. fig. 67-5)
son: 1) el ácido pirúvico y 2) los átomos de hidrógeno combina­
dos con el NAD+ para formar NADH y H+. La acumulación de
cualquiera de ellos o de ambos detendría el proceso glucolítico
y evitaría la formación posterior de ATP. Cuando sus cantida­
des comienzan a resultar excesivas, estos dos productos finales
reaccionan entre sí para formar ácido láctico de acuerdo con la
siguiente ecuación:
OH
deshidrogenasa
láctica
CH 3 ----- C ------COOH + NADH + H+
(Ácido pirúvico)
OH
CH,
-COOH
+ NAD+
(Ácido láctico)
De este modo, en condiciones anaeróbicas, la mayor parte de
ácido pirúvico se convierte en ácido láctico, que difunde fácil­
mente fuera de las células hacia los líquidos extracelulares, e
incluso a los líquidos intracelulares de otras células menos acti­
vas. Por tanto, el ácido láctico representa una especie de «desa­
güe» por el que se vierten los productos finales de la glucólisis
y esta última puede continuar mucho más de lo que sería posi­
ble en su ausencia. De hecho, la glucólisis sólo proseguiría unos
segundos sin esta conversión. En cambio, lo hace durante varios
minutos, aportando al organismo cantidades adicionales de ATP,
incluso en ausencia de oxígeno respiratorio.
Liberación de energía a partir de la glucosa
por la vía de la pentosa fosfato
Casi todos los hidratos de carbono utilizados por la inmensa
mayoría de los músculos para obtener energía se descomponen
primero hacia ácido pirúvico, mediante la glucólisis, y después «
oxidan. Sin embargo, esta vía glucolítica no es la única por la epe
se descompone la glucosa y luego se utiliza para obtener energia
Un segundo mecanismo importante para la escisión y oxidados
de la glucosa se denomina vía de la pentosa fosfato (o vía delfosfogluconato), que se ocupa hasta del 30% de la degradación de k
glucosa en el hígado, e incluso más en los adipocitos.
Esta vía reviste especial importancia porque proporciona uní
energía independiente de las enzimas del ciclo del ácido cítrico y
supone una ruta alternativa del metabolismo energético en caso d¿
alteración enzimàtica celular; posee una capacidad especial par^
proporcionar energía a múltiples procesos de síntesis celular.
Liberación de dióxido de carbono e hidrógeno por medie
de la vía de la pentosa fosfato. La figura 67-8 muestra la mayor
parte de las reacciones químicas básicas de la vía de la pentosa
fosfato. Como se ve, durante varias fases de la conversión, la glu­
cosa libera una molécula de dióxido de carbono y cuatro átomos
de hidrógeno, con la formación de un azúcar de cinco carbonosla D-ribulosa. Esta sustancia, a su vez, puede transformarse dr
manera progresiva en otros azúcares de cinco, cuatro, siete y t r e
carbonos. Finalmente, diversas combinaciones de estos azúcares
pueden volver a sintetizar glucosa. Sin embargo, por cada sei¿
moléculas de glucosa que entren inicialmente en las reaccione.i
sólo se sintetizan de nuevo cinco de glucosa. Es decir, la vía del
fosfato de las pentosas es un proceso cíclico en el que se metaboliza una molécula de glucosa en cada «vuelta» del ciclo. De
este modo, si se repite una y otra vez el ciclo, toda la glucosa s¿
convierte finalmente en dióxido de carbono e hidrógeno y, a su
Glucosa-6-fosfato
H------H
H--------H-----H
{
\
H
->■ 2H
6-fosfogluconato-8-lactona
Ácido 6-fosfoglucónico
Reconversión del ácido láctico en ácido pirúvico con el
nuevo aporte de oxígeno. Cuando una persona comienza
a respirar de nuevo oxígeno tras un período de metabolismo
anaeróbico, el ácido láctico se convierte rápidamente en ácido
pirúvico y NADH más H+, de los que grandes porciones son
oxidados inm ediatamente para generar grandes cantidades
de ATP. Este exceso de ATP determina que hasta tres cuartas
partes del ácido pirúvico restante se transformen de nuevo en
glucosa.
De esta forma, la gran cantidad de ácido láctico que se forma
durante la glucólisis anaeróbica no se llega a perder, porque
cuando se dispone de nuevo de oxígeno, el ácido láctico se
reconvierte en glucosa o se utiliza directamente para conseguir
energía. Sin duda, la mayor parte de esta reconversión tiene
lugar en el hígado, pero otros tejidos contribuyen en menor
medida.
H20
CO,
D-ribulosa-5-fosfato
D-xilulosa-5-fosfato i
J
D-ribosa-5-fosfato
■D-sedoheptulosa-7-fosfato 'i
r
. D-gliceraldehído-3-fosfato J
H
Fructosa-6-fosfato i
Uso del ácido láctico por el corazón para obtener ener­
gía. El miocardio posee una capacidad especial para transformar
el ácido láctico en ácido pirúvico y utilizarlo después para obtener
energía. Esto ocurre en gran medida con el ejercicio intenso,
pues desde la musculatura esquelética se liberan grandes
cantidades de ácido láctico a la sangre y después el corazón lo
consume como fuente adicional de energía.
2H
Ácido 3-ceto-6-fosfoglucónico
Eritrosa-4-fosfato
i
Reacción neta:
Glucosa + 12NADP+ + 6H20
6C 02 +12H + 12NADPH
Figura 67-8 Via de la pentosa fosfato para el metabolismo de la
glucosa.
816
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Capítulo 67
Metabolismo de los hidratos de carbono y formación del trifosfato de adenosina
vez, el hidrógeno puede entrar en la vía de fosforilación oxidativa para formar ATP; más a menudo, sin embargo, se aprovecha
para la síntesis de grasa o de otras sustancias, como se verá.
Conversión de la glucosa en glucógeno o grasa
Cuando no se precisa glucosa de forma inmediata para obtener
energía, la glucosa sobrante que entra sin cesar en las células se
almacena en forma de glucógeno o se convierte en grasa. La glucosa
se almacena preferentemente como glucógeno hasta que las células
alcanzan su límite, es decir, una cantidad suficiente para cubrir las
necesidades energéticas del organismo durante 12 a 24h.
Cuando las células almacenadoras de glucógeno (básicamente
las musculares y hepáticas) están casi saturadas de glucógeno, la
glucosa adicional se convierte en grasa en las células hepáticas y
en los adipocitos y se almacena en estos últimos. En el capítulo 68 se
exponen otros pasos de la química de esta conversión.
© ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
Formación de hidratos de carbono a partir
de las proteínas y de las grasas: «gluconeogenia»
Cuando los depósitos corporales de hidratos de carbono dis­
minuyen por debajo de lo normal, se pueden formar cantidades
moderadas de glucosa a partir de los aminoácidos y del glicerol
de las grasas. Este proceso se llama gluconeogenia.
La gluconeogenia ayuda sobre todo a evitar el descenso
exagerado de la concentración sanguínea de glucosa durante el
ayuno. La glucosa es el sustrato energético principal de tejidos,
como el encéfalo y los eritrocitos; la sangre debe disponer de
suficiente glucosa entre las comidas. El hígado desempeña una
función primordial para mantener la glucemia durante el ayuno,
al convertir el glucógeno depositado en glucosa (glucogenólisis) y sintetizar glucosa, sobre todo a partir del lactato y de los
aminoácidos (gluconeogenia). Aproximadamente el 25% de la
producción hepática de glucosa durante el ayuno procede de
la gluconeogenia y sirve para restablecer un aporte constante
de glucosa al encéfalo. Durante el ayuno prolongado, los riñones
también sintetizan enormes cantidades de glucosa a partir de los
aminoácidos y de otros precursores.
Aproximadamente el 60% de los aminoácidos de las proteí­
nas corporales se convierte en seguida en hidratos de carbono;
el 40% restante tiene configuraciones químicas que dificultan o
imposibilitan este paso. Cada aminoácido se convierte en glucosa
por un proceso químico algo diferente. Por ejemplo, la alanina
Efecto de la corticotropina y de los glucocorticoides sobre
la gluconeogenia. Si las células no disponen de cantidades nor­
males de hidratos de carbono, la adenohipófisis, por razones no
del todo aclaradas, comienza a secretar más cantidad de corti­
cotropina. Esta estimula a la corteza suprarrenal para sintetizar
grandes cantidades de hormonas glucocorticoides, en especial
cortisol. A su vez, el cortisol moviliza las proteínas de casi todas
las células del organismo, suministrándolas en forma de aminoá­
cidos en los líquidos orgánicos. Un elevado porcentaje de ellos se
desaminan de inmediato en el hígado y proporcionan sustratos
ideales para su conversión en glucosa. De este modo, uno de los
estímulos básicos de la gluconeogenia depende de la liberación
de glucocorticoides en la corteza suprarrenal.
Glucosa sanguínea
La concentración sanguínea de glucosa (glucemia) normal de
una persona que no haya comido en las últimas 3 a 4 h es de unos
90mg/dl. Tras una comida con grandes cantidades de hidratos
de carbono, este valor rara vez se eleva por encima de 140mg/dl,
salvo que la persona sufra una diabetes mellitus, que se expone
en el capítulo 78.
La regulación de la glucemia está íntimamente relacionada
con las hormonas pancreáticas insulina y glucagón; este tema se
expone con detalle en el capítulo 78 en relación con las funciones
de estas hormonas.
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817
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
X
geno liberado durante el ciclo de la pentosa fosfato no se com­
bina con el NAD+ como en la vía glucolítica, sino con el fosfato
del dinucleótido de adenina y nicotinamida (NADP*, del inglés
nicotinamide adenine dinucleotide phosphate), casi idéntico al
NAD* con excepción del radical fosfato extra, P. Esta diferencia
es extremadamente significativa, porque sólo el hidrógeno unido
al NADP* en forma de NADPH se puede utilizar para la síntesis
de grasas a partir de los hidratos de carbono (lo que se expone
en el capítulo 68), así como para la síntesis de algunas otras sus­
tancias.
Cuando la vía glucolítica para la utilización de la glucosa se
lentifica debido a la inactividad celular, la vía de la pentosa fos­
fato sigue operando (principalmente en el hígado) y descompo­
niendo cualquier exceso de la glucosa transportada a las células.
El NADPH abundante ayuda a convertir la acetil CoA, también
derivada de la glucosa, en ácidos grasos de cadena larga. Esta es
otra vía donde la energía de la molécula de glucosa no se aprove­
cha para la síntesis de ATP, sino para la formación y almacena­
miento de grasa en el cuerpo.
DAD
Uso del hidrógeno para la síntesis de grasa y función del
fosfato del dinucleótido de adenina y nicotinamida. El hidró­
se puede convertir directamente en ácido pirúvico simplemente
por desaminación; el ácido pirúvico se transforma entonces en
glucosa o se almacena como glucógeno. Varios de los aminoáci­
dos más complejos se convierten en azúcares diferentes con tres,
cuatro, cinco o siete átomos de carbono; estos entran en la vía
del fosfogluconato para dar finalmente glucosa. De este modo,
por medio de la desaminación más algunas interconversiones
simples, muchos de los aminoácidos se convierten en glucosa.
Conversiones similares cambian el glicerol en glucosa o glucó­
geno.
Regulación de la gluconeogenia. La disminución de los
hidratos de carbono en las células y de la glucosa en la sangre
constituyen los estímulos básicos que aceleran la gluconeogenia.
La reducción de los hidratos de carbono invierte directamente
muchas de las reacciones glucolíticas y del fosfogluconato, per­
mitiendo así la conversión de los aminoácidos desaminados y
del glicerol en hidratos de carbono. Además, la hormona cortisol
reviste especial importancia en esta regulación, como se verá.
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
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818
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
UNI DAD
CAPITULO 68
X
Metabolismo de los lípidos
Varios com puestos químicos
presentes en los alim entos y
en el organism o se clasifican
com o lípidos. Estos son: 1) la
grasa neutra, conocida tam ­
bién com o triglicéridos; 2) los
fosfolípidos; 3) el colesterol,
y 4) otros de m enor im portancia. Desde el punto de vista
químico, el com ponente lipídico básico de los triglicéridos y de
los fosfolípidos son los ácidos grasos, es decir, ácidos orgánicos
hidrocarbonados de cadena larga. U n ácido graso conocido,
el ácido palmítico, tiene esta fórmula: C H 3(CH2)14CO O H .
A unque el colesterol no contiene ácidos grasos, su núcleo
esterólico se sintetiza a partir de porciones de moléculas de
ácidos grasos, que le confieren m uchas de las propiedades
físicas y químicas de las otras sustancias lipídicas.
El organism o utiliza los triglicéridos sobre todo para el
sum inistro de energía a los diferentes procesos metabólicos,
función que com parten casi por igual con los hidratos de car­
bono. Sin embargo, algunos lípidos, especialm ente el coleste­
rol, los fosfolípidos y pequeñas cantidades de triglicéridos, se
em plean para elaborar las m em branas de todas las células del
organism o y para ejecutar otras funciones celulares.
Estructura química básica de los triglicéridos (grasa
neutra). Como la mayor parte de este capítulo trata de la utili­
zación energética de los triglicéridos, es preciso com prender la
estructura característica de la molécula de los triglicéridos:
C H 3 ( c h 2)16—C O O —C H 2
T ra n s p o rte de los líp id o s en los líq u id o s
c o rp o ra le s
Transporte de triglicéridos y otros lípidos del tub o
digestivo por la linfa: los quilom icrones
Com o se explicó en el capítulo 65, casi todas las grasas de
la dieta, con la excepción im portante de algunos ácidos gra­
sos de cadena corta, se absorben desde el intestino a la linfa
intestinal. D urante la digestión, la mayoría de los triglicéri­
dos se escinden en m onoglicéridos y ácidos grasos. Después,
m ientras atraviesan las células epiteliales intestinales, vuel­
ven a form ar nuevas moléculas de triglicéridos, que entran
en la linfa en form a de dim inutas gotas dispersas llamadas
quilomicrones (fig. 68-1), cuyo diám etro oscila entre 0,08
y 0,6 p,m. En la superficie externa de los quilom icrones se
adsorbe una pequeña cantidad de la apoproteína B. El resto
de las moléculas proteicas se proyecta sobre el agua circun­
dante, con lo que aum enta la estabilidad de los quilom icrones
en el líquido linfático y se evita su adherencia a las paredes de
los vasos linfáticos.
La mayor parte del colesterol y de los fosfolípidos absor­
bidos en el tubo digestivo pasa tam bién a los quilomicrones.
De este modo, los quilom icrones están com puestos princi­
palm ente de triglicéridos, pero contienen un 9% de fosfolí­
pidos, un 3% de colesterol y un 1% de apoproteína B. Los
quilom icrones ascienden luego por el conducto torácico y se
vierten en la sangre venosa en la confluencia de las venas
yugular y subclavia.
Extracción de los quilom icrones de la sangre
C H 3—{C H 2)16—C O O —CH
I
C H 3 ( c h z)16 C O O —C H 2
Triestearina
Obsérvese que las tres moléculas de ácidos grasos de
cadena larga están unidas a una molécula de glicerol. En el
cuerpo hum ano, los tres ácidos grasos más com unes de los
triglicéridos son: 1) el ácido esteárico (m ostrado en el ejem ­
plo de la triestearina), que tiene una cadena de 18 carbonos
com pletam ente saturada de átom os de hidrógeno; 2) el ácido
oleico, que posee una cadena de 18 carbonos con un doble
enlace en medio, y 3) el ácido palmítico, de 16 átom os de
carbono y com pletam ente saturado.
Aproximadamente 1 h después de una comida muy grasa, la
concentración de quilomicrones en el plasma puede elevarse
del 1 al 2% del total; debido a su elevado tamaño, el plasma se
torna turbio y a veces amarillo. Sin embargo, los quilomicrones
tienen una semivida de menos de 1 h, de m anera que el plasma
se aclara de nuevo en unas pocas horas. La grasa de los quilo­
micrones se depura principalmente de la forma siguiente.
Los triglicéridos de los quilom icrones son hidrolizados por la lipoproteína lipasa, m ie n tra s que el tejido
adiposo y los h e p a to c ito s a lm a c e n a n la grasa. La
mayoría de los quilom icrones desaparecen de la sangre cir­
culante a su paso por los capilares de varios tejidos, especial­
m ente tejido adiposo, tejido m usculoesquelético y corazón.
819
© 2011. Elsevier España, S.L. Reservados todos los derechos
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Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Grasa y colesterol
de la dieta — 7
Intestino
Residuos de
quilomicrones
Quilomicrones
Tejido
adiposo
Tejidos
periféricos
Acidos biliares
+-VLD L
Hígado
Receptores
de LDL
Mediada por Apo E
Receptores
residuales
Mediada por Apo B
Mediada por Apo E
Figura 68-1 Resumen de las rutas principales para el metabolismo de quilomicrones sintetizados en el intestino y de lipoproteínas de muy
baja densidad (VLDL) sintetizadas en el hígado. Apo B, apolipoproteína B; Apo E, apolipoproteína E; FFA, ácidos grasos libres; HDL, lipoproteína de alta densidad; IDL, lipoproteína de densidad intermedia; LDL, lipoproteína de baja densidad; LPL; lipoproteína lipasa.
Estos tejidos sintetizan la enzim a lipoproteína lipasa, que
es transportada en la superficie de las células del endotelio
capilar, donde hidroliza los triglicéridos de los quilom icrones
que entran en contacto con la pared endotelial, liberando
ácidos grasos y glicerol (v. fig. 68-1).
Los ácidos grasos liberados de los quilom icrones, al ser
muy miscibles con las m em branas de las células, difunden al
interior de los adipocitos y de las células m usculares. U na vez
dentro de estas células, los ácidos grasos pueden utilizarse
com o com bustible o se vuelven a sintetizar en triglicéridos;
el glicerol procede de los procesos m etabólicos celulares,
como se expondrá más adelante en este capítulo. La lipasa
tam bién hidroliza los fosfolípidos, liberando ácidos grasos
que se almacenan en las células de m odo análogo.
Después de que se eliminan los triglicéridos de los quilo­
micrones, los residuos de quilomicrones enriquecidos con
colesterol se aclaran rápidam ente desde el plasma. Los resi­
duos de quilom icrones se unen a receptores en las células
endoteliales en los sinusoides hepáticos. La apolipoproteína E
de la superficie de los residuos de quilom icrones y secretada
por las células hepáticas desem peña tam bién una función
im portante en el inicio del aclaramiento de estas lipoproteí­
nas plasmáticas.
Los «ácidos grasos libres» son transportados
en la sangre unidos a la albúmina
Cuando la grasa almacenada en el tejido adiposo se debe utilizar
en otro lugar para proveer energía, primero debe transportarse
al otro tejido, casi siempre en forma de ácidos grasos libres previa
hidrólisis de los triglicéridos en ácidos grasos y glicerol.
Esta hidrólisis se propicia por dos clases de estímulos, como
mínimo. En primer lugar, cuando la provisión de glucosa para
las células adiposas es insuficiente, falta también uno de sus pro­
ductos de descomposición, el a-glicerofosfato. Esta sustancia se
necesita para mantener el glicerol de los triglicéridos y el resul­
tado es la hidrólisis de estos. En segundo lugar, varias hormonas
de las glándulas endocrinas activan una lipasa celular sensible a
las hormonas que favorece la hidrólisis rápida de los triglicéri­
dos, como se expone más adelante en este capítulo.
Al salir de las células grasas, los ácidos grasos se ionizan con
fuerza en el plasma y la parte iónica se combina inmediatamente
con moléculas de albúmina de las proteínas plasmáticas. El ácido
graso unido de esta forma se llaman ácidos grasos libres o ácidos
820
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Capítulo 68
grasos no esterificados para distinguirlos de los otros ácidos gra­
sos del plasma que existen en forma de: 1) esteres de glicerol,
2) colesterol y 3) otras sustancias.
La concentración plasmática de ácidos grasos libres en reposo
se aproxima a 15mg/dl, lo que supone un total de sólo 0,45 g
de ácidos grasos en todo el aparato circulatorio. Incluso esta
pequeña cantidad basta para casi todo el transporte de ácidos
grasos de una parte del cuerpo a otra por las siguientes razones:
1. A pesar de la cantidad mínima de ácidos grasos libres de la
sangre, su «recambio» es extremadamente rápido: la mitad
de los ácidos grasos plasmáticos es reemplazada por nuevos
ácidos grasos cada 2 a 3 min. A este ritmo casi todas las nece­
sidades energéticas las puede proporcionar la oxidación de
los ácidos grasos libres transportados, sin recurrir a los hidra­
tos de carbono ni a las proteínas.
2. Los trastornos que aumentan la velocidad de utilización de la
grasa para la energía celular incrementan también la concen­
tración de ácidos grasos libres en la sangre; esta concentra­
ción se multiplica a veces por un factor de cinco a ocho. Este
incremento sucede en especial en la inanición y la diabetes
mellitus, procesos en los cuales la persona extrae poca o nin­
guna energía de los hidratos de carbono.
En condiciones normales, con cada molécula de albúmina se
combinan aproximadamente 3 moléculas de ácidos grasos, aun­
que si acucia la necesidad de transporte de estos, se pueden unir
hasta 30 moléculas de ácidos grasos. Esto muestra la variabilidad
del transporte de lípidos en diferentes estados fisiológicos.
Lipoproteínas: su función especial en el transporte
del colesterol y de los fosfolípidos
En el estado postabsortivo, después de haber extraído de la san­
gre todos los quilomicrones, más del 95% de todos los lípidos
del plasma adopta la forma de lipoproteínas, partículas pequeñas
mucho más reducidas que los quilomicrones pero de composi­
ción cualitativa similar (con triglicéridos, colesterol, fosfolípidos y
proteínas). La concentración total de lipoproteínas en el plasma
es de unos 700mg/100ml de plasma, es decir, 70mg/dl. Los
componentes lipoproteínicos son estos:
mg/dl de plasma
Colesterol
Fosfolípidos
Triglicéridos
Proteínas
180
160
160
200
Formación y función de las lipoproteínas. Casi todas las lipo­
proteínas se forman en el hígado, lugar donde se sintetiza casi todo
el colesterol, los fosfolípidos y los triglicéridos del plasma. Durante
la absorción intestinal de ácidos grasos, el epitelio intestinal tam­
bién sintetiza pequeñas cantidades de HDL.
La función básica de las lipoproteínas consiste en transportar
los componentes lipídicos de la sangre. Las VLDL transportan los
triglicéridos sintetizados en el hígado principalmente al tejido
adiposo, mientras que las otras lipoproteínas son muy im porta­
ntes en los diferentes estadios del transporte de los fosfolípidos y
del colesterol desde el hígado a los tejidos periféricos, o desde la
periferia al hígado. Más adelante, en este capítulo, expondremos
con mayor detalle los problemas especiales del transporte del
colesterol en relación con la aterosclerosis, que se asocia con
la aparición de depósitos grasos en el interior de las paredes
arteriales.
Depósitos de grasa
Tejido adiposo
Dos de los tejidos principales del organismo, el tejido adiposo
y el hígado, almacenan mucha grasa. Al tejido adiposo se llama
también tejido graso o simplemente grasa corporal.
La principal función del tejido adiposo es almacenar los tri­
glicéridos hasta que sean reclamados para suministrar energía
en algún lugar del organismo. Una función subsidiaria es la de
proporcionar aislamiento térmico al cuerpo, como se expone en
el capítulo 73.
Células grasas (adipocitos). Las células grasas (adipocitos)
del tejido adiposo son fibroblastos modificados que almacenan
triglicéridos casi puros en cantidades iguales al 80-95% del volu­
men celular. Los triglicéridos se encuentran generalmente en
forma líquida dentro de los adipocitos y cuando los tejidos se
exponen a un frío prolongado, las cadenas de ácidos grasos de
los triglicéridos se acortan o tornan más insaturadas al cabo de
unas semanas para reducir su punto de fusión, así que la grasa
permanece siempre en estado líquido. Este hecho tiene particu­
lar importancia porque sólo la grasa líquida se puede hidrolizar
y transportar desde las células.
Las células grasas sintetizan cantidades minúsculas de ácidos
grasos y triglicéridos a partir de los hidratos de carbono, com­
pletando la síntesis de grasa en el hígado, como se expone más
adelante en este capítulo.
Intercambio de grasa entre el tejido adiposo y la sangre:
lipasas tisulares. Como se comentó anteriormente, el tejido
Tipos de lipoproteínas. Junto a los quilomicrones, que son
ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
Metabolismo de los lípidos
en sí mismos lipoproteínas muy grandes, existen cuatro cla­
ses principales de lipoproteínas, clasificadas por sus densida­
des medidas en la ultracentrífuga: 1) lipoproteínas de muy baja
densidad (VLDL), que contienen concentraciones elevadas de
triglicéridos y concentraciones moderadas de colesterol y fosfo­
lípidos; 2) lipoproteínas de densidad intermedia (IDL), que son
lipoproteínas de muy baja densidad, de las que se ha extraído una
gran parte de los triglicéridos, de modo que las concentraciones
de colesterol y fosfolípidos están aumentadas; 3) lipoproteínas de
baja densidad (LDL), que derivan de las lipoproteínas de den­
sidad intermedia una vez extraídos casi todos los triglicéridos,
dejando una concentración especialmente alta de colesterol y
moderada de fosfolípidos, y 4) lipoproteínas de alta densidad
(HDL), que contienen una gran concentración de proteínas
(aproximadamente un 50%), pero cantidades mucho menores de
colesterol y fosfolípidos.
adiposo contiene mucha lipasa. Parte de estas enzimas catali­
zan el depósito celular de los triglicéridos de los quilomicrones y
de las lipoproteínas. Otras, una vez activadas por las hormonas,
rompen los triglicéridos de las células grasas para generar ácidos
grasos libres. Debido al rápido intercambio de ácidos grasos, los
triglicéridos de las células grasas se renuevan aproximadamente
cada 2 a 3 semanas, lo que significa que la grasa almacenada en
los tejidos hoy no es la misma que la del último mes y subraya el
estado dinámico de la grasa almacenada.
Lípidos hepáticos
Las funciones principales del hígado en el metabolismo lipídico son: 1) descomponer los ácidos grasos en compuestos más
pequeños para su aprovechamiento energético; 2) sintetizar tri­
glicéridos, principalmente a partir de los hidratos de carbono,
pero también, en menor grado, de las proteínas, y 3) sintetizar
otros lípidos a partir de los ácidos grasos, en especial el coleste­
rol y los fosfolípidos.
821
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Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
El hígado almacena grandes cantidades de triglicéridos:
1) durante las primeras fases del ayuno; 2) en la diabetes mellitus,
y 3) en cualquier otro estado donde se use rápidamente la grasa
en lugar de los hidratos de carbono para obtener energía. En
estas condiciones se movilizan grandes cantidades de triglicé­
ridos desde el tejido adiposo, se transportan en forma de ácidos
grasos libres por la sangre y se depositan de nuevo como tri­
glicéridos en el hígado, donde comienza gran parte de la des­
composición inicial de la grasa. De este modo, en condiciones
fisiológicas normales, la cantidad total de triglicéridos del hígado
está determinada en gran medida por la tasa global de su utili­
zación energética.
El hígado puede almacenar también grandes cantidades de
lípidos en caso de lipodistrofia, un trastorno caracterizado por
atrofia o deficiencia genética de adipocitos.
La célula hepática, además de triglicéridos, contiene grandes
cantidades de fosfolípidos y de colesterol, que el hígado sintetiza
continuamente. Además, los hepatocitos son mucho más capa­
ces de desaturar los ácidos grasos que las células de otros tejidos,
de manera que los triglicéridos hepáticos se encuentran normal­
mente mucho más insaturados que los del tejido adiposo. Esta
capacidad del hígado para desaturar los ácidos grasos reviste
una importancia funcional para todos los tejidos del cuerpo, ya
que muchos componentes estructurales de todas las células con­
tienen cantidades razonables de grasas insaturadas, y su fuente
principal es el hígado. Esta desaturación la realiza una deshidrogenasa de las células hepáticas.
excepciones, como el tejido cerebral y los eritrocitos, pueden uti­
lizar los ácidos grasos con fines energéticos.
El glicerol, al entrar en el tejido activo, se transforma de
inmediato, por la acción de las enzimas intracelulares, en glicer:.
3-fosfato, que sigue la vía glucolítica de degradación de la glucosa
para proveer energía. Para obtener energía de los ácidos grasos,
estos requieren un procesamiento ulterior, como sigue.
Entrada de los ácidos grasos en las mitocondrias. La
descomposición y oxidación de los ácidos grasos sólo tiene
lugar en las mitocondrias. Por tanto, el primer paso para utilizar
los ácidos grasos es su transporte a las mitocondrias, proceso
mediado por un transportador, en este caso la camitina. Una vez
dentro de la mitocondria, el ácido graso se separa de la carnitina
y después se descompone y oxida.
Descomposición del ácido graso en acetil coenzima A
por la oxidación beta. La molécula de ácido graso se descom­
pone en las mitocondrias mediante la liberación sucesiva de
fragmentos de dos carbonos en forma de acetil coenzima A (ace­
til CoA). Este proceso, que se muestra en la figura 68-2, se llama
oxidación beta de los ácidos grasos.
Para comprender las etapas esenciales de la oxidación beta,
obsérvese la figura: en la 1.a ecuación, el primer paso es la com­
binación de la molécula de ácido graso con la coenzima A (CoA
para dar acil CoA graso. En las ecuaciones 2.a, 3.ay 4.a, el carbono
beta (el segundo átomo de carbono por la derecha) del acil CoA
graso se une a una molécula de oxígeno, es decir, se oxida el car­
bono beta.
Luego, en la 5.a ecuación, el fragmento de dos carbonos de la
derecha de la molécula se escinde y libera acetil CoA al líquido
celular. Al mismo tiempo se une otra molécula de CoA al extremo
restante de la molécula de ácido graso dando una nueva molécula
de acil CoA graso, esta vez dos átomos de carbono más corta por
la pérdida de la acetil CoA anterior de su extremo terminal.
Seguidamente, este acil CoA graso más corto entra en la
2.a ecuación y progresa a través de las ecuaciones 3.a, 4.ay 5.apara
liberar otra molécula de acetil CoA, con lo que la molécula de
ácido graso original se acorta en otros dos carbonos más. Aparte
de las moléculas de acetil CoA liberadas de la molécula del ácido
graso, se escinden al mismo tiempo cuatro átomos de hidrógeno
completamente separados de la acetil CoA.
Oxidación de la acetil CoA. Las moléculas de acetil CoA
formadas mediante la oxidación beta de los ácidos grasos en las
mitocondrias entran de inmediato en el ciclo del ácido cítrico
(v. capítulo 67) combinándose primero con el ácido oxaloacético
para formar ácido cítrico, que después se degrada a dióxido de
carbono y átomos de hidrógeno. Después, el sistema oxidativo
quimiosmótico de las mitocondrias oxida el hidrógeno, como se
Uso energético de los triglicéridos: formación
de trifosfato de adenosina
La ingestión de grasas en la dieta varía considerablemente en
personas de diferentes culturas, con un promedio de apenas el
10-15% de ingestión calórica en algunas poblaciones asiáticas
hasta el 30-35% de las calorías en muchas poblaciones occiden­
tales. Para muchas personas, el uso energético de las grasas por
el organismo es, por tanto, tan importante como el de los hidra­
tos de carbono. Además, muchos de los hidratos de carbono
ingeridos en cada comida se convierten en triglicéridos, después
se almacenan y, por último, se utilizan en forma de ácidos grasos
liberados de los triglicéridos para obtener energía.
Hidrólisis de los triglicéridos. El primer estadio en el uso
energético de los triglicéridos es la hidrólisis de los mismos en
ácidos grasos y glicerol. Después, los ácidos grasos y el glicerol son transportados por la sangre a los tejidos activos, donde
se oxidan para dar energía. Casi todas las células, con algunas
Tiocinasa
(1) RCH2CH2CH2COOH + CoA + ATP t
> RCH2CH2CH2COCoA + AMP + Pirofosfato
(Ácido graso)
(Acil CoA graso)
Acil deshidrogenasa
(2) RCH2CH2CH2COCoA + F A D --------------------- f ----- ►- RCH2CH=CHCOCoA + FADH2
(Acil CoA graso)
Enoil hidrasa
(3) RCH2CH=CHCOCoA + H20
'
----- * " RCH2CHOHCH2COCoA
B-hidroxiacil
(4) RCH2CHOHCH2COCoA + NAD+ .............
>
deshidrogenasa
RCH2COCH2COCoA + NADH + H+
Tiolasa
(5) RCH2COCH2COCoA + CoA
t
— ► RCH2COCoA + CH3COCoA
(Acil CoA graso) (Acetil CoA)
Figura 68-2 Oxidación beta de los ácidos grasos para originar acetil coenzima A.
822
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Capítulo 68
explicó en el capítulo 67. La reacción neta de cada molécula de
acetil CoA en el ciclo del ácido cítrico es la siguiente:
CH 3 COC0 A + Ácido oxaloacético + 3H zO + ADP
Metabolismo de los lípidos
Parte del ácido acetoacético se- convierte también en ácido
fi-hidroxibutírico, y cantidades muy pequeñas en acetona de
acuerdo con las siguientes reacciones:
Ciclo del ácido cítrico
------------------------ ¥
2C 02 +
8
CH 3 -----C ----- CH 2 ------C ------OH
H + HCoA + ATP + Ácido oxaloacético
Ácido acetoacético
De este modo, tras la degradación inicial de los ácidos grasos
a acetil CoA, su destino final es precisamente el mismo que el
de la acetil CoA formado a partir del ácido pirúvico durante
el metabolismo de la glucosa. Después, los átomos adicionales de
hidrógeno se oxidan mediante el mismo sistema oxidativo quimiosmótico de la mitocondria que se usa para la oxidación de los
hidratos de carbono y que libera grandes cantidades de trifosfato
de adenosina (ATP).
La oxidación de los ácidos grasos genera grandes can­
tidades de ATP. En la figura 68-2 se observa también la libera­
ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
ción de 4 átomos de hidrógeno en forma de FADH2, NADH y H*
cada vez que se escinde una molécula de acetil CoA de la cadena
de ácido graso. Por tanto, por cada molécula de ácido esteárico
que se descompone hacia 9 moléculas de acetil CoA, se extraen,
en total, 32 átomos de hidrógeno. Además, por cada una de las
9 moléculas de acetil CoA descompuestas en el ciclo del ácido
cítrico, se generan 8 átomos más de hidrógeno, generando 72 áto­
mos adicionales de hidrógeno. En suma, por cada molécula de
ácido esteárico descompuesta se liberan 104 átomos de hidró­
geno. De este grupo, las flavoproteínas aprovechan 34 proceden­
tes de la descomposición de los ácidos grasos, mientras que el
dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD+) toma 70 como
NADH y H+.
Estos dos grupos de átomos de hidrógeno se oxidan en las
mitocondrias, como se expone en el capítulo 67, pero entran en
el sistema oxidativo en puntos diferentes. Por tanto, se sintetiza
1 molécula de ATP por cada uno de los 34 hidrógenos de las
flavoproteínas y 1,5 moléculas de ATP por cada uno de los 70 hidró­
genos de NADH y H*. Esto supone 34 más 105, es decir, un total
de 139 moléculas de ATP derivadas de la oxidación de los hidró­
genos de cada molécula de ácido esteárico. El propio ciclo del
ácido cítrico genera otras 9 moléculas de ATP (distintas de las
que libera la oxidación del hidrógeno), una por cada una de
las 9 moléculas de acetil CoA metabolizadas. En resumen, la oxida­
ción completa de una molécula de ácido esteárico genera 148 molé­
culas de ATP. No obstante, para la combinación inicial de la
coenzima A con la molécula de ácido esteárico se consumen
dos enlaces de alta energía, con lo que la ganancia neta asciende
a 146 moléculas de ATP.
Formación del ácido acetoacético en el hígado
y transporte en la sangre
Gran parte de la descomposición inicial de los ácidos grasos
sucede en el hígado, en especial si se utilizan cantidades exce­
sivas de lípidos para la producción de energía. Sin embargo, el
hígado sólo consume una pequeña proporción de los ácidos gra­
sos en sus procesos metabólicos. Por su parte, cuando las cade­
nas de ácidos grasos se desdoblan en moléculas de acetil CoA, se
condensan dos de estas moléculas en otra de ácido acetoacético,
que la sangre transporta hasta otras células del organismo, donde
sirve para obtener energía. Los procesos químicos son estos:
2CH 3 COCoA + HzO
Acetil CoA
células hepáticas
<
otras células
CH 3 COCH2COOH + 2HCoA
Ácido acetoacético
+ 2H
OH
CH 3 -----C H ------CH 2 ------C ------OH
Ácido |3-hidroxibutírico
-C H ,
Acetona
El ácido acetoacético, el ácido P-hidroxibutírico y la acetona
difunden libremente a través de las membranas celulares hepá­
ticas y son transportados por la sangre a los tejidos periféricos.
Aquí difunden de nuevo a las células, donde suceden las reaccio­
nes inversas y se sintetizan moléculas de acetil CoA. Estas entran
a su vez en el ciclo del ácido cítrico y se oxidan para producir
energía, como ya se ha explicado.
Normalmente, el ácido acetoacético y el ácido (3-hidroxibutírico que ingresan en la sangre son transportados tan rápi­
damente a los tejidos que su concentración combinada en el
plasma rara vez aumenta por encima de 3 mg/dl. A pesar de esta
reducida concentración sanguínea, en realidad se transportan
grandes cantidades, como ocurre con los ácidos grasos libres.
El transporte rápido de estas dos sustancias es el resultado de
su gran solubilidad en las membranas de las células efectoras, lo
que permite una difusión casi instantánea a su interior.
Cetosis del ayuno, diabetes y otras enfermedades. Las
concentraciones de ácido acetoacético, ácido (3-hidroxibutírico
y acetona se elevan en ocasiones mucho en la sangre y en los
líquidos intersticiales; este estado se denomina cetosis porque el
ácido acetoacético es un cetoácido. Los tres compuestos se lla­
man cuerpos cetónicos. La cetosis aparece en particular con el
ayuno, en la diabetes mellitus y a veces incluso cuando la dieta
se compone casi enteramente de grasa. En todos estos estados
apenas se metaboliza ningún hidrato de carbono: en el ayuno y
tras una dieta rica en grasa, porque no se dispone de hidratos de
carbono; y en la diabetes, porque no se dispone de insulina para
el transporte de glucosa dentro de las células.
Si no se utilizan hidratos de carbono para producir energía,
casi toda la energía orgánica ha de provenir del metabolismo
de las grasas. Más adelante veremos que la falta de disponibili­
dad de hidratos de carbono aumenta de manera automática la
tasa de extracción de ácidos grasos del tejido adiposo; además,
varios factores hormonales, como la hipersecreción de glucocorticoides por la corteza suprarrenal, la hipersecreción de
glucagón por el páncreas y la hiposecrecióñ de insulina por el
páncreas, aumentan aún más la extracción de ácidos grasos de
los tejidos adiposos. En consecuencia, se suministran cantida­
des ingentes de ácidos grasos a: 1) las células de los tejidos peri­
féricos para la producción de energía y 2) las células hepáticas,
donde gran parte de los ácidos grasos se convierte en cuerpos
cetónicos.
Los cuerpos cetónicos pasan desde el hígado al resto de las
células. Por razones diversas, las células sólo pueden oxidar
una cantidad limitada de cuerpos cetónicos; la principal es la
siguiente: uno de los productos del metabolismo de los hidratos
de carbono es el oxaloacetato, que debe unirse a la acetil CoA
para su procesamiento en el ciclo del ácido cítrico. Por tanto,
la carencia de oxaloacetato derivado de los hidratos de carbono
limita la entrada de acetil CoA en el ciclo del ácido cítrico y, si
823
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M
t*
lì
If
SS
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
al mismo tiempo, el hígado vierte enormes cantidades de ácido
acetoacético y otros cuerpos cetónicos, las concentraciones san­
guíneas de ácido acetoacético y de ácido |3-hidroxibutírico se
elevan hasta 20 veces por encima de lo normal, causando una
acidosis extrema, como se explicó en el capítulo 30.
La acetona que se forma durante la cetosis es una sustancia
volátil y parte de ella desaparece en pequeñas cantidades con el aire
espirado de los pulmones. El olor consiguiente a acetona del aliento
representa con frecuencia un criterio diagnóstico de la cetosis.
Adaptación a una dieta rica en grasa. Si se pasa lentamente
de una dieta basada en hidratos de carbono a otra casi comple­
tamente grasa, el organismo se va acostumbrando a usar mucho
más ácido acetoacético que el habitual y no suele aparecer ceto­
sis. Por ejemplo, los inuit (esquimales), que a veces subsisten a
base de una dieta principalmente grasa, no sufren cetosis. Indu­
dablemente, hay varios factores (ninguno está claro) que poten­
cian el metabolismo del ácido acetoacético en las células. Incluso
las células cerebrales, cuya energía proviene casi siempre de la
glucosa, pueden extraer al cabo de unas semanas de un 50 a un
75% de su energía a partir de las grasas.
1
CH 3COC 0 A + C 0 2 + ATP
^
(Acetil CoA carboxilasa)
COOH
CH 2
+ ADP + PO43
O = C — CoA
Malonil CoA
2
.° paso:
1
1
acetil CoA + malonil CoA + 16NADPH + 16H+ ---- ►ácido esteárico + 8 COz + 9CoA + 16NADP+ + 7H20
Figura 68-3 Síntesis de ácidos grasos.
Como se ilustra en la figura 68-4, la glicerina del triglicéridc
proviene del a-glicerofosfato, otro producto derivado de la glucólisis. El mecanismo se expone en el capítulo 67.
Eficiencia de la conversión de los hidratos de carbono
en grasa
Síntesis de triglicéridos a partir de los hidratos de carbono
Cuando el organismo ingresa una cantidad de hidratos de car­
bono mayor de la que puede consumir de inmediato para obte­
ner energía o para almacenarla como glucógeno, el exceso se
transforma enseguida en triglicéridos y se deposita así en el
tejido adiposo.
Casi toda la síntesis de los triglicéridos humanos ocurre en el
hígado, pero también el tejido adiposo los sintetiza en cantidades
mínimas. Los triglicéridos formados en el hígado se transpor­
tan principalmente en las VLDL hasta el tejido adiposo donde
se almacenan.
Conversión de acetil CoA en ácidos grasos. El primer paso
para la síntesis de los triglicéridos es la conversión de los hidra­
tos de carbono en acetil CoA. Como se explica en el capítulo 67,
esto ocurre durante la degradación normal de la glucosa por el
sistema glucolítico. Puesto que los ácidos grasos representan,
en realidad, grandes polímeros de ácido acético, es fácil enten­
der cómo la acetil CoA puede convertirse en ácidos grasos. Sin
embargo, la síntesis de ácidos grasos a partir de acetil CoA no se
logra simplemente por una reversión de la degradación oxidativa
descrita antes. Más bien, se inicia el proceso en dos pasos que se
muestra en la figura 68-3, donde el malonil CoA y el NADPH
actúan como intermediarios principales de la polimerización.
Durante la síntesis de triglicéridos, sólo un 15% aproximadamente
de la energía original de la glucosa se pierde en forma de calor; e.
85% restante se transfiere a los triglicéridos almacenados.
Importancia de la síntesis y del almacenamiento de la
grasa. La síntesis de grasa a partir de los hidratos de carbono
reviste especial importancia por dos razones:
1. La capacidad de las diferentes células del organismo para
depositar los hidratos de carbono en forma de glucógeno
es bastante pequeña; el hígado, los músculos esqueléticos y
todos los demás tejidos combinados pueden almacenar, como
mucho, unos centenares de gramos de glucógeno. En cambio,
se pueden depositar muchos kilogramos de grasa en tejido
adiposo. Por eso, la síntesis de grasa proporciona un medio
para almacenar la energía del exceso de hidratos de carbono
(y proteínas) y utilizarla en otro momento. De hecho, una per­
sona normal almacena casi 150 veces más energía en forma de
grasa que de hidratos de carbono.
2. Cada gramo de grasa contiene casi dos veces y media más
calorías que un gramo de glucógeno. Así pues, para un incre­
mento de peso dado, se puede almacenar bastante más energía
como grasa que como hidratos de carbono, hecho de capital
importancia para los animales cuya supervivencia depende de
su movilidad.
Combinación de los ácidos grasos con el a-glicerofosfato
para form ar triglicéridos. Una vez que las cadenas de ácidos
grasos sintetizadas han crecido hasta 14 a 18 átomos de carbono,
se unen al glicerol para formar los triglicéridos. Las enzimas conversoras son muy específicas para los ácidos grasos con cadenas
de 14 carbonos o mayores; este factor controla la calidad física
de los triglicéridos almacenados en el organismo.
Figura 68-4 Esquema general de la síntesis
de triglicéridos a partir de la glucosa.
.er paso;
Si falta insulina, no se sintetizan grasas a partir de los
hidratos de carbono. Cuando hay una cantidad insuficiente de
insulina, como ocurre en la diabetes mellitus grave, apenas se
sintetizan grasas o no se sintetizan en absoluto por todas estas
— — — ——— — G lucosa------------------------Vía
glucolítica
>t
y
a-glicerofosfato + Acetyl-CoA + NADH + H+
L
Acidos grasos
Triglicéridos
824
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Vía
de la peritosa
fosfato
NADPH + H+
"V
Capítulo 68
Síntesis de triglicéridos a partir de las proteínas
Regulación de la liberación energética
triglicéridos
© ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
Los hidratos de carbono se prefieren a las grasas, como
sustrato energético, cuando se dispone de un exceso de los
mismos. Cuando el organismo dispone de un exceso de hidra­
tos de carbono, estos se utilizan de preferencia sobre los triglicé­
ridos para la producción de energía. Existen varias razones para
explicar este efecto «ahorrador de grasa» de los hidratos de car­
bono. Una de las más importantes es la siguiente: la grasa de los
adipocitos está presente de dos formas: los triglicéridos almace­
nados y pequeñas cantidades de ácidos grasos libres, ambos en
constante equilibrio recíproco. Ante un exceso de a-glicerofos­
fato (debido, a su vez, a un exceso de hidratos de carbono), el
a-glicerofosfato se une a los ácidos grasos libres en forma de tri­
glicéridos. El resultado es un desequilibrio entre los ácidos grasos
libres y los triglicéridos que favorece a los triglicéridos almace­
nados; en consecuencia, la disponibilidad de ácidos grasos para
producir energía es mínima. Como el a-glicerofosfato es un pro­
ducto importante del metabolismo de la glucosa, el aporte de
grandes cantidades de glucosa inhibe automáticamente el apro­
vechamiento energético de los ácidos grasos.
En segundo lugar, cuando existe un exceso de hidratos de
carbono, los ácidos grasos se sintetizan con más rapidez de la
que se degradan. Este efecto obedece en parte a la gran cantidad
de acetil CoA formada a partir de los hidratos de carbono y a la
baja concentración de ácidos grasos libres del tejido adiposo, que
establecen así las condiciones adecuadas para la conversión de la
acetil CoA en ácidos grasos.
Un efecto incluso más importante que propicia la conversión
de los hidratos de carbono en grasas es el siguiente: el paso pri­
mero y el que regula la velocidad de síntesis de los ácidos grasos
es la carboxilación de la acetil CoA en malonil CoA. La velocidad
de la reacción está controlada básicamente por la enzima carboxilasa de la acetil CoA, cuya actividad se acelera en presencia
de los productos intermedios del ciclo del ácido cítrico. Cuando
se consume un exceso de hidratos de carbono, estos productos
intermedios aumentan y de modo automático se incrementa la
síntesis de ácidos grasos.
Así pues, un exceso de hidratos de carbono en la dieta no
sólo ahorra grasa, sino también aumenta la grasa depositada. De
hecho, todo el exceso de hidratos de carbono no empleado para
obtener energía o para almacenarla en los pequeños depósitos
orgánicos de glucógeno se convierte y se almacena como grasa.
La utilización energética de la grasa se acelera cuando
faltan hidratos de carbono. Todos los efectos ahorradores
de grasa de los hidratos de carbono desaparecen y, de hecho, se
invierten cuando no se dispone de hidratos de carbono. El equili­
brio se desplaza entonces en la dirección opuesta y se moviliza la
Obesidad
La obesidad significa el depósito excesivo de grasa en el organismo.
Este tema se expone en el capítulo 71 en relación con los balan­
ces dietéticos; de un modo sucinto, se puede afirmar que la obe­
sidad está producida por la ingestión de cantidades mayores de
alimentos que las que el organismo puede consumir. El exceso
de alimentos, ya sean grasas, hidratos de carbono o proteínas, se
deposita entonces casi exclusivamente en forma de grasa en el
tejido adiposo para su consumo energético posterior.
825
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
X
Como se expone en el capítulo 69, muchos aminoácidos se pue­
den convertir en acetil CoA, que luego se transforma en trigli­
céridos. Por eso, cuando una persona ingiere con la dieta más
proteínas de las que puede consumir, gran parte del exceso se
deposita en forma de grasa.
grasa de los adipocitos para obtener energía ante la ausencia de
hidratos de carbono.
Asimismo, ciertos cambios hormonales propician una movi­
lización rápida de los ácidos grasos del tejido adiposo. Entre los
más importantes cabe destacar el descenso notable de la secre­
ción pancreática de insulina por la ausencia de hidratos de car­
bono. Este no sólo reduce la utilización de la glucosa por los
tejidos, sino también la grasa almacenada y desvía todavía más
el equilibrio en favor del metabolismo de la grasa en lugar del de
los hidratos de carbono.
Regulación hormonal de la utilización de la grasa. Al
menos siete de las hormonas secretadas por las glándulas endo­
crinas ejercen efectos significativos o incluso destacados sobre
la utilización de la grasa. A continuación se enumeran algunos
efectos hormonales importantes sobre el metabolismo de la
grasa, además del efecto de la carencia de insulina expuesto en el
párrafo anterior.
Probablemente, el aumento más llamativo en la utilización de
la grasa se observe durante un ejercicio intenso y es el resultado
casi por completo de la liberación de adrenalina y noradrenalina
desde la médula suprarrenal, debido a la estimulación simpática.
Estas dos hormonas activan de manera directa la lipasa de tri­
glicéridos sensible a las hormonas, presente en abundancia en las
células grasas, y provoca una rápida descomposición de los trigli­
céridos, así como la movilización de los ácidos grasos. A veces, la
concentración sanguínea de ácidos grasos libres aumenta hasta
ocho veces con el ejercicio y, en correspondencia, también lo
hace el consumo energético de ácidos grasos por parte de los
músculos. Otros tipos de estrés que activan el sistema nervioso
simpático incrementan también la movilización y la utilización
de ácidos grasos de modo análogo.
El estrés induce asimismo la liberación de grandes cantida­
des de corticotropina por la adenohipófisis, con lo que la corteza
suprarrenal segrega más glucocorticoides. La corticotropina y los
glucocorticoides activan la misma lipasa de triglicéridos hormonosensible activada por la adrenalina y la noradrenalina o una
lipasa similar. Cuando la corticotropina y los glucocorticoides se
secretan en cantidades excesivas durante largos períodos, como
ocurre en la anomalía endocrina llamada síndrome de Cushing,
las grasas se movilizan hasta el extremo de producir cetosis. Se
dice entonces que la corticotropina y los glucocorticoides ejer­
cen un efecto cetógeno. La hormona del crecimiento posee un
efecto similar, pero menor, al de la corticotropina y los gluco­
corticoides en la activación de la lipasa hormonosensible. Por
eso, la hormona del crecimiento puede tener también un efecto
cetógeno leve.
Finalmente, la hormona tiroidea induce una movilización
rápida de la grasa, que se atribuye a un aumento global indi­
recto del metabolismo energético de todas las células orgáni­
cas bajo la influencia de esta horm ona. La reducción resultante
de la acetil CoA y de otros productos interm edios del m eta­
bolismo de las grasas y de los hidratos de carbono en las célu­
las constituye entonces un estímulo para la movilización de
la grasa.
Los efectos de las diferentes hormonas sobre el metabolismo
se exponen con mayor profundidad en los capítulos respectivos.
UNIDAD
razones. En primer lugar, si no hay insulina, la glucosa tampoco
entra en las células adiposas y hepáticas de manera satisfactoria y
se extrae muy poca acetil CoA y NADPH para la síntesis de grasa a
partir de la glucosa. En segundo lugar, la ausencia de glucosa en las
células adiposas reduce mucho la disponibilidad de a-glicerofosfato,
que también dificulta la síntesis de triglicéridos en los tejidos.
Metabolismo de los lípidos
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Se conocen varias cepas de roedores con obesidad heredita­
ria. En al menos una de ellas, la obesidad se debe a una movili­
zación ineficaz de la grasa a partir del tejido adiposo por la lipasa
tisular, mientras que la síntesis y el depósito de grasa continúan
con normalidad. Este proceso unidireccional causa un aumento
de los depósitos de grasa, con la grave obesidad consiguiente.
Formación de los fosfolípidos. Los fosfolípidos se sinteti­
zan en casi todas las células orgánicas, aunque algunas tienen
una capacidad especial de formar grandes cantidades. Proba­
blemente el 90% se fabrica en el hígado; las células epiteliales
intestinales también forman cantidades importantes durante la
absorción intestinal de los lípidos.
La velocidad de síntesis de los fosfolípidos está gobernada
hasta cierto punto por los factores habituales que controlan el
metabolismo lipídico general, porque cuando se depositan triglicéridos en el hígado aumenta la velocidad de formación de
fosfolípidos. Además, se requieren algunos compuestos quími­
cos para la síntesis de ciertos fosfolípidos. Por ejemplo, la colina,
bien de la dieta o sintetizada por el organismo, se precisa para la
síntesis de lecitina, ya que es su base nitrogenada. Por otro lado,
el inositol se necesita para la formación de algunas cefalinas.
Uso específico de los fosfolípidos. Algunas funciones de
los fosfolípidos son: 1) los fosfolípidos son unos constituyentes
importantes de las lipoproteínas de la sangre y resultan esen­
ciales para la formación y función de la mayor parte de ellas;
en su ausencia, pueden surgir alteraciones graves del transporte
de colesterol y de otros lípidos. 2) La tromboplastina, necesaria
para iniciar la coagulación, está compuesta principalmente por
una de las cefalinas. 3) El sistema nervioso alberga gran cantidad
de esfingomielina; esta sustancia actúa como aislante eléctrico
para la vaina de mielina que envuelve las fibras nerviosas. 4) Los
fosfolípidos donan radicales fosfato para diferentes reacciones
químicas de los tejidos. 5) Quizá la más importante de todas las
funciones de los fosfolípidos sea su participación en la síntesis de
elementos estructurales celulares, principalmente de las mem­
branas, como se expone en la próxima sección sobre el coleste­
rol, que posee una función análoga.
Fosfolípidos y colesterol
Fosfolípidos
Los tipos principales de fosfolípidos son las lecitinas, las cefalinas y la esfingomielina, cuyas fórmulas químicas se ilustran en la
figura 68-5. Los fosfolípidos siempre contienen una o más molé­
culas de ácido graso, un radical de ácido fosfórico y, habitual­
mente, una base nitrogenada. Aunque la estructura química de
los fosfolípidos varía algo, sus propiedades físicas se asemejan ya
que todos ellos son liposolubles, se transportan en lipoproteínas y se utilizan por todo el organismo con diferentes propósitos
estructurales, como ocurre en las membranas celulares y en las
intracelulares.
H2C — O — C — (CH2)7— C H = C H — (CH2)7— CH,
HC— O — C — (CH2)16— CH3
CH,
Colesterol
,C H ,
El colesterol, cuya fórmula aparece en la figura 68-6, está pre­
sente en la alimentación de todas las personas y se absorbe len­
tamente hacia la linfa intestinal desde el tubo digestivo. Es muy
liposoluble, pero poco soluble en el agua, y muestra una especial
capacidad de formar ásteres con los ácidos grasos. De hecho,
aproximadamente el 70% del colesterol de las lipoproteínas del
plasma circula como ásteres de colesterol.
Síntesis del colesterol. Junto al colesterol que se absorbe
cada día en el tubo digestivo, llamado colesterol exógeno, las
células del organismo sintetizan una cantidad incluso mayor del
denominado colesterol endógeno. Casi todo el colesterol endó­
geno que circula en las lipoproteínas del plasma se fabrica en
el hígado, pero las demás células sintetizan al menos algo de
Colesterol, es decir, muchas de las estructuras membranosas
celulares están compuestas en parte por esta sustancia.
La estructura básica del colesterol es un núcleo esterólico.
Este se sintetiza completamente a partir de varias moléculas de
acetil CoA. A su vez, el núcleo esterólico puede modificarse por
diversas cadenas laterales para dar: 1) colesterol; 2) ácido cólico,
H ,C — O — P — O — C H ,— CH, — N+
'C H ,
OH
Ejemplo de lecitina
O
H2C — O — C —(CH2)7— C H = C H — (CH2)7— CHg
O
II
HC— O — C — (CH2)16— CH3
O
II
h 2c — o — p — o — c h 2— c h 2— n +h 3
OH
Ejemplo de cefalina
CH,
(CH2)12
CH
II
CH
I
HO — C — H
CH,
| 3
O
I
II
CH— (CH2)3— CH
H C— NH — C — (CH2)16— CHg
O
CH,
CH,
I .CH
Il
HC — O— P — O — CH2— CH?— N+'
H
|
2
2 'C H ,
OH
HO
Esfingomielina
Figura 68-5 Fosfolípidos típicos.
Figura 68-6 Colesterol.
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Capítulo 68
Factores que modifican las concentraciones de colesterol
plasmático: control por retroalimentación del colesterol orgá­
nico. Entre los factores esenciales que afectan a la concentración
plasmática de colesterol se encuentran:
1. El incremento de la cantidad de colesterol ingerido todos los
días aumenta levemente la concentración plasmática. Sin
embargo, cuando se ingiere colesterol, su concentración
creciente inhibe la principal enzima responsable de su sín­
tesis endógena, la reductasa de la 3-hidroxi-3-metilglutaril
CoA, estableciéndose así un sistema de control por retroa­
limentación intrínseca que evita un aumento exagerado de
la concentración plasmática de colesterol. Por eso, si cambia
la cantidad de colesterol en la dieta la concentración plas­
mática de colesterol no suele elevarse ni descender más allá
de ±15%, si bien la respuesta difiere notablemente entre unas
personas y otras.
2. Una dieta con grasas muy saturadas aumenta la concen­
tración sanguínea de colesterol de un 15 a un 25%, especial­
mente cuando se asocia con una ganancia excesiva de peso y
obesidad. Esta situación se da por el mayor depósito de grasa
en el hígado, que provee cantidades adicionales de acetil
CoA para las células hepáticas productoras de colesterol. Así
pues, para reducir la concentración sanguínea de colesterol
tanta importancia, si no más, tiene seguir una dieta pobre en
grasas saturadas como pobre en colesterol.
3. La ingestión de grasa con muchos ácidos grasos muy insaturados reduce habitualmente la concentración sanguínea de
colesterol de manera leve o moderada. El mecanismo de este
efecto se desconoce, a pesar de que esta observación cons­
tituye la base de muchas estrategias dietéticas actuales.
4. La falta de insulina o de hormona tiroidea aumenta la con­
centración sanguínea de colesterol, mientras que el exceso
de hormona tiroidea la reduce. Estos efectos están mediados
probablemente por cambios en el grado de activación de las
enzimas específicas responsables del metabolismo de las sus­
tancias lipídicas.
Una gran cantidad de colesterol precipita en el estrato cór­
neo de la piel y, junto con otros lípidos, confiere a la piel enorme
resistencia a la absorción de sustancias hidrosolubles y a la
acción de muchos compuestos químicos, ya que el colesterol y
los otros lípidos de la piel son muy inertes frente a los ácidos y
muchos disolventes que, de otra manera, penetrarían con faci­
lidad en el cuerpo. Además, estas sustancias lipídicas evitan la
evaporación del agua de la piel; sin esta protección, la magnitud
de la evaporación (como sucede en los pacientes con la piel que­
mada) puede alcanzar 5 a 101 al día en lugar de los 300 a 400 mi
habituales.
Funciones estructurales celulares de los fosfolípidos
y el colesterol, especialm ente para las membranas
Los usos ya mencionados de los fosfolípidos y del colesterol
tienen una importancia menor comparada con la función de
estructuras especializadas en todas las células del cuerpo, fun­
damentalmente las membranas. En el capítulo 2 se señala que la
membrana celular y las membranas de los orgánulos internos de
todas las células contienen grandes cantidades de fosfolípidos y
de colesterol. También se sabe que la relación entre el colesterol
y los fosfolípidos de la membrana resulta esencial para la fluidez
de las membranas celulares.
Para crear las membranas se precisan sustancias no hidro­
solubles. En general, las únicas sustancias del organismo que no
son solubles en el agua (junto a las sustancias inorgánicas del
hueso) son los lípidos y algunas proteínas. De este modo, la inte­
gridad física de las células de cualquier lugar depende sobre todo
de los fosfolípidos, del colesterol y de ciertas proteínas insolubles. Las cargas polares de los fosfolípidos reducen también la
tensión superficial entre las membranas celulares y los líquidos
circundantes.
Otro hecho que subraya la importancia de los fosfolípidos y
del colesterol en la formación de los elementos estructurales de
las células es el recambio lento (meses o años) de estas sustan­
cias en la mayor parte de los tejidos no hepáticos. Por ejemplo,
su función conservadora de la memoria en las células del cere­
bro está relacionada principalmente con sus propiedades físicas
indestructibles.
5. Los trastornos genéticos del metabolismo del colesterol pue­
den elevar enormemente los niveles plasmáticos de esta sus­
tancia. Por ejemplo, las mutaciones en el gen receptor de LDL
impiden que el hígado elimine de forma adecuada las LDL
ricas en colesterol del plasma. Como se verá más adelante,
la consecuencia de lo anterior es que el hígado produce can­
tidades excesivas de colesterol. Las mutaciones del gen que
codifica para apolipoproteína B, la parte de la LDL que se une
al receptor, también provocan una producción excesiva de
colesterol en el hígado.
Usos específicos del colesterol por el organismo. El
colesterol no membranoso lo utiliza el organismo sobre todo
para la síntesis hepática de ácido cólico. Hasta un 80% del coles­
terol se transforma en ácido cólico. Como se explica en el capí­
tulo 70, este se conjuga con otras sustancias para generar las sales
biliares, que favorecen la digestión y la absorción de las grasas.
Una cantidad pequeña de colesterol la utilizan: 1) las glán­
dulas suprarrenales para formar hormonas corticosuprarrenales;
2) los ovarios para producir progesterona y estrógenos, y 3) los testí­
culos para sintetizar testosterona. Estas glándulas también sinteti­
zan sus propios esteróles y forman después sus hormonas a partir
de ellos, como se expone en los capítulos sobre endocrinología.
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Aterosclerosis
La aterosclerosis es una enfermedad de las arterias grandes e
intermedias en la que surgen depósitos de grasa llamados placas
ateromatosas en las superficies internas de las paredes vascu­
lares. La arteriosclerosis, en cambio, es un término general que
alude al engrasamiento y rigidez de los vasos sanguíneos de cual­
quier tamaño.
Una anomalía que se puede detectar muy pronto en los vasos
sanguíneos que acaban con una aterosclerosis es la lesión del
endotelio vascular. Esta, a su vez, aumenta la expresión de molé­
culas de adhesión en las células endoteliales y reduce su capa­
cidad para liberar óxido nítrico y otras sustancias que ayudan
a evitar la adhesión de macromoléculas, plaquetas y monocitos
al endotelio. Una vez que ocurre el daño del endotelio vascular,
empiezan a acumularse en la zona de lesión los monocitos y los
lípidos circulantes (en su mayoría, LDL) (fig. 68-7A). Los mono­
citos atraviesan el endotelio, pasan a la íntima de la pared vas­
cular y se diferencian a macrófagos que posteriormente ingieren
y oxidan las lipoproteínas acumuladas, lo que explica su aspecto
espumoso. Estas células espumosas macrofágicas se agregan a las
paredes vasculares y forman una estría grasa visible.
827
UN
que es la base de los ácidos biliares formados en el hígado, y
3) muchas hormonas esteroideas importantes secretadas por la
corteza suprarrenal, los ovarios y los testículos (estas hormonas
se exponen en capítulos posteriores).
Metabolismo de los lípidos
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Figura 68-7 Desarrollo de la placa de ateroma. A. Adherencia de un monocito a una
molécula de adhesión de una célula endotelial dañada de una arteria. El monocito
migra, a continuación, a través del endotelio
hasta la capa íntima de la pared endotelial
y se transforma en un macròfago. El macrò­
fago ingiere y oxida después las moléculas
de lipoproteínas transformándose en una
célula espumosa. Las células espumosas
liberan sustancias que determinan infla­
mación y crecimiento de la íntima. B. La
acumulación adicional de macrófagos y el
crecimiento de la íntima hacen que la placa
aumente de tamaño y acumule lípidos. Al
final, la placa puede obstruir el vaso o rom­
perlo, con lo que la sangre de la arteria se
coagula y se forma un trombo. (Modificado
de Libby P: Inflammation in atherosclerosis.
Nature 420:868, 2002.)
Monocito
de la sangre
Monocito
adherido
al epitelio
Monocito
que migra
hacia la íntima
Luz
arterial
Células espumosas
macrofágicas
Endotelio
Molécula
dañado
de adhesión
Intima
arterial
Factores
de crecimiento
inflamatorios
Receptor
Gotitas
lipídicas
Partícula
lipoproteica
Endotelio
íntima Media
Arteria
normal
Células
del músculo
liso
Adventicia
Pequeña
placa
Trombosis
de una placa
fisurada
Placa
de gran
tamaño
Con el tiempo, la estría grasa crece y coalesce; los tejidos
fibrosos y el músculo liso circundantes proliferan hasta dar
placas cada vez mayores (fig. 68-7B). Además, los macrófagos
liberan sustancias inflamatorias que inducen una mayor proli­
feración del músculo liso y el tejido fibroso en la cara interna
de la pared arterial. Los depósitos lipídicos más la proliferación
celular adquieren, a veces, un tamaño tal que la placa sobresale
dentro de la luz arterial y reduce mucho el flujo de sangre hasta
obstruir, en ocasiones, toda la luz. Incluso sin llegar a la oclusión,
los fibroblastos de la placa acaban depositando tal cantidad de
tejido conjuntivo denso que la esclerosis (fibrosis) se intensifica
y las arterias se vuelven rígidas e inflexibles. Más adelante, se
precipitan sales de calcio junto al colesterol y otros lípidos de las
placas, produciéndose calcificaciones, duras como el hueso, que
convierten las arterias en tubos rígidos. Ambos estadios fina­
les de la enfermedad corresponden a la «esclerosis o endureci­
miento de las arterias».
Las arterias arterioscleróticas pierden la mayor parte de su
distensibilidad; debido a las zonas degenerativas de sus paredes,
se rompen con facilidad. Además, allí donde las placas sobresa­
len en el flujo sanguíneo, la rugosidad de su superficie provoca la
formación de coágulos, con la aparición consiguiente de trom­
bos o émbolos (v. capítulo 36), que bloquean de manera repen­
tina todo el flujo sanguíneo de la arteria.
Casi la mitad de las personas que residen en EE. UU. y en
Europa fallece por enfermedades vasculares. Aproximadamente
dos terceras partes de estas muertes obedecen a la trombosis de
una o más arterias coronarias. El tercio restante está provocado
por la trombosis o hemorragia de los vasos de otros órganos,
especialmente del cerebro (se produce un ictus), pero también
de los riñones, del hígado, del tubo digestivo, de las extremidades
y de otros.
Causas básicas de la aterosclerosis: importancia
del colesterol y las lipoproteínas
Aumento de las lipoproteínas de baja densidad. Un
importante factor que provoca la aterosclerosis es el incremento
de la concentración plasmática de colesterol en forma de LDL.
La concentración plasmática de estas lipoproteínas de baja densi­
dad, ricas en colesterol, aumenta en distintas circunstancias
como cuando se ingiere grasa muy saturada con la alimentación
diaria y en los casos de obesidad e inactividad física. La inges­
tión excesiva de colesterol también puede aumentar, aunque en
menor medida, las cifras plasmáticas de las LDL.
Un modelo interesante son los conejos, que normalmente tie­
nen concentraciones plasmáticas bajas de colesterol por su dieta
vegetariana. Basta con alimentar a estos animales con grandes
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
828
Capítulo 68
cantidades de colesterol como parte de su nutrición diaria para
que aparezcan placas ateroscleróticas grandes por todos sus sis­
temas arteriales.
Hipercolesterolemia familiar. Es una enfermedad here­
ditaria en la que la persona hereda genes defectuosos para la
formación de los receptores de las LDL en las superficies de
la membrana celular. Si faltan estos receptores, el hígado no
puede absorber las lipoproteínas de densidad intermedia o baja.
Sin dicha absorción, la maquinaria del colesterol de las células
hepáticas se desmandaría produciendo más colesterol y dejaría
de responder a la inhibición por retroalimentación del exceso
de colesterol plasmático. Debido a ello, el número de lipopro­
teínas de muy baja densidad liberadas por el hígado al plasma
aumenta inmensamente.
El paciente con hipercolesterolemia familiar florida mostrará
una concentración sanguínea de colesterol de 600 a 1.000 mg/dl,
valor de cuatro a seis veces el normal. Muchas de estas personas
fallecen antes de los 20 años por un infarto de miocardio u otras
secuelas del taponamiento aterosclerótico de los vasos sanguí­
neos de todo el cuerpo.
La hipercolesterolemia familiar heterocigota es relativamente
común y se produce aproximadamente en 1 de cada 500 perso­
nas. La forma más grave de este trastorno causada por mutacio­
nes homocigotas es mucho más rara, y tiene lugar únicamente,
en promedio, en uno de cada millón de nacimientos.
Importancia de las lipoproteínas de alta densidad en la
prevención de la aterosclerosis. Se sabe bastante menos sobre
la función de las HDL que sobre las LDL. Se cree que las HDL
pueden de hecho absorber los cristales de colesterol que empie­
zan a depositarse en las paredes arteriales. Sea o no cierto este
mecanismo, las HDL protegen contra el desarrollo de la ateros­
clerosis. En consecuencia, cuando el cociente entre lipoproteínas
de alta y de baja densidad aumenta, la probabilidad de ateros­
clerosis se reduce considerablemente.
ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
Otros factores de riesgo fundamentales
para la aterosclerosis
Algunas personas con concentraciones de colesterol y de lipo­
proteínas perfectamente normales también sufren ateroscle­
rosis. Algunos de los factores conocidos que predisponen a la
aterosclerosis son: 1) la inactividad física y la obesidad; 2) la
diabetes mellitus; 3) la hipertensión; 4) la hiperlipidemia, y 5) el
tabaquismo.
La hipertensión, por ejemplo, duplica como mínimo el riesgo
de enfermedad coronaria aterosclerótica. De la misma manera,
una persona con diabetes mellitus corre, por lo general, un riesgo
mayor del doble de presentar enfermedad coronaria. Si se suman
la hipertensión y la diabetes, el riesgo de enfermedad coronaria
se multiplica por más de ocho. Y cuando se produce hiperten­
sión, diabetes mellitus e hiperlipidemia, el riesgo de ateroscle­
rosis coronaria aumenta casi 20 veces, lo que indica que estos
factores actúan de forma sinèrgica para incrementar el riesgo de
aterosclerosis. Estos tres factores de riesgo concurren en muchos
pacientes con sobrepeso y obesidad, con lo que se eleva mucho
el riesgo de aterosclerosis que, a su vez, puede ocasionar infartos
de miocardio, ictus y enfermedades renales.
Los varones adultos jóvenes y maduros tienden más a pre­
sentar aterosclerosis que las mujeres coetáneas, es decir, las hor­
monas sexuales masculinas podrían resultar aterógenas o, por el
contrario, las femeninas, protectoras.
Algunos de estos factores provocan aterosclerosis al elevar la
concentración plasmática de las LDL. Otros, como la hiperten­
sión, producen aterosclerosis por un daño del endotelio vascular
y otras alteraciones de los tejidos vasculares que predisponen al
depósito de colesterol.
Metabolismo de los lípidos
Para mayor complejidad, los estudios experimentales
sugieren que el exceso de hierro en la sangre puede provocar
aterosclerosis, quizá por la formación de radicales libres en la
sangre que lesionan las paredes vasculares. Casi una cuarta
parte de todas las personas posee un tipo especial de LDL lla­
mada lipoproteína(a), que contiene una proteína adicional, la
apolipoproteína(a), que casi dobla la incidencia de ateroscle­
rosis. Aún se ignoran los mecanismos de estos efectos ateroscleróticos.
Prevención de la aterosclerosis
Las medidas más importantes para evitar la aparición de ateros­
clerosis y su progresión hacia enfermedades vasculares graves
comprenden: 1) mantener un peso sano, realizar ejercicio físico
y tom ar una alimentación que contenga sobre todo grasa insaturada con un bajo contenido en colesterol; 2) evitar la hiper­
tensión con una dieta saludable y ejercicio físico o controlar con
eficacia la presión arterial mediante antihipertensivos en caso de
que surja la hipertensión; 3) controlar eficazmente la glucemia
mediante tratamiento insulínico con otros fármacos si aparece
diabetes, y 4) evitar el tabaquismo.
Se ha demostrado que diversos medicamentos, que reducen
los lípidos y el colesterol del plasma, ayudan a prevenir la ateros­
clerosis. La mayor parte del colesterol sintetizado en el hígado se
transforma en ácidos biliares y se secreta de esta manera en el
duodeno; luego, más del 90% de estos mismos ácidos biliares se
reabsorben en el íleon terminal y se utilizan una y otra vez en la
bilis. Así pues, todo fármaco que se una a los ácidos biliares del
tubo digestivo e impida su reabsorción al torrente circulatorio
puede reducir el depósito total de ácidos biliares de la sangre cir­
culante. De esta manera, una cantidad mucho mayor del coles­
terol hepático se transforma en nuevos ácidos biliares. Por eso,
la simple ingestión de salvado de avena, que se une a los ácidos
biliares y forma parte de muchos cereales del desayuno, aumenta
el porcentaje del colesterol hepático que produce nuevos ácidos
biliares en lugar de formar nuevas LDL y placas aterógenas. Las
resinas también se utilizan porque ligan los ácidos biliares del
intestino y aumentan su excreción fecal, reduciendo así la sínte­
sis de colesterol en el hígado.
Otro grupo de fármacos, llamados estatinas, inhibe por
competición la hidroximetilglutaril coenzima A (HMG-CoA)
reductasa, una enzima limitadora de la velocidad de la síntesis
del colesterol. Esta inhibición reduce la síntesis del colesterol y
aumenta los receptores hepáticos para las LDL y suele reducir
los valores plasmáticos de estas lipoproteínas de un 25 a un 50%.
Las estatinas probablemente ejercen otros efectos beneficiosos
que ayudan a prevenir la aterosclerosis, como una atenuación de
la inflamación vascular. Hoy, estos fármacos están muy difundi­
dos para el tratamiento de los pacientes con una elevación de las
cifras plasmáticas de colesterol.
En general, los estudios preliminares muestran que, por cada
descenso del colesterol de las LDL de 1 mg/dl en el plasma, la
mortalidad por cardiopatía aterosclerótica disminuye en un 2%.
Por tanto, las medidas preventivas resultan, sin duda, útiles para
reducir la incidencia de infartos de miocardio.
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Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
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桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
CA PÍTULO 69
Metabolismo de las proteínas
A p ro x im ad am en te tres cu artas
p artes de los sólidos del o rg a­
n ism o son p roteín as. Estas
c o m p re n d e n
las
p ro teín as
e stru ctu rales, las enzim as, las
n u cleo p ro teín as, las p ro teín as
tra n sp o rta d o ra s de oxígeno,
las p ro teín as del m ú scu lo que p ro d u c e n la c o n tracció n y
m u ch o s o tro s tip o s que cu m p len en to d o el c u erp o funciones
específicas, ta n to in tra - co m o extracelulares.
Las pro piedad es q u ím icas básicas de las p ro teín a s que
explican sus diversas funciones so n ta n extensas que c o n s­
titu y en un a p a rte esencial de to d a la disciplina de la b io ­
quím ica. Por eso, la p re se n te exposición se lim ita a cierto s
aspectos co n creto s del m etab o lism o de las p ro teín as, que
revisten interés p ara o tras exposiciones de este texto.
Propiedades básicas
Aminoácidos
Los principales constituyentes de las proteínas son los aminoá­
cidos, de los cuales veinte están presentes en las proteínas orgá­
nicas en cantidades significativas. La figura 69-1 muestra las
fórmulas químicas de estos 20 aminoácidos y sus dos caracterís­
ticas comunes: cada aminoácido tiene un grupo ácido (-CO OH )
y un átomo de nitrógeno unido a la molécula, habitualmente
representado por el grupo amino (-N H 2).
Enlaces y cadenas peptídicas. Los am inoácidos de las
proteínas se agregan en largas cadenas por medio de enlaces
peptídicos. La naturaleza quím ica de estos enlaces se m uestra
en la siguiente reacción:
Obsérvese en esta reacción que el nitrógeno del radical
amino de un aminoácido se une al carbono del radical carboxilo del siguiente. Se libera un ion hidrógeno del radical amino y
un ion hidroxilo del radical carboxilo; los dos se combinan para
generar una molécula de agua. Después de formarse el enlace
peptídico, sigue existiendo un radical amino y otro carboxilo en
los extremos opuestos de la nueva molécula, que pueden com­
binarse con nuevos aminoácidos para formar una cadena peptídica. Algunas moléculas proteicas complejas tienen muchos
miles de aminoácidos combinados mediante enlaces peptídicos,
e incluso la proteína más pequeña suele comprender más de
20 aminoácidos agrupados mediante enlaces peptídicos. La
media es de unos 400 aminoácidos.
Otros enlaces de las moléculas proteicas. Algunas molé­
culas proteicas están compuestas por varias cadenas peptídicas en lugar de por una sola y estas a su vez se unen entre sí por
otros enlaces, a m enudo m ediante puentes de hidrógeno entre
los radicales CO y N H de los péptidos, de la siguiente forma:
\
C=
/
R ----- HC
\
0 ------------ H ----- N
N ----- H
/
/
\C H ------ R'
/
O. — C
\
Muchas cadenas peptídicas están enrolladas o plegadas y
estas estructuras se disponen en una espiral firme o en otras for­
mas mediante puentes de hidrógeno similares y otras fuerzas.
Transporte y almacenamiento de los aminoácidos
nh2
y h )n h
Aminoácidos de la sangre
R — CH — CO OH /+ R '-----C H ----- COOH - ►
\
/
nh2
R— C H — CO
NH + H20
R'-----C H — COOH
© 2011. Eísevier España, S.L. Reservados todos los derechos
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
La concentración normal de los aminoácidos en la sangre oscila
entre 35 y 65 mg/dl. La media representa unos 2 mg/dl para cada
uno de los 20 aminoácidos, aunque algunos estén presentes en
concentraciones mucho mayores que otros. Los aminoácidos
son ácidos relativamente fuertes y en la sangre se hallan ioniza­
dos debido a la eliminación de un átomo de hidrógeno del radical
NHr De hecho, aportan 2 a 3 miliequivalentes de los iones nega­
tivos de la sangre. La distribución precisa de los aminoácidos
en la sangre depende hasta cierto punto de los tipos de proteí­
nas ingeridas, pero las concentraciones de algunos de ellos están
reguladas por su síntesis selectiva en diferentes células.
831
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
AMINOACIDOS
Prolina
Glicina
H
H,C — CH,
I
H — C — COO H
I
H2C
I
C — COO H
\/l
nh2
N H
I
Alanina
H
H
i
i
H
AMINOACIDOS ESENCIALES
H — C — C — COO H
H
TREONINA
NH,
H
H
LISINA
NH,
H
H
H
I
I
H — C — C — C — COO H
H — C — C — COO H
I
I
I
H
H
H
I I
Serina
H
H
I
I
I
H — C — C — C — C — C — COOH
I
I I
OH H
nh
2
I
h
I
h
I
h
nh
H
H
2
I
OH NH2
H
H
H
I
I
I
i
ARGININA
METIONINA
Cisterna
H — C — C — COO H
H
NH H
C H 3— S — C — C — C — COO H
I
I
H
SH NH2
Ácido aspártico
H
H
l i l
NH,
H
I
H
H— C
T \
I
H— C — H
COO H
H
\ Í
h
H
I
H
H
i
NH,
H
-C — C — C O O H
I
i
C — C — COO H
I
H
NH,
I
I,
NH,
H— C
Ácido glutámico
H
FENILALANINA
H
H — C — NH,
H
-C — N — C — C — C — C — COOH
I
VALINA
COOH
H
I
COO H
H
I
H — C — NH,
I
LEUCINA
H— C — H
I
H— C — H
I
H
I
C1— C1- C O O H
H— C
T \
COO H
H
H
Asparragina
O
H
II
I I
TRIPTOFANO
H
-------C
H
II
I
I
I
NH,
H
H— C
I
-CH
C — C — C — COO H
H
H
I
NH,
I
NH,
NH,— C — C — C — COO H
I
I
H
H
O
HISTIDINA
ISOLEUCINA
Glutamina
H
NH,
H
NH,— C — C — C — C - ■COOH
I
H
H
I
H
I
H
H
H
H
l
i
l
i
l
i
l
i
HC — N
H
H
CH
/
C H , NH,
C — N— H
I
Tirosina
HO-
\
H — C — C — C — C — COO H
H
H
I
I
H— C — H
I
H— C — NH2
- C — C — COOH
I
H
I
I
COOH
NH,
Figura 69-1 Aminoácidos. Los 10 aminoácidos esenciales no pueden ser sintetizados por el organismo o sólo en cantidad insuficiente. Estos
aminoácidos esenciales se deben obtener ya formados de los alimentos.
Destino de los aminoácidos absorbidos desde el tubo
digestivo. Los productos de la digestión y absorción de las pro­
teínas en el tubo digestivo son casi por completo aminoácidos;
muy rara vez se absorben polipéptidos o moléculas completas
de proteínas desde el tubo digestivo a la sangre. Poco después
de una comida aumenta la concentración de aminoácidos en la
sangre, pero sólo unos miligramos por decilitro por dos razones:
en primer lugar, la digestión y absorción suelen prolongarse de
2 a 3 h y los aminoácidos se absorben en pequeñas cantidades
cada vez. En segundo lugar, las células de todo el organismo,
sobre todo del hígado, absorben los aminoácidos sobrantes en
5 a lOmin. Por tanto, casi nunca se acumulan en la sangre o en
el líquido intersticial cantidades excesivas de aminoácidos. Sir.
embargo, el recambio de aminoácidos es tan rápido que cada
hora se trasladan muchos gramos de proteínas de una parte a
otra del organismo en forma de aminoácidos.
Transporte activo de aminoácidos al interior de las célu­
las. Las moléculas de todos los aminoácidos son demasiado
grandes como para atravesar los poros de las membranas celula­
res. Por tanto, para que entren o salgan cantidades significativas
de aminoácidos por la membrana se requiere un transporte faci­
litado o activo con mecanismos transportadores. No se conoce
bien la naturaleza de los mecanismos transportadores, pero
algunos se exponen en el capítulo 4.
832
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Capítulo 69
Casi inmediatamente después de su entrada en las células, los
aminoácidos se combinan entre sí mediante enlaces peptídicos, bajo la dirección del ARN mensajero y del sistema de los
ribosomas para formar proteínas celulares. Por tanto, las con­
centraciones de aminoácidos libres dentro de las células sue­
len permanecer bajas. De este modo, las células no almacenan
grandes cantidades de aminoácidos libres, sino de proteínas. Sin
embargo, muchas proteínas intracelulares se descomponen rápi­
damente de nuevo en aminoácidos bajo la influencia de enzi­
mas lisosómicas intracelulares y estos aminoácidos a su vez son
transportados de nuevo fuera de la célula hacia la sangre. Excep­
ciones particulares a esta reversión del transporte son las proteí­
nas nucleares de los cromosomas y las proteínas estructurales,
como el colágeno o las proteínas contráctiles musculares, que
apenas intervienen en la reversión de la digestión y el transporte
fuera de la célula.
Algunos tejidos del organismo participan en el almacena­
miento de aminoácidos en grado mayor que otros. Por ejem­
plo, el hígado, un órgano grande y con sistemas especiales
para procesar los aminoácidos, puede almacenar grandes
cantidades de proteínas de intercambio rápido; así también
sucede, pero en menor medida, con los riñones y la mucosa
intestinal.
© ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
Liberación celular de aminoácidos para regular su concen­
tración plasmática. Siempre que las concentraciones plasmá­
ticas de determinados aminoácidos disminuyan por debajo de
sus valores normales, los aminoácidos en cuestión son transpor­
tados fuera de la célula para reponer su valor en el plasma. De
esta manera, la concentración plasmática de cada aminoácido
se mantiene más o menos constante. Más adelante en el texto se
señala que algunas hormonas secretadas por las glándulas endo­
crinas alteran el equilibrio entre las proteínas tisulares y los ami­
noácidos circulantes. Así, la hormona de crecimiento y la insulina
aumentan la síntesis de proteínas tisulares y los glucocorticoides
suprarrenales, la concentración plasmática de aminoácidos.
Equilibrio reversible entre las proteínas de las diferentes
partes del organismo. Como las proteínas celulares del hígado
(y, en mucho menor grado, de otros tejidos) se sintetizan rápida­
mente a partir de los aminoácidos plasmáticos y como muchos
de ellos a su vez se descomponen y regresan al plasma casi con
la misma velocidad, existe un intercambio constante entre los
aminoácidos plasmáticos y las proteínas lábiles de casi todas las
células. Por ejemplo, si un tejido particular necesita proteínas,
las puede sintetizar a partir de los aminoácidos de la sangre; a
su vez, estos se reponen por la descomposición de las proteínas
de otras células, especialmente de las hepáticas. Estos efectos
destacan sobremanera en la síntesis de proteínas por las células
cancerosas. Muchas células cancerosas consumen aminoácidos
con avidez; por tanto, acaban reduciendo enormemente las pro­
teínas de otras células.
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
miento de proteínas. Una vez alcanzado dicho límite, el exceso
circulante de aminoácidos se degrada hacia otros productos y se
utiliza para obtener energía, como se expone a continuación, o
se convierte en grasa o glucógeno y se almacena así.
Funciones de las proteínas plasmáticas
X
Almacenamiento de los aminoácidos
como proteínas celulares
Límite superior para el almacenamiento de proteí­
nas. Cada tipo particular de célula tiene un límite de almacena­
UNIDAD
Umbral renal para los aminoácidos. Todos los aminoá­
cidos se reabsorben de manera activa a través del epitelio de los
túbulos proximales de los riñones, que los extrae del filtrado glo­
merular y los devuelve a la sangre una vez que se han filtrado al
túbulo por la membrana glomerular. Sin embargo, como sucede
con otros mecanismos de transporte activo en los túbulos rena­
les, existe un límite para el transporte de cada tipo de aminoá­
cido. Por esta razón, cuando un aminoácido concreto alcanza
una concentración excesiva en el plasma y en el filtrado glome­
rular, el exceso que no se reabsorbe activamente se excreta en
la orina.
Metabolismo de las proteínas
Los principales tipos de proteínas plasmáticas son la albúmina,
las globulinas y elfibrinógeno.
La misión principal de la albúmina es proporcionar presión
coloidosmótica al plasma para evitar la salida de plasma por los
capilares, como se expuso en el capítulo 16.
Las globulinas cumplen diferentes funciones enzimáticas en
el plasma pero, además, se ocupan de la inmunidad natural y
adquirida del organismo frente a los microorganismos invasores,
tal como se comenta en el capítulo 34.
El fibrinógeno se polimeriza en largos filamentos de fibrina
durante la coagulación sanguínea, formando coágulos de sangre
que ayudan a reparar las pequeñas roturas del aparato circulato­
rio, como se expone en el capítulo 36.
Formación de las proteínas plasmáticas. Casi toda la
albúmina y el fibrinógeno de las proteínas plasmáticas, así como
del 50 al 80% de las globulinas, se sintetizan en el hígado. El resto
de las globulinas se forma casi exclusivamente en los tejidos lin­
fáticos. Se trata sobre todo de las gammaglobulinas que constitu­
yen los anticuerpos utilizados por el sistema inmunitario.
La velocidad de síntesis hepática de proteínas plasmáticas
puede alcanzar extremos de 30 g/día. Ciertos estados patológi­
cos comportan una pérdida rápida de proteínas; las quemadu­
ras graves que denudan superficies extensas de la piel ocasionan
una pérdida de muchos litros de plasma al día. La producción
hepática rápida de proteínas plasmáticas evita la muerte en tales
casos. A veces, una persona con una enfermedad renal grave
elimina hasta 20 g de proteínas plasmáticas en la orina al día
durante meses, que se reemplazan continuamente principal­
mente por acción del hígado.
En la cirrosis hepática aparecen grandes cantidades de tejido
fibroso entre las células del parénquima hepático, lo que dificulta
la síntesis de las proteínas plasmáticas. Como se comentó en el
capítulo 25, esto hace que descienda la presión coloidosmótica
del plasma y que aparezca, en consecuencia, un edema genera­
lizado.
Las proteínas plasmáticas como fuente de aminoácidos
para los tejidos. Cuando los tejidos se quedan sin proteínas,
las proteínas plasmáticas pueden actuar como fuente para una
reposición rápida. De hecho, los macrófagos tisulares pueden
captar proteínas plasmáticas enteras mediante pinocitosis; una
vez dentro de la célula, se escinden en aminoácidos, que son
transportados de nuevo a la sangre y utilizados por todo el orga­
nismo para construir proteínas celulares allí donde se necesi­
ten. De esta manera, las proteínas plasmáticas funcionan como
medio lábil de almacenamiento de proteínas y representan una
fuente rápida de aminoácidos para los tejidos que los necesitan.
Equilibrio reversible entre las proteínas plasmáticas y
tisulares. Entre las proteínas plasmáticas, los aminoácidos del
plasma y las proteínas tisulares existe un estado constante de
equilibrio, como se muestra en la figura 69-2. A partir de estu­
dios con marcadores radiactivos se ha calculado que diariamente
se sintetizan y descomponen unos 400 g de proteínas corpora­
les como parte del flujo continuo de aminoácidos. Este hecho
demuestra el principio general del intercambio reversible de
aminoácidos entre las diferentes proteínas del cuerpo. Incluso
833
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Células tisulares
A
Células hepáticas
A Proteínas'f
Aminoácidos
mente relacionada con los aminoácidos, la glutamina. La gluta­
mina está presente en los tejidos en grandes cantidades, y una
de sus funciones principales es servir como almacén de radica­
les amino. Además, la asparragina, el ácido glutámico y el áci¿:
aspártico pueden ceder radicales amino.
La transaminación la favorecen varias enzimas, entre las que
se encuentran las aminotransferasas, derivadas de la piridoxina.
una de las vitaminas B (B6). Sin esta vitamina, los aminoácidos
se sintetizan sólo escasamente y la formación de proteínas no
prosigue con normalidad.
Uso de las proteínas para obtener energía
Célula reticuloendotelial
Figura 69-2 Equilibrio reversible entre las proteínas tisulares, las
proteínas plasmáticas y los aminoácidos plasmáticos.
durante la inanición o las enfermedades debilitantes graves, la
relación entre todas las proteínas tisulares y plasmáticas perm a­
nece relativamente constante en torno a 33 a 1.
Debido a este equilibrio reversible entre las proteínas plas­
máticas y el resto de proteínas del organismo, uno de los tra­
tamientos más eficaces de la carencia proteica aguda y grave
es la transfusión intravenosa de proteínas plasmáticas. Al cabo
de unos días, o incluso de horas, los aminoácidos de la proteína
administrada se distribuyen por todas las células del organismo
para formar proteínas según sea necesario.
Una vez que las células alcanzan su límite de almacenamiento
de proteínas, el resto de los aminoácidos de los líquidos orgá­
nicos se degradan y se aprovechan para obtener energía o
se depositan sobre todo como grasa o, de modo secundario,
como glucógeno. Esta degradación ocurre casi enteramente en
el hígado y comienza con la desaminación, que se describe a
continuación.
Desaminación. Desaminación significa eliminación de los
grupos amínicos de los aminoácidos y sucede, en particular,
mediante la transaminación, es decir, la transferencia de gru­
pos amínicos a una sustancia receptora, proceso contrario al de
la transaminación ya descrita en relación con la síntesis de los
aminoácidos.
La mayor parte de la desaminación sucede mediante la
siguiente reacción de transaminación:
Ácido a-cetoglutárico + Aminoácido
J
Aminoácidos esenciales y no esenciales
Diez de los aminoácidos habituales de las proteínas animales se
sintetizan dentro de las células, mientras que los otros diez no se
pueden sintetizar o sólo en cantidades demasiado pequeñas para
suplir las necesidades orgánicas. Este segundo grupo de aminoá­
cidos que no se pueden sintetizar se llama aminoácidos esencia­
les. El uso de la palabra «esencial» no significa que los otros diez
«no esenciales» no sean igualmente necesarios para la síntesis de
proteínas, sino tan sólo que los otros no son esenciales en la dieta
porque el organismo los puede sintetizar.
La síntesis de los aminoácidos no esenciales depende prin­
cipalmente de la formación, en primer lugar, de a-cetoácidos
pertinentes, precursores de los aminoácidos respectivos. Por
ejemplo, el ácido pirúvico, que se produce en grandes cantidades
durante la glucólisis, es el cetoácido precursor del aminoácido
alanina. Después, mediante transaminación, se transfiere un
radical amino al a-cetoácido mientras el oxígeno cetónico pasa
al donador del radical aminoácido. Esta reacción se ilustra en la
figura 69-3. Obsérvese en esta figura que el radical amino cedido
al ácido pirúvico proviene de otra sustancia química estrecha­
Figura 69-3 Síntesis de alanina a partir del
ácido pirúvico mediante transaminación.
Ácido glutámico + a-cetoácido
+ NAD+ + H20
'-------►- NADH + H+ + N H 3
Obsérvese en este esquema que el grupo amínico del ami­
noácido se transfiere al ácido a-cetoglutárico, que se convierte
luego en ácido glutámico. El ácido glutámico puede transferir
entonces el grupo amínico a otras sustancias, o puede liberarlo
en forma de amoníaco (NH3). Con la pérdida del grupo amí­
nico, el ácido glutámico se convierte de nuevo en ácido a-cetoglutárico, de manera que el ciclo se repite una y otra vez. Para
iniciar este proceso, el exceso de aminoácidos de las células,
sobre todo de los hepatocitos, induce una activación cuantiosa
de aminotransferasas, enzimas que comienzan casi siempre la
desaminación.
NH2— C — CH2— CH2— CH— COOH
II
I
O
NH2
(Glutamina)
.
+
NHP— C — CHP— CHP— C — COOH
Il
f
D
II
O
O
(Ácido a-cetoglutámico)
834
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
CH3— C — COOH
II
O
(Ácido pirúvico)
CHo— C — COOH
'
+
1
NH
(Alanina)
Transaminasa
---------------------- ►-
Capítulo 69
2
n h 3 + c o 2-» h 2 n — c — n h 2 + h 2o
El hígado sintetiza casi toda la urea formada en el cuerpo
humano. Si falla el hígado o sufre una enfermedad grave, el amo­
níaco se acumula en la sangre. Este, a su vez, resulta extremada­
mente tóxico, en especial para el cerebro y a menudo induce un
estado llamado coma hepático.
Las fases de formación de la urea son en esencia las siguientes:
Ornitina + C 0 2 + N H 3
Citrulina
-H ,0
NH3
J
-H ,0
Y
Arginina
(Arginasa)
+ h 2o
© ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
s------ -- Urea
Después de su formación, la urea difunde desde las células
hepáticas a los líquidos corporales y se excreta por los riñones.
Oxidación de los aminoácidos desaminados. Una vez que
los aminoácidos se han desaminado, los cetoácidos resultantes
pueden, en la mayor parte de los casos, oxidarse para liberar
energía con fines metabólicos. Esto suele implicar dos procesos
sucesivos: 1) el cetoácido se convierte en una sustancia química
apropiada para entrar en el ciclo del ácido cítrico, y 2) dicha sus­
tancia se degrada después en este ciclo y se utiliza para obte­
ner energía, de la misma manera que la acetil coenzima A (acetil
CoA) derivada del metabolismo de los hidratos de carbono y de
los lípidos, como se explicó en los capítulos 67 y 68. En general, la
cantidad de trifosfato de adenosina (ATP) sintetizada por gramo
de proteína oxidada es algo menor que la formada por gramo de
glucosa oxidada.
Cluconeogenia y cetogenia. Ciertos aminoácidos desami­
nados se asemejan a los sustratos normalmente utilizados por las
células, sobre todo las hepáticas, para sintetizar glucosa o ácidos
grasos. Por ejemplo, la alanina desaminada es ácido pirúvico y
se puede convertir en glucosa o glucógeno, o bien en acetil CoA
para polimerizarse entonces en ácidos grasos. Por otro lado, dos
moléculas de acetil CoA se pueden condensar para generar ácido
acetoacético, uno de los cuerpos cetónicos, como se expuso en
el capítulo 68.
La conversión de los aminoácidos en glucosa o glucógeno se
llama gluconeogenia y la conversión de los aminoácidos en cetoá­
cidos o ácidos grasos, cetogenia. Dieciocho de los 20 aminoáci­
dos desaminados pueden, por su estructura química, convertirse
en glucosa y 19, en ácidos grasos.
Descomposición obligatoria de las proteínas
Si una persona no ingiere proteínas, parte de las proteínas del
cuerpo continúa descomponiéndose en aminoácidos que des­
pués se desaminan y oxidan. Esta descomposición supone de
20 a 30 g de proteínas al día y se denomina pérdida obligatoria
de proteínas. Por eso, para evitar -una pérdida neta de proteínas
corporales, hay que ingerir un mínimo de 20 a 30g de proteínas al
día, pero para estar más seguro se recomienda un mínimo de
60 a 75 g.
Las proporciones de los diferentes aminoácidos en las proteí­
nas de la dieta se deben aproximar a las de los tejidos si se apro­
vecharan todas las proteínas para la síntesis de nuevas proteínas
tisulares. Si baja la concentración de un aminoácido esencial
concreto los demás se tornan inútiles porque las células o sinteti­
zan proteínas enteras o no sintetizan ninguna en absoluto, como
se explicó en el capítulo 3 sobre la síntesis proteica. Entonces, los
aminoácidos no utilizables se desaminan y oxidan. Una proteína
con una proporción de aminoácidos diferente de la habitual para
el organismo se denomina proteína parcial o proteína incom­
pleta y posee menos valor nutritivo que la proteína completa.
Efecto del ayuno sobre la descomposición proteica. Con
excepción de los 20 a 30 g diarios de degradación obligatoria de
proteínas, el organismo utiliza casi en exclusiva los hidratos de car­
bono o las grasas para obtener energía mientras disponga de ellos.
Sin embargo, tras varias semanas de ayuno se empiezan a agotar
los hidratos de carbono y las grasas almacenados y empiezan a
desaminarse y oxidarse con rapidez los aminoácidos de la sangre
para obtener energía. De ahí en adelante se acelera la descompo­
sición de las proteínas tisulares con rapidez (hasta 125 g al día) y,
lógicamente, las funciones celulares se deterioran de inmediato. El
organismo prefiere la energía de los hidratos de carbono y de las
grasas sobre la de las proteínas; por eso, se dice que los hidratos de
carbono y las grasas ahorran proteínas.
Regulación hormonal del metabolismo proteico
La hormona del crecimiento aumenta la síntesis de las
proteínas celulares. La hormona de crecimiento eleva la tasa
de síntesis de proteínas celulares. El mecanismo preciso por el
que la hormona de crecimiento incrementa la síntesis de pro­
teínas se desconoce, pero se atribuye a un mayor transporte de
aminoácidos a través de las membranas celulares, a una acele­
ración de los procesos de transcripción y traducción del ADN
y del ARN para la síntesis de proteínas y a una reducción de la
oxidación de las proteínas de los tejidos.
La insulina es necesaria para la síntesis de proteínas. La
ausencia completa de insulina anula prácticamente la síntesis
proteica. La insulina acelera el transporte de algunos aminoá­
cidos a las células, lo que podría constituir el estímulo para la
síntesis de proteínas. Además, la insulina reduce la degradación
de las proteínas y aumenta el aporte de glucosa a las células y
reduce, en consecuencia, el uso energético de los aminoácidos.
Los glucocorticoides aumentan la descomposición de
casi todas las proteínas tisulares. Los glucocorticoides secre­
tados por la corteza suprarrenal reducen la cantidad de proteínas
de la mayor parte de los tejidos, pero aumentan la concentra­
ción de aminoácidos en el plasma, así como las proteínas hepá­
ticas y plasmáticas. Se cree que los glucocorticoides aceleran la
descomposición de las proteínas extrahepáticas, aumentando la
cantidad de aminoácidos disponible en los líquidos orgánicos.
Esto, a su vez, permite al hígado sintetizar mayores cantidades
de proteínas celulares hepáticas y plasmáticas.
La testosterona aumenta el depósito tisular de proteí­
nas. La testosterona, la hormona sexual masculina, aumenta el
depósito de proteínas en todos los tejidos, en especial el de proteínas
contráctiles en los músculos (incremento del 30 al 50%). Se desco­
noce el mecanismo, pero difiere claramente del de la hormona de
crecimiento: la hormona de crecimiento favorece el crecimiento
casi indefinido de los tejidos, mientras que la testosterona hace que
835
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UN
Formación de urea en el hígado. El amoníaco liberado durante
la desanimación de los aminoácidos desaparece de la sangre casi
por completo y se transforma en urea; para ello, dos moléculas
de amoníaco y una de dióxido de carbono se unen siguiendo esta
reacción neta:
Metabolismo de las proteínas
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
los músculos y, en mucho menor grado, otros tejidos proteicos
aumenten de tamaño durante unos meses. No obstante, una vez
alcanzado el máximo en los músculos y otros tejidos proteicos, el
depósito de proteínas cesa, aunque prosiga la administración de
testosterona.
Estrógenos. Los estrógenos, la principal hormona sexual
femenina, también provocan cierto depósito de proteínas, pero
este efecto parece insignificante comparado con el de la
testosterona.
Tiroxina. La tiroxina aumenta el metabolismo de todas las
células y, como resultado de ello, afecta de forma indirecta al
metabolismo proteico. Si no se dispone de suficientes hidratos
de carbono y grasas para obtener energía, la tiroxina provoca
una rápida degradación de las proteínas y las usa para obtener
energía. En cambio, si se cuenta con cantidades adecuadas de
hidratos de carbono y grasas y también con un exceso de ami­
noácidos en el líquido extracelular, la tiroxina aumenta, de
hecho, la síntesis de proteínas. La carencia de tiroxina de los ani­
males o seres humanos en período de crecimiento inhibe mucho
el crecimiento por la ausencia de síntesis proteica. En esencia, se
cree que la tiroxina ejerce muy poco efecto directo y específico
sobre el metabolismo proteico, pero sí posee un efecto general
importante al aumentar las reacciones catabólicas y anabólicas
normales de las proteínas.
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CAPITULO 70
ig g a g s a s ' ui . i i «wn<»«n»^i " ' ww»i i —
—
f|
El hígado como órgano
Aunque el hígado es un órgano
único, cumple muchas funcio­
nes, pero tiene también entidad
propia. Muchas de sus funcio­
nes guardan relación entre sí,
como se manifiesta en particu­
lar en los trastornos hepáticos,
donde se alteran numerosas
funciones a la vez. Este capítulo resume las diferentes funciones
del hígado, entre ellas: 1) la filtración y el almacenamiento de la
sangre; 2) el metabolismo de los hidratos de carbono, proteínas,
grasas, hormonas y compuestos químicos extraños; 3) la forma­
ción de la bilis; 4) el depósito de vitaminas y de hierro, y 5) la
síntesis de los factores de la coagulación.
Aparte de por las células hepáticas, los sinusoides venosos
están tapizados por otros dos tipos de células: 1) las células
endoteliales típicas y 2) las grandes células de Kupffer (también
denominadas células reticuloendoteliales), que son macrófagos
residentes que revisten los sinusoides y que fagocitan las bacte­
rias y otros cuerpos extraños de la sangre de los sinusoides.
El revestimiento endotelial de los sinusoides tiene poros muy
grandes, algunos de ellos con un diámetro de casi 1 p,m. Por
debajo de esta capa y entre las células endoteliales y hepáticas se
encuentran espacios tisulares estrechos denominados espacios
de Disse, también llamados perisinusoidales. A su vez, los millo­
nes de espacios de Disse se comunican con los vasos linfáticos
de los tabiques interlobulillares. Por consiguiente, el exceso de
líquido que fluye por estos espacios desaparece por la vía linfá­
tica. Dados los poros tan grandes del endotelio, las sustancias
plasmáticas se mueven libremente por el espacio de Disse. De
hecho, incluso grandes porcentajes de las proteínas plasmáticas
difunden sin dificultad a su través.
Anatomía fisiológica del hígado
El hígado es el órgano más voluminoso del cuerpo y representa
el 2% del peso corporal total, es decir, alrededor de 1,5 kg para un
adulto tipo. La unidad funcional básica es el lobulillo hepático,
una estructura cilindrica de varios milímetros de longitud y de
0,8 a 2 mm de diámetro. El hígado humano contiene entre 50.000 y
100.000 Iobulillos.
El lobulillo hepático, cuya sección se ilustra en la figu­
ra 70-1, se constituye alrededor de una vena central (o centrolobulillar) que desemboca en las venas hepáticas y, luego, en
la vena cava. El propio lobulillo se compone, en esencia, de
múltiples placas celulares hepáticas (dos de ellas aparecen en
la figura 70-1), que se alejan de la vena central como los radios
de una rueda. Cada placa hepática suele componerse de dos
células y entre las células adyacentes se encuentran pequeños
canalículos biliares que drenan en los conducidlos biliares;
estos discurren por los tabiques fibrosos que separan los lobulillos hepáticos.
Los tabiques también llevan vénulas portales que reciben, sobre
todo, la sangre venosa del tubo digestivo a través de la vena porta.
Desde estas vénulas, la sangre se dirige hacia los sinusoides hepá­
ticos planos, ramificados, ubicados entre las placas hepáticas, y
después, hacia la vena central. Así pues, las células hepáticas están
constantemente expuestas a la sangre venosa portal.
Los tabiques interlobulillares contienen asimismo arteriolas hepáticas, que suministran sangre arterial a los tejidos septales intercalados entre los Iobulillos adyacentes; muchas de las
pequeñas arteriolas también desembocan directamente en los
sinusoides hepáticos, de ordinario en los situados a un tercio de
la distancia de los tabiques interlobulillares, como muestra la
figura 70-1.
Los sistemas vascular y linfático del hígado
El capítulo 15 expone la función del aparato vascular hepático,
en relación con la vena porta. A continuación sigue un breve
resumen.
Vena
central
Sinusoides
Espacio
de Disse
Vasos
linfáticos
terminales
Vena
porta'
Placa de células
hepáticas
Célula de Kupffer
Canalículos
biliares
Conducto
linfático
Arteria
hepática
Conducto
biliar
Figura 70-1 Estructura básica del lobulillo hepático con las placas
celulares hepáticas, los vasos sanguíneos, el sistema colector de
la bilis y el sistema linfático compuesto por los espacios de Disse
y los vasos linfáticos interlobulillares. (Modificado de Guyton AC,
Taylor AE, Granger HJ: Circulatory Physiology. Vol 2: Dynamics and
Control of the Body Fluids. Philadelphia: WB Saunders, 1975.)
837
© 2011. Elsevier España, S.L. Reservados todos los derechos
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Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
El hígado recibe la sangre desde la vena porta
y la arteria hepática
El hígado posee un elevado flujo sanguíneo y unas
resistencias vasculares reducidas. Cada minuto llegan a los
sinusoides hepáticos desde la vena porta cerca de 1.050 mi de
sangre y desde la arteria hepática, 300 mi más, lo que representa
un total de 1.350 ml/min por término medio, es decir, un 27% del
gasto cardíaco en reposo.
La presión en la vena porta a su llegada al hígado se acerca
a 9 mmHg y la de la vena hepática que sale del hígado para ter­
minar en la cava suele ser casi exactamente de OmmHg. Esta
pequeña diferencia de presión, de tan sólo 9 mmHg, revela que
la resistencia al flujo sanguíneo a través de los sinusoides hepáti­
cos suele ser muy baja, sobre todo si se tiene en cuenta que cada
minuto circulan por esta vía unos 1.350 mi de sangre.
La cirrosis hepática aumenta mucho la resistencia al flujo
de la sangre. Cuando se destruyen las células parenquimatosas
del hígado y se reemplazan por tejido fibroso, que acaba
contrayéndose en torno a los vasos sanguíneos, la sangre portal
encuentra grandes obstáculos para su paso por el hígado. Este
proceso morboso se conoce como cirrosis hepática y casi siempre
obedece al etilismo crónico o al exceso de acumulación de grasas
en el hígado y la posterior inflamación hepática, un trastorno
denominado esteatohepatitis no alcohólica (EHNA). Una forma
menos grave de acumulación de grasas e inflamación del hígado,
la enfermedad hepática grasa no alcohólica (EHGNA), es la
causa más común de enfermedad hepática en muchos países
industrializados, entre ellos EE. UU., y suele asociarse con la
obesidad y la diabetes tipo II.
La cirrosis puede ocurrir también después de la ingestión de
toxinas, como el tetracloruro de carbono; enfermedades víricas,
como las hepatitis infecciosas, u obstrucción o procesos infec­
ciosos de la vía biliar.
Además, a veces el sistema porta se tapona por un gran coá­
gulo que surge dentro de la vena porta o de sus ramas prin­
cipales. Si la obstrucción se establece de manera repentina, se
dificulta enormemente el retorno de la sangre del intestino y del
bazo por el sistema portal del hígado, con lo que aparece hiper­
tensión portal, y la presión capilar dentro de la pared intestinal
se eleva de 15 a 20 mmHg por encima de la normal. A menudo,
el enfermo fallece a las pocas horas por la pérdida excesiva de
líquidos de los capilares sanguíneos hacia la luz y las paredes
del intestino.
El hígado actúa como depósito de sangre
El hígado es un órgano expansible y sus vasos pueden almace­
nar grandes cantidades de sangre. El volumen normal de sangre,
tanto de las venas hepáticas como de los sinusoides, es de 450 mi,
es decir, casi un 10% del volumen sanguíneo total del organismo.
Si la presión en la aurícula derecha aumenta y se transmite al
hígado, este se expande y aloja de 0,5 a 1 1 más de sangre en
las venas y sinusoides. Así sucede sobre todo en la insuficiencia
cardíaca con congestión periférica, que se expone en el capítulo 22.
Por consiguiente, el hígado es, en efecto, un órgano venoso,
grande y expansible que puede actuar como un depósito muy
valioso de sangre cuando la sangre aumenta y aporta cantidades
adicionales, cuando este disminuye.
El hígado posee un flujo linfático muy grande
Como los poros de los sinusoides hepáticos son tan permeables
y facilitan el paso de los líquidos y las proteínas a los espacios de
Disse, la linfa que drena el hígado contiene, de ordinario, una
concentración de proteínas próxima a 6 g/dl, un poquito más
baja que la de las proteínas del plasma. Por otro lado, la alta
permeabilidad del epitelio sinusoidal permite la formación de
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mucha linfa. En consecuencia, casi la mitad de la linfa del orga­
nismo en reposo la forma el hígado.
Las presiones vasculares hepáticas elevadas pueden
favorecer la trasudación de líquidos del hígado y de
los capilares portales hacia la cavidad abdominal:
ascitis. Cuando la presión en las venas hepáticas se eleva de
3 a 7 mmHg por encima de la normal, se empiezan a trasudar
cantidades exageradas de líquidos hacia la linfa y a escapar por
la cara externa de la cápsula hepática en dirección a la cavidad
abdominal. Este líquido es casi plasma puro y contiene de un 80 a
un 90% de las proteínas del plasma normal. Para una presión
en la vena cava de 10-15 mmHg, el flujo linfático del hígado
se multiplica hasta por 20 y la «trasudación» por la superficie
hepática aumenta, a veces, tanto que se acumulan enormes
cantidades de líquido libre en la cavidad abdominal, fenómeno
conocido como ascitis. La obstrucción del flujo portal a su
paso por el hígado también eleva la presión capilar en todo
el sistema portal del tubo digestivo, provoca edema de la
pared intestinal y una trasudación de líquidos desde la serosa
del intestino hacia la cavidad abdominal que puede, igualmente,
ocasionar ascitis.
Regulación de la masa hepática: regeneración
El hígado posee una enorme capacidad de recuperación después
de una pérdida importante de tejido hepático, bien por hepatectomía parcial o por una lesión hepática aguda, siempre y cuando
dicha lesión no se complique con una infección vírica o con
inflamación. La hepatectomía parcial, en la que se extirpa hasta
el 70% del hígado, hace que los lóbulos restantes se expandan
y el hígado recupere su tamaño original. Esta regeneración es
sorprendentemente rápida, tan sólo de 5 a 7 días entre las ratas.
Durante la regeneración hepática, se cree que los hepatocitos
se reproducen una o dos veces; cuando se alcanza el tamaño y
el volumen originales del hígado, los hepatocitos revierten a su
estado quiescente habitual.
El control de esta rápida regeneración del hígado se sigue
sin entender bien pero, aparentemente, el factor de crecimiento
hepatocitario (HGF) es esencial para la división y el crecimiento
de las células hepáticas. El HGF es producido por las células
mesenquimatosas del hígado y de otros tejidos, pero no por los
hepatocitos. Los valores sanguíneos de HGF se elevan más de
20 veces tras la hepatectomía parcial, pero las respuestas mitógenas sólo suelen darse en el hígado después de este tipo de
intervención, lo que llevó a pensar en que se activa únicamente
el HGF del órgano afectado. Es posible que otros factores de
crecimiento, en particular el factor de crecimiento epidérmico,
así como citocinas, del tipo factor de necrosis tumoral e interleucina-6, intervengan estimulando la regeneración de los
hepatocitos.
Cuando el hígado adquiere de nuevo su tamaño original, se
acaba el proceso de la división hepatocitaria. Una vez más, no
se conocen bien los factores involucrados, pero el factor de cre­
cimiento transformante ¡3, una citocina secretada por las célu­
las hepáticas, es un potente inhibidor de la proliferación de los
hepatocitos y, al parecer, podría constituir el elemento principal
que finaliza la regeneración hepática.
Los experimentos fisiológicos indican que el crecimiento
del hígado está regulado estrecham ente por alguna señal des­
conocida relacionada con el tam año del organismo, por lo
que para m antener una función metabòlica óptima se precisa
una relación óptim a entre el peso del hígado y el del orga­
nismo. Sin embargo, en las enfermedades hepáticas asociadas
a fibrosis, inflamación o infecciones víricas, el proceso rege­
nerativo del hígado se altera seriamente y la función hepática
se deteriora.
Capítulo 70
Funciones metabólicas del hígado
El hígado es un gran depósito de células, con capacidad de reac­
ción química, que realizan un metabolismo intenso, puesto
que los sistemas metabólicos comparten sustratos y energía y,
además, en este órgano se procesan y se sintetizan numerosas
sustancias transportadas a otras regiones del organismo que
cumplen miles de funciones metabólicas diferentes. Por todo
ello, gran parte de la disciplina bioquímica se ocupa de las reac­
ciones metabólicas del hígado. A continuación se resumirán las
funciones metabólicas de mayor interés para la comprensión de
la fisiología integrada del organismo.
Metabolismo de los hidratos de carbono
Dentro del metabolismo de los hidratos de carbono, el hígado
cumple estas funciones, como se resumen en el capítulo 67:
1. Depósito de grandes cantidades de glucógeno.
1. Oxidación de los ácidos grasos para proveer energía desti­
nada a otras funciones corporales.
2. Síntesis de grandes cantidades de colesterol, fosfolípidos y
casi todas las lipoproteínas.
3. Síntesis de grasa a partir de las proteínas y de los hidratos de
carbono.
Para extraer energía de las grasas neutras, primero se escinde
la grasa en glicerol y ácidos grasos; luego, se rompen los ácidos
grasos mediante oxidación /3 en radicales acetilo de dos carbo­
nos que forman la acetil coenzima A (acetil CoA). Esta, a su vez,
ingresa en el ciclo del ácido cítrico para oxidarse y liberar can­
tidades ingentes de energía. La oxidación (3 puede suceder en
todas las células del organismo, pero sobre todo y de manera
rápida en las del hígado. El hígado, por sí mismo, no puede uti­
lizar toda la acetil CoA formada; en su lugar, la acetil CoA se
transforma en ácido acetoacético, un ácido muy soluble, por la
condensación de dos moléculas de acetil CoA. El ácido acetoa­
cético de las células hepáticas pasa al líquido extracelular y luego
es transportado por el organismo y absorbido por los demás teji­
dos. Estos tejidos reconvierten, por su lado, el ácido acetoacético
en acetil CoA y después oxidan esta de la manera acostumbrada.
Así pues, el hígado se responsabiliza de una parte esencial del
metabolismo de las grasas.
Cerca del 80% del colesterol sintetizado en el hígado se con­
vierte en sales biliares que se segregan a la bilis; el resto se trans­
porta con las lipoproteínas por la sangre hacia las células de los
tejidos. Los fosfolípidos también se sintetizan en el hígado y se
transportan sobre todo con las lipoproteínas. Las células utili­
zan el colesterol y los fosfolípidos para formar las membranas,
las estructuras intracelulares y numerosas sustancias químicas
esenciales para el funcionamiento celular.
Casi toda la síntesis de lípidos del organismo a partir de los
hidratos de carbono y de las proteínas tiene lugar, asimismo,
en el hígado. Una vez que se sintetiza la grasa en el hígado, es
transportada por las lipoproteínas hacia el tejido adiposo para
su almacenamiento.
2. Conversión de la galactosa y de la fructosa en glucosa.
Metabolismo de las proteínas
3. Gluconeogenia.
4. Formación de muchos compuestos químicos a partir de los
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productos intermedios del metabolismo de los hidratos de
carbono.
El hígado resulta decisivo para mantener la glucemia dentro
de límites normales. El depósito de glucógeno explica por qué
el hígado extrae el exceso de glucosa de la sangre, lo almacena
y luego lo devuelve a la sangre cuando la glucemia empieza a
descender de forma peligrosa. Esta es la función amortiguadora
de la glucosa del hígado. La glucemia de una persona con una
función hepática insuficiente se duplica o triplica, si ingiere
una comida rica en hidratos de carbono, con respecto a la de
otra con una función hepática normal.
La gluconeogenia hepática también contribuye decisivamente
a mantener la glucemia dentro de la normalidad, puesto que sólo
se activa en grado importante cuando la concentración de glu­
cosa desciende por debajo de los valores normales. Entonces,
grandes cantidades de aminoácidos y de glicerol de los triglicéridos se transforman en glucosa y ayudan a mantener la glucemia
dentro de límites relativamente normales.
Metabolismo de las grasas
Casi todas las células del organismo metabolizan la grasa, pero
algunos aspectos de este metabolismo tienen lugar, sobre todo,
en el hígado. Las funciones concretas del hígado en el metabo­
lismo de las grasas, que se resumen en el capítulo 68, son estas:
El organismo no puede prescindir de la contribución del hígado
al metabolismo proteínico más allá de unos días, sin que de ello
se deriven consecuencias mortales. Las funciones principales del
hígado en el metabolismo de las proteínas, tal y como se resume
en el capítulo 69, son estas:
1. Desaminación de los aminoácidos.
2. Formación de urea para eliminar el amoníaco de los líquidos
corporales.
3. Formación de proteínas del plasma.
4. Interconversión de los distintos aminoácidos y síntesis de
otros compuestos a partir de los aminoácidos.
Para su aprovechamiento energético o su conversión en
hidratos de carbono o grasas se precisa la desaminación de los
aminoácidos. Algunos tejidos del organismo, en particular los
riñones, pueden realizar una desaminación mínima, bastante
menor que la del hígado.
La síntesis hepática de urea elimina el amoníaco de los líqui­
dos corporales. Mediante la desaminación se producen grandes
cantidades de amoníaco y las bacterias del intestino fabrican de
forma continua alguna cantidad supletoria que se absorbe por
la sangre. Así pues, si el hígado no sintetiza urea, la concentra­
ción plasmática de amoníaco aumenta con rapidez y provoca un
coma hepático y la muerte. De hecho, incluso cuando disminuye
en exceso el flujo sanguíneo por el hígado (como sucede, en
839
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UN
El sistema de macrófagos hepáticos depura la sangre
La sangre que fluye por los capilares intestinales recoge muchas
bacterias del intestino. De hecho, antes de su entrada en el
hígado, una muestra de sangre de la vena porta casi siempre con­
tendrá bacilos cólicos si se cultiva, mientras que el crecimiento
de los bacilos del colon es muy raro en la sangre de la circulación
general.
Las imágenes cinematográficas especiales, a gran velocidad,
de la acción de las células de Kupffer, los grandes macrófagos
fagocíticos que tapizan los sinusoides venosos del hígado, han
puesto de relieve la eficiencia depuradora de la sangre de estas
células tras su paso por los sinusoides; cuando una bacteria entra
en contacto momentáneo con una célula de Kupffer, en menos de
0,01 s atraviesa la pared de esta célula y queda atrapada de forma
permanente hasta su digestión. Es muy probable que menos del
1% de las bacterias que pasan a la sangre portal desde el intestino
logren atravesar el hígado y lleguen a la circulación general.
El hígado como órgano
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
ocasiones, cuando se establece una derivación entre las venas
porta y la cava), se genera un exceso de amoníaco en la sangre,
estado extremadamente tóxico.
En principio, casi todas las proteínas del plasma, con excep­
ción de algunas gammaglobulinas, se fabrican en las células del
hígado, es decir, alrededor del 90%. Las demás gammaglobuli­
nas son los anticuerpos sintetizados, en principio, por las células
plasmáticas de los tejidos linfáticos. El hígado puede formar las
proteínas del plasma con un ritmo máximo de 15 a 50g/día. Por
eso, aun si se eliminaran hasta la mitad de las proteínas plasmáti­
cas del organismo, se podrían reponer antes de 1 a 2 semanas.
La reducción de las proteínas del plasma acelera, curiosa­
mente, la mitosis de las células hepáticas y el crecimiento del
hígado; estos efectos se unen a una rápida salida de proteínas
del plasma, hasta que la concentración plasmática se normaliza.
Cuando ocurre una enfermedad crónica del hígado (p. ej., cirro­
sis), las proteínas del plasma, del tipo de la albúmina, descien­
den hasta valores muy bajos y determinan edema generalizado y
ascitis, como se explica en el capítulo 29.
Una de las funciones capitales del hígado consiste en sin­
tetizar algunos aminoácidos y otros compuestos químicos
importantes a partir de estos. Por ejemplo, los denominados
aminoácidos no esenciales se pueden sintetizar, todos ellos, en
el hígado. Para este fin, primero se sintetiza un cetoácido, cuya
composición química (salvo la del oxígeno cetónico) es la misma
que la del aminoácido formado. Luego, se transfiere un radical
amínico, a través de varios pasos de tmnsaminación, desde
el aminoácido disponible hasta el cetoácido, que ocupa el lugar
del oxígeno cetónico.
El hígado elimina o depura los medicamentos, las rc rmonas y otras sustancias. El medio químico activo del
:
tiene fama por su capacidad para detoxificar o eliminar m s i a
medicamentos hacia la bilis, como sulfamidas, penicilina, am acilina o eritromicina.
De manera análoga, algunas hormonas secretadas por
glándulas endocrinas se modifican químicamente o se elinr- —
por el hígado, entre otras la tiroxina y casi todas las h o rm eo s
esteroideas, como los estrógenos, el cortisol y la aldosterc -^
En general, las lesiones hepáticas determinan una acum ulad::
excesiva de una o más de estas hormonas en los líquidos cor­
porales y, por tanto, una posible hiperactividad de los siste= ^
hormonales.
Por último, una de las vías principales para la elimínacioa
del calcio del organismo consiste en su secreción hepática h - ~
la bilis, con lo que termina en el intestino y se elimina con s s
heces.
Otras funciones metabólicas del hígado
El hígado es el lugar de almacenamiento de las vitaminas.
El hígado propende, en particular, al depósito de las vitaminas y,
ya desde hace tiempo, constituye una fuente extraordinaria de
ciertas vitaminas terapéuticas. La vitamina A es la que más se
deposita en el hígado, que también contiene grandes cantidades
de vitamina D y de vitamina B12. El hígado puede almacenar can­
tidades suficientes de vitamina A para prevenir su carencia hasta
10 meses. Las cantidades de vitamina D bastan para evitar una
carencia durante 3 a 4 meses y las de vitamina B12 durante, como
mínimo, 1 año y quizá varios más.
El hígado deposita el hierro en forma de ferritina. Si se
exceptúa el hierro de la hemoglobina de la sangre, el mayor por­
centaje de hierro del organismo se almacena, con mucho, en el
hígado en forma d e ferritina. Las células hepáticas contienen
grandes cantidades de apoferritina, una proteína que se une al
hierro de manera reversible. Así pues, cuando el organismo dis­
pone de cantidades extraordinarias de hierro, las combina con
la apoferritina para formar ferritina, que se deposita así en las
células hepáticas hasta que se hace necesaria su presencia. Si
el hierro de los líquidos corporales circulantes es muy bajo, la
ferritinalo libera. En consecuencia, elsistema de apoferritina-ferritina del hígado actúa como amortiguador del hierro sanguíneo y
como sistema de depósito del hierro. Las demás funciones del
hígado, en relación con el metabolismo del hierro y la formación
de los eritrocitos, se exponen en el capítulo 32.
El hígado produce las sustancias de la coagulación de la
sangre. Las sustancias creadas en el hígado para la coagulación
son el fihrinógeno, la protrombina, la globulina aceleradora, el
factor VII y algunos otros factores importantes. Los procesos
metabólicos para la síntesis de algunas de estas sustancias en el
hígado, en particular la protrombina y los factores VII, IX y X,
exigen la presencia de vitamina K. Si falta la vitamina K, las con­
centraciones de todos ellos disminuyen de manera notable, con
lo que casi se impide la coagulación de la sangre.
840
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Medición de la bilirrubina en la bilis
como herramienta clínico-diagnóstica
Los capítulos 64 y 65 exponen la formación de la bilis por é.
hígado y la función de las sales biliares en los procesos diges­
tivos y absortivos del aparato digestivo. Por otro lado, muchas
sustancias se excretan en la bilis y luego se eliminan con ¿s
heces. Una de ellas es el pigmento amarillo verdoso llamado büzrrubina, un producto terminal e importante de la descompcs:ción de la hemoglobina, como se señaló en el capítulo 32. Sss
embargo, constituye una herramienta muy valiosa para el diag­
nóstico tanto de las enfermedades hemolíticas como de algunas
enfermedades del hígado. Así pues, valiéndonos de la figura 70-2.
explicaremos todo este proceso.
De una manera resumida, una vez que el eritrocito
alcanzado la plenitud de su vida (media de 120 días), y resulta
demasiado frágil para seguir en el aparato circulatorio, su mem­
brana celular se rompe y la hemoglobina liberada la fagocitar
los macrófagos tisulares del organismo (el denominado sistema
reticuloendoteliaí). La hemoglobina se escinde primero en gicbina y hemo y el anillo hemo se abre para dar; 1) hierro libre que
la transferrina transporta en la sangre, y 2) una cadena recta ce
cuatro núcleos pirrólicos, que constituye el sustrato final a par­
tir del cual se forma la bilirrubina. La primera sustancia que se
forma es la biliverdina, aunque enseguida se reduce hacia bilirru­
bina libre, también conocida por bilirrubina no conjugada, que
va liberándose poco a poco de los macrófagos hacia el plasma.
Esta forma de bilirrubina se une de manera inmediata e intensa
a la albúmina del plasma, que la transporta por la sangre y los
líquidos intersticiales.
En muy pocas horas, la bilirrubina no conjugada se absorbe
por la membrana del hepatocito. Al entrar dentro del hepatocito.
se desliga de la albúmina plasmática y muy pronto se conjuga, en
un 80%, con el ácido glucurónico para generar glucuronato de
bilirrubina, en un 10% con el ácido sulfúrico para formar sulfate
de bilirrubina y en un 10% final con muchas de otras sustancias,
De esta manera, la bilirrubina sale de los hepatocitos a través de
un mecanismo de transporte activo y se excreta a los canalículos
biliares y, desde aquí, hacia el intestino.
Formación y destino del urobilinógeno. Casi la mitad de la
bilirrubina «conjugada» se transforma, una vez dentro del intes­
tino y por el efecto bacteriano, en el compuesto urobilinógeno,
muy soluble. Parte del urobilinógeno se reabsorbe por la mucosa
intestinal hacia la sangre, pero la mayoría vuelve a eliminarse
por el hígado hacia el intestino; cerca de un 5% se elimina por
los riñones con la orina. Después de la exposición de la orina al
Capítulo 70
El hígado como órgano
UNIDAD
Figura 70-2 Formación y eliminación de la bilirrubina.
X
S
aire, el urobilinógeno se oxida hacia la urobilina; si se trata de las
heces, el urobilinógeno se modifica y oxida para dar la estercobilina. La figura 70-2 muestra estas reacciones de la bilirrubina y
de los otros productos derivados.
© ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
La ictericia: exceso de bilirrubina en los líquidos
extracelulares
La ictericia significa tinte amarillento de los tejidos corporales,
entre otros de la piel y de los tejidos profundos. La causa habitual
de la ictericia es la gran cantidad de bilirrubina, tanto no conju­
gada como conjugada, de los líquidos extracelulares. La concen­
tración plasmática normal de bilirrubina, casi exclusivamente en
forma no conjugada, alcanza 0,5 mg/dl de plasma por término
medio. En algunos estados anómalos, el valor puede aumen­
tar hasta 40 mg/dl, en su mayor parte de bilirrubina conjugada.
La piel empieza a denotar la ictericia cuando la concentración
aumenta hasta tres veces el valor normal, es decir, por encima
de 1,5 mg/dl.
Las causas más comunes de ictericia comprenden: 1) des­
trucción acelerada de los eritrocitos con liberación rápida de bili­
rrubina hacia la sangre, y 2) obstrucción de la vía biliar o daño de
las células hepáticas, de forma que ni siquiera el tubo digestivo
excreta las cantidades normales de bilirrubina. Estos dos tipos de
ictericia se conocen, respectivamente, como ictericia hemolítica
e ictericia obstructiva y difieren en varios aspectos.
La ictericia hemolítica obedece a la hemolisis de los eri­
trocitos. La función excretora del hígado no se altera en la icte­
ricia hemolítica, pero los eritrocitos se destruyen con tal rapidez
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
que las células hepáticas no logran eliminar la bilirrubina con
la prontitud necesaria. Por eso, la concentración plasmática de
bilirrubina no conjugada se eleva por encima de lo normal.
De manera análoga, la velocidad de síntesis de urobilinógeno en
el intestino aumenta y gran parte de este compuesto se absorbe
hacia la sangre para su eliminación posterior con la orina.
La ictericia obstructiva obedece a la obstrucción de la vía
biliar o a enfermedades hepáticas. En la ictericia obstructiva,
debida a una obstrucción de la vía biliar (casi siempre por una
obstrucción del colédoco por un cálculo biliar o por un cáncer)
o por la lesión de los hepatocitos (p. ej., en la hepatitis), la veloci­
dad de síntesis de la bilirrubina es normal, pero la bilirrubina for­
mada no puede pasar de la sangre al intestino. La bilirrubina no
conjugada suele entrar en el hepatocito y se conjuga de la manera
habitual. Esta bilirrubina conjugada regresa luego a la sangre,
quizá por la rotura de los canalículos biliares congestionados y
por el vertido directo de la bilis a la linfa que sale del hígado. Por
consiguiente, casi toda la bilirrubina del plasma es conjugada,
en lugar de no conjugada.
Diagnóstico diferencial entre la ictericia hemolítica y obs­
tructiva. Las pruebas de laboratorio permiten separar la bilirru­
bina no conjugada de la conjugada en el plasma. Casi toda la
bilirrubina es de tipo «no conjugada» en la ictericia hemolítica
y «conjugada» en la obstructiva. Para separar las dos formas se
emplea la prueba conocida como reacción de van den Bergh.
Si se obstruye por completo el flujo de bilis, no llega nada
de bilirrubina al intestino para su conversión en urobilinó­
geno por las bacterias. Por eso, la sangre tam poco reabsorbe
841
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
el urobilinógeno y este no se elimina por los riñones hacia la
orina. En una palabra, las pruebas de urobilinógeno en orina
son completamente negativas en la ictericia obstructiva com­
pleta. Por otro lado, las heces toman un color arcilla por la
falta de estercobilina y de otros pigmentos biliares.
Otra diferencia esencial entre la bilirrubina no conjugada y
la conjugada es que los riñones pueden eliminar pequeñas can­
tidades de bilirrubina conjugada muy soluble, pero no la bilirru­
bina no conjugada ligada a la albúmina. Por consiguiente, en la
ictericia obstructiva grave, aparecen cantidades importantes de
bilirrubina conjugada en la orina, para lo cual basta con agitar la
orina y observar la espuma, que vira a un color amarillo intenso.
En definitiva, si se conoce la fisiología de la eliminación de la bili­
rrubina por el hígado y se emplean algunas pruebas muy senci­
llas, se puede diferenciar casi siempre entre los diferentes tipos
de enfermedades hemolíticas y enfermedades hepáticas, aparte de
establecer la gravedad del proceso.
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CAPÍTULO 71
Equilibrio energético; regulación prandial;
obesidad y ayuno; vitaminas y minerales
Existe, en condiciones
e stacio n arias, un
e q u ilib rio e n tre las
e n tra d a s y salidas
e n e rg éticas
La ingestión de hidratos de carbono, grasas y proteínas aporta
energía para las diversas funciones del organismo o para su
almacenamiento y uso posterior. La estabilidad prolongada del
peso y de la composición orgánica exige un equilibrio entre el
aporte y el gasto energéticos. Si una persona se sobrealimenta y
el aporte energético excede de forma continua el gasto, casi todo
el exceso se deposita en forma de grasa, con lo que aum enta el
peso corporal; al contrario, si el aporte de energía no basta para
satisfacer las demandas metabólicas del organismo, se pierde
masa corporal y aparece un estado de inanición.
Dado que los alimentos contienen porcentajes diferentes de
proteínas, hidratos de carbono, grasas, minerales y vitaminas,
hay que mantener además un equilibrio adecuado de ellos para
proveer a todos los segmentos de los sistemas metabólicos cor­
porales del material necesario. En este capítulo se exponen los
mecanismos reguladores de la ingestión de alimentos en función
de la demanda metabólica y se comentan algunos problemas
para mantener el equilibrio con los distintos tipos de alimentos.
Equilibrio dietético
Energía de los alimentos
La energía que libera cada gramo de hidratos de carbono, tras su
oxidación a dióxido de carbono y agua, es de 4,1 calorías (en este
campo, 1 caloría significa, en realidad, 1 kilocaloría) y cada gramo
de grasa, 9,3 calorías. La energía liberada por el metabolismo de
las proteínas habituales de la alimentación, tras la oxidación de un
gramo a dióxido de carbono, agua y urea, representa 4,35 calorías.
Por otro lado, el porcentaje medio que se absorbe de estas sustan­
cias en el tubo digestivo también varía: cerca del 98% de los hidratos
de carbono, el 95% de las grasas y el 92% de las proteínas. Por tanto,
la energíafisiológica disponible media contenida en cada gramo de
estos tres principios inmediatos de la alimentación corresponde a:
Calorías
Hidratos de carbono
4
Crasas
9
Proteínas
4
Los norteamericanos medios ingieren un 15% de la ener­
gía en forma de proteínas, un 40% como grasas y un 45% como
hidratos de carbono. En casi todos los países no occidentales, la
energía de los hidratos de carbono excede con mucho la de las
proteínas y la de las grasas. De hecho, en algunas regiones del
mundo donde escasea la carne, la energía combinada que apor­
tan las grasas y las proteínas no supera el 15 al 20%.
La tabla 71-1 muestra la composición de algunos alimentos
y, en particular, el elevado porcentaje de grasas y proteínas de
los productos cárnicos y el gran porcentaje de hidratos de car­
bono de la mayoría de los veget ales y cereales. La grasa alimen­
taria es muy engañosa, porque suele encontrarse en forma de
grasa entera, mientras que las proteínas y los hidratos de car­
bono están mezclados con el agua, y representan, de ordinario,
menos del 25% del peso. Por esta razón, la grasa de un taco de
mantequilla mezclada con una ración entera de patata contiene,
a veces, tanta energía como la propia patata.
Los requisitos diarios medios de proteínas corresponden a
3 0 -5 0 g. Cada día se descomponen de 20 a 3 0 g de proteínas
corporales, para producir otros compuestos químicos corpo­
rales. Por eso, todas las células han de fabricar siempre pro­
teínas nuevas para reponer las destruidas y el régimen debe
contener una cantidad mínima de proteínas. En general, para
m antener los depósitos de proteínas se necesita ingerir de 30
a SOg al día.
Algunas proteínas contienen cantidades inadecuadas de
ciertos aminoácidos esenciales y no sirven para reponer las
proteínas destruidas. Estas se denominan proteínas parciales y,
cuando abundan en el régimen, los requisitos diarios de proteí­
nas aumentan mucho más de lo normal. En general, las proteínas
de origen animal son más completas que las de origen veget al
o cereal. Por ejemplo, la proteína del maíz casi no contiene triptófano, uno de los aminoácidos esenciales. Por eso, las personas
que viven en países de bajos ingresos y consumen harina de maíz
como fuente principal de proteínas padecen en ocasiones el sín­
drome de carencia proteica conocido como kwashiorkor. Este
consiste en falta de crecimiento, obnubilación, depresión de las
funciones intelectuales y edema debido a la baja concentración
de proteínas.
Los hidratos de carbono y las grasas «ahorran proteí­
nas». Cuando los hidratos de carbono y las grasas abundan
en el régimen de alimentación, casi toda la energía corporal
deriva de estas dos sustancias y muy poca de las proteínas.
En consecuencia, se dice que los hidratos de carbono y las
grasas ahorran proteínas. En cambio, en la inanición, una vez
agotados los hidratos de carbono y las grasas, los depósitos
proteicos del organismo se consumen enseguida para proveer
energía; a veces se destruyen varios centenares de gramos al día
en lugar de la tasa diaria habitual de 30 a 50 g.
843
© 2011. Elsevier España, S.L. Reservados todos los derechos
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Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Tabla 71-1 Contenido de proteínas, grasas e hidratos de carbono de distintos alimentos
Alimentos
Proteínas (%)
Grasas (%)
Hidratos de carbono (%)
Valor energético en calorías por 100 g
Anacardos
19,6
47,2
26,4
609
Atún enlatado
24,2
10,8
0,5
194
Cacahuetes
26,9
44,2
23,6
600
Carne de vaca (porción normal)
17,5
22
1
268
Cerdo, jamón
15,2
31
1
340
18
570
Chocolate
5,5
52,9
Col
1,4
0,2
5,3
29
14,2
7,4
68,2
396
Espárragos
2,2
0,2
3,9
26
Espinacas
2,3
0,3
3,2
25
Fresas
0,8
0,6
8,1
41
Guisantes frescos
6,7
0,4
17,7
101
Leche fresca entera
3,5
3,9
4,9
69
4,3
73,4
372
0,4
733
64
Copos de avena secos sin cocer
Maíz (mazorca)
10
81
Mantequilla
0,6
Manzanas
0,3
0,4
14,9
Melaza
0
0
60
240
72
Merluza
17,2
0,3
0,5
Naranjas
0,9
0,2
11,2
50
15
64,4
15,6
702
9
3,6
49,8
268
1
599
Nueces
Pan blanco
Panceta a la plancha
Patatas
55
25
2
0,1
19,1
85
230
Pierna de cordero (tamaño medio)
18
17,5
1
Pollo, limpio y deshuesado
21,6
2,7
1
111
Queso Cheddar, americano
23,9
32,3
1,7
393
Remolacha fresca
1,6
0,1
9,6
46
Tocino graso
6,2
0,7
712
Tomates
1
0,3
4
23
Zanahorias
1,2
0,3
9,3
45
76
Métodos para determinar el consumo metabólico
de proteínas, hidratos de carbono y grasas
El «cociente respiratorio» es la relación entre la producción de
C 02y la utilización de O z y sirve para estimar el consumo de gra­
sas y de hidratos de carbono. Cuando se metabolizan los hidratos
de carbono con el oxígeno, se forma exactamente una molécula de
dióxido de carbono por cada molécula de oxígeno consumida. Esta
relación entre la eliminación del dióxido de carbono y el consumo de
oxígeno se denomina cociente respiratorio; por eso, el cociente res­
piratorio de los hidratos de carbono es igual a 1.
Cuando se oxidan las grasas en las células corporales, se for­
man 70 moléculas de dióxido de carbono por cada 100 de oxígeno
consumidas. Por tanto, el cociente respiratorio de las grasas metabolizadas se aproxima a 0,7. El cociente respiratorio medio para las
844
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
proteínas oxidadas en las células es de 0,8. La razón por la que el
cociente respiratorio de las grasas y de las proteínas es menor que
el de los hidratos de carbono radica en que parte del oxígeno metabolizado con estos alimentos ha de combinarse con el exceso de
átomos de hidrógeno de sus moléculas y, por esta razón, se forma
menos dióxido de carbono en relación con el oxígeno empleado.
Examinemos ahora cómo puede aprovecharse el cociente res­
piratorio para establecer el consumo relativo de los diferentes ali­
mentos por el organismo. En primer lugar, se recordará del capítulo 39
que la eliminación de dióxido de carbono por los pulmones divi­
dida por la inhalación de oxígeno en ese mismo período se conoce
como cociente de intercambio respiratorio. El cociente de inter­
cambio respiratorio a lo largo de 1h o más equivale exactamente
al cociente respiratorio medio de las reacciones metabólicas del
organismo. Si el cociente respiratorio de una persona es de 1, estará
Capítulo 71
Equilibrio energético; regulación prandial; obesidad y ayuno; vitaminas y minerales
Inmediatamente después de cualquier comida, casi todo el
alimento metabolizado corresponde a los hidratos de car­
bono, de modo que el cociente respiratorio se aproxima a 1 en
ese momento.
2. De 8 a 10 h después de las comidas, el organismo ya ha con­
sumido casi todos los hidratos de carbono disponibles y el
cociente respiratorio se acerca al del metabolismo lipídico, es
decir, a 0,7.
3. En la diabetes mellitus no tratada, las células orgánicas utili­
zan muy pocos hidratos de carbono, porque necesitan insu­
lina para este fin. Por eso, ante una diabetes grave, el cociente
respiratorio se mantiene la mayor parte del tiempo en torno
al del metabolismo lipídico, 0,7.
La eliminación de nitrógeno permite evaluar el m etabo­
lismo de las proteínas. Las proteínas contienen, de ordinario,
ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
un 16% de nitrógeno. Cuando se metaboliza una proteína, casi el
90% de este nitrógeno se elimina con la orina en forma de urea,
ácido úrico, creatinina y otros productos nitrogenados. El 10%
restante se excreta con las heces. Por tanto, la tasa de descom­
posición de las proteínas orgánicas se puede calcular midiendo
la cantidad de nitrógeno en la orina, sumando un 10% del nitró­
geno excretado con las heces y multiplicando por 6,25 (es decir,
100/16) para hallar la cantidad total de proteínas metabolizadas
en gramos por día. Así, una eliminación diaria de 8 g de nitró­
geno en la orina significa que se han descompuesto alrededor
de 55 g de proteínas. Si la ingestión diaria de proteínas es menor
que su destrucción diaria, se dice que el equilibrio nitrogenado es
negativo, es decir, que los depósitos orgánicos de proteínas dis­
minuyen cada día.
R eg u la ció n de la in g e s tió n d e a lim e n to s
y la c o n s e rv a c ió n d e e n e rg ía
La estabilidad de la masa total y de la composición orgánicas a
lo largo de períodos extensos exige una correspondencia entre
el aporte y el consumo de energía. Como se expone en el capí­
tulo 72, tan sólo el 27% de la energía ingerida llega, en condi­
ciones normales, a los sistemas funcionales celulares y una gran
parte acaba transformándose en calor, que se genera como con­
secuencia del metabolismo de las proteínas y de la actividad de
los músculos y de los distintos órganos y tejidos corporales. El
exceso de energía se deposita sobre todo como grasa, mien­
tras que un aporte energético deficiente provoca una pérdida
de la masa corporal total hasta que bien el consumo energético
acaba por igualar el aporte o bien la persona fallece.
Los centros nerviosos regulan la ingestión
de alim entos
La sensación de hambre se asocia con un deseo imperioso de
alimentos y otros efectos fisiológicos, como contracciones rít­
micas del estómago y agitación que impulsan la búsqueda del
alimento. El apetito es el deseo de alimento, a menudo muy con­
creto, y ayuda a determinar la calidad de la alimentación. Si la
búsqueda del alimento surte efecto, aparece una sensación de
saciedad. Todas estas sensaciones dependen de factores ambien­
tales y culturales y también de elementos fisiológicos que regu­
lan centros concretos del encéfalo, en particular, el hipotálamo.
El hipotálamo aloja los centros del hambre y de la
saciedad. Varios centros neuronales del hipotálam o parti­
cipan en el control de la ingestión de alimentos. Los núcleos
laterales del hipotálamo actúan como centro de la alim enta­
ción, porque cuando se estim ulan excitan un apetito voraz
(hiperfagia). Por el contrario, la destrucción del hipotálamo
lateral anula el deseo de alimento y propicia una inanición
progresiva, estado caracterizado por un adelgazamiento
notable, debilidad m uscular y m etabolism o reducido. El cen­
tro hipotalám ico lateral de la alimentación em ite los im pul­
sos m otores para la búsqueda de alimento.
Los núcleos ventromediales del hipotálamo sirven, en
cambio, como centro de la saciedad y se cree que confieren
una sensación de placer nutricional que inhibe el centro de la
alimentación. La estimulación eléctrica de esta región puede
inducir una saciedad com pleta y, de hecho, cuando se ofre­
cen alim entos muy apetitosos, el animal los rechaza (afagia).
Al contrario, la destrucción de los núcleos ventrom ediales
m otiva una alim entación voraz y continua hasta que el ani­
mal alcanza una obesidad extrema, cuadruplicando en oca­
siones su peso.
84 5
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
X
1.
Pese a la enorm e variabilidad en los depósitos energé­
ticos (es decir, masa adiposa) de las diferentes personas, es
imprescindible un aporte energético suficiente y m antenido
para sobrevivir. Por eso, el organism o dispone de poderosos
sistemas de regulación fisiológica que ayudan a m antener un
aporte energético adecuado. Cuando se reducen los depósi­
tos de energía, se activan de inm ediato diversos mecanismos
que producen ham bre e im pulsan a la persona a buscar ali­
mento. El consum o energético de los deportistas y trabajado­
res manuales, con una actividad muscular elevada, alcanza a
veces entre 6.000 y 7.000 calorías al día, m ientras que el de
las personas sedentarias se reduce a 2.000 calorías diarias.
Por eso, este enorm e consum o energético que acompaña
al trabajo físico estimula tam bién un aum ento de la ingesta
calórica.
¿Cuáles son los m ecanism os fisiológicos que detectan
los cambios en el equilibrio energético y modifican la bús­
queda de alimento? El sostenim iento de un aporte energético
suficiente es tan im portante que existen diversos sistemas
reguladores, a corto y largo plazo, que gobiernan no sólo la
ingestión de alimentos, sino tam bién el consum o energético
y los depósitos de energía. En los próximos apartados descri­
bimos algunos de estos sistemas reguladores y su funciona­
m iento en condiciones fisiológicas, así como en la obesidad
y el ayuno.
UNIDAD
metabolizando casi exclusivamente hidratos de carbono, porque
los cocientes respiratorios de las grasas y de las proteínas metabolizadas son bastante menores de 1. De forma análoga, si el cociente
respiratorio se aproxima a 0,7, el organismo estará metabolizando
casi exclusivamente grasas y no hidratos de carbono ni proteínas.
Por último, como la cantidad de proteínas metabolizadas es muy
reducida y se puede despreciar, todo cociente respiratorio entre
0.7.y 1 describe la relación aproximada entre el metabolismo de los
hidratos de carbono y de las grasas. Dicho con más precisión, se
empieza determinando el consumo de proteínas por la eliminación
de nitrógeno, como se comenta en el siguiente apartado. Después,
mediante la fórmula matemática pertinente, se calcula de manera
casi exacta la utilización de los tres principios inmediatos.
Algunos de los datos más interesantes de los estudios sobre el
cociente respiratorio son:
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Se cree, asimismo, que los núcleos paraventriculares, dorsomediales y arqueados del hipotálam o tam bién contribuyen
decisivamente a regular la ingestión de los alimentos. Por
ejemplo, las lesiones de los núcleos paraventriculares sue­
len determ inar una alim entación exagerada, m ientras que
las de los núcleos dorsom ediales m erm an, por lo general,
la conducta alimentaria. Com o se m enciona más adelante,
los núcleos arqueados son los centros del hipotálam o donde
convergen num erosas horm onas liberadas desde el tubo
digestivo y el tejido adiposo para regular la ingestión de ali­
m entos y el consum o energético.
Existe una gran com unicación química entre las n euro­
nas del hipotálamo; estos centros coordinan, en conjunto,
los procesos que regulan el com portam iento alim entario y
la percepción de la saciedad. Estos núcleos del hipotálam o
tam bién influyen en la secreción de algunas horm onas, de
im portancia para el equilibrio y el m etabolism o energéticos,
entre otras las horm onas tiroideas y suprarrenales, así como
las de las células de los islotes pancreáticos.
El hipotálam o recibe señales nerviosas del tubo digestivo
que portan inform ación sensitiva acerca del llenado gástrico,
señales químicas de los nutrientes de la sangre (glucosa, am ino­
ácidos y ácidos grasos) que indican la saciedad y señales de las
horm onas gastrointestinales, de las hormonas liberadas por el
tejido adiposo y de la corteza cerebral (visión, olfacción y gusto)
que modifican la conducta alimentaria. La figura 71-1 ilustra
algunas de estas señales que llegan al hipotálamo.
Los centros hipotalámicos de la alimentación y de la saciedad
contienen m uchos receptores para los neurotransm isores
y las horm onas que m odulan la conducta alimentaria. En
la tabla 71-2 se enum eran algunas de las num erosas sus­
tancias que m odificaron el apetito y la conducta alimentaria
en los estudios de experim entación y que suelen catalogarse
com o 1) orexígenas, si estim ulan el apetito, o 2) anorexígenas,
si lo inhiben.
N e u ro na s y n e u ro tran sm iso re s del h ip o tá lam o
que e stim ulan o inhiben la alim entación. Los núcleos
arqueados del hipotálam o contienen dos tipos de neuronas
muy im portantes en la regulación del apetito y del consum o
energético (fig. 71-2); 1) las neuronasPO M C (proopiomelanocortina) que producen la horm ona estim ulante a de los
m elanocitos (a-M SH ) junto con el transcrito relacionado
con la cocaína y la anfetam ina (CART) y 2) las neuronas que
producen las sustancias orexígenas neuropéptido Y (NPY)
y proteína relacionada con agutí (AGRP). La activación de
las neuronas PO M C reduce la ingesta y aum enta el con­
sum o energético, m ientras que la de la neuronas NPY-AGRP
aum enta la ingesta y reduce el consum o energético. Como
se com enta más adelante, estas neuronas constituyen, al
parecer, los objetivos principales de diversas horm onas que
regulan el apetito, entre ellas la leptina, la insulina, la colecistocinina (CCK) y la grelina. De hecho, las neuronas de los
núcleos arqueados representan, al parecer, un lugar de con­
vergencia para m uchas de las señales nerviosas y periféricas
que regulan los depósitos energéticos.
Las neuronas POM C liberan a-M S H que, a su vez, actúa
sobre los receptores melanocortínicos situados sobre todo
en las neuronas de los núcleos paraventriculares. Pese a que
se conocen, com o mínimo, cinco subtipos de receptores
Hipotálamo
Estómago
Páncreas
Intestino grueso
Intestino delgado
Figura 71-1 Mecanismos de retroalimentación para el control de
la ingesta. Los receptores de estiramiento gástrico activan las vías
sensoriales aferentes del nervio vago e inhiben la ingestión de ali­
mentos. El péptidoYY (PYY), la colecistocinina (CCK) y la insulina
son hormonas gastrointestinales liberadas por la ingestión de ali­
mentos que suprimen la alimentación. La grelina se libera desde el
estómago, sobre todo durante el ayuno, y estimula el apetito. La
leptina es una hormona producida en cantidades crecientes por
las células adiposas, a medida que aumentan de tamaño; inhibe la
ingestión de alimentos.
m elanocortínicos (MCR), los más im portantes en la regu­
lación de la ingesta y del equilibrio energético son M CR-3
y MCR-4. La activación de estos receptores disminuye la
ingesta, m ientras que aum enta el consum o energético. Al
contrario, la inhibición de MCR-3 y M CR-4 aum enta consi­
derablem ente la ingesta y reduce el consum o energético. Al
parecer, el increm ento del consum o energético tras la activa­
ción de MCR está mediado, al menos en parte, por la activación
de vías neuronales que se proyectan desde los núcleos para­
ventriculares hasta el núcleo del tracto solitario y estimula la
actividad del sistema nervioso simpático.
El sistema melanocortínico del hipotálam o desempeña
una función capital en la regulación de los depósitos ener­
géticos del organismo; la señalización defectuosa de la vía
m elanocortínica se asocia a obesidad extrema. De hecho,
las m utaciones de MCR-4 constituyen la causa monogènica
conocida m ás com ún de obesidad hum ana y en algunos estu­
dios se propone que las m utaciones de M CR-4 pueden justi­
ficar hasta el 5-6% de la obesidad grave y precoz de los niños.
En cambio, la activación excesiva del sistema melanocortínico
846
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Capítulo 71
Equilibrio energético; regulación prandial; obesidad y ayuno; vitaminas y minerales
Disminución
Estimula la alimentación
(orexígeno)
de la ingesta (anorexígeno)
Hormona estimulante a
de los melanocitos (a-MSH)
Neuropéptido Y (NPY)
Leptina
Proteína relacionada con
agutí (AGRP)
Serotonina
Hormona concentradora
de melanina (MCH)
Noradrenalina
Orexinas A y B
Hormona liberadora
Endorfinas
de corticotropina
reduce el apetito. En algunos estudios se señala que esta acti­
vación puede contribuir a la anorexia que acom paña a las
infecciones graves, a los tum ores malignos o la uremia.
El AGRP liberado desde las neuronas orexígenas del
hipotálam o es un antagonista natural de MCR-3 y MCR-4
y probablem ente aum enta la ingesta al suprim ir los efectos
estim uladores de los receptores melanocortínicos de la
a-M S H (v. fig. 71-2). No está todavía clara la función del
AGRP en la regulación fisiológica norm al de la ingesta, pero
la form ación excesiva del m ismo en ratones y seres hum anos,
motivada por m utaciones génicas, se asocia a un aum ento en
la ingestión de alimento y a obesidad.
El NPY tam bién se libera desde las neuronas orexígenas
de los núcleos arqueados. Cuando se reducen los depósitos
energéticos del organismo, se activan las neuronas orexíge­
nas y liberan NPY, que estimula el apetito. Al mismo tiempo,
la descarga de las neuronas PO M C se reduce, con lo que dis­
minuye la actividad de la vía m elanocortíníca y se estimula
más aún el apetito.
Insulina
Calanina (CAL)
Colecistocinina (CCK)
Aminoácidos (glutamato y
ácido -y-aminobutírico)
Péptido parecido alglucagón (GLP)
Cortisol
Transcrito regulado por la cocaína
y anfetamina (CART)
Crelina
Centros neurales qu e m odifican el proceso m e c á ­
nico de la alim entación. O tro aspecto de la alimentación
Péptido YY (PYY)
Endocannabinoides
es el acto m ecánico en sí mismo. Si se secciona el encéfalo
por debajo del hipotálamo, pero por encim a del mesencé-
Neuronas
de PVN
Neurona
, Ingestión
de alimentos
I Ingestión
Yde alimentos
AGRP/
NPY
MCR-3
© ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
Tercer
ventrículo
Grelina
POMC/
CART
Al núcleo del tracto
solitario (NTS)
• Actividad simpática
• Consumo energético
Núcleo
arqueado
Insulina,
leptina,
CCK
Figura 71-2 Control del equilibrio energético por los dos tipos de neuronas de los núcleos arqueados; 1) las neuronas POMC (proopiomelanocortina), que liberan la hormona estimulante a de los melanocitos (a-MSH) y el transcrito regulado por la cocaína y la anfetamina
(CART), reducen la ingestión de alimentos y aumentan el consumo energético, y 2) las neuronas, que producen la proteína relacionada con
agutí (AGRP) y el neuropéptido Y (NPY), aumentan la ingesta y reducen el gasto energético. La a-MSH liberada por las neuronas POMC
estimula los receptores melanocortínicos (MCR-3 y MCR-4) de los núcleos paraventriculares (PVN), que, a su vez, activan las vías neuronales
que se proyectan hasta el núcleo del tracto solitario (NTS) y la actividad simpática, así como el consumo energético. La AGRP actúa como
antagonista de MCR-4. La insulina, la leptina y la colecistocinina (CCK) son hormonas que inhiben las neuronas AGRP-NPY y estimulan las
neuronas POMC-CART adyacentes, reduciendo la ingesta. La grelina, una hormona secretada desde el estómago, activa las neuronas AGRP-NPY
y estimula la ingesta. LepR, receptor de leptina; Y,R, receptor de neuropéptido Y1. (Reproducido a partir de Barsh GS, Schwartz MW: Nature
Rev Genetics 3:589, 2002.)
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847
UN
Tabla 71-2 Neurotransmisores y hormonas que regulan la
alimentación e influyen en los centros de saciedad del hipotálamo
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
falo, el animal todavía puede ejecutar la actividad m ecánica
básica de la alimentación, es decir, salivar, lamerse los labios,
masticar el alim ento y deglutirlo. Así pues, la mecánica real
de la alimentación está sujeta a control p o r los centros del
tronco encefálico. La función de los dem ás centros de la ali­
m entación radica, entonces, en el control de la cantidad de
alimento consum ida y en la estimulación de estos centros
m ecánicos de la alimentación.
Los centros neurales suprahipotalám icos tam bién inter­
vienen de form a decisiva para controlar la alimentación, en
particular el apetito. Estos centros son, en especial, la amíg­
dala y la corteza prefrontal, íntim am ente relacionada con el
hipotálam o. Com o podrá recordarse de la exposición sobre
la olfacción del capítulo 53, las partes de la amígdala repre­
sentan un elem ento principal del sistema nervioso olfatorio.
Las lesiones destructivas de la amígdala han revelado que
algunas de estas regiones aum entan la alim entación y otras
la inhiben. Además, la estimulación de ciertas regiones amigdalinas desencadena el acto m ecánico de la alimentación. Un
efecto im portante de la destrucción de am bas amígdalas es la
«ceguera psíquica» para elegir los alimentos. Dicho de otra
m anera, el animal (y, con toda seguridad, el ser hum ano)
pierde, o al m enos lo hace en parte, el control del apetito, es
decir, del tipo y de la calidad de alimentación.
Factores reguladores de la cantidad de alim entos
consumida
La regulación de la cantidad de alimentos se puede dividir en
una regulación inmediata, que se ocupa sobre todo de evitar
la sobrealim entación en cada comida, y otra tardía, que se
encarga en particular de m antener los depósitos energéticos
del organismo dentro de la normalidad.
Regulación a c o rto plazo de la ingestión alim entaria
Cuando una persona ham brienta empieza a com er de
m anera voraz y rápida, ¿por qué deja de hacerlo cuando ha
ingerido suficientes alimentos? Esa persona no ha dispuesto
de tiem po para que sus depósitos energéticos se modifiquen
y tarda varias horas en absorber cantidades adecuadas de los
nutrientes en su sangre como para inhibir la alimentación.
Sin embargo, conviene que esa persona no se sobrealimente,
sino que ingiera una cantidad adecuada a sus necesidades
nutritivas. A continuación se describen algunas señales de
retroalim entación rápida que cum plen estos propósitos.
El llenado gastrointestinal inhibe la alimenta­
ción. Cuando se distiende el tubo digestivo, sobre todo el
estóm ago y el duodeno, las señales inhibitorias de estira­
m iento son transm itidas, en esencia po r vía vagal, al cen­
tro de alim entación para suprim ir su actividad y reducir el
deseo de com ida (v. fig. 71-1).
Los factores hormonales gastrointestinales supri­
men la alimentación. La colecistocinina (CCK), liberada
fundam entalm ente en respuesta a la entrada duodenal de
grasa y proteínas, entra en la sangre y actúa com o una h o r­
m ona para influir en varias funciones gastrointestinales,
com o la contracción de la vesícula biliar, el vaciado gás­
trico, la m otilidad del tubo digestivo y la secreción de áci­
dos gástricos, com o se com enta en los capítulos 62, 63 y 64.
Sin embargo, la CCK activa tam bién receptores en los ner­
vios sensoriales del duodeno, para enviar mensajes al encé­
falo por medio del vago que contribuyen a la saciedad y a
dejar de comer. El efecto de la CCK es de duración breve
y la adm inistración crónica de CCK no tiene por sí sola un
efecto im portante en el peso corporal. Por tanto, la CCK
actúa principalm ente para no ingerir un exceso de alimento,
aunque puede no desem peñar un papel im portante en la fre­
cuencia de las com idas o en la energía total consumida.
El péptido Y Y (PYY) se segrega en todo el tubo digestivo
pero particularm ente en el íleon y en el colon. La ingestión de
alimento estimula la liberación de PYY, cuya concentración
sanguínea asciende hasta alcanzar el máximo de 1 a 2 h des­
pués de la ingesta. Estos valores m áximos de PYY dependen
del núm ero de calorías ingeridas y de la com posición de los
alimentos; las cifras de PYY aum entan más tras ingerir una
com ida rica en grasas. Se ha com probado que la inyección de
PYY reduce la ingesta de los ratones durante 12 o más horas,
pero la im portancia de esta horm ona gastrointestinal en la
regulación del apetito hum ano sigue desconociéndose.
Por motivos que no están del todo aclarados, la presencia de
alimento en el intestino hace que este secrete el péptido pare­
cido al glucagón (GLP) que, a su vez, aumenta la producción y
secreción pancreáticas de insulina dependientes de la glucosa. El
péptido parecido al glucagón y la insulina tienden a suprimir el
apetito. Por eso, la ingestión de comida estimula la liberación de
diversas hormonas gastrointestinales que pueden inducir sacie­
dad y reducir más aún la ingestión de alimentos (v. fig. 71-1).
La grelina, una hormona gastrointestinal, estimula la
alimentación. La grelina es una h o rm ona liberada sobre
todo p o r las células oxínticas del estóm ago, pero tam bién,
y en m enor m edida, por el intestino. Los valores sanguí­
neos de la grelina aum entan durante el ayuno, alcanzan el
m áxim o justo antes de com er y luego dism inuyen enseguida
después de las com idas, lo que lleva a pensar en una posible
función estim uladora de la alim entación. Además, la adm i­
nistración de grelina aum enta la ingestión de alim entos en
los anim ales de experim entación, lo que respalda su posible
función com o h o rm ona orexígena. Sin em bargo, se sigue
desconociendo su m isión fisiológica en la especie hum ana.
Los receptores bucales miden el consumo de alimen­
tos. Cuando se ofrecen grandes cantidades de alimento a un
animal con una fístula esofágica, pese a que la comida salga
de inmediato al exterior, el grado de ham bre disminuye tras
el paso por la boca de una cantidad razonable de nutrientes.
Este efecto tiene lugar aunque no se rellene ni la mínima parte
del tubo digestivo. Por todo ello, se ha propuesto que algunos
«factores bucales» relacionados con la alimentación com o la
masticación, la salivación, la deglución y el gusto «miden» el
alimento a su paso por la boca y, una vez que se ha alcan­
zado un límite, inhiben los centros hipotalámicos de la ali­
mentación. Sin embargo, esta inhibición metrológica, que se
extiende de 20 a 40 min, es bastante m enos intensa y duradera
que la inhibición inducida por el llenado gastrointestinal.
Regulación interm edia y a largo plazo del c o n su m o
de a lim e n to s
Si u n animal ayuna durante m ucho tiem po y luego se le ofrece
una cantidad ilimitada de alimentos, consum irá volúmenes
m uy superiores a los de otro animal que siga una alimentación
normal. En cambio, un animal alimentado a la fuerza durante
84 8
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Capítulo 71
Equilibrio energético; regulación prandial; obesidad y ayuno; vitaminas y minerales
varias semanas tom ará muy poco alimento si se le deja actuar
con libertad. Por consiguiente, el m ecanism o de control ali­
m entario del cuerpo está guiado por el estado nutritivo.
Efecto de las concentraciones sanguíneas de glu­
cosa, aminoácidos y lípidos sobre el hambre y la ali­
mentación. D esde hace tiem po se sabe que el descenso
de la glucem ia provoca ham bre; este es el punto de par­
tida de la teoría glucostática del ham bre y de la regulación
prandial. En algunos estudios análogos y m ás recientes
se ha com probado este m ism o efecto de la concentración
sanguínea de am inoácidos y de la de los producto s de des­
com posición lipídica com o los cetoácidos y algunos áci­
dos grasos, que han dado pie a las teorías am inostática y
lipostática de regulación. En otras palabras, cuando dism i­
nuye la disponibilidad de cualquiera de los tres principios
inm ediatos, aum entan las «ganas de com er», con lo que, en
últim a instancia, se restablecen las concentraciones san ­
guíneas del m etabolito.
Los estudios neurofisiológicos de la función de algunas
regiones concretas del encéfalo corroboran, asimismo, las
teorías glucostática, am inostática y lipostática a través de
estas observaciones: 1) el increm ento de la glucemia aum enta
la velocidad de descarga de las neuronas glucorreceptoras del
centro de la saciedad de los núcleos ventromedial y paraventri­
cular del hipotálamo; 2) este mismo aum ento de la glucemia
reduce de m anera sim ultánea la descarga de las neuronas
glucosensibles del centro del hambre del hipotálamo lateral.
Por otro lado, algunos am inoácidos y sustancias lipídicas
modifican la tasa de descarga de estas mismas neuronas o de
las neuronas adyacentes.
Regulación térmica y consumo de alimentos. Un
anim al expuesto al frío tiende a alim entarse m ás y, si se
expone al calor, reduce la ingesta calórica. Esto se debe a la
interacción entre los sistem as reguladores de la tem peratura
y de la alimentación dentro del hipotálam o (v. capítulo 73).
Esta relación cobra im portancia porque un aum ento del
aporte alim entario de u n animal frío: 1) eleva la tasa
m etabólica y 2) sum inistra una mayor cantidad de grasa
para su aislamiento; am bos fenóm enos tienden a corregir
el estado de frío.
© ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
Las señales de retroalimentación del tejido adiposo
regulan la ingestión prandial. Casi toda la energía depo­
sitada en el organismo es grasa y su cantidad varía m ucho
entre las personas. ¿Cómo se regula esta reserva energética y
por qué varía tanto de una persona a otra?
Los estudios en seres hum anos y animales de experim en­
tación indican que el hipotálam o vigila el depósito ener­
gético a través de las acciones de la leptina, una horm ona
peptídica liberada desde los adipocitos. Si aum enta la canti­
dad de tejido adiposo (las señales traducen el exceso de ener­
gía depositada), los adipocitos sintetizan más leptina, que se
libera a la sangre. Luego la leptina llega al encéfalo, después
de atravesar la barrera hem atoencefálica m ediante difusión
facilitada, y ocupa los receptores de leptina de num erosos
lugares del hipotálamo, sobre todo de las neuronas POM C
de los núcleos arqueados y las neuronas de los núcleos paraventriculares.
La estim ulación de los receptores de leptina de estos
núcleos hipotalám icos pone en m archa m ultitud de accio­
nes que reducen el depósito de la grasa, como: 1) m enor
p roducción por el hipotálam o de sustancias estim uladoras
del apetito, com o N P Y y AGRP; 2) activación de las neuro­
nas P O M C con liberación de a-M S H y activación de los
receptores de m elanocortina; 3) mayor producción por el
hipotálam o de sustancias, com o la horm ona liberadora
de corticotropina, que red u cen la ingestión de alim entos;
4) hiperactividad sim pática (a través de las proyecciones
neurales del hipotálam o hacia los centros vasom otores), que
a u m en ta la ta sa m etab ó lica y el co n su m o energ ético , y
5) reducción de la secreción de insulina por las células beta del
páncreas, con lo que dism inuye el depósito energético. En
consecuencia, la leptina constituye un m edio esencial por el
que el tejido adiposo indica al cerebro que se ha depositado
ya suficiente grasa y que debe dejar de to m ar alimento.
Los ratones o los seres hum anos con m utaciones que
imposibilitan la síntesis de leptina por los adipocitos o que
producen receptores defectuosos de leptina en el hipotálam o
presentan una hiperfagia considerable y obesidad patoló­
gica. Sin embargo, no se ha podido dem ostrar una síntesis
deficitaria de leptina en casi ninguna persona obesa, puesto
que los valores plasmáticos de leptina aum entan en p ropor­
ción con la obesidad. Por eso, algunos fisiólogos creen que
la obesidad se asocia a una resistencia a la leptina; los recep­
tores de leptina o las vías de señalización posteriores, que
suelen activar la leptina, operan de m anera defectuosa entre
las personas obesas, porque estas siguen com iendo pese a
los valores tan altos de leptina.
O tra explicación del fracaso de la leptina para evitar
el depósito progresivo de grasa de los obesos podría ser la
enorm e redundancia de sistemas reguladores de la conducta
alimentaria, así como otros factores socioculturales que m oti­
van una ingesta excesiva a pesar del aum ento de la leptina.
Resumen sobre la regulación a largo plazo. A pesar de
la falta de precisión de los datos sobre los factores de retroa­
lim entación que regulan la alimentación en un plazo largo,
se puede afirmar de m anera genérica que, si los depósitos
de energía del organism o descienden por debajo del límite
normal, se estim ulan m ucho los centros de alim entación del
hipotálam o y de otras regiones del encéfalo y aum entan la
sensación de ham bre y la búsqueda de alimento. En cambio,
si los depósitos de energía (sobre todo, los de grasa) abun­
dan, suele desaparecer la sensación de ham bre y se pasa a un
estado de saciedad.
Im portancia de los sis te m a s prandiales reguladores
a c o rto y largo plazo
El sistema tardío de regulación prandial, con todos sus m eca­
nism os de retroalim entación de la energía nutricional, con­
tribuye a m antener constantes los depósitos de nutrientes de
los tejidos y evita su defecto o su exceso. Los estímulos regu­
ladores a corto plazo cum plen dos propósitos diferentes. En
prim er lugar, inducen a ingerir porciones m enores en cada
comida, con lo que el alim ento transita por el tubo digestivo
con un ritm o más estable y los m ecanism os de ingestión y
absorción trabajan de form a óptim a en lugar de verse des­
bordados de m odo interm itente. En segundo lugar, evitan
que una persona ingiera en cada comida cantidades de ali­
m ento que saturarían los sistemas de alm acenam iento m etabólico una vez absorbido aquel.
849
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Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Obesidad
La obesidad se puede definir como un exceso de grasa corporal.
El índice de masa corporal (IMC) es un marcador sucedáneo del
contenido de la grasa corporal y se calcula así:
IMC = peso en kg/talla en m 2
En clínica, se denomina sobrepeso a un IMC de entre 25 y
29,9 kg/m2 y obesidad, a un IMC superior a 30 kg/m2. El IMC no
constituye una estimación directa de la adiposidad ni toma en con­
sideración el hecho de que algunas personas presenten un IMC alto
debido a una gran masa muscular. En realidad, un método más ade­
cuado para definir la obesidad consiste en medir el porcentaje de la
grasa corporal total. La obesidad suele definirse como la presencia de
un 25% o más de grasa corporal total masculina y de un 35% o más
de grasa corporal femenina. Aunque el porcentaje de la grasa corpo­
ral se pueda estimar con distintos métodos, como la medición del
espesor del pliegue cutáneo, la impedancia bioeléctrica o el pesaje
subacuático, rara vez se aplican estos sistemas en clínica, puesto que
generalmente se recurre al IMC para evaluar la obesidad.
La prevalencia de obesidad entre los niños y adultos de EE. UU.
y de muchos otros países industrializados está aumentando
velozmente y se ha elevado por encima del 30% en la última
década. Alrededor del 64% de los adultos estadounidenses tienen
sobrepeso y casi el 33% de los adultos son obesos.
La obesidad es consecuencia de un mayor aporte de ener­
gía en relación con su consumo. Si entran en el organismo
cantidades de energía (en forma de alimento) superiores a las
que se consumen, aumentará el peso corporal y la mayor parte
de la energía sobrante se depositará como grasa. La adiposi­
dad exagerada (obesidad) se debe, por tanto, a un aporte energético
exagerado en relación con el consumo. Por cada 9,3 calorías de
exceso que ingresan en el organismo, se deposita 1 g de grasa.
La grasa se deposita sobre todo en los adipocitos del tejido sub­
cutáneo y de la cavidad intraperitoneal, aunque el hígado y otros
tejidos corporales de las personas obesas suelen acumular canti­
dades importantes de lípidos. Los procesos metabólicos implica­
dos en el depósito de la grasa se expusieron en el capítulo 68.
Antiguamente se creía que el número de adipocitos podía
aumentar considerablemente sólo durante la lactancia y la infan­
cia y que el aporte energético exagerado de los niños motivaba
una obesidad hiperplásica, acompañada de un mayor número de
adipocitos, de tamaño mínimamente elevado. A su vez, se creía
que la obesidad de los adultos era motivada únicamente por el
aumento en el tamaño de los adipocitos, es decir, que se trataba
de una obesidad hipertrófica. No obstante, en los estudios recien­
tes se ha comprobado que los nuevos adipocitos se diferencian de
los preadipocitos de tipo fibroblástico en cualquier período de la
vida y que la obesidad del adulto se acompaña de un aumento en
el número, y también en el tamaño, de los adipocitos. Una per­
sona muy obesa puede tener hasta cuatro veces más adipocitos,
cada uno con el doble de lípidos, que una persona delgada.
Cuando una persona se vuelve obesa y mantiene un peso
estable, el aporte energético se iguala, de nuevo, con el gasto.
Para que una persona adelgace, el aporte de energía debe ser
menor que su consumo.
La disminución del ejercicio físico y la regulación anómala
de la alimentación como causas de obesidad
Las causas de la obesidad son complejas. Aunque los genes
desempeñen una importante función para programar los poten­
tes mecanismos fisiológicos que regulan la ingestión de alimen­
tos y el metabolismo energético, los hábitos de vida y los factores
ambientales tienen una importancia decisiva para muchas
personas obesas. El incremento rápido en la prevalencia de la
obesidad durante los últimos 20 a 30 años subraya la función
capital de los hábitos de vida y del ambiente, puesto que los cam­
bios genéticos no se producen con tanta celeridad.
La vida sedentaria como causa im portante de obesidad. El
ejercicio físico regular y el entrenamiento aumentan, como se
sabe, la masa muscular y reducen la masa adiposa corporal,
mientras que una actividad física inadecuada suele acompa­
ñarse de un descenso de la masa muscular y de un aumento
de la adiposidad. Se ha demostrado, a través de estudios, una
relación estrecha entre la vida sedentaria, por ejemplo ver la
televisión durante muchas horas al día, y la obesidad.
Del 25 al 30% de la energía consumida cada día por una per­
sona normal se transforma en trabajo muscular; el de un trabajador
manual puede llegar hasta el 60-70%. El incremento del ejercicio
físico de las personas obesas suele ocasionar un consumo ener­
gético mayor del aporte alimentario y motivar un adelgazamiento
significativo. De hecho, incluso un episodio aislado de ejercicio
agotador aumenta el consumo energético basal durante varias
horas después de suspender la actividad física. Como la activi­
dad muscular es, sin duda, el medio más importante para consu­
mir energía, el incremento del ejercicio físico suele representar un
método eficaz para reducir los depósitos de grasa.
La conducta alimentaria anómala es una causa im por­
tante de obesidad. A pesar de que la ingesta esté regulada por
mecanismos fisiológicos robustos, se conocen asimismo factores
ambientales y psicológicos determinantes que motivan un com­
portamiento alimentario anómalo, el aporte excesivo de energía
y la obesidad.
Los factores ambientales, sociales y psicológicos con­
tribuyen a las anomalías alimentarias. Como ya se ha
expuesto, la importancia de los factores ambientales se refleja en
el aumento acelerado de la prevalencia de obesidad en la mayoría
de los países industrializados, que ha coincidido con una abun­
dancia de alimentos hiperenergéticos (en particular, alimentos
grasos) y una vida sedentaria.
Los factores psicológicos pueden contribuir a la obesidad de
algunas personas. Así, las personas suelen engordar mucho durante
o después de situaciones estresantes, como el fallecimiento de un
progenitor, una enfermedad grave o incluso una depresión. Aparen­
temente, la alimentación sirve de vehículo para aliviar la tensión.
La sobrealimentación infantil como posible causa de
obesidad. Otro factor que puede contribuir a la obesidad es
la idea prevalente de que los hábitos saludables de alimentación
obligan a ingerir tres comidas al día y a saciarse en cada ocasión.
Muchos niños pequeños son forzados a adquirir este hábito por
padres excesivamente preocupados y continúan practicándolo a
lo largo de la vida.
La velocidad con que se forman las nuevas células adiposas es
muy rápida en los primeros años de vida; cuanta más grasa se depo­
sita, más células adiposas aparecen. El número de las células adipo­
sas de los niños obesos suele triplicar el de los niños sanos. Por eso,
se ha propuesto que la sobrealimentación de los niños, sobre todo
durante la lactancia y, en menor medida, durante los años posterio­
res de la niñez, puede motivar una obesidad indefinida.
Las anomalías neurógenas como causa de obesidad.
Anteriormente, ya indicamos cómo las lesiones de los núcleos
ventromediales del hipotálamo inducían al animal a alimentarse
en exceso, con la obesidad consiguiente. Las personas con tumo­
res hipofisarios, que comprimen el hipotálamo, suelen sufrir una
obesidad progresiva, lo que demuestra que la obesidad humana
también puede obedecer a una lesión hipotalámica.
Pese a que casi nunca se detecten lesiones hipotalámicas entre
las personas obesas, es probable que la organización funcional
de los centros de alimentación del hipotálamo o de otros centros
850
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Capítulo 71
Equilibrio energético; regulación prandial; obesidad y ayuno; vitaminas y minerales
ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
Tratamiento de la obesidad
El tratamiento de la obesidad depende de que el aporte energé­
tico disminuya por debajo del consumo de energía, así como de la
creación de un balance energético negativo sostenido hasta lograr
el adelgazamiento deseado. En otras palabras, hay que reducir el
aporte de energía o aumentar el consumo. Las directrices actua­
les de los National Institutes of Health (NIH) recomiendan un
descenso del aporte calórico de 500 kilocalorías al día en caso de
sobrepeso y obesidad moderada (IMC > 25 pero < 35 kg/m2) para
lograr un adelgazamiento semanal aproximado de 0,5 kg. Se acon­
seja reducir más el aporte energético, entre 500 y 1.000 kilocalo­
rías al día, cuando el IMC excede de 35 kg/m2. De ordinario, si se
logra alcanzar y mantener este déficit energético, se obtiene un
adelgazamiento semanal de 0-5 a 1 kg, o bien del 10% del peso al
cabo de 6 meses. Para la mayoría de las personas que tratan de
adelgazar es fundamental, asimismo, aumentar la actividad física
como elemento para el adelgazamiento satisfactorio a largo plazo.
Casi todas las dietas adelgazantes, que reducen el aporte
energético, contienen grandes cantidades de «residuos», casi
siempre sustancias sin carácter nutritivo derivadas de la celu­
losa. Estos residuos distienden el estómago y aplacan, en parte,
el hambre. Esta intervención, tan sencilla, hace que la mayoría de
los animales de experimentación aumenten aún más la ingestión
de alimentos, pero el ser humano suele engañarse a sí mismo,
puesto que la ingesta a veces está regulada tanto por el hábito
como por el hambre. Como se indicará más adelante, en relación
con el ayuno, durante el período de adelgazamiento dietético
conviene prevenir las carencias vitamínicas.
Se han utilizado diversos fármacos para reducir la sensación
de hambre y tratar la obesidad. Los más usados son las anfetaminas (o derivados anfetamínicos), que inhiben directamente los
centros de la alimentación del encéfalo. Un fármaco empleado
para tratar la obesidad es la sibutramina, un simpaticomimético
que reduce la ingestión de alimentos y aumenta el consumo ener­
gético. El peligro de estos fármacos reside en que sobreestimulan
al mismo tiempo el sistema nervioso simpático, y elevando la pre­
sión arterial. Además, las personas se adaptan en seguida al medi­
camento, por lo que no suelen adelgazar más de un 5 a un 10%.
Otro grupo de medicamentos opera modificando el metabo­
lismo de los lípidos. Así sucede con el orlistat, un inhibidor de
la lipasa, que reduce la digestión intestinal de la grasa. Parte de
la grasa ingerida se elimina con las heces y, por tanto, se reduce
la absorción energética. Sin embargo, la eliminación fecal de la
grasa comporta efectos secundarios gastrointestinales desagra­
dables, aparte de la pérdida de vitaminas liposolubles.
Por último, muchas personas pueden adelgazar en grado sig­
nificativo si incrementan el ejercicio físico. Cuanto mayor sea
el ejercicio, mayor será también el consumo energético diario y
antes desaparecerá la obesidad. Por eso, el ejercicio forzado suele
constituir un elemento esencial para corregir la obesidad. En las
directrices clínicas actuales para el tratamiento de la obesidad se
recomienda, como primera medida, modificaciones de los hábitos
de vida, a saber, aumento de la actividad física junto con disminu­
ción del aporte calórico. A las personas con obesidad patológica
(IMC mayor de 40) o con IMC superior a 35, si se acompaña de
trastornos como la hipertensión o la diabetes de tipo II que predis­
ponen a otras enfermedades graves, se les puede ofrecer distintas
técnicas quirúrgicas para disminuir la masa adiposa del organismo
o reducir la cantidad de alimento ingerida con cada comida.
Dos de las intervenciones quirúrgicas más frecuentes,
empleadas en EE. UU. para tratar la obesidad mórbida, son la
cirugía de derivación gástrica y el cerclaje gástrico. La cirugía
de derivación gástrica se basa en construir una pequeña bolsa
en la porción proximal del estómago que se comunica después
con el yeyuno con una sección de intestino delgado de longitud
variable; la bolsa se separa del resto del estómago con grapas. La
cirugía de cerclaje gástrico consiste en colocar una banda elástica
alrededor del estómago, cerca de su extremidad superior; de esta
manera se crea una bolsa gástrica pequeña que limita la canti­
dad de alimento que se puede ingerir en cada comida. Aunque
estas técnicas quirúrgicas suelen seguirse de un adelgazamiento
sustancial de los pacientes obesos, se trata de técnicas de cirugía
mayor, cuyos efectos a largo plazo sobre la salud en general y la
mortalidad aún se ignoran.
Inanición, anorexia y caquexia
La inanición es el estado antagónico de la obesidad y se carac­
teriza por un adelgazamiento extremo. Puede obedecer a la dis­
ponibilidad insuficiente de alimentos o estados fisiopatológicos
que reducen mucho las ganas de comer, como trastornos psicógenos, anomalías hipotalámicas y factores liberados desde los
tejidos periféricos. La disminución del apetito puede asociarse
en muchos casos, sobre todo entre las personas con enfermeda­
des graves como el cáncer, a un mayor consumo de energía, lo
que determina un adelgazamiento peligroso.
La anorexia se puede definir como una disminución de la
ingestión de alimentos debida sobre todo a un descenso del apetito
(se opone a la definición literal de «no comer»). Esta definición
enfatiza la misión esencial de los mecanismos neurales centrales
851
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
UN
neurógenos de las personas obesas difiera de la de las personas
no obesas. Por otro lado, existen anomalías en los neurotransmisores o mecanismos receptores de las vías neurales hipotalámicas que regulan la alimentación. Esta teoría se ve respaldada
por el hecho de que las personas obesas, que han logrado adel­
gazar hasta un peso normal recurriendo únicamente a la dieta,
suelen experimentar mucha hambre, desde luego bastante más
que una persona sana. El «punto de ajuste» del sistema de con­
trol alimentario de una persona obesa se situaría en un nivel de
almacenamiento de nutrientes bastante mayor que el de una per­
sona no obesa.
Los estudios con animales de experimentación revelan, asi­
mismo, que si se restringe la ingesta de los animales obesos, se pro­
ducen enormes cambios en los neurotransmisores hipotalámicos
que acentúan mucho el hambre y combaten el adelgazamiento.
Algunos de estos cambios comprenden una mayor formación de
neurotransmisores orexígenos, como NPY, y un descenso en la
síntesis de sustancias anorexígenas, como la leptina y la a-MSH.
Los factores genéticos como causa de obesidad. La obe­
sidad se acumula, definitivamente, en las familias pero ha
resultado difícil conocer la función exacta de la genética en la
obesidad, puesto que los miembros de la familia comparten, en
general, los mismos hábitos alimentarios y pautas de actividad
física. De todas maneras, las pruebas actuales indican que de
un 20 a un 25% de los casos de obesidad obedece a factores
genéticos.
Los genes pueden contribuir a la obesidad al causar anoma­
lías de: 1) una o más vías reguladoras de los centros de la alimen­
tación, y 2) el consumo energético y el depósito de grasa. Tres
de las causas monogénicas de obesidad son: 1) mutaciones de
MCR-4, la forma monogènica más común de obesidad descu­
bierta hasta la fecha; 2) carencia congènita de leptina producida
por mutaciones del gen de la leptina, muy raras, y 3) mutaciones
del receptor de la leptina, también rarísimas. Todas estas formas
monogénicas de obesidad tan sólo dan cuenta de un porcentaje
reducidísimo. Es muy probable que muchas variantes génicas
interaccionen con los factores ambientales y modifiquen la can­
tidad y la distribución de la grasa corporal.
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
en la fisiopatologia de la anorexia de enfermedades, como el cán­
cer, cuando otros problemas frecuentes, como el dolor y las náu­
seas, obligan asimismo a la persona a consumir menos alimentos.
La anorexia nerviosa es un estado psíquico anómalo en el que la
persona pierde todo el apetito e incluso experimenta náuseas con
los alimentos; en consecuencia, se produce una inanición grave.
La caquexia es un trastorno metabòlico, en el que el mayor
consumo energético determina un adelgazamiento superior al pro­
ducido por una simple disminución de la ingesta. La anorexia y la
caquexia suelen asociarse en muchos tipos de cáncer o en el sín­
drome «de emaciación» que aflige a los pacientes con el síndrome
de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) y trastornos inflamatorios
crónicos. Casi todos los tipos de cáncer producen anorexia y caque­
xia y más de la mitad de los pacientes con cáncer experimentan el
síndrome de anorexia-caquexia en el transcurso de su enfermedad.
Se cree que los factores neurales centrales y periféricos contri­
buyen a la anorexia y caquexia cancerosas. Diversas citocinas
inflamatorias, entre otras elfactor de necrosis tumoral a, la interleucina 6, la interleucina i P y elfactor inductor de laproteólisis, producen
anorexia y caquexia. La mayoría de estas citocinas inflamatorias
median en la anorexia activando el sistema melanocortínico del
hipotálamo. Los mecanismos exactos por los que las citocinas o
los productos tumorales ínteraccionen con la vía melanocortínica
para reducir la ingestión de alimentos se siguen desconociendo,
pero, aparentemente, el bloqueo de los receptores melanocortínicos hipotalámicos evita casi por completo sus efectos anoréxicos
y caquécticos en los animales de experimentación. No obstante,
se requieren nuevas investigaciones para entender mejor los
mecanismos fisiopatológicos de la anorexia y de la caquexia de
los pacientes cancerosos y elaborar preparados terapéuticos que
mejoren el estado nutricional y la supervivencia.
c
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O
Semanas de ayuno
Figura 71-3 Efecto del ayuno sobre el depósito de alimentos en
el organismo.
Ayuno
Agotamiento de los depósitos de nutrientes tisulares
durante el ayuno. Aunque los tejidos utilizan de preferencia
los hidratos de carbono para proveer energía pero no las grasas
ni las proteínas, el organismo sólo dispone de varios centenares
de gramos de hidratos de carbono almacenados (sobre todo, el
glucógeno del hígado y de los músculos) que aportan la energía
necesaria para el funcionamiento del organismo durante no más
de medio día. Así pues, salvo en las primeras horas del ayuno, las
secuelas principales consisten en un agotamiento progresivo de la
grasa y las proteínas tisulares. Como la grasa es la fuente primor­
dial de energía (una persona sana deposita 100 veces más energía
en la grasa que en los hidratos de carbono), la tasa de destrucción
de la grasa persiste, como ilustra la figura 71-3, hasta que se agota
casi por completo.
Las proteínas se reducen en tres fases: al principio, de forma
rápida, luego de manera muy lenta y, por último, de manera rápida
poco antes de morir. La destrucción inicial y rápida se explica
por la proteína movilizable de inmediato para el metabolismo
directo o para su conversión en glucosa y posterior meta­
bolismo de la misma, sobre todo en el encéfalo. Después de
que se agotan los depósitos de proteínas de movilización inme­
diata en la primera fase del ayuno, el resto de las proteínas no
se descomponen con tanta celeridad. Al mismo tiempo, la tasa
de gluconeogenia desciende de un tercio a un quinto de la
tasa anterior y se reduce mucho el ritmo de destrucción de las
proteínas. Como la disponibilidad de glucosa disminuye, se
inician una serie de fenómenos que culminan con la utilización
excesiva de la grasa y la conversión de parte de los productos de
descomposición de la misma en cuerpos cetónicos y aparece el
estado de cetosis, que se expuso en el capítulo 68. Los cuerpos cetó85 2
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
nicos, al igual que la glucosa, atraviesan la barrera hematoencefálica
y el cerebro los utiliza como fuente energética. Así pues, cerca
de dos tercios de la energía cerebral procede, en ese momento,
de estos cuerpos cetónicos, en particular del (3-hidroxibutirato.
Esta secuencia de acontecimientos permite una conservación, al
menos parcial, de los depósitos de proteínas del organismo.
Sin embargo, en algún momento, la reserva de grasa también
se agota y la única fuente restante de energía son las proteínas.
En ese instante, los depósitos de proteínas comienzan a des­
truirse de nuevo con rapidez. Como las proteínas son también
esenciales para mantener el funcionamiento celular, la persona
suele fallecer una vez que las proteínas del organismo se han
reducido hasta la mitad del valor normal.
Carencias vitamínicas del ayuno. Los depósitos de algu­
nas vitaminas, sobre todo hidrosolubles, grupo de vitaminas B
y C, no perduran con el ayuno. Por eso, al cabo de 1 semana
de ayuno, suelen aparecer carencias vitamínicas leves y, pasadas
varias semanas, deficiencias graves. Estas se suman a la debilidad
que termina con la vida de la persona.
V itam in as
Requisitos diarios de vitaminas. Una vitamina es un
compuesto orgánico necesario en pequeñas cantidades para el
metabolismo y que las células no pueden fabricar. La falta de
vitaminas en la alimentación provoca carencias metabólicas
importantes. La tabla 71-3 enumera las cantidades de las vita­
minas esenciales requeridas por una persona normal cada día.
Estos requisitos varían mucho y dependen de factores como la
superficie corporal, la velocidad de crecimiento, la cantidad de
ejercicio y el embarazo.
Depósito orgánico de las vitaminas. Las vitaminas se
depositan en pequeña medida en todas las células. Algunas lo
hacen en gran cantidad dentro del hígado. Por ejemplo, la cantidad
almacenada de vitamina A por el hígado basta para mantener a
una persona durante 5 a 10 meses sin ningún aporte de esta
vitamina. La cantidad de vitamina D depositada en el hígado
suele bastar para mantener a una persona durante 2 a 4 meses
sin ningún aporte adicional.
Los depósitos de la mayoría de las vitaminas liposolubles son
muy escasos, sobre todo los de casi todas las vitaminas B, por­
que si la alimentación carece de estos compuestos, los síntomas
clínicos de la carencia se reconocen a los pocos días (salvo los de
Capítulo 71
Equilibrio energético; regulación prandial; obesidad y ayuno; vitaminas y minerales
Cantidad
A
5.000 Ul
Tiamina
1,5 mg
Riboflavina
1,8 mg
Niacina
20 mg
Ácido ascorbico
45 mg
D
400 Ul
E
15 Ul
K
70p.g
Ácido fólico
0,4 mg
La carencia de tiam ina produce lesiones en los sistemas
nerviosos central y periférico. La energía del sistema nervioso
3 M-g
Piridoxina
2 mg
Ácido pantoténico
Desconocida
la vitamina B12, que puede mantenerse en forma ligada dentro
del hígado durante 1 año o más). La ausencia de vitamina C, otra
vitamina hidrosoluble, provoca síntomas a las pocas semanas y,
a veces, la muerte por escorbuto en 20 a 30 semanas.
Vitamina A
La vitamina A de los tejidos animales se conoce como retinol.
Esta vitamina no está presente en los alimentos veget ales, pero
muchos veget ales contienen provitaminas que forman vitami­
na A. Estos son los pigmentos carotenoides amarillo y rojo que, dada
su estructura química análoga a la de la vitamina A, se transfor­
man dentro del hígado en esta vitamina.
© ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
La carencia de vitam ina A produce «ceguera nocturna»
y altera el crecimiento de las células epiteliales. Una de las
funciones elementales de la vitamina A es la síntesis de los pig­
mentos retinianos del ojo, que se expone en el capítulo 50. La
vitamina A se necesita para formar los pigmentos visuales y, en
consecuencia, para evitar la ceguera nocturna.
La vitamina A también se requiere para el crecimiento de casi
todas las células del organismo, pero sobre todo para el creci­
miento y proliferación normales de las células epiteliales. Si falta
vitamina A, las estructuras epiteliales del cuerpo tienden a estra­
tificarse y queratinizarse. La carencia de vitamina A se manifiesta,
a su vez, por; 1) descamación de la piel y, en ocasiones, acné;
2) falta de crecimiento de los animales jóvenes, incluido el cese
del crecimiento esquelético; 3) incapacidad para la reproducción,
acompañada en especial de atrofia del epitelio germinal del tes­
tículo y, a veces, cese del ciclo sexual femenino, y 4) queratinización de la córnea con opacidad corneal y ceguera resultantes.
La lesión epitelial de la carencia de vitamina A propicia
muchas infecciones, por ejemplo de las conjuntivas oculares, el
epitelio urinario o el epitelio respiratorio. Se dice que la vitamina
A es una vitamina «antiinfecciosa».
Tiamina (vitamina BJ
La tiamina opera dentro de los sistemas metabólicos princi­
palmente como pirofosfato de tiamina; este compuesto actúa a
modo de cocarboxilasa, sobre todo en colaboración con una descarboxilasa de proteínas para descarboxilar el ácido pirúvico y de
otros a-cetoácidos, tal y como se comenta en el capítulo 67.
central depende casi por completo del metabolismo de los hidratos
de carbono. La utilización de glucosa por el tejido nervioso se
reduce de un 50 a un 60% en la carencia de tiamina y, en su lugar,
se utilizan los cuerpos cetónicos procedentes del metabolismo
graso. Las neuronas del sistema nervioso central presentan con
frecuencia cromatólisis y tumefacción durante la carencia de
tiamina, rasgos característicos de las neuronas mal alimentadas.
Estas alteraciones pueden modificar la comunicación en muchas
regiones del sistema nervioso central.
La carencia de tiamina induce una degeneración de las vainas
de mielina de las fibras nerviosas, tanto de los nervios periféricos
como del sistema nervioso central. A menudo, las lesiones de los
nervios periféricos provocan una irritabilidad extrema y «poli­
neuritis», caracterizada por dolor irradiado en el trayecto de uno
o de varios nervios periféricos. Asimismo, los tractos fibrosos de
la médula pueden degenerar en tal grado que, a veces, se observa
una parálisis; no obstante, aunque se establezca la parálisis, los
músculos se atrofian y aparece una enorme debilidad.
La carencia de tiam ina debilita el corazón y causa una
vasodilatación periférica. Una persona con una carencia grave
de tiamina acaba sufriendo insuficiencia cardíaca por la debi­
litación miocàrdica. Además, el retorno venoso de la sangre al
corazón se incrementa y, a veces, se duplica. Ello obedece a la
vasodilatación periférica que acompaña a la carencia de tiamina,
quizá por la menor liberación de energía metabòlica a los tejidos,
con la dilatación vascular local consiguiente. Las secuelas cardía­
cas de la carencia tiamínica se deben, en parte, al elevado flujo de
sangre que pasa por el corazón y, en parte, a la debilidad primaria
del músculo cardíaco. Algunas personas con una carencia de tia­
mina sufren también edema periférico y ascitis, casi siempre por
la insuficiencia cardíaca.
La carencia de tiam ina provoca alteraciones gastrointesti­
nales. Entre los síntomas gastrointestinales de la carencia de
tiamina se encuentran la indigestión, el estreñimiento grave,
la anorexia, la atonía gástrica y la hipoclorhidria. Todos estos
efectos son consecuencia, en principio, de la incapacidad
del músculo liso y de las glándulas del tubo digestivo para
extraer suficiente energía del metabolismo de los hidratos de
carbono.
El cuadro general de carencia tiamínica, caracterizado por
polineuritis, síntomas cardiovasculares y alteraciones digestivas,
suele conocerse como beriberi, sobre todo si predominan los sín­
tomas cardiovasculares.
Niacina
La niacina, tam bién denominada ácido nicotlnico, actúa den­
tro del organismo como coenzima en las formas del dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD) y del fosfato del
dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADP). Estas coen­
zimas son aceptoras de hidrógeno y se unen a los átomos de
hidrógeno eliminados de los sustratos alimentarios por num e­
rosas deshidrogenasas. En el capítulo 67 se describe la opera­
ción habitual de estas dos coenzimas. Cuando falta la niacina
no se puede m antener el ritm o de deshidrogenación normal y,
en consecuencia, tampoco la liberación oxidativa de la energía
de los principios inmediatos a los elementos funcionales de
las células.
853
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X
Vitamina
La carencia de tiamina (beriberi) reduce la utilización de
ácido pirúvico y de algunos aminoácidos por los tejidos, pero
aumenta la de las grasas. Así, la tiamina se requiere en con­
creto para el metabolismo final de los hidratos de carbono y de
muchos aminoácidos. La menor utilización de estos nutrientes
explica muchos de los trastornos de la carencia de tiamina.
UNIDAD
Tabla 71-3 Cantidades diarias necesarias de las vitaminas
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
En las primeras etapas de la carencia de ácido nicotínico se
observan alteraciones fisiológicas sencillas, como debilidad mus­
cular o escasa secreción glandular, pero en la carencia grave se
produce una necrosis tisular verdadera. Las lesiones anatomopatológicas afectan a múltiples zonas del sistema nervioso central
y provocan demencias permanentes o diversos tipos de psicosis.
Además, la piel se fisura, se descama y se pigmenta en las zonas
expuestas a irritación mecánica o irradiación solar; parece como
si la piel de las personas con carencia de niacina no pudiera repa­
rar el daño irritativo.
La carencia de ácido nicotínico determina una irritación e
inflamación intensas de las mucosas bucales y de otras partes
del tubo digestivo y ocasiona múltiples anomalías digestivas
que, en los casos graves, culminan en una hemorragia diges­
tiva extensa. Quizá ello se deba a la depresión generalizada del
metabolismo del epitelio gastrointestinal y al fracaso de la repa­
ración epitelial.
La entidad clínica denominada pelagra y la enfermedad
canina conocida como lengua negra se deben, sobre todo, al défi­
cit de ácido nicotínico. La pelagra se exacerba mucho entre las
personas que tom an una dieta de maíz, porque el maíz carece del
aminoácido triptófano que se transforma, en cantidad limitada,
en ácido nicotínico dentro del organismo.
Riboflavina (vitamina B2)
La riboflavina se une, de ordinario, con el ácido fosfórico para
formar dos coenzimas tisulares, el mononucleótido de flavina
(FMN) y el dinucleótido de flavina y adenina (FAD). Estos, a su
vez, actúan como transportadores de hidrógeno dentro de sis­
temas oxidativos importantes de las mitocondrias. El NAD, que
actúa junto con las deshidrogenasas específicas, suele aceptar el
hidrógeno eliminado de los distintos sustratos alimenticios y lo
pasa el hidrógeno al FMN o al FAD; por último, el hidrógeno se
libera en forma de ion a la matriz mitocondrial para oxidarse
(según se describe en el capítulo 67).
La carencia de riboflavina en los animales de experimenta­
ción provoca dermatitis grave, vómitos, diarrea, espasticidad
muscular, que finalmente se torna en debilidad muscular, coma,
descenso de la temperatura corporal y, por último, muerte. En
resumen, la carencia grave de riboflavina se asocia a muchos
de los efectos de la carencia de ácido nicotínico en la dieta; es
muy probable que estas secuelas se expliquen por una depresión
generalizada de los procesos oxidativos intracelulares.
No se ha descrito jamás una carencia humana de ribofla­
vina tan intensa como para inducir la debilidad observada en los
animales de experimentación; sin embargo, la carencia leve de
riboflavina es, con toda probabilidad, muy común. Esta caren­
cia causa alteraciones digestivas, sensaciones urentes en la piel y
en los ojos, fisuras en las comisuras bucales, cefalea, depresión,
olvidos, etc.
Las manifestaciones de la carencia de riboflavina son bas­
tante leves, pero suelen acompañarse de una carencia de tiamina, ácido nicotínico o mixta. Muchos síndromes carenciales,
incluidas la pelagra, el beriberi, el esprúe y el kwashiorkor, obe­
decen, casi con seguridad, a un defecto combinado de diversas
vitaminas y a otros aspectos de la malnutrición.
Vitamina B12
Algunos compuestos de cobalamina, que poseen el grupo pros­
tético común que se ilustra a continuación, muestran actividad
de vitamina B12. Este grupo prostético contiene cobalto, con
enlaces de coordinación semejantes a los del hierro de la molé­
cula de hemoglobina. Quizá el átomo de cobalto funcione de
manera análoga al átomo de hierro que se combina de forma
reversible con otras sustancias.
854
La carencia de v ita m in a B12 produce anem ia per­
niciosa. La vitamina B12 cumple varias funciones metabóli-
cas y actúa como coenzima aceptara de hidrógeno. Su función
primordial consiste en actuar como coenzima para reducir los
ribonucleótidos a desoxirribonucleótidos, paso esencial en la
replicación de los genes. Así pueden explicarse las funciones
principales de la vitamina B12: 1) estimulación del crecimiento, y
2) estimulación de la síntesis y maduración de los eritrocitos. Esta
función eritrocítica se describe con detalle en el capítulo 32, al
exponer la anemia perniciosa, una anemia causada por la falta de
maduración de los eritrocitos por carencia de vitamina Bir
La carencia de v ita m in a B12 induce una d e sm ie linización de las grandes fibra s nerviosas de la m édula
espinal. La desmielinización de las fibras nerviosas de las
personas con carencia de vitamina B12 afecta sobre todo a
los cordones posteriores y, a veces, a los cordones laterales
de la médula. En consecuencia, muchas personas con anemia
perniciosa presentan una abolición de la sensibilidad periférica o
incluso parálisis, si la anemia es grave.
La causa habitual de la carencia de vitamina B]2 no es la falta
de vitamina en los alimentos, sino la formación deficitaria del
factor intrínseco, segregado en condiciones normales por las
células pariet ales de las glándulas gástricas y esencial para la
absorción de la vitamina Bn por la mucosa del íleon. Todo ello se
describe en los capítulos 32 y 66.
Ácido fólico (ácido pteroilglutámico)
Diversos ácidos pteroilglutámicos poseen un «efecto de ácido
fólico». El ácido fólico actúa como transportador de grupos
hidroximetilo y formilo. Quizá el uso más importante dentro del
organismo sea la síntesis de purinas y timina, necesarias para
form ar el ADN. Por eso, el ácido fólico, como la vitamina Bn,
se necesitan para la replicación de los genes celulares. Proba­
blemente así se explique una de las funciones capitales del ácido
fólico, la estimulación del crecimiento. De hecho, cuando falta
ácido fólico en la alimentación, los animales apenas crecen.
El ácido fólico es una vitamina que estimula el crecimiento
con mucha más fuerza que la vitamina B]2 y, al igual que esta,
resulta esencial para la maduración de los eritrocitos, como
se expone en el capítulo 32. No obstante, tanto la vitamina Bn
como el ácido fólico cumplen funciones químicas especiales,
pero diferentes, que propician el crecimiento y la maduración de
los eritrocitos. Uno de los efectos más importantes de la carencia
de ácido fólico es la aparición de una anemia macrocítica, casi
idéntica a la perniciosa. Muchas veces esta anemia se corrige
sólo con ácido fólico.
Piridoxina (vitamina B6)
La piridoxina se encuentra en forma de fosfato de piridoxal
dentro de las células y funciona como coenzima para muchas
reacciones quím icas relacionadas con el metabolism o de los
aminoácidos y de las proteínas. Su función prim ordial con­
siste en actuar como coenzima para la transaminación (y sín­
tesis) de los aminoácidos. El resultado es que la piridoxina
interviene de modo decisivo en el metabolismo, sobre todo
de las proteínas. Además, se cree que contribuye al trans­
porte de algunos aminoácidos a través de las m em branas
celulares.
La falta de piridoxina en la alimentación de los animales
inferiores provoca dermatitis, retrasa el crecimiento, induce
esteatosis hepática, anemia y deterioro mental. Raramente, la
carencia de piridoxina es causa de crisis convulsivas, dermatitis
o de alteraciones digestivas, del tipo de náuseas y vómitos en la
infancia.
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Capítulo 71
Equilibrio energético; regulación prandial; obesidad y ayuno; vitaminas y minerales
Ácido pantoténico
Vitamina D
El ácido pantoténico se incorpora, sobre todo, a la coenzima A
(CoA) dentro del organismo, que ejerce numerosas funciones
metabólicas celulares. Dos de ellas se exponen con pormenor
en los capítulos 67 y 68:1) conversión del ácido pirúvico descarboxilado en acetil CoA antes de su ingreso en el ciclo del ácido
cítrico y 2) descomposición de las moléculas de ácidos grasos
en numerosas moléculas de acetil CoA. A sí pues, la carencia de
ácido pantoténico reduce el metabolismo de los hidratos de carbono
y de las grasas.
El defecto de ácido pantoténico provoca retraso del creci­
miento, falta de reproducción, coloración gris del pelo, derma­
titis, esteatosis hepática y necrosis hemorrágica de la corteza
suprarrenal de los animales inferiores. No se ha descrito hasta la
fecha ningún síndrome carencial en el ser humano, quizá por la
ubicuidad de esta vitamina en casi todos los alimentos y porque
el organismo probablemente sintetice pequeñas cantidades. Esto
no significa que el ácido pantoténico carezca de valor para los
sistemas metabólicos del organismo; de hecho, posiblemente sea
tan necesario como cualquier otra vitamina.
La vitamina D aumenta la absorción de calcio en el tubo diges­
tivo y ayuda a controlar el depósito de calcio en los huesos. En
principio, el mecanismo por el que la vitamina D favorece la
absorción de calcio se basa en el transporte activo de este ion a
través del epitelio ileal. En particular, aumenta la síntesis de una
proteína fijadora del calcio por parte de las células del epitelio
intestinal, que ayuda a la absorción. Las funciones concretas de
la vitamina B sobre el metabolismo general del calcio orgánico y
la formación de hueso se describen en el capítulo 79.
Ácido ascòrbico (vitamina C)
© ELSEVIER. Fotocopiar sin autorización es un delito.
La carencia de ácido ascòrbico debilita las fibras de
colágeno del organismo. El ácido ascòrbico resulta esencial
para activar la enzima prolilhidroxilasa, que estimula el paso de
hidroxilación para la síntesis de hidroxiprolina, uno de las inte­
grantes del colágeno. En ausencia de ácido ascòrbico, las fibras
de colágeno que forman casi todos los tejidos del organismo
son defectuosas y débiles. Por este motivo, esta vitamina parece
esencial para el crecimiento y la fortaleza de las fibras del tejido
subcutáneo, cartílago, hueso y dientes.
La carencia de ácido ascòrbico provoca el escorbuto. La
carencia de ácido ascòrbico durante 20 a 30 semanas, como
sucedía a menudo en las largas travesías por barco de otra época,
induce escorbuto. Uno de los efectos más importantes del escor­
buto es la falta de cicatrización de las heridas, porque las célu­
las no depositan las fibrillas de colágeno ni las sustancias del
cemento intracelular. Por este motivo, las heridas tardan varios
meses en cicatrizar, en lugar de días.
La carencia de ácido ascòrbico detiene el crecimiento de los
huesos. Las células de las epífisis en fase de crecimiento con­
tinúan proliferando, pero no depositan colágeno nuevo entre
ellas y los huesos se fracturan de inmediato por la zona de cre­
cimiento, al no estar osificados. Además, si se fractura el hueso
ya osificado de una persona con carencia de ácido ascòrbico, los
osteoblastos no pueden sintetizar la nueva matriz ósea y, en con­
secuencia, el hueso fracturado no se cura.
Las paredes de los vasos sanguíneos se tornan muy frágiles
con el escorbuto porque: 1) no se cementan correctamente las
células endoteliales, y 2) no se forman las fibrillas de colágeno
habituales de las paredes de los vasos. En particular, suelen rom ­
perse los capilares, con lo que aparecen múltiples petequias por
el organismo. Las hemorragias subcutáneas se tornan purpúricas y a veces se extienden por todo el organismo. Para detectar
la carencia de ácido ascòrbico se pueden provocar estas hemo­
rragias petequiales inflando un manguito de presión arterial en
el brazo; el manguito obstruye el retorno venoso de la sangre, la
presión capilar aumenta y aparecen puntos rojos en la piel del
antebrazo si la carencia de ácido ascòrbico es suficientemente
grave.
Las células musculares pueden fragmentarse con el escor­
buto extremo; se ven lesiones gingivales y aflojamiento dental;
aparecen infecciones bucales junto con vómitos de sangre, heces
sanguinolentas y hemorragia cerebral y, por último, suele obser­
varse una fiebre alta antes de la muerte.
Vitamina E
Se conocen varios compuestos emparentados con actividad
de vitamina E. Se han descrito muy pocos casos de carencia
confirmada de vitamina E entre seres humanos. La falta de
vitamina E induce una degeneración del epitelio germinal del
testículo y, en consecuencia, puede causar esterilidad en los
animales de experimentación. La falta de vitamina E también
induce una reabsorción fetal después de la concepción por las
hembras. Dados estos efectos de la carencia de vitamina E, a
veces esta vitamina se conoce como «vitamina antiestéril». La
carencia de vitamina E impide el crecimiento normal y a veces
causa degeneración de las células del túbulo renal y de las célu­
las musculares.
Se cree que la vitamina E se relaciona con los ácidos grasos
no saturados y cumple un papel protector, evitando su oxidación.
Cuando falta vitamina E, la cantidad de grasa no saturada de las
células se reduce y la estructura y la función de algunos orgánulos celulares, como las mitocondrias, los lisosomas o incluso la
membrana celular, se alteran.
Vitamina K
La vitamina K es un cofactor esencial para una enzima hepática
que añade un grupo carboxilo a los factores II (protrombina),
VII (proconvertina), IX y X, esenciales para la coagulación de la
sangre. Sin esta carboxilación, los factores de coagulación mencio­
nados permanecen inactivos. Así pues, si falta la vitamina I< se
retrasa la coagulación de la sangre. El capítulo 35 describe,
con mayor detalle, la función de esta vitamina y sus relaciones con
algunos anticoagulantes, como el dicumarol.
Ciertos compuestos, tanto naturales como sintéticos,
poseen actividad de vitamina I<. La vitamina K la sintetizan
las bacterias del colon y, por eso, es raro observar una diátesis
hemorrágica por falta de vitamina I< en la alimentación. Sin
embargo, si se destruyen las bacterias del colon por la adminis­
tración de grandes cantidades de antibióticos, se observa una
carencia rápida de vitamina I<, ya que es una sustancia escasa
en la alimentación habitual.
Metabolismo mineral
Las funciones de muchos minerales, como sodio, potasio y clo­
ruro, se ofrecen en los lugares correspondientes del texto. Aquí
sólo se mencionarán las funciones concretas de los minerales
que no se exponen en ningún otro sitio. La tabla 71-4 ofrece
el contenido orgánico de los minerales más im portantes y la
tabla 71-5, los requisitos diarios.
Magnesio. El contenido de m agnesio de las células repre­
senta casi una sexta parte del de potasio. El magnesio se pre­
cisa sobre todo com o catalizador para m uchas reacciones
enzim áticas intracelulares, en particular las relacionadas con
el m etabolism o de los hidratos de carbono.
855
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Tabla 71-4 Composición media de un hombre con un peso
corporal de 70 kg
Constituyente
Cantidad (gramos)
Agua
41.400
Grasas
12.600
Proteínas
12.600
Hidratos de carbono
300
Sodio
63
Potasio
Calcio
150
1.160
Magnesio
21
Cloro
85
Fósforo
670
Azufre
112
Hierro
3
Yodo
0,014
Tabla 71-5 Cantidades promedio necesarias de minerales para
un adulto cada día
Mineral
Cantidad
Sodio
3g
Potasio
1g
Cloro
3.5 g
Calcio
1.2 g
Fósforo
1.2 g
Hierro
18 mg
Yodo
150 p,g
Magnesio
0,4 g
Cobalto
Desconocida
Cobre
Desconocida
Manganeso
Desconocida
Cinc
15 mg
La concentración extracelular de magnesio es reducida, tan
sólo de 1,8 a 2,5mEq/l. La concentración extracelular elevada
de magnesio reduce la actividad del sistema nervioso y la con­
tracción del músculo esquelético. Este último efecto se puede
bloquear si se administra calcio. La concentración reducida de
magnesio excita la irritabilidad del sistema nervioso, provoca
una vasodilatación periférica y arritmias cardíacas, sobre todo
después del infarto agudo de miocardio.
Calcio. El calcio del organismo se encuentra en forma de
fosfato cálcico en los huesos. Este tema se comenta con detalle
en el capítulo 79, al igual que el contenido extracelular de calcio.
Las cantidades excesivas de iones calcio del líquido extracelular
pueden causar una parada cardíaca en sístole y mermar la acti­
vidad intelectual. Por otro lado, los valores reducidos de calcio
determinan una descarga espontánea de fibras nerviosas, que
culmina con una tetania, como se comenta en el capítulo 79.
Fósforo. El fosfato es el principal anión del líquido intracelular. Los fosfatos se pueden unir de manera reversible a muchos
sistemas de coenzimas y a multitud de otros compuestos necesa­
rios para el funcionamiento de los procesos metabólicos. Muchas
reacciones importantes de los fosfatos se han descrito en otros
lugares del texto, en particular su relación con las funciones del
trifosfato de adenosina, difosfato de adenosina, fosfocreatina, etc.
Además, el hueso contiene cantidades ingentes de fosfato cálcico,
como se expone en el capítulo 79.
Hierro. La función del hierro del organismo, sobre todo en
relación con la síntesis de hemoglobina, se expone en el capítu­
lo 32. Dos tercios del hierro corporal se encuentran en forma de
hemoglobina, pero también existe hierro en otras formas, en par­
ticular en el hígado y en la médula ósea. Los transportadores
electrónicos que contienen hierro (sobre todo, los citocromos)
se hallan en las mitocondrias de todas las células y son esencia­
les para casi todas las reacciones oxidativas. Así pues, el hierro
resulta imprescindible para el transporte de oxígeno a los tejidos
y para el funcionamiento de los sistemas oxidatívos intracelulares, sin los cuales la vida cesaría en unos segundos.
Oligoelementos importantes para el organismo. Algunos
elementos se encuentran presentes en el cuerpo en cantidades
tan reducidas que se conocen como oligoelementos. La canti­
dad que aporta la alimentación también suele ser mínima. Sin
embargo, si falta alguno de ellos, pueden aparecer síndromes
carenciales específicos. Los tres más importantes son el yodo,
el cinc y el flúor.
Yodo. El oligoelemento mejor conocido es el yodo, que se
comenta en el capítulo 76 al hablar de la síntesis y función de
la hormona tiroidea; como muestra la tabla 71-4, todo el orga­
nismo contiene tan sólo 14 mg por término medio. El yodo es
imprescindible para formar la tiroxina y la triyodotironina, las
dos hormonas tiroideas esenciales que mantienen el metabo­
lismo de todas las células.
Cinc. El cinc forma parte de muchas enzimas, en particular
de la anhidrasa carbónica, presente en concentraciones elevadas
en los eritrocitos. Esta enzima es responsable de la rápida unión
del dióxido de carbono al agua en los eritrocitos de la sangre capi­
lar periférica y de la liberación rápida de dióxido de carbono de
la sangre capilar pulmonar a los alvéolos. La anhidrasa carbónica
también está presente en grandes cantidades en la mucosa diges­
tiva, túbulos del riñón y células epiteliales de muchas glándulas
del organismo. Así pues, el cinc en pequeñas cantidades resulta
esencial para muchas reacciones relacionadas con el metabolismo
del dióxido de carbono.
Además, el cinc es com ponente de la lactodeshidrogenasa
y, por tanto, contribuye a las interconversiones entre el ácido
pirúvico y el ácido láctico. Por último, el cinc form a parte de
algunas peptidasas e interviene en la digestión de las proteí­
nas en el tubo digestivo.
Flúor. El flúor no parece muy necesario para el metabolismo,
pero la presencia de flúor en pequeñas cantidades durante el
período de formación dental protege frente a las caries posterio­
res. El flúor no fortalece los dientes, sino que ejerce un efecto
poco conocido que suprime la caries. Se ha indicado que el flúor
se deposita en los cristales de hidroxiapatita del esmalte dental
y se combina con ellos, impidiendo la acción de diversos met
ales raros que activan las enzimas bacterianas productoras de la
caries. Así pues, en presencia de flúor, estas enzimas permane­
cen inactivas y no inducen caries.
El consumo excesivo de flúor produce fluorosis, que se mani­
fiesta, en su estado leve, por moteado dental y, en el estado
más grave, por un ensanchamiento óseo. Se ha propuesto que,
en estas circunstancias, el flúor se une a los oligoelementos de
algunas enzimas metabólicas, incluidas las fosfatasas, e inactiva
856
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Capítulo 71
Equilibrio energético; regulación prandial; obesidad y ayuno; vitaminas y minerales
parte de los sistemas metabolicos. Segun esta teoria, el moteado
dental y el ensanchamiento oseo se deben a los sistemas enzimaticos anomalos de los odontoblastos y de los osteoblastos. Pese
a que los dientes moteados son muy resistentes a la caries, su
fuerza estructural se debilita considerablemente.
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UNI DAD
C API TULO 72
X
Energética y metabolismo
Las fu n cio n e s
del trifo sfa to de
a d e n o sin a co m o
« d iv isa en e rgé tica»
del m e ta b o lism o
Las células pueden utilizar los hidratos de carbono, las grasas y
las proteínas para sintetizar grandes cantidades de trifosfato de
adenosina (ATP) con objeto de emplearlo como fuente energética
para casi todas las demás funciones celulares. Por esta razón, al
ATP se le denomina «divisa» energética del metabolismo celular.
De hecho, las células transfieren la energía de los distintos ali­
mentos hacia la mayoría de los sistemas funcionales sólo a través
de este medio del ATP (o del trifosfato del nucleótido análogo
guanosina, GTP). En el capítulo 2 se expusieron muchos atribu­
tos del ATP.
Lino de los atributos del ATP, que le otorga un valor extraordi­
nario como divisa energética, es la enorme cantidad de energía libre
(aproximadamente 7.300 calorías o 7,3 calorías nutritivas [kilocalorías] por mol en condiciones normalizadas, pero hasta 12.000 en
condiciones fisiológicas) que porta cada uno de los dos enlaces de
fosfato hiperenergéticos. La cantidad de energía de cada enlace,
liberado por descomposición del ATP, basta para inducir casi cual­
quier reacción química en el organismo si se logra una transferencia
adecuada de la energía. Algunas reacciones químicas, que precisan
energía del ATP, sólo consumen unos pocos cientos de las 12.000 ca­
lorías disponibles y el resto se disipa en forma de calor.
El ATP se genera por la com bustión de los hidratos
de carbono, grasas y proteínas. En los capítulos anterio­
res se comentó la transferencia de energía desde los diversos
alimentos al ATP. De manera resumida, el ATP se genera a partir
de los siguientes procesos:
1. La combustión de los hidratos de carbono, en particular la
glucosa, pero también cantidades menores de otros azúcares
como la fructosa; esto sucede en el citoplasma de la célula a
través de la glucólisis anaerobia y en la mitocondria a través
del ciclo aerobio del ácido cítrico (Krebs).
2. La combustión de los ácidos grasos por |i-oxidación en la
mitocondria celular.
3. La combustión de las proteínas, que exige la hidrólisis hacia
los componentes aminoácidos y la descomposición de estos
hacia compuestos intermedios del ciclo del ácido cítrico y, por
último, a acetil coenzima A y dióxido de carbono.
El ATP suministra energía para la síntesis de los com ­
ponentes celulares m ás importantes. Entre los procesos
intracelulares de mayor interés, que requieren energía del ATP, se
encuentra la formación de enlaces peptídicos entre los aminoácidos
durante la síntesis de proteínas. Los distintos enlaces peptídicos pre­
cisan de 500 a 5.000 calorías de energía por mol, según el tipo de
aminoácido ligado. Como se recordará de la exposición sobre la sín­
tesis de proteínas del capítulo 3, se consumen cuatro enlaces de fos­
fato de gran energía en la cascada de reacciones requerida para crear
cada enlace peptídico. Esto supone un total de 48.000 calorías, que es
bastante más que las 500 a 5.000 calorías que acaban almacenándose
en cada enlace peptídico.
La energía del ATP también sirve para sintetizar la glucosa a partir
del ácido láctico y los ácidos grasos a partir del acetil coenzima A.
Además, la energía del ATP se aprovecha para formar el colesterol, los fosfolípidos, las hormonas y casi todas las demás sustancias
corporales. Hasta la síntesis de urea a partir del amoníaco para
su posterior excreción renal requiere ATP. Cabría preguntarse el
motivo por el cual se consume energía para formar urea que luego
el organismo desecha. Sin embargo, no hay que olvidar la toxici­
dad extrema del amoníaco de los líquidos corporales; por tanto,
esta reacción es muy valiosa ya que mantiene la concentración de
amoníaco de los líquidos corporales en niveles muy bajos.
El ATP provee la energía para la contracción muscu­
lar. El músculo no se contraería sin la energía del ATP. La miosina,
una de las proteínas contráctiles importantes de la fibra muscular,
actúa como enzima que descompone el ATP en difosfato de adeno­
sina (ADP) y libera, en consecuencia, la energía necesaria para la con­
tracción. En condiciones normales, cuando el músculo no se contrae,
apenas se descompone el ATP, pero la tasa de consumo del ATP se
multiplica, como mínimo, por 150 durante los episodios breves de
contracción máxima. El mecanismo propuesto para el aprovecha­
miento de la energía del ATP con destino a la contracción muscular
se expone en el capítulo 6.
El transporte activo transmembrana requiere la
energía del ATP. En los capítulos 42 y 65 se ilustra el transporte
activo de los electrólitos y de diversos nutrientes a través de las
membranas celulares, así como desde los túbulos renales y el tubo
digestivo. Se señaló que el transporte activo de casi todos los elec­
trólitos y de las sustancias como la glucosa, los aminoácidos y el
acetoacetato puede efectuarse contra un gradiente electroquímico,
pese a que la difusión natural de estas sustancias debiera seguir la
dirección contraria. Para oponerse al gradiente electroquímico se
requiere energía, proveniente del ATP.
El ATP provee la energía para la secreción glandu­
lar. Los principios que rigen para la secreción glandular son los
mismos que para la absorción de las sustancias contra un gra­
diente de concentración, puesto que se requiere energía para
concentrar las sustancias secretadas por las células glandulares.
Además, se precisa energía para la síntesis de los compuestos
orgánicos que se secretan.
859
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Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
ElATP provee La energía para la conducción nerviosa. La
energía empleada durante la propagación de un impulso ner­
vioso deriva de la energía potencial almacenada en forma de
diferencias de concentración iónica a través de la membrana.
En otras palabras, una concentración elevada de potasio dentro
de la fibra y reducida fuera de ella supone un tipo de depósito
energético. De manera análoga, una concentración elevada de
sodio fuera de la membrana pero baja en el interior representa
otro almacén energético. La energía que se necesita para que
cada potencial de acción transite por la membrana de la fibra
proviene de este almacenamiento energético; muy poca canti­
dad de potasio sale de la célula y muy poco sodio entra en ella
durante cada potencial de acción. Sin embargo, los sistemas
de transporte activo, provistos de la energía del ATP, pueden
transportar de nuevos los iones a sus posiciones primitivas a
través de la membrana.
La fosfocreatina actúa como depósito accesorio de
energía y como «sistema amortiguador del ATP»
Pese a la trascendencia del ATP como sustancia acopladora para la
transferencia energética, no es el depósito más abundante de enla­
ces de fosfato de gran energía dentro de la célula. Lafosfocreatina,
que también posee este tipo de enlaces de fosfato hiperenergéticos, se encuentra en cantidades de tres a ocho veces mayores que
el ATP. Por otro lado, el enlace de gran energía (~) de la fosfocrea­
tina contiene alrededor de 8.500 calorías por mol en condiciones
normales y hasta 13.000 en las condiciones orgánicas (tempe­
ratura de 37 °C con concentraciones reducidas de las sustancias
reactivas). Esta cifra es algo mayor que las 12.000 calorías por mol
de cada uno de los dos enlaces de fosfato de gran energía del ATP.
La fórmula del fosfato de creatinina corresponde a:
ch3 n h h
I
II
I
o
II
h o o c - c h 2- n - c - n ~ p - o h
Energía anaeróbica frente a aeròbica
La energía anaeróbica es la derivada de los alimentos sin el con­
sumo simultáneo de oxígeno; la energía aeròbica es la proce­
dente de los alimentos a través del metabolismo oxidativo. En
el texto de los capítulos 67 a 69 se señala que los hidratos de
carbono, las grasas y las proteínas se pueden oxidar para sinte­
tizar el ATP. Sin embargo, los hidratos de carbono son los únicos
alimentos importantes que aportan energía sin recurrir necesa­
riamente al oxígeno; la liberación de energía tiene lugar durante
la descomposición glucolítica de la glucosa o del glucógeno en
ácido pirúvico. Por cada mol de glucosa descompuesto en ácido
pirúvico se forman 2 moles de ATP. Sin embargo, cuando el glu­
cógeno depositado en una célula se descompone en ácido pirú­
vico, cada mol de glucosa, contenida en el glucógeno, genera
3 moles de ATP. El motivo de esta diferencia es que la glucosa
libre que entra en la célula ha de fosforilarse y consumir 1 mol
de ATP antes de que se pueda empezar la descomposición,
mientras que no sucede lo mismo con la glucosa procedente
del glucógeno, porque procede del glucógeno ya fosforilado sin
consumo adicional de ATP. Por consiguiente, la fuente óptima
de energía en condiciones anaeróbicas es el glucógeno depositado
en las células.
Energía anaeróbica durante la hipoxia. Uno de los ejem­
plos mejores de utilización anaerobia de la energía se encuentra
en la hipoxia aguda. Si una persona deja de respirar, retiene una
pequeña cantidad de oxígeno en los pulmones y otra cantidad
adicional en la hemoglobina de la sangre. Este oxígeno basta para
conservar la función metabòlica durante sólo 2 min. Para que la
vida prosiga se requiere una fuente adicional de energía. Esta
puede provenir de la glucólisis durante 1 min más, es decir, de la
descomposición del glucógeno de las células en ácido pirúvico y
de la conversión de ácido pirúvico en ácido láctico, que sale de la
célula como se indica en el capítulo 67.
El uso anaeróbico de la energía durante el ejercicio agota­
dor proviene sobre todo de la glucólisis. El músculo esquelé­
I
o
H
A diferencia del ATP, la fosfocreatina no actúa como sus­
tancia de acoplamiento directo para la transferencia de energía
entre los alimentos y los sistemas celulares funcionales, pero
puede transferir energía de modo indistinto con el ATP. Si la
célula dispone de cantidades adicionales de ATP, gran parte de
esta energía se aprovecha para la síntesis de fosfocreatina, con
lo que se acumula en los depósitos energéticos. Luego, cuando
empieza a consumirse el ATP, la energía de la fosfocreatina se
transfiere de nuevo y con rapidez al ATP y de este a los sistemas
funcionales celulares. Esta interrelación reversible entre el ATP y
la fosfocreatina se expone en la siguiente ecuación:
Fosfocreatina + ADP
0*
ATP + Creatina
Obsérvese que el mayor valor energético del enlace de fosfato
rico en energía de la fosfocreatina (1.000 a 1.500 calorías por mol
más que el ATP) permite una rápida relación entre la fosfocreatina
y el ADP para la formación de nuevo ATP cada vez que se con­
sume aun la más mínima cantidad de ATP en otro lugar. Así pues,
cuando la célula exige ATP, por poco que sea, reclama la ener­
gía de la fosfocreatina para sintetizar nuevo ATP. De esta manera,
la concentración de ATP permanece casi constante, siempre y
cuando quede fosfocreatina. Por esta razón, se puede considerar
que el sistema de ATP-fosfocreatina es un sistema de «amortigua­
ción» del ATP. También se entiende entonces la importancia de la
homeostasis del ATP, porque las tasas de casi todas las reacciones
metabólicas del organismo dependen de esta constancia.
tico puede ejecutar proezas extremas de fuerza durante breves
segundos, pero no de forma prolongada. Casi toda la energía
adicional que se requiere durante estos brotes de actividad no
proviene de los procesos oxidativos, porque tardan mucho en
responder, sino de las fuentes anaeróbicas: 1) el ATP ya presente
en las células musculares; 2) la fosfocreatina celular, y 3) la ener­
gía anaeróbica liberada por la descomposición glucolítica del
glucógeno a ácido láctico.
La cantidad máxima de ATP del músculo sólo representa
5mm ol/l de líquido intracelular y apenas mantendría la con­
tracción muscular máxima más allá de 1 s. La cantidad de fosfo­
creatina de la célula es de tres a ocho veces mayor, pero aun si
se consumiera toda la fosfocreatina, el período de contracción
máxima tan sólo se mantendría de 5 a 10 s.
La liberación energética a través de la glucólisis es bastante
más rápida que la liberación oxidativa. Por este motivo, casi toda
la energía extra que se requiere durante una actividad agotadora
que se extienda más de 5 a 10 s pero menos de 1 a 2 min proviene
de la glucólisis anaerobia. En definitiva, el contenido en glucó­
geno muscular disminuye en las sesiones durante los instantes
de ejercicio intenso, mientras que la concentración sanguínea de
ácido láctico aumenta. Una vez terminado el ejercicio, se apro­
vecha el metabolismo oxidativo para reconvertir cerca de cuatro
quintas partes del ácido láctico en glucosa; el resto se transforma
en ácido pirúvico y se descompone y oxida a través del ciclo del
ácido cítrico. La reconversión a glucosa tiene lugar, sobre todo, en
las células hepáticas; luego la glucosa es transportada de nuevo a
los músculos, donde se almacena en forma de glucógeno.
El consumo adicional de oxígeno repone la deuda de
oxígeno una vez term in ad o el ejercicio agotador. Después
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Capitulo /í
Control de la liberación energética celular
Control de la velocidad de las reacciones catalizadas
por enzimas. Antes de exponer el control de la liberación ener­
gética por la célula, es necesario tener en cuenta los principios
básicos de la velocidad de control de las reacciones químicas
catalizadas por las enzimas, que son reacciones casi universales
en el organismo.
Los mecanismos por los que una enzima cataliza una reac­
ción química se basan en la unión inicial de aquella con alguno
de los sustratos de la reacción. De este modo se alteran las fuer­
zas de unión al sustrato lo suficiente como para que reaccione
con otras sustancias. Por consiguiente, la velocidad general de
la reacción química depende tanto de la concentración de la
enzima como del sustrato que se une a ella. La ecuación básica
que expresa este concepto es la siguiente:
Resumen de la utilización energética por las células
Después de los fundamentos expuestos en los últimos capítulos
y de los comentarios anteriores se puede tener una idea general
sobre la utilización de la energía por las células, como ilustra la
figura 72-1. En ella se expone la utilización anaerobia del glucó­
geno y de la glucosa para formar el ATP y la utilización aerobia
de los compuestos derivados de los hidratos de carbono, las gra­
sas, las proteínas y otras sustancias para formar aún más ATP. A
su vez, el ATP se encuentra en equilibrio reversible con la fos­
focreatina de las células y como la célula contiene más fosfocrea­
tina que ATP, gran parte de la energía almacenada se deposita
como fosfocreatina.
La energía del ATP sirve para distintos sistemas de funcio­
namiento celular responsables de la síntesis y del crecimiento, la
contracción muscular, la secreción glandular, la conducción de
los impulsos nerviosos, la absorción activa y otras actividades.
Cuando se reclama más energía para la actividad celular que la
provista por el metabolismo oxidativo, el almacén de fosfocrea­
tina es el primero que se utiliza y luego le sigue con rapidez la
descomposición anaeróbica del glucógeno. En consecuencia, el
metabolismo oxidativo no aporta salvas extremas de energía a
las células con la misma rapidez que los procesos anaeróbicos,
pero, en cambio, si el ritmo de uso es más lento, los procesos
oxidativos se extienden mientras se disponga del almacén ener­
gético, en particular, de la grasa.
Velocidad de reacción =
Esta es la denominada ecuación de Michaelis-Menten. En la
figura 72-2 se ofrece una aplicación de esta fórmula.
Importancia de la concentración enzimàtica para la regula­
ción de las reacciones metabólicas. La figura 72-2 demuestra
que, cuando la concentración de sustrato es elevada, como apa­
rece en la mitad derecha de la figura, la velocidad de la reac­
ción química depende casi en exclusiva de la concentración de
la enzima. Así pues, según aumenta la concentración de enzima
desde un valor arbitrario de 1 hasta 2, 4 u 8, la velocidad de la
reacción se eleva de modo proporcional, como lo demuestran los
trazados crecientes de las curvas. A modo de ejemplo, si entran
grandes cantidades de glucosa en el tùbulo renal de una persona
con diabetes mellitus (es decir, si el tùbulo dispone de un exceso
del sustrato glucosa), un aumento posterior de la glucosa tubular
apenas modifica la reabsorción de glucosa, porque las enzimas
transportadoras se encuentran saturadas. En estas circunstan­
cias, la velocidad de reabsorción de la glucosa está limitada por la
concentración de las enzimas transportadoras de las células del
tùbulo proximal y no por la concentración de la propia glucosa.
Figura 72-1 Esquema general de la transfe­
©ELSEV
IER
. Fotocopiar sin autorización e
su
n delito.
Glucosa
ATP
. Ácido pirúvico
K1 x [Enzima] x [Sustrato]
K + [Sustrato]
Glucógeno
Ácido láctico
UN
de una sesión agotadora de ejercicio, la persona empieza a
respirar con dificultad y consum e mucho oxígeno durante
varios m inutos o incluso hasta 1 h después. Este oxígeno adi­
cional se emplea para: 1) reconvertir el ácido láctico acum u­
lado durante el ejercicio de nuevo en glucosa; 2) reconvertir
el monofosfato de adenosina y el ADP en ATP; 3) reconver­
tir la creatina y el fosfato en fosfocreatina; 4) restablecer la
concentración norm al de oxígeno ligado a la hemoglobina y
a la mioglobina, y 5) aum entar la concentración de oxígeno
de los pulm ones hasta su valor normal. Este consum o extra
de oxígeno, después de acabado el ejercicio, se conoce como
repago de la deuda de oxígeno.
El principio de la deuda de oxígeno se comenta aún más en
el capítulo 84 sobre fisiología del deporte; la capacidad de crear
una deuda de oxígeno reviste enorme interés en muchos tipos
de deporte.
tnergetica y metaDonsmo
®/>%
feo)
Energía para:
1. Síntesis y crecimiento
2. Contracción muscular
3. Secreción glandular
4. Conducción nerviosa
5. Absorción activa
6. Etc.
rencia de la energía de los alimentos al sistema
del ácido adenílico y luego a los elementos
funcionales de las células. (Modificado de
Soskins, Levine R: Carbohydrate Metabolism.
Chicago: University of Chicago Press, 1952.)
Acetil CoA
Fosfocreatina
Aminoácidos
desaminados
ty
AMP
Otros sustratos
COg + H2O
Creatina + POA
861
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Figura 72-2 Efecto de las concentraciones de sustrato y de enzima
sobre la velocidad de reacción catalizada por las enzimas.
importancia de la concentración de sustrato para la regula­
ción de las reacciones metabólicas. En la figura 72-2 se observa,
asimismo, que si la concentración de sustrato disminuye lo sufi­
ciente, de suerte que sólo se requiere una pequeña porción de la
enzima para la reacción, la velocidad de reacción se vuelve direc­
tamente proporcional a la concentración de sustrato y de enzima.
Esta relación se advierte con la absorción de las sustancias a partir
del tracto intestinal o del tùbulo renal cuando su concentración es
reducida.
Limitación de la velocidad de las reacciones en serie. Casi
todas las reacciones químicas del organismo se producen en
serie; el producto de una reacción actúa como sustrato de la
siguiente y así sucesivamente. Por eso, la velocidad global de
una serie compleja de reacciones químicas depende, en primer
lugar, de la velocidad de reacción del paso más lento de la serie,
que se denomina paso limitante de la velocidad de toda la serie
reactiva.
La concentración de ADP es el factor que regula la veloci­
dad de cesión energética. En condiciones de reposo, la concen­
tración celular de ADP es muy baja, de modo que las reacciones
químicas que dependen del ADP como sustrato son bastante
lentas. Así sucede con todas las vías metabólicas oxidativas que
liberan energía de los alimentos y con casi todas las demás vías
de cesión energética del organismo. En consecuencia, el ADP es
uno de los factores principales que limita la velocidad de casi
todas las reacciones metabólicas energéticas.
Cuando la célula se activa, cualquiera que sea su actividad, el ATP
se transforma en ADP y la concentración de ADP aumenta de forma
directamente proporcional al grado de actividad de la célula. Este
ADP acelera, a continuación y de forma automática, la velocidad de
todas las reacciones que culminan con la liberación metabòlica
de energía de los alimentos. Así, a través de un proceso tan sencillo,
la cantidad de energía liberada dentro de las células se controla por
su grado de actividad. Si no existe actividad celular, cesa la liberación
de energía porque todo el ADP se transforma en seguida en ATP.
Tasa metabòlica
El metabolismo corporal se refiere a todas las reacciones químicas
que suceden en las células y la tasa metabòlica suele expresarse
como la tasa de liberación de calor durante estas reacciones.
El calor es el producto terminal de casi toda la energía
liberada en el organismo. Al exponer muchas de las reaccio­
nes metabólicas en los capítulos anteriores se indicó que no toda
la energía de los alimentos se transfiere al ATP, sino que una gran
parte se convierte en calor. Por término medio, el 35% de la ener­
gía contenida en los alimentos se convierte en calor durante la
síntesis del ATP. Luego una cantidad adicional de energía se con­
vierte en calor al transferirse del ATP a los sistemas funcionales
celulares; por eso, aun en condiciones ideales, no más del 27%
de toda la energía alimentaria es consumida, al final, por los sis­
temas funcionales.
Aun cuando el 27% de la energía alcance los sistemas funcio­
nales celulares, casi toda ella acaba en calor. Por ejemplo, durante
la síntesis de proteínas se consumen grandes porciones de ATP
para formar los enlaces peptídicos y la energía se deposita en
estos enlaces. Pero también existe un recambio constante de
proteínas; algunas se descomponen y otras se sintetizan. Cuando
se descomponen las proteínas, se libera la energía depositada en
los enlaces peptídicos en forma de calor al organismo.
Otro ejemplo es la energía para la actividad muscular. Gran
parte de esta energía supera la viscosidad del propio músculo o de
los tejidos, con lo que se mueve el miembro. El movimiento vis­
coso causa, por su parte, fricción dentro del tejido y genera calor.
Considérese, asimismo, la energía consumida por el cora­
zón para el bombeo de la sangre. La sangre distiende el sistema
arterial y la propia distensión representa una reserva potencial
de energía. Conforme fluye la sangre por los vasos periféricos,
la fricción de las distintas capas de la sangre sobre sí mismas
y la fricción de la sangre sobre las paredes vasculares convierte
toda esta energía en calor.
En principio, toda la energía consumida por el organismo
se acaba transformando en calor. La única excepción de inte­
rés a esta norma se observa cuando el músculo ejecuta parte de
su trabajo fuera del cuerpo. Por ejemplo, cuando se levanta un
objeto hasta una altura o se suben escaleras, se crea una energía
potencial al elevar una masa contra la gravedad. Pero si no existe
consumo energético externo, toda la energía liberada por los
procesos metabólicos se acaba convirtiendo en calor corporal.
La caloría. Para exponer la tasa metabòlica corporal y los temas
relacionados de una manera cuantitativa, es necesario emplear
alguna unidad que exprese la cantidad de energía liberada por
los distintos alimentos o consumida por los diversos procesos
funcionales del organismo. En general, la caloría es la unidad
utilizada para este fin. Como se recordará, 1 caloría, a menudo
denominada caloría gramo, es la cantidad de calor necesaria
para elevar 1 °C la temperatura de 1 g de agua. La caloría es una
unidad demasiado pequeña para hablar de la energía corporal.
Por eso, en metabolismo, caloría se corresponde con kilocaloría,
que equivale a 1.000 calorías, y representa la unidad con la que
se mide el metabolismo energético.
Medición de la tasa metabolica de todo el organismo
La calorimetría directa mide el calor liberado por el cuerpo.
Como, en general, las personas no efectúan trabajos manuales,
la tasa metabòlica de todo el cuerpo se puede determinar de
una manera sencilla por la cantidad total de calor liberada en un
momento dado por el organismo.
Al medir la tasa metabòlica por calorimetría directa, se ana­
liza la cantidad de calor liberada por el cuerpo dentro de un calo­
rímetro espacioso, de diseño especial. Se introduce a la persona
en una cámara de aire, bien aislada, para que el calor no escape
por las paredes. El calor del cuerpo calienta el aire de la cámara.
Sin embargo, la tem peratura del aire del interior de la cámara se
mantiene constante al forzar el aire a través de conductos hasta
un baño de agua fría. La velocidad de calentamiento del baño de
agua, que se puede medir con un termóm etro exacto, equivale a
la tasa de calor liberada por el cuerpo de la persona.
862
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Capítulo 72
Tasa metabòlica basai (TMB) o gasto energético mínimo
para la supervivencia
Una persona, aunque permanezca en reposo completo, consume
mucha energía para todas las reacciones químicas del orga­
nismo. Este valor mínimo de energía, necesario para subsistir,
se conoce como tasa metabòlica (o metabolismo) basai (TMB) y
representa del 50 al 70% del gasto energético diario de la mayoría
de las personas sedentarias (fig. 72-3).
Como el grado de actividad física varía mucho de una per­
sona a otra, la medición de la TMB aporta un índice valioso para
comparar la tasa metabòlica de las distintas personas. El método
habitual con el que se determina la TMB consiste en medir la
tasa de utilización del oxígeno en un período determinado en las
siguientes condiciones.
La calorimetría indirecta o «el equivalente energético» del
oxígeno. Puesto que más del 95% de la energía consumida por
el organismo proviene de reacciones del organismo con los dis­
tintos alimentos, se puede también calcular la tasa metabòlica de
todo el cuerpo con mucha precisión a partir de la tasa de utiliza­
ción del oxígeno. Si se metaboliza 11 de oxígeno con glucosa se
liberan 5,01 calorías; si se metaboliza con almidón, 5,06 calorías;
con la grasa, 4,7 calorías, y con proteínas, 4,6 calorías.
A partir de estas cifras puede comprobarse la «cuasiequivalencia» entre las cantidades de energía liberadas por litro de oxígeno,
con independencia del tipo de alimento metabolizado. La cantidad
de energía liberada por litro de oxígeno consumido por el cuerpo
representa 4,825 calorías por término medio, si se parte de una dieta
convencional. Esta cifra se conoce como equivalente energético del
oxígeno y si se aplica este equivalente, es posible calcular con bas­
tante precisión la tasa de liberación de calor del organismo a partir
de la cantidad de oxígeno consumida en un determinado período.
Si una persona sólo metaboliza hidratos de carbono durante el
período en que se mide la tasa metabòlica, la cantidad estimada de
energía liberada, basada en el valor del equivalente energético pro­
medio del oxígeno (4,825 calorías/1), daría un resultado bajo (un 4%
menor del real). Por el contrario, si la persona obtuviera casi toda la
energía de la grasa, el valor estimado se sobrevaloraría en un 4%.
1. El último alimento debe haberse ingerido 12 h antes como
mínimo.
2. La TMB se determina después de una noche de sueño
reparador.
3. Desde 1 h antes de la prueba, como mínimo, no se efectuará
ninguna actividad agotadora.
4. Se eliminarán todos los factores de excitación psíquica o física.
5. La temperatura atmosférica será confortable, entre 20 °C y
27 "C.
6. No se permitirá ningún ejercicio físico durante la prueba.
M etabolism o energético y factores
que m odifican las salidas energéticas
La TMB suele representar de 65 a 75 calorías por hora para
un varón normal de 70 kg. Gran parte de la TMB obedece a las
actividades esenciales del sistema nervioso central, corazón,
riñones y otros órganos, pero las variaciones entre las distintas
personas dependen, en principio, de las diferencias en la canti­
dad de músculo esquelético y de la constitución física.
El músculo esquelético, aun en reposo, representa un 20 al
30% de la TMB. Por esta razón, la TMB suele corregirse según
las diferencias de constitución y se expresa como calorías por
hora y metro cuadrado de superficie corporal, estimada a partir
del peso y de la talla. Los valores habituales para los varones y las
mujeres de las diferentes edades aparecen en la figura 72-4.
Gran parte del descenso de la TMB que se observa con el
envejecimiento se debe, sin duda, a la pérdida de masa muscular
y a la sustitución por tejido adiposo, con una tasa metabòlica
menor. De forma análoga, las TMB algo más bajas de las mujeres
en comparación con las de los hombres, se explican en parte por
el menor porcentaje de masa muscular y la mayor proporción de
ELSEV
IER
. Fotocopiar sin autorización e
s u
n delito.
Como se expone en el capítulo 71, las entradas y salidas de la
energía de un adulto sano se hallan equilibradas, siempre que
se mantenga estable el peso corporal. Cerca del 45% del aporte
energético diario de una dieta norteamericana convencional
proviene de los hidratos de carbono, el 40% de las grasas y el 15%
de las proteínas. Las salidas también se pueden repartir en diver­
sos componentes medibles, como la energía consumida para:
1) las funciones metabólicas esenciales del cuerpo (el metabo­
lismo «basai»); 2) las diversas actividades físicas; 3) la digestión,
la absorción y el procesamiento de los alimentos, y 4) el mante­
nimiento de la temperatura corporal.
Requerimientos energéticos globales
para las actividades diarias
Un hombre sano, que pesara 70 kg y que permaneciera todo el
día en la cama, consumiría alrededor de 1.650 calorías. El pro­
ceso de la alimentación y la digestión aumenta la cantidad de
energía consumida cada día del orden de 200 calorías, de manera
que si este hombre permaneciera en la cama e ingiriera una dieta
razonable requeriría un aporte de alimentos equivalente a 1.850 ca­
lorías diarias. Si estuviera sentado en una silla todo el día sin
hacer ejercicio, el requerimiento energético diario global subi­
ría a 2.000-2.250 calorías. En consecuencia, los requerimientos
energéticos diarios de un hombre con vida preferentemente
sedentaria, que sólo ejecutara las funciones esenciales, ascien­
den aproximadamente a 2.000 calorías.
La cantidad de energía consumida para las actividades físicas
diarias suele representar un 25% del gasto energético total, pero
varía mucho de una persona a otra, según el tipo y la magni­
tud del ejercicio físico. Por ejemplo, subir escaleras exige casi
17 veces más energía que dormir en la cama. De ordinario, una
persona que realice trabajos pesados puede alcanzar una tasa
máxima de utilización energética de hasta 6.000 a 7.000 calorías
durante las 24 h, es decir, casi tres veces y media más que la ener­
gía consumida en condiciones de reposo.
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
100 -n
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o
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03
O)
/WWVWvWWl
Actividad física voluntaria (25%)
Otra actividad distinta de la física (7%)
Efecto termógeno de los alimentos (8%)
Despertar
q3
■o
0
•cu
4-J 25 c
0)
o
Tasa metabòlica
durante
el sueño
Tasa
metabòlica
basal (60%)
k.
o
Q-
Figura 72-3 Componentes del gasto energético.
863
UN
La calorimetría directa es una técnica difícil y, por eso, sólo
se utiliza con fines experimentales.
Energética y metabolismo
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Metabolismo basai (caloría/m2/hora)
punto de que la temperatura corporal puede reducirse varios
grados muy poco antes del fallecimiento.
Energía empleada para la actividad física
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Edad (años)
Figura 72-4 Tasas metabólicas basales normales para las
diferentes edades y sexos.
tejido adiposo. Sin embargo, existen otros factores que también
influyen en la TMB, como se comenta a continuación.
La hormona tiroidea aumenta la tasa metabòlica. Cuando
la glándula tiroides segrega las cantidades máximas de tiroxina,
la tasa metabòlica puede elevarse de un 50 a un 100% por encima
del valor normal. En cambio, cuando se deja de secretar hor­
mona tiroidea, la tasa metabòlica disminuye hasta un 40-60% de
la normal. Como se indica en el capítulo 76, la tiroxina acelera la
tasa de las reacciones químicas en muchas células del organismo
y, en consecuencia, aumenta la tasa metabòlica. La adaptación
de la glándula tiroides (su secreción aumenta en los climas fríos
y se reduce en los cálidos) contribuye a las diferencias de TMB
entre las personas que viven en diferentes áreas geográficas; por
ejemplo, las personas de las regiones árticas muestran TMB de
un 10 a un 20% más altas que las de los trópicos.
La hormona sexual masculina aumenta la tasa m etabò­
lica. La hormona sexual masculina, la testosterona, eleva la tasa
metabòlica de un 10 a un 15%, mientras que las hormonas sexua­
les femeninas aumentan muy poco esta tasa, casi nunca de forma
significativa. Casi todo el efecto de la hormona sexual masculina
depende de su acción anabólica (aumento de la masa del mús­
culo esquelético).
La hormona del crecimiento aumenta la tasa m etabò­
lica. La hormona de crecimiento puede aumentar la tasa meta­
bòlica al estimular el metabolismo celular y aumentar la masa
de músculo esquelético. En adultos con deficiencia de hormona
del crecimiento, el tratamiento de sustitución con hormona del
crecimiento recombinante eleva la tasa metabòlica basai en el
20%, aproximadamente.
La fiebre aumenta la tasa metabòlica. La fiebre, cualquiera
que sea su etiología, aumenta las reacciones químicas del orga­
nismo en un 120%, por término medio, por cada aumento de la
temperatura de 10 °C, como se describe con más detalle en el
capítulo 73.
El sueño reduce la tasa metabòlica. La tasa metabòlica dis­
minuye de un 10 a un 15%, con respecto a la normal, durante el
sueño. Este descenso obedece a dos factores esenciales: 1) dismi­
nución del tono de la musculatura esquelética durante el sueño y
2) disminución de la actividad del sistema nervioso central.
La desnutrición reduce la tasa metabòlica. La desnutrición
prolongada disminuye la tasa metabòlica de un 20 a un 30%, sin
duda por la escasez de sustancias alimentarias para la célula. La
inanición que acompaña a las fases finales de muchas enferme­
dades reduce mucho la tasa metabòlica antes de morir, hasta el
El factor que más aumenta la tasa metabólica es el ejercicio
intenso. Los brotes cortos de contracción muscular máxima de
un solo músculo pueden liberar en muy pocos segundos hasta
100 veces la cantidad habitual de calor generada en reposo. El ejer­
cicio muscular máximo de todo el cuerpo aumenta la producción
de calor del organismo durante unos segundos hasta 50 veces con
respecto a lo normal, o hasta 20 veces el valor normal si se trata de
un ejercicio más pausado y lo ejecuta una persona entrenada.
La tabla 72-1 ofrece el gasto energético para distintos tipos
de actividad física realizada por un hombre de 70 kg. Dada la
enorme variación entre la magnitud de actividad física entre las
personas, este componente del gasto energético es la causa más
importante de las diferencias de aporte calórico que se requie­
ren para mantener el balance energético. De todas maneras, en
los países industrializados con un surtido variado de alimentos,
como EE. UU., a menudo el aporte calórico excede de manera
intermitente el consumo de energía y este exceso se depo­
sita sobre todo en forma de grasa. Esta observación subraya la
importancia que tiene la actividad física mantenida para evitar
un depósito excesivo de grasa y la obesidad.
No obstante, incluso las personas sedentarias que reali­
zan muy poco o ningún ejercicio físico o trabajo físico diario,
invierten mucha energía en la actividad física espontánea que se
necesita para mantener el tono muscular y la postura corporal y
en otras actividades como «la agitación nerviosa». En conjunto,
estas actividades de tipo no físico justifican un 7% del gasto ener­
gético diario de una persona.
Energía para procesar los alimentos o efecto termógeno
de los alimentos
Después de ingerir una comida, la tasa metabólica aumenta
como consecuencia de las distintas reacciones químicas que
acompañan a la digestión, absorción y almacenamiento de los
alimentos dentro del organismo. Este es el denominado efecto
Tabla 72-1 Energía consumida por un hombre de 70 kg de peso
en diferentes actividades
Tipo de actividad
Calorías por hora
Sueño
65
Reposo tumbado
77
Reposo sentado
100
Relajado de pie
105
Vestirse y desvestirse
118
Escribir a máquina con rapidez
140
Paseo tranquilo (4 km/h)
200
Labores de carpintería, metalurgia, pintura
industrial
240
Serrar madera
480
Nadar
500
Correr
(8 km/h)
Subir escaleras deprisa
Tomado de los datos recogidos por el profesor M. S. Rose.
864
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
570
1.100
Capítulo 72
depender, en parte, de los efectos de la elevación de la leptina
hipotalámica, que activa las neuronas productoras de proopiomelanocortina del hipotálamo. La estimulación simpática, al
aumentar la termogenia, restringe un aumento excesivo de peso.
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Energía consum ida para la termogenia sin escalofríos:
importancia de la estimulación simpática
Pese a que el trabajo físico y el efecto termógeno de los alimentos
liberan calor, estos mecanismos no pretenden regular, en princi­
pio, la temperatura corporal. La tiritona supone un medio para
generar calor basado en una mayor actividad muscular como
respuesta al frío, tal y como se indica en el capítulo 73. Existe
otro mecanismo, el de la termogenia sin tiritona, que genera
calor como respuesta al frío. Este tipo de termogenia se esti­
mula con la activación del sistema nervioso simpático, que libera
noradrenalina y adrenalina que, a su vez, aumentan la actividad
metabòlica y la producción de calor.
La estimulación simpática induce la liberación de grandes
cantidades de calor por parte de algunos tipos de tejido graso, en
concreto de la grasa parda. Este tipo de grasa contiene muchas
mitocondrias y múltiples globulillos de grasa, en lugar de un solo
glóbulo voluminoso. La fosforilación oxidativa de las mitocon­
drias de estas células es fundamentalmente «desacoplada», es
decir, cuando los nervios simpáticos estimulan estas células, las
mitocondrias producen mucho calor, pero casi nada de ATP. De
este modo, prácticamente toda la energía oxidativa liberada se
transforma de inmediato en calor.
Los recién nacidos poseen multitud de estos adipocitos pardos
y la estimulación simpática máxima eleva el metabolismo de estos
pequeños más de un 100%. La magnitud de este tipo de termoge­
nia para los adultos, que apenas poseen grasa parda, representa
probablemente menos del 15%, pero esta cifra podría aumentar de
forma significativa tras la adaptación al frío.
La termogenia sin tiritona también actúa como amortiguador
de la obesidad. Según estudios recientes, las personas obesas con
un aporte calórico excesivo y persistente muestran una mayor
actividad nerviosa simpática. El mecanismo responsable de la
activación simpática de los obesos se desconoce, pero podría
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
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U N ID A
termógeno de los alimentos, puesto que se requiere energía para
estos procesos y se genera calor.
Cuando se toma una comida con muchos hidratos de car­
bono o grasas, la tasa metabolica se suele incrementar en un 4%
pero si se ingiere una comida rica en proteínas, la tasa metabo­
lica empieza a elevarse en el plazo de lh , alcanza un máximo
cercano al 30% sobre el valor normal y se mantiene así durante
3 a 12 h. Este efecto de las proteínas sobre la tasa metabòlica
se conoce como acción dinámica específica de las proteínas. El
efecto termógeno de los alimentos explica el 8% del consumo
energético diario total de muchas personas.
Energética y metabolismo
CAPÍ TULO 73
Regulación de la temperatura corporal y fiebre
T em peratura n o rm a l
del o rg a n ism o
Temperatura
central
y temperatura periférica
(cutánea). La tem peratura
de los tejidos profundos del organismo, o tem peratura «cen­
tral», perm anece muy constante, con un margen de ±0,6 °C,
salvo cuando sobreviene una enferm edad febril. De hecho,
una persona desnuda puede exponerse a tem peraturas tan
bajas com o 13 °C o tan altas com o de 54 °C con un aire seco y
m antener una tem peratura central casi constante. Los m eca­
nismos que regulan la tem peratura corporal constituyen un
sistema regulador de maravilloso diseño. El objetivo de este
capítulo es com entar este sistema y su funcionam iento en los
estados de salud y de enfermedad.
La temperatura de la piel, a diferencia de la central,
aum enta y desciende con la tem peratura del entorno. La
tem peratura de la piel tiene interés por la capacidad de la piel
de desprender calor al entorno.
Temperatura central normal. No existe una sola
tem peratura central que pueda considerarse normal, porque
las mediciones efectuadas en m uchas personas sanas revelan
un intervalo norm al de tem peraturas bucales, com o ilustra la
figura 73-1, desde 36 °C hasta más de 37,5 °C. La tem peratura
central norm al suele variar, por térm ino medio, entre 36,5 y
37 °C si se m ide en la boca y resulta 0,6 °C más alta si se mide
en el recto.
La tem peratura corporal aum enta con el ejercicio y varía
con los extrem os de tem peratura ambiental, porque los
m ecanism os term orreguladores no son perfectos. Si el ejer­
cicio agotador aum enta en exceso la tem peratura corporal,
esta puede elevarse hasta 38,3-40 °C. Por el contrario, si se
expone el cuerpo a un frío extremo, la tem peratura desciende
por debajo de 35,5 °C.
y aum enta la tem peratura corporal. En cambio, si la pérdida
es mayor, descienden el calor y la tem peratura corporales.
Por eso, casi todo el resto del capítulo se ocupa del equilibrio
entre la producción y la pérdida de calor y de los m ecanismos
que regulan cada uno de ellos.
Producción de calor
La producción de calor es uno de los productos interm e­
dios más im portantes del metabolismo. En el capítulo 72 se
resum e la energética corporal y se com entan los distintos
factores que determ inan la tasa de producción de calor,
denom inada tasa metabòlica del organismo. Los más im por­
tantes se enum eran a continuación: 1) tasa m etabòlica basai
de todas las células corporales; 2) tasa extra del m etabolismo
generada por la actividad muscular, incluidas las contraccio­
nes musculares determ inadas por la tiritona; 3) m etabolismo
añadido generado por el efecto de la tiroxina (y, en m enor
grado, por otras horm onas, com o la horm ona de crecim iento
y la testosterona) sobre las células; 4) m etabolism o extra oca­
sionado por el efecto de la adrenalina, la noradrenalina y la
estimulación sim pática sobre las células; 5) m etabolism o adi­
cional causado por la mayor actividad química de las propias
células, sobre todo cuando aum enta la tem peratura celular,
y 6) m etabolismo adicional necesario para la digestión, absor­
ción y alm acenam iento de los alimentos (efecto term ógeno
de los alimentos).
104- j—40 '
- L
102- -39
Trabajo físico intenso,
“
<
H
emoción f
¡-38
>s pocos adultos sanos" 100r
<
Muchos niños activos
Intervalo habitual
de la normalidad
La te m p e ra tu ra co rp o ral se regula
p or el eq uilib rio entre la p ro ducció n
y la pérdida de calor
Rectal
Oral
J
-3 7
98—j
1
Primeras horas J
de la mañana ]
Climas fríos, etc. '
96-
Ejercicio intenso
Emoción o ejercicio
moderado
Unos pocos adultos sa
Muchos niños activos
►Intervalo habitual
de la normalidad
-36«
—
> Primeras horas
de la mañana
Climas fríos, etc.
Figura 73-1 Intervalo estimado de la temperatura «central» en
Si la tasa de producción calorífica del organism o excede la
de la pérdida de calor, se acum ula el calor dentro del cuerpo
personas normales. (Reproducido a partir de DuBois EF: Fever.
Springfield, IL: Charles CThomas, 1948.)
867
© 2011. Elsevier España, S.L. Reservados todos los derechos
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Pérdida de calor
Casi todo el calor producido en el organism o se genera en
los órganos profundos, en particular, en el hígado, el cerebro
y el corazón, y tam bién en los m úsculos esqueléticos durante
el ejercicio. Luego, este calor pasa de los órganos y tejidos
profundos hacia la piel, donde se pierde hacia la atm ósfera
y el entorno. Por consiguiente, la velocidad a la que desapa­
rece el calor depende casi en exclusiva de dos factores: 1) la
rapidez con la que se transporte el calor desde el lugar de
producción dentro del organism o hacia la piel y 2) la rapi­
dez con que la piel ceda el calor al entorno. Em pecem os por
exponer el sistem a que aísla el centro del cuerpo de la p eri­
feria cutánea.
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3
E
Sistema aislante del organismo
Temperatura ambiente (°C)
La piel, los tejidos subcutáneos y, en particular, la grasa de
los tejidos subcutáneos actúan de m anera concertada como
aislante térm ico del organismo. La grasa tiene im portancia
porque conduce el calor a un tercio de la velocidad de los
otros tejidos. Cuando no fluye sangre de los órganos internos
calentados hacia la piel, las propiedades aislantes del cuerpo
de un hom bre representan tres cuartas partes de las propie­
dades aislantes de la ropa habitual. El sexo femenino cuenta
con un aislamiento aún mejor.
El aislam iento bajo la piel supone un medio eficiente
para conservar la tem peratura interna o central, aunque a
expensas de que la tem peratura cutánea se aproxim e a la
am biental.
El flujo sanguíneo desde el centro del organismo
hacia la piel transfiere el calor
La piel está vascularizada de una m anera generosa en su capa
inferior. Especial m ención m erece el plexo venoso continuo
que recibe sangre de los capilares cutáneos, como m uestra la
figura 73-2. En la mayoría de las áreas expuestas del cuerpo
(manos, pies y orejas) las pequeñas arterias tam bién aportan
sangre al plexo a través de anastomosis arteriovenosas p ro ­
vistas de m ucho tejido muscular.
La velocidad con la que fluye la sangre hacia la piel por
el plexo venoso varía m ucho desde prácticam ente nada
hasta un 30% del gasto cardíaco total. Si el flujo cutáneo
aum enta, el calor se conduce con enorm e eficiencia desde el
centro del cuerpo hasta la piel, m ientras que cuando la tasa
de perfusión de la piel se reduce, la conducción de calor es
m ínima.
Epidermis
----- Capilares
Dermis
Arterias
Venas
Plexo venoso
Tejido
subcutáneo
Figura 73-2 Circulación sanguínea por la piel.
Anastomosis
arteriovenosa
Arteria
Figura 73-3 Efecto de la variación de la temperatura ambien­
tal sobre la conductancia de calor desde el centro del organismo
hasta la piel. (Modificado de BenzingerTH: Heat and Temperature
Fundamentals of Medical Physiology. New York: Dowden,
Hutchinson & Ross, 1980.)
La figura 73-3 m uestra el efecto cuantitativo de la tem pe­
ratura am biental sobre la conducción de calor desde el centro
del cuerpo hasta la superficie de la piel y luego, la conducción
atmosférica: la conductancia del calor se multiplica casi por
ocho entre el estado de vasoconstricción plena y el de vasodilatación total.
En resumen, la piel es un sistema «radiador de calor» con
un control eficaz; el flujo sanguíneo de la piel se com porta
com o el m ecanism o más eficiente que transfiere el calor del
centro del organism o hacia la piel.
El sistem a nervioso sim pático controla la conducción
de calor hacia la piel. El grado de vasoconstricción de las
arteriolas y de las anastom osis arteriovenosas que nutren
de sangre el plexo venoso de la piel regula la conducción de
calor hacia la piel a través de la sangre. Esta vasoconstricción
depende casi por completo, a su vez, del sistema nervioso
simpático que responde a las variaciones de la tem pera­
tura central y de la tem peratura ambiental. Estos hechos se
com entan luego en este capítulo al describir el control hipotalámico de la tem peratura corporal.
Aspectos físicos elementales acerca de la pérdida
de calor desde la superficie cutánea
La figura 73-4 ilustra los distintos m étodos por los que el calor
se desprende de la piel al entorno, a saber, la radiación, la con­
ducción y la evaporación, que se describen seguidamente.
Radiación. Com o se expone en la figura 73-4, una per­
sona desnuda, sentada en una habitación con tem peratura
am biente norm al pierde cerca de un 60% de todo el calor por
radiación.
La pérdida de calor por radiación significa la emisión de
radiaciones infrarrojas, un tipo de onda electrom agnética.
Casi todos los rayos infrarrojos calientes que salen del orga­
nism o tienen unas longitudes de onda de 5 a 20 p,m, es decir,
de 10 a 30 veces la longitud de los rayos de luz visible. Todos
los objetos que no tienen una tem peratura absoluta de cero
em iten estas radiaciones. El cuerpo hum ano irradia calor en
868
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Capítulo 73
Conducción y convección del calor por una persona
suspendida en el agua. El agua posee un calor específico
Evaporación (22%)
Radiación (60%)
de ondas de calor
Conducción
a la atmósfera (15%)
Corrientes
de aire (convección)
Conducción
a los objetos (3%)
©ELSEV
IER
. Fotocopiar sin autorización e
su
n delito.
Figura 73-4 Mecanismos de pérdida de calor del cuerpo.
todas las direcciones. Las radiaciones caloríficas tam bién
son em itidas por las paredes de las habitaciones y otros obje­
tos en dirección al cuerpo. Si la tem peratura del cuerpo es
mayor que la ambiental, el cuerpo em ite una mayor cantidad
de calor de la que recibe.
Conducción. Com o aparece en la figura 73-4, norm al­
m ente se pierden cantidades minúsculas de calor, en torno al
3%, m ediante conducción directa desde la superficie corporal
hacia objetos sólidos com o una silla o una cama. Sin embargo,
la pérdida de calor por conducción aérea supone un porcen­
taje considerable del total (aproxim adam ente 15%), incluso
en condiciones normales.
Com o se recordará, el calor es, en realidad, la energía ciné­
tica del movim iento molecular y las moléculas de la piel no
cesan de vibrar. G ran parte de la energía de este m ovim iento
se puede ceder a la atmósfera si esta se encuentra más fría
que la piel, con lo que aum enta la velocidad de movim iento
de las moléculas del aire. Una vez que la tem peratura del aire
adyacente a la piel iguala la de esta, ya no se pierde calor por
esta vía porque la cantidad de calor conducida desde el aire
hacia el cuerpo es idéntica. Así pues, la conducción de calor
del cuerpo a la atmósfera se lim ita de m anera espontánea,
a menos que el aíre calentado se aleje de la piel, con lo que
siempre establecería contacto con la piel un aire nuevo, no
calentado, fenóm eno denom inado convección del aire.
Convección. La pérdida de calor corporal por las
corrientes de convección del aire suele denom inarse pérdida
de calor por convección. En realidad, prim ero el calor debe
conducirse al aire y después alejarse de las corrientes de aire
de convección.
Alrededor del cuerpo surge siempre una pequeña convec­
ción, por la tendencia del aire que rodea la piel a elevarse des­
pués de calentado. Por este motivo, aproxim adam ente el 15%
de la pérdida total de calor de una persona desnuda, sentada
en una habitación cóm oda sin un gran m ovim iento del aire,
se debe a la conducción del mismo y luego a la convección
con alejamiento del cuerpo.
Efecto refrigerador del viento. Si una persona se
expone al viento, la capa de aire en contacto inm ediato con la
piel se sustituye por otra nueva con m ucha más rapidez de lo
habitual y, en consecuencia, se acelera la pérdida de calor por
convección. El efecto refrigerador del viento para una veloci­
dad de viento baja es casi proporcional a la raíz cuadrada de
dicha velocidad. Por ejemplo, un viento de 6,5 km por hora
refrigera dos veces m ás que otro de 1,5 km por hora.
varios miles de veces mayor que el aire, por lo que cada
porción unitaria de agua adyacente a la piel puede absor­
ber m ucho más calor que el aire. Además, la conductividad
del calor dentro del agua es muy grande si se com para con
la del aire. Por todo ello, parece imposible que el organism o
pueda calentar una capa fina y próxima de agua y crear una
«zona aislante» com o sucede con el aire. De aquí que, en
general, la tasa de pérdida de calor hacia el agua sea muy
superior a la atmosférica.
Evaporación. Cuando el agua se evapora de la superficie
cutánea, por cada gram o evaporado desaparecen 0,58 calo­
rías (kilocalorías) de calor. El agua continúa evaporándose de
m anera insensible por la piel y los pulmones, con una velo­
cidad aproximada de 600 a 700m l/día, aunque la persona
no sude. La pérdida de calor es continua, a razón de 16 a
19 calorías por hora. Esta evaporación insensible a través de
la piel y de los pulm ones no sirve para regular la tem peratura,
sino que obedece a una difusión continua de las moléculas
de agua a través de los epitelios cutáneo y respiratorio. No
obstante, la pérdida de calor por evaporación del sudor se
puede controlar regulando la velocidad de sudoración, como
se expone más adelante en este capítulo.
La evaporación es un m ecanism o de refrigera­
ción necesario para tem peraturas atm osféricas m uy
altas. M ientras la tem peratura de la piel exceda la del
am biente, se pierde calor por radiación y conducción. Pero
si la tem peratura del am biente es mayor que la de la piel, en
lugar de que el calor desaparezca, el cuerpo lo recibe por
radiación y conducción. En estas circunstancias, el único
m edio del que dispone el organismo para librarse del calor es
la evaporación.
Por eso, todo aquello que impida una evaporación ade­
cuada cuando la tem peratura am biente excede la de la piel
provocará un aum ento de la tem peratura corporal interna.
Así sucede, a veces, con los niños que nacen con una ausen­
cia congènita de glándulas sudoríparas. Estas personas
toleran las tem peraturas frías de la misma m anera que las
personas sanas, pero pueden m orir de un golpe de calor en
el trópico porque, al no disponer de sistema de refrigeración
por evaporación, no pueden evitar que la tem peratura cor­
poral aum ente cuando la tem peratura am biental se eleva por
encim a de la corporal.
Efecto de la indumentaria en la pérdida de calor por
conducción. La ropa atrapa el aire cercano a la piel dentro
del tejido y aum enta el espesor de la denom inada zona p ri­
vada de aire próxima a la piel, aparte de reducir el flujo de las
corrientes de convección del aire. Por eso, la tasa de pérdida
de calor del organism o por conducción y por convección dis­
minuye mucho. La indum entaria habitual reduce la tasa de
pérdida de calor hasta aproxim adam ente la m itad de la del
cuerpo desnudo, pero la ropa utilizada en el Ártico llega a
reducir la pérdida hasta una sexta parte.
Casi la m itad del calor transm itido por la piel a la ropa se
irradia a la ropa en lugar de conducirse a través del pequeño
espacio que los separa. Por eso, si se reviste el interior de la
ropa con una fina capa de oro, que refleja de nuevo el calor
radiante al cuerpo, se obtiene una indum entaria con propie­
dades aislantes m ucho más eficaces. M ediante esta técnica
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
869
UN
Paredes
Regulación de la temperatura corporal y fiebre
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
se puede reducir el peso de la indum entaria empleada en el
Á rtico casi a la mitad.
La eficacia de la indum entaria para conservar la tem pera­
tura corporal desaparece casi enteram ente cuando se hum e­
dece la ropa porque, dada la gran conductividad del agua,
la tasa de transm isión de calor se multiplica por 20 en ese
mom ento. En consecuencia, uno de los factores más im por­
tantes para proteger al organism o del frío en las regiones
árticas es tom ar todas las cautelas para que la ropa no se
moje. De hecho, hay que procurar no calentarse en exceso, ni
siquiera de m anera pasajera, porque la sudoración dentro de
la ropa reduce m ucho su eficacia aislante.
Conducto
Absorción, sobre todo ------- ►
de iones sodio y cloro
La sudoración y su regulación
por el sistema nervioso autónom o
La estim ulación de la zona preóptica del hipotálam o ante­
rior, por la electricidad o por el exceso de calor, provoca
sudoración. Los impulsos nerviosos que inducen sudoración
desde esta zona son transm itidos por el sistema nervioso
autónom o a la m édula espinal y luego por la vía sim pática
hasta la piel.
Com o se recordará por la exposición sobre el sistema ner­
vioso autónom o en el capítulo 60, las glándulas sudoríparas
están inervadas por fibras nerviosas colinérgicas (fibras que
segregan acetilcolina, pero que viajan con los nervios sim ­
páticos junto con las fibras adrenérgicas). Estas glándulas
tam bién son estimuladas, hasta cierto punto, por la adre­
nalina o la noradrenalina circulantes, pese a que las glándu­
las no dispongan por sí mismas de inervación adrenérgica.
Este hecho tiene im portancia durante el ejercicio, ya que la
m édula suprarrenal segrega las horm onas citadas y el orga­
nism o debe desprenderse del exceso de calor generado por la
actividad muscular.
M ecanism os de la secreción del sudor. Como se ve
en la figura 73-5, la glándula sudorípara es una estructura
tubular com puesta por dos elementos: 1) una porción arro­
llada subdérm ica y profunda donde se segrega el sudor, y
2) un conducto que asoma a la piel a través de la dermis y de
la epidermis. Com o sucede con muchas otras glándulas, la
parte secretora de la glándula sudorípara segrega un líquido
denom inado secreción prim aria o precursora; luego, las con­
centraciones de los com ponentes de ese líquido se modifican
a su paso por el conducto.
La secreción precursora es un producto secretor activo de
las células epiteliales que revisten la porción arrollada de la
glándula sudorípara. La term inación de las fibras nerviosas
sim páticas colinérgicas en o cerca de las células glandulares
induce la secreción.
La com posición de la secreción precursora se asemeja a
la del plasma, pero no contiene las proteínas de este. La con­
centración de sodio se acerca a 142 mEq/1 y la de cloruro, a
104 mEq/1, m ientras que las de los dem ás solutos del plasma
es m ucho menor. Conform e esta secreción precursora fluye
por el conducto glandular, se modifica por la reabsorción
de casi todos los iones sodio y cloruro. El grado de reabsor­
ción depende de la velocidad de sudoración, com o se indica
seguidamente.
Si la glándula sudorípara sólo se estimula de form a dis­
creta, el líquido precursor pasa lentam ente por el conducto.
Glándula
Secreción
primaria,
en particular
de un
filtrado
sin proteínas
Nervio
simpático
Figura 73-5 Glándula sudorípara ¡nervada por un nervio simpático
secretor de acetilcolina. La porción glandular crea una secreción
primaria sin proteínas; la mayoría de los electrólitos se reabsorben
en el conducto, con lo que finalmente sale una secreción acuosa
y diluida.
En este caso, casi todos los iones sodio y cloruro se reab­
sorben y su concentración desciende hasta 5 mEq/1. De este
modo, la presión osm ótica del líquido sudoríparo se reduce
en tal m edida que casi toda el agua tam bién se reabsorbe y
se concentran la mayoría de los dem ás elementos. En con­
secuencia, si la sudoración es lenta, algunos com ponentes,
com o la urea, el ácido láctico y los iones potasio, suelen con­
centrarse mucho.
En cambio, si el sistema nervioso simpático estimula las
glándulas sudoríparas con fuerza, se form an grandes can­
tidades de secreción precursora y el conducto sólo logra
reabsorber algo más de la m itad del cloruro sódico; las con­
centraciones de los iones sodio y cloruro alcanzan (si la per­
sona no está aclim atada) un máximo cercano a 50-60 mEq/1,
algo m enos de la m itad de sus concentraciones plasmáticas.
Además, el flujo del sudor por los túbulos glandulares es tan
rápido que apenas se reabsorbe el agua. Por esta razón, la
concentración de los dem ás elementos disueltos en el sudor
aum enta muy poco; la urea representa casi el doble de la del
plasma; el ácido láctico, casi el cuádruple; y el potasio se m ul­
tiplica por 1,2.
Las personas no aclimatadas al calor pierden m ucho clo­
ruro sódico con el sudor pero, una vez que se logra la aclima­
tación, la pérdida electrolítica se reduce considerablemente,
a pesar de la mayor capacidad de sudoración, como se verá
seguidamente.
870
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Capítulo 73
Regulación de la temperatura corporal y fiebre
M ecan ism o de aclim atación del sudor al calor e
im portancia de la aldosterona. Pese a que una persona
sana, pero no aclim atada, no llegue casi nunca a segre­
gar más de 1 1 de sudor cada hora, si se expone a un clima
caliente durante 1 a 6 sem anas, em pezará a sudar cada vez
más y la velocidad m áxima de producción de sudor podrá
alcanzar hasta 2 -3 1/h. La evaporación de esta cantidad
enorm e de sudor llega a elim inar el calor del organism o con
una velocidad m ás de 10 veces superior a la tasa norm al de
producción de calor. Esta mayor eficiencia del m ecanism o
de sudoración obedece a un cambio dentro de las células
de las glándulas sudoríparas que aum entan su capacidad de
secreción.
La aclim atación tam bién reduce la concentración de clo­
ruro sódico del sudor para conservar cantidades crecientes
de esta sal. Casi todo este efecto es consecuencia de una
m ayor secreción de aldosterona por las glándulas de la cor­
teza suprarrenal que, a su vez, se inicia por el ligero descenso
de la concentración de cloruro sódico en los líquidos extracelulares y en el plasma. U na persona no aclim atada que sude
mucho pierde, a menudo, de 15 a 30 g de sal al día en los
prim eros días. Después de 4 a 6 sem anas de aclimatación, la
pérdida suele ser de 3 a 5g al día.
©ELSEV
IER
. Fotocopiar sin autorización e
su
n delito.
Pérdida de calor con el jadeo
Muchos animales inferiores apenas ceden calor por la superficie
de su cuerpo por dos motivos: 1) la superficie está cubierta a
menudo de pelo y 2) la piel de la mayoría de los animales infe­
riores no contiene glándulas sudoríparas, con lo que se evita casi
toda la pérdida evaporativa de calor de la piel. El mecanismo del
jadeo sirve, para muchos animales inferiores, como medio suce­
dáneo para disipar el calor.
Este fenómeno del jadeo se «activa» en los centros termorreguladores del encéfalo. Cuando la sangre se calienta en exceso,
el hipotálamo inicia las señales neurógenas para reducir la tem­
peratura corporal. Una de ellas desencadena el jadeo. El jadeo
real está controlado por un centro del jadeo asociado al centro
respiratorio neumotáxico de la protuberancia.
Cuando un animal jadea, inspira y espira con rapidez, por
lo que entran en contacto grandes cantidades de aire renovado
del exterior con la parte alta de la vía respiratoria; esto enfría
la sangre de la mucosa respiratoria debido a la evaporación de
agua de su superficie, en particular, la evaporación de saliva
de la lengua. Sin embargo, el jadeo no aumenta la ventilación
alveolar más allá de lo necesario para un control adecuado de
los gases sanguíneos, porque cada respiración es muy superfi­
cial; así pues, la mayor parte del aire que entra en los alvéolos
es aire del espacio muerto, sobre todo de la tráquea, pero no de
la atmósfera.
R egu lació n de la te m p e ra tu ra corporal:
im p o rta n c ia del h ip o tá la m o
La figura 73-6 ilustra lo que sucede con la tem peratura «cen­
tral» de un cuerpo desnudo después de varias horas de expo­
sición a una atmósfera seca entre 0 y 70 °C. Las dimensiones
precisas de la curva dependen del m ovim iento del viento,
la cantidad de hum edad del aire e incluso la naturaleza del
entorno. En general, un cuerpo desnudo m antenido en una
atmósfera seca entre 12 y 55 °C puede m antener una tem pe­
ratura central norm al de 36 a 37,5 °C.
Temperatura atmosférica (°C)
Figura 73-6 Efecto de las temperaturas atmosféricas elevadas y
reducidas sobre la temperatura «central» del cuerpo después de
varias horas de exposición en condiciones de sequedad. Obsérvese
que la temperatura corporal se mantiene estable a pesar de las
enormes variaciones de temperatura atmosférica.
La tem peratura del cuerpo está regulada casi exclusiva­
m ente por m ecanism os nerviosos de retroalim entación que
operan, en su mayoría, a través de centros termorreguladores situados en el hipotálamo. Para que estos mecanismos
de retroalim entación actúen, se necesitan detectores de tem ­
peratura que indiquen el m om ento en que esta aum enta o
disminuye en exceso.
Importancia de las regiones hipotalámica
anterior y preóptica en la detección
termostàtica de la temperatura
Se han realizado experim entos para calentar o enfriar zonas
minúsculas del encéfalo animal con un termodo. Este pequeño
dispositivo, parecido a una aguja, se calienta m ediante elec­
tricidad o haciendo pasar agua caliente o bien se enfría con
agua fría. Las regiones encefálicas principales en las que el
calor o el frío de un term odo influyen en el control de la tem ­
peratura corporal son los núcleos preópticos y anteriores del
hipotálamo.
La zona hipotalám ica anterior-preóptica contiene m ulti­
tud de neuronas sensibles al calor y hasta un tercio de n eu­
ronas sensibles al frío, de acuerdo con el term odo. Se piensa
que estas neuronas actúan como sensores térm icos que con­
trolan la tem peratura corporal. La velocidad de descarga de
las neuronas term osensibles se multiplica de 2 a 10 veces
cuando la tem peratura corporal aum enta 10 °C. En cambio,
las neuronas sensibles al frío aum entan la tasa de descarga
cuando la tem peratura corporal baja.
Si se calienta la región preóptica, la piel de todo el orga­
nismo empieza a sudar de m anera profusa y, al mismo
tiempo, todos los vasos sanguíneos cutáneos experim entan
una enorm e dilatación. Esta es una reacción inm ediata para
que el organism o pierda calor y la tem peratura corporal se
normalice. Por otro lado, inhibe todo exceso de producción
calorífica corporal. En definitiva, está claro que las regiones
hipotalám ica y preóptica pueden actuar como centro ter­
m ostàtico regulador de la tem peratura corporal.
871
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
Detección de la temperatura por los receptores
de la piel y de los tejidos corporales profundos
Mecanism os para reducir la temperatura cuando
el cuerpo alcanza un calor excesivo
Pese a que las señales em itidas por los receptores hipotalámicos de la tem peratura controlan con gran potencia la tem ­
peratura corporal, los receptores de otras partes del cuerpo
ejercen una función term orreguladora com plem entaria. Así
sucede, en particular, con los receptores térm icos de la piel y
de algunos tejidos profundos del organismo.
C om o se reco rd ará de la exposición sobre los re c e p ­
to res sensitivos del capítulo 48, la piel está dotad a de
recep to res para el frío y para el calor. E xisten m uchos
m ás recep to res para el frío que para el calor; de hecho, a
veces se observan h asta 10 veces m ás en m uchas zonas de
la piel. Por eso, la d etección periférica de la te m p eratu ra
se ocupa, sobre todo, de d etec tar te m p eratu ra s frías o
m uy frías en lugar de calientes.
Cuando se enfría la piel de todo el organismo, se desenca­
denan de inm ediato efectos reflejos que aum entan la tem pe­
ratura corporal por diversas vías; 1) estim ulan con intensidad
el escalofrío, con lo que aum enta la tasa de producción de
calor del organismo; 2) inhiben la sudoración, si es que esta
ya se había manifestado, y 3) inducen una vasoconstricción
de la piel para red u cir la pérd id a del calor orgánico a
través de la m ism a.
Los receptores profundos de la tem peratura corporal se
encuentran sobre todo en la médula espinal, en las visceras
abdominales y en o alrededor de las grandes venas de la parte
superior del abdom en y del tórax. Estos receptores profun­
dos actúan de forma diferente a los de la piel, porque están
expuestos a la tem peratura central más que a la tem peratura
superficial. Sin embargo, al igual que los receptores cutáneos,
detectan sobre todo el frío más que el calor. Es muy probable
que los receptores cutáneos y profundos se ocupen de evitar
la hipotermia, es decir, de prevenir un descenso de la tem pe­
ratura corporal.
El sistema term orregulador se sirve de tres mecanismos
esenciales para reducir el calor corporal cuando la tem pera­
tura del cuerpo es excesiva:
1.
Vasodilatación de la piel. Los vasos sanguíneos de la piel
de casi todas las regiones corporales se dilatan con inten­
sidad, debido a la inhibición de los centros simpáticos del
hipotálam o posterior, que produce una vasoconstricción.
La vasodilatación plena multiplica la tasa de transferencia
del calor a la piel hasta ocho veces.
2.
Sudoración. El efecto sudoríparo del increm ento de
la tem peratura corporal se dem uestra por la curva azul
de la figura 73-7, donde se aprecia un aum ento nítido de
la tasa de evaporación (pérdida de calor) resultante de la
sudoración cuando la tem peratura central se eleva por
encima del valor crítico de 37 °C. Todo increm ento adi­
cional de 1 °C de la tem peratura corporal causa la sudoración suficiente para eliminar 10 veces la tasa basal de
producción corporal de calor.
3.
que exageran la producción de calor, com o la tiritona y la
term ogenia química, se inhiben de m anera poderosa.
M ecanism os que aumentan la temperatura
cuando el cuerpo se enfría demasiado
Si el cuerpo se enfría en exceso, el sistema term orregulador
inicia los procedim ientos contrarios, a saber:
1.
Vasoconstricción de toda la piel. Los centros simpáticos
situados en la porción posterior del hipotálam o estim ulan
esta reacción.
2.
Piloerección. Piloerección significa «erección» de la parte
term inal del pelo. La estimulación simpática determ ina
una contracción de los músculos erectores del pelo, adhe­
ridos a los folículos pilosos; por eso, el pelo se endereza.
Este hecho carece de interés para el ser humano, pero, en
los animales inferiores, la erección del pelo perm ite atrapar
una capa densa de «aire aislante» próxima a la piel, con lo
que se reduce m ucho la transferencia de calor al entorno.
El hipotálam o posterior integra las señales
termosensibles centrales y periféricas
M uchas señales que miden la tem peratura nacen en los
receptores periféricos, pero su contribución al control tér­
mico se establece principalm ente a través del hipotálamo.
La zona del hipotálam o estimulada es la región hipotalámica
posterior, a am bos lados, aproxim adam ente a la altura de los
cuerpos mamilares. Las señales detectaras de tem peratura
de la región hipotalám ica anterior y preóptica tam bién se
transm iten hasta esta zona hipotalámica posterior. En este
lugar, las señales de la región preóptica y de otras partes del
organismo se com binan e integran para regular las reaccio­
nes productoras y conservadoras del calor corporal.
Mecanism os neuronales efectores que reducen
o aumentan la temperatura corporal
Cuando los centros hipotalámicos de la tem peratura detec­
tan una tem peratura excesivamente alta o baja, desencade­
nan los procedim ientos pertinentes para que la tem peratura
disminuya o aum ente. El lector probablem ente conocerá casi
todos estos procedim ientos por su experiencia personal, pero
a continuación se describen ciertos aspectos singulares.
Disminución de la producción de calor. Los mecanismos
3.
Aumento de la termogenia (producción de calor). La p ro ­
ducción de calor por los sistemas metabólicos se eleva con
la tiritona, la estimulación sim pática de dicha producción
y la secreción de tiroxina. Estos m étodos que increm en­
tan el calor requieren una explicación adicional, que sigue
a continuación.
Estim ulación hipotalám ica de la tiritona. En la porción
dorsomedial del hipotálam o posterior y cerca de la pared del
tercer ventrículo se encuentra una región denom inada centro
motor primario de la tiritona. De ordinario, esta región está
inhibida por las señales del centro de calor de la región hipo­
talám ica anterior-preóptica, pero las señales de frío de la piel
y de la m édula espinal lo estimulan. Así pues, este centro se
activa cuando la tem peratura corporal desciende, incluso
décimas de grado, por debajo de un valor crítico, com o lo
dem uestra el aum ento repentino de la «producción de calor»
872
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Capítulo 73
Regulación de la temperatura corporal y fiebre
Temperatura de la cabeza (°C)
Figura 73-7 Efecto de la temperatura hipotalámica sobre la pér­
dida de calor corporal por evaporación y sobre la producción de
calor inducido, sobre todo, por la actividad muscular y la tiritona.
La figura muestra el valor crítico de temperatura, a partir del cual
aumenta la pérdida de calor y se alcanza una producción del
mismo mínima estable.
(v. curva roja de la figura 73-7). Luego transm ite las seña­
les causantes de la tiritona a través de tractos bilaterales que
bajan desde el tronco encefálico por los cordones laterales de
la m édula y acaban en las m otoneuronas anteriores. Se trata
de señales sin ritm o fijo, que no inducen una verdadera agi­
tación muscular, sino que aum entan el tono de los músculos
esqueléticos y facilitan la actividad de las m otoneuronas ante­
riores. Cuando el tono aum enta por encima de un determ i­
nado valor crítico, empieza la tiritona. Posiblemente, esta se
debe a una oscilación por retroalim entación del m ecanism o
reflejo de estiram iento del huso muscular, que se expone en
el capítulo 54. Cuando la tiritona es máxima, la producción
de calor del cuerpo aumenta de cuatro a cinco veces.
ELSEV
IER
. Fotocopiar sin autorización e
su
n delito.
Excitación «química» simpática de la producción de
calor. Como se apunta en el capítulo 72, el incremento de la esti­
mulación simpática o de los valores circulantes de noradrenalina
y adrenalina de la sangre puede inducir un aumento inmediato
de la tasa metabólica celular. Este efecto se conoce como termogenia química, o termogenia sin escalofríos, y obedece, al menos
en parte, a la capacidad de la noradrenalina y de la adrenalina
para desacoplar la fosforilación oxidativa. En otras palabras, el
exceso de nutrientes se oxida y, en consecuencia, libera energía
en forma de calor, pero no facilita la síntesis del ATP.
El grado de term ogenia química de un animal se relaciona
de forma casi directam ente proporcional a la cantidad de
grasa parda de sus tejidos. Este es un tipo de grasa que con­
tiene m uchas m itocondrias especiales, dedicadas a la oxida­
ción desacoplada, como se expone en el capítulo 72. La grasa
parda está profusam ente inervada por nervios simpáticos
que liberan noradrenalina, que estimula a su vez la expresión
tisular de la proteína desacopladora mitocondrial (tam bién
llamada termogenina) y aum enta la termogenia.
La aclim atación influye de m anera notable en la intensi­
dad de la term ogenia química; algunos animales, com o las
hipotalám ica anterior y preóptica aum enta tam bién la p ro ­
ducción de la horm ona neurosecretora que libera la tirotropina en el hipotálam o. Esta horm ona es transportada por las
venas porta del hipotálam o hacia la adenohipófisis, donde
estimula la secreción de la tirotropina.
La tirotropina, a su vez, estimula una mayor liberación
de tiroxina por la glándula tiroides, com o se explica en el
capítulo 76. Este aum ento de la tiroxina activa la proteína
desacopladora y eleva la tasa m etabólica celular, otro m eca­
nism o de termogenia química. Este increm ento metabòlico
no es inmediato, sino que se necesitan varias semanas de
exposición corporal al frío para que el tiroides se hipertrofie
y alcance el nuevo dintel de secreción de tiroxina.
La exposición de los animales a un frío extrem o durante
varias semanas induce un aum ento de tam año de las glán­
dulas tiroideas del 20-40%. Sin embargo, el ser hum ano rara
vez se expone al mismo grado de frío que los animales. Por
eso, se sigue ignorando la im portancia cuantitativa del m eca­
nismo tiroideo de adaptación al frío para el ser humano.
Algunas mediciones aisladas revelan que los militares que
residen durante algunos meses en el Ártico experim entan un
aum ento de la tasa metabólica; por otro lado, algunos inuit
(esquimales) tam bién m uestran tasas metabólicas basales
anorm alm ente elevadas. Además, el efecto estim ulador con­
tinuo del frío sobre el tiroides podría explicar la incidencia
m ucho mayor de bocio tóxico entre las personas que viven
en los climas más fríos en relación con los que habitan los
medios más cálidos.
El concepto de «p unto de ajuste»
para el control de la tem peratura
Del ejemplo de la figura 73-7 se desprende con claridad que
a partir de una tem peratura central crítica, de unos 37,1 °C,
se suceden cambios espectaculares en las velocidades de pér­
dida y producción de calor. Por encima de esta tem peratura,
la velocidad de pérdida de calor excede la de producción, de
modo que la tem peratura corporal disminuye y se aproxima
de nuevo al valor de 37,1 °C. Para valores inferiores, la veloci­
dad de producción supera a la de pérdida, por lo que la tem pe­
ratura corporal se eleva y vuelve de nuevo al valor de 37,1 °C.
Esta tem peratura crucial se denom ina «punto de ajuste»
del mecanismo term orregulador. En otras palabras, todos los
mecanismos term orreguladores tratan, en todo m om ento, de
llevar la tem peratura corporal al punto de ajuste citado.
87 3
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
X
La m ayor liberación de tiroxina aum enta la produc­
ción de calor a largo plazo. La refrigeración de la región
UNIDAD
ratas, expuestos durante varias semanas a un entorno frío
m uestran un increm ento de la producción de calor del 100 al
500% cuando se exponen de m anera repentina al frío, a dife­
rencia del animal no aclimatado, cuyo aum ento tan sólo llega
a un tercio de este. Este increm ento de la term ogenia con­
lleva asimismo un aum ento proporcional de la ingesta.
Los adultos apenas poseen grasa parda; por eso, es raro
que la term ogenia química aum ente la producción de calor
más allá de un 10-15%. Sin embargo, entre los lactantes, que
sí disponen de una pequeña cantidad de grasa parda en el
espacio interescapular, la term ogenia química puede incre­
m entar la tasa de producción de calor en un 100%; se trata,
sin duda, de un factor im portante que conserva la tem pera­
tura corporal del recién nacido.
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
ó ' 90-,
■o
Ganancia por retroalimentación para el control
de la temperatura corporal. Recordemos la exposición
sobre la ganancia o increm ento por retroalim entación de los
sistemas de control expuesto en el capítulo 1. La ganancia
por retroalim entación mide la eficiencia de un sistema de
control. En el caso del control de la tem peratura, conviene
que la tem peratura central cambie lo menos posible, aunque
la am biental pueda hacerlo de m anera brusca de un día para
otro o incluso de una hora a la siguiente. La ganancia por
retroalimentación del sistema term orregulador equivale
al cociente entre el cambio de la tem peratura am biental y
el cambio de la tem peratura central del cuerpo m enos 1
(v. la fórmula en el capítulo 1). Se ha dem ostrado en distintos
experim entos que la tem peratura corporal hum ana cambia
aproxim adam ente 1°C por cada variación de 25 a 30 °C de
la tem peratura ambiente. Por consiguiente, la ganancia por
retroalim entación del m ecanism o íntegro de term orregulación se aproxima a 27(28/1 - 1 = 27), que es una ganan­
cia extraordinaria para un sistema de control biológico (en
com paración, la ganancia por retroalim entación del sistema
de control de la presión arterial por los barorreceptores es
m enor de 2).
La temperatura cutánea puede modificar
ligeramente el punto de ajuste para el control
de la temperatura central
El punto de ajuste crítico de la tem peratura en el hipotálamo, a partir del cual se inicia la sudoración y por debajo
del cual com ienza la tiritona depende, sobre todo, del grado
de actividad de los receptores para el calor de la región
hipotalám ica anterior y preóptica. Sin embargo, las señales
de tem peratura de las regiones periféricas, en particular de
la piel y tam bién de algunos tejidos profundos (la médula
espinal y las visceras abdominales), contribuyen asimismo
a regular la tem peratura corporal. ¿De qué m anera actúan?
La respuesta es que modifican el punto de ajuste del centro
hipotalámico que controla la tem peratura. Este efecto se ilus­
tra en las figuras 73-8 y 73-9.
La figura 73-8 pone de relieve el efecto de diferentes tem ­
peraturas de la piel sobre el punto de ajuste para la sudora­
ción y revela que este apunto de ajuste aum enta conform e
desciende la tem peratura cutánea. Así pues, el punto de
ajuste hipotalámico de la persona representada en la figura
aum entó desde 36,7 °C cuando la tem peratura de la piel era
mayor de 33 °C hasta un punto de ajuste de 37,4 °C después
de que tem peratura de la piel se redujo a 29 °C. En conse­
cuencia, cuando la tem peratura cutánea estaba elevada, la
sudoración se inició con una tem peratura hipotalám ica más
baja que cuando la tem peratura cutánea era reducida. Es
fácil com prender la utilidad de este sistema, porque conviene
suprim ir la sudoración si la tem peratura de la piel es baja; de
otra manera, el efecto com binado de la tem peratura redu­
cida de la piel y de la sudoración provocaría una pérdida muy
superior del calor corporal.
Con la tiritona sucede algo análogo, com o se ve en la
figura 73-9. Es decir, si la piel se enfría, impulsa los centros
hipotalámicos hasta el um bral de la tiritona, aunque la tem ­
peratura hipotalám ica continúe en el intervalo caliente de la
normalidad. De nuevo, no resulta extraño entender el valor
36
36,2 36,4 36,6 36,8 37 37,2 37,4
Temperatura interna de la cabeza (°C)
Figura 73-8 Efecto de la modificación de la temperatura interna
de la cabeza sobre la velocidad de pérdida de calor del organismo
por evaporación. Obsérvese también que la temperatura cutánea
determina el punto de ajuste, a partir del cual empieza la sudora­
ción. (Por cortesía del Dr.T. H. Benzinger.)
Temperatura interna de la cabeza (°C)
Figura 73-9 Efecto de las variaciones de la temperatura interna
de la cabeza sobre la velocidad de producción de calor del orga­
nismo. Obsérvese también que la temperatura cutánea establece
el punto de ajuste a partir del cual empieza la tiritona. (Por cortesía
del Dr.T. H. Benzinger.)
de este sistema de control, ya que una tem peratura fría de la
piel reduciría de inm ediato la tem peratura corporal, a m enos
que se increm entara la producción de calor. Así pues, este
efecto de las tem peraturas cutáneas frías, que aum entan la
producción de calor, se «anticipa», de hecho, al descenso de
la tem peratura corporal interna y lo evita.
874
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
Control conductual de la temperatura corporal
Aparte de los m ecanism os subconscientes de control de la
tem peratura corporal, el organism o dispone de otro m eca­
nism o term orregulador aún más potente; se trata del con­
trol conductual de la temperatura que se puede explicar de la
m anera siguiente. Cuando la tem peratura interna del cuerpo
se eleva en exceso, las señales de las regiones encefálicas que
regulan la tem peratura otorgan a la persona una sensación
psíquica de sobrecalentam iento. Por el contrario, cuando el
organism o se enfría mucho, las señales de la piel y quizá de
otros receptores profundos inducen una sensación molesta
de frío. Así pues, la persona procede a la adaptación am bien­
tal pertinente para restablecer la situación: se traslada a una
habitación caliente o se coloca una ropa bien aislada si el
clima es frío. Este es un sistema de control de la tem peratura
mucho más potente que el aceptado por la mayoría de los
fisiólogos en otras épocas. De hecho, es el único m ecanism o
verdaderam ente eficaz que m antiene el control corporal en
los am bientes más fríos.
Reflejos locales de la temperatura cutánea
Cuando una persona coloca durante un breve período el pie bajo
una lámpara caliente, se produce una vasodilatación local y una
sudoración local leve. En cambio, si se introduce el pie en agua
fría, se produce una vasoconstricción local y cesa la sudoración
del pie. Estas reacciones obedecen a efectos locales directos de
la temperatura sobre los vasos sanguíneos y también a reflejos
medulares locales canalizados desde los receptores de la piel
hasta la médula espinal y de nuevo, desde esta hasta la misma
región de la piel y hasta las glándulas sudoríparas. Por otro lado,
la intensidad de estos efectos locales está sometida al control de
los centros encefálicos de la temperatura, de suerte que su efecto
general resulta proporcional a la señal hipotalámica de control
del calor multiplicada por la señal local. Estos reflejos contribu­
yen a evitar un intercambio exagerado de calor de las zonas del
cuerpo que experimentan un frío o un calor locales.
ELSEV
IER
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su
n delito.
La regulación de la temperatura corporal interna se altera
después de la sección medular. Si se secciona la médula
espinal por el cuello, encima de las eferencias simpáticas de la
médula, la temperatura corporal se trastoca de manera grave,
porque el hipotálamo ya no regula el flujo sanguíneo de la
piel ni el grado de sudoración del cuerpo. Esto sucede incluso
aunque se conserven los reflejos locales de temperatura ori­
ginados en los receptores de la piel, médula espinal y abdo­
men. Estos reflejos son sumamente débiles si se comparan con
el control hipotalámico de la tem peratura corporal.
La tem peratura corporal de estas personas se regula, sobre
todo, por la respuesta psíquica a las sensaciones de frío y calor de
la cabeza, es decir, por el control conductual de la indumentaria
y del traslado hacia entornos calientes o fríos, según convenga.
A lte ra cio n e s de la regulación
té rm ica co rp o ral
Fiebre
La fiebre significa que la tem peratura corporal aum enta más
allá del intervalo norm al y puede deberse a alteraciones del
propio encéfalo o bien a sustancias tóxicas que inciden en
los centros term orreguladores. La figura 73-10 ilustra algu© ñas causas de fiebre (tam bién de tem peraturas corporales
°F
Alteración grave
de la regulación
de la temperatura
-°c
r 114—
- !
- 44
-
110
-4 2
„ 106Regulación eficiente de r
-4 0
102 - la temperatura en las
enfermedades febriles,
“ I -3 8
98en los estados de salud
-3 6
y durante el trabajo
9 4 - r-34
1
¿Límite superior
de supervivencia?
Golpe de calor
Lesiones cerebrales
Tratamiento de la fiebre
'Enfermedad febril
y ejercicio intenso
Intervalo habitual
de la normalidad
9 0 - -3 2
Alteración de la
regulación térmica "
Pérdida de
la regulación de la temperatura
n
Regulación de la temperatura corporal y fiebre
86-! -3 0
f
8 2 - I 28
78: - 2 6
-2 4
■ 74~:
¿Límite inferior
de supervivencia?
Figura 73-10 Temperatura corporal en diferentes condiciones.
(Reproducido a partir de DuBois EF: Fever. Springfield, III: Charles
C Thomas, 1948.)
inferiores a las normales). Entre otras cabe citar las enferm e­
dades bacterianas, los tum ores cerebrales y las condiciones
am bientales que llegan a inducir un golpe de calor.
Reajuste del centro hipotalámico termorregulador
en las enfermedades febriles: efecto de los pirógenos
M uchas proteínas, productos de descomposición de las pro­
teínas y algunas otras sustancias, en particular las toxinas
lipopolisacáridas desprendidas de la m em brana de la célula
bacteriana, pueden increm entar el punto de ajuste del ter­
m ostato hipotalámico. A estas sustancias se las conoce como
pirógenos. Los pirógenos liberados por las bacterias tóxicas
o por los tejidos en fase de degeneración del organism o p ro ­
ducen fiebre en estas enferm edades. Cuando se increm enta
el punto de ajuste del centro hipotalámico term orregulador
más allá del valor normal, entran en juego todos los m eca­
nism os de aum ento de la tem peratura corporal, incluida la
conservación del calor y el aum ento de su producción. Pocas
horas más tarde, una vez que se ha elevado el punto de ajuste,
la tem peratura del cuerpo se aproxima a este valor, como
ilustra la figura 73-11.
M ecanism os de acción de los pirógenos inductores
de fiebre: im portancia de las citocinas. Según señalan
los experim entos con animales, algunos pirógenos pueden
actuar de m anera directa inm ediata sobre el centro hipo­
talámico regulador, si se inyectan dentro del hipotálamo,
e increm entan el punto de ajuste. O tros operan de m anera
indirecta y tardan varias horas en causar efecto. Esto sucede
con m uchos pirógenos bacterianos, en particular con las
endotoxinas de las bacterias gramnegativas.
Cuando los tejidos o la sangre contienen bacterias o se
produce descom posición de las bacterias, los leucocitos de
la sangre, los macrófagos de los tejidos y losgrandes linfocitos
granulosos asesinos losfagocitan. A su vez, todas estas células
digieren los productos bacterianos y liberan luego citocinas,
un grupo diverso de moléculas de señalización de péptidos que intervienen en las respuestas inm unitarias innatas
y adaptativas. U na de las más im portantes de estas citoci­
nas para provocar fiebre es la interleucina-1 (IL-1), tam bién
875
桴瑰㨯⽢潯歳浥摩捯献潲
n
Capítulo 73
Unidad XIII
Metabolismo y regulación de la temperatura
denom inada pirógeno leucocitario o pirógeno endógeno. La
interleucina-1 se libera a partir de macrófagos a los líquidos
corporales y, cuando alcanza el hipotálamo, activa casi de
inm ediato los procesos causantes de fiebre y, en ocasiones,
aum enta la tem peratura corporal de una form a notable des­
pués de tan sólo 8 a lOmin. Basta con una diezmillonésima
parte de lg de la endotoxina lipopolisacárida de las bacte­
rias, que actúa en concierto con los leucocitos de la sangre,
los macrófagos de los tejidos y los linfocitos asesinos, para
ocasionar la fiebre. La cantidad de interleucina-1 sintetizada
com o respuesta al lipopolisacárido, que induce fiebre, es de
muy pocos nanogram os.
Según diversos experimentos, la interleucina-1 provoca
fiebre porque prim ero induce la síntesis de una de las prostaglandinas, en particular, la prostaglandina E2 o una sustancia
análoga, que a su vez actúa sobre el hipotálam o causando la
reacción febril. Si se interrum pe la síntesis de prostaglandinas con m edicam entos, la fiebre desaparece por completo o,
al m enos, disminuye. De hecho, esta podría ser la explicación
por la que el ácido acetilsalicílico reduce la fiebre, ya que esta
sustancia bloquea la form ación de prostaglandinas a partir
del ácido araquidónico. Los m edicam entos, del tipo del ácido
acetilsalicílico, que dism inuyen la fiebre se denom inan anti­
piréticos.
Fiebre causada por lesiones encefálicas. Cuando un
neurocirujano opera cerca del hipotálamo, casi siempre se
produce una fiebre intensa; sin embargo, alguna vez sucede
todo lo contrario, es decir, hipoterm ia. Esto dem uestra, por
un lado, la potencia de los m ecanism os hipotalámicos de
control de la tem peratura y, por otro, la facilidad con que las
alteraciones del hipotálam o modifican el punto de ajuste del
control térm ico. O tro estado que suele elevar la tem peratura
de form a prolongada es la com presión del hipotálam o por un
tum or cerebral.
Características de los estados febriles
Escalofríos. Cuando el punto de ajuste del centro termorregulador del hipotálamo se modifica de manera brusca desde
un valor normal hasta otro superior (como consecuencia de la
destrucción tisular, de sustancias pirógenas o de deshidratación),
la temperatura corporal tarda varias horas en alcanzar el nuevo
punto de ajuste.
La figura 73-11 ilustra el efecto de un incremento brusco del
punto de ajuste térmico hasta 39,4 ”C. Como en ese momento
la temperatura de la sangre es menor que el punto de ajuste del
centro termorregulador del hipotálamo, se inician las respues­
tas habituales para elevar la temperatura corporal. Durante
este período, la persona sufre escalofríos y siente una frialdad
extrema, aunque la temperatura de su cuerpo sea incluso mayor
de la normal. Por otro lado, la piel se torna fría por la vasocons­
tricción y se inicia una tiritona. Los escalofríos continúan hasta
que la temperatura corporal se ajusta al punto hipotalámico de
39,4°C. Entonces la persona deja de tener escalofríos y no siente
ni frío ni calor. Mientras persista el factor causante de la eleva­
ción del punto de ajuste del centro hipotalámico termorregula­
dor, la temperatura corporal se controlará de un modo más o
menos normal, pero con un punto más alto.
La crisis. Cuando se elimina de manera brusca el factor cau­
sante del aumento de temperatura, el punto de ajuste del centro
hipotalámico termorregulador pasa enseguida a un valor más
bajo, incluso a un valor normal, como se ve en la figura 73-11. En
este caso, la temperatura corporal sigue siendo de 39,4 ”C, pero
4 0 ,5 -
o
2-
40
Aumento brusco
del punto de -■ ■Ajuste del termostato
ajuste hasta “ ■Temperatura real del organismo
un valor elevado
, Crisis
g.39,5
8
39
3
38
rc
r1_a
9
Q-37,5
I-
37
36,5
Vasodilatación
Sudoración
Escalofríos:
Vasoconstricción ¡
Piloerecclón
Secreción
de adrenalina 1
Tiritona
Descenso
brusco
del punto de
ajuste hasta
un valor bajo
Tiempo en horas
Figura 73-11 Efectos de la variación del punto de ajuste sobre el
centro hipotalámico termorregulador.
el hipotálamo trataría de regularla hasta 37 °C. Esta situación
se parece al calentamiento exagerado de la zona hipotalámica
anterior y preóptica, que determina una sudoración intensa y un
calentamiento brusco de la piel por la vasodilatación. Este cam­
bio brusco de acontecimientos en los estados febriles se conoce
como «crisis». En la era preantibiótica, siempre se aguardaba con
ansiedad la crisis, porque una vez vencida, el médico imaginaba
que la temperatura corporal descendería en seguida.
Golpe de calor
El límite superior de temperatura atmosférica que se puede tole­
rar depende en gran medida de la sequedad o humedad del aire.
Si el aire es seco y fluyen corrientes suficientes de convección
para facilitar una rápida evaporación, una persona puede resistir
varias horas a una temperatura ambiente de 54°C. En cambio,
si el aire está completamente humidificado o si la persona está
sumergida dentro del agua, la temperatura corporal empieza
a elevarse cuando la temperatura ambiente se incrementa por
encima de 34°C. Si esa persona realiza un trabajo duro, la tempe­
ratura ambiente crítica, por encima de la cual puede suceder un
golpe de calor, puede ser tan sólo de 29 a 32 °C.
Cuando la temperatura corporal se eleva por encima de un
valor crítico, en el intervalo de 40,5 a 42 °C, es muy fácil sufrir
un golpe de calor. Los síntomas consisten en mareos, moles­
tias abdominales, acompañadas a veces de vómitos, confusión
mental e incluso pérdida del conocimiento si no disminuye rápi­
damente la temperatura corporal. Estos síntomas pueden exage­
rarse con cierto shock circulatorio por la pérdida exagerada de
líquidos y electrólitos con el sudor.
La propia hiperpirexia resulta dañina para los tejidos corpo­
rales, en particular para el encéfalo, y explica muchos de los efec­
tos. De hecho, a veces ocurre la muerte después de tan sólo unos
minutos de alcanzar temperaturas corporales muy elevadas. Por
esta razón, muchos expertos recomiendan el tratamiento inm e­
diato del golpe de calor mediante la introducción de la persona
en un baño de agua fría. Como esta acción suele ocasionar una
tiritona incontrolable, con un aumento notable de la tasa de pro­
ducción de calor, otros autores han propuesto la refrigeración de
la piel con una esponja o aerosoles como medio más eficaz para
el descenso inmediato de la temperatura central del cuerpo.
Efectos nocivos de las temperaturas elevadas. Cuando
una persona fallece por hiperpirexia, el estudio anatomopatológico revela hemorragias locales y degeneración parenquimatosa
de las células de todo el cuerpo, pero sobre todo del encéfalo.
Las neuronas destruidas no se pueden reponer. Por otro lado,
el daño del hígado, riñones y otros órganos suele ser tan intenso
876
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Capítulo 73
©ELSEV
IER
. Fotocopiar sin autorización e
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ProgBrain
Pérdida de la regulación térm ica con las temperaturas
bajas. Como se señala en la figura 73-10, una vez que la tem ­
Blatteis CM:The onset o f fever: new insights into its mechanism,
peratura corporal ha disminuido por debajo de 29,5 °C, desapa­
rece la capacidad del hipotálamo para regular la temperatura del
cuerpo; cuando la temperatura desciende por debajo de 34,5 °C,
la capacidad de regulación disminuye mucho. En parte, esto se
debe a la tasa de producción química de calor por cada célula,
que se reduce casi a la mitad por cada descenso de 5 °C. Por otro
lado, se observa somnolencia (seguida después por coma), que
reduce la actividad de los mecanismos de control del calor del
sistema nervioso central y evita la tiritona.
Congelación. Si el cuerpo se expone a temperaturas muy
frías, se puede congelar la superficie. Los sabañones afectan
sobre todo al lobulillo de la oreja y a los dedos de las manos y
de los pies. Si la congelación tiene intensidad suficiente como
para que se formen múltiples cristales de hielo en las células, se
produce un daño permanente, por ejemplo de la circulación, así
como lesiones tisulares locales. A menudo, después de la des­
congelación ocurre una gangrena y hay que extirpar las zonas
de sabañón.
La vasodilatación inducida por el frío constituye una
protección final frente al sabañón a temperaturas pró­
ximas a la de congelación. Cuando la tem peratura de los
tejidos desciende hasta cerca de la congelación, el músculo
liso de la pared vascular se paraliza por el propio frío y ocu­
rre una vasodilatación repentina, que suele manifestarse por
una rubefacción de la piel. Este mecanismo contribuye a evitar
el sabañón, porque aporta sangre caliente a la piel, pero el ser
humano tiene un mecanismo mucho menos desarrollado que
la mayoría de los animales inferiores que viven en climas fríos
todo el tiempo.
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X
Exposición del cuerpo a fríos extremos
Si no se trata de inmediato a una persona expuesta a agua helada
durante 20 a 30min, esta fallecerá casi siempre por una parada
cardíaca o por una fibrilación ventricular. La temperatura corpo­
ral interna habrá descendido, en ese momento, hasta aproxima­
damente 25 °C. Si se calienta en seguida a la persona, aplicando
calor por vía externa, se salvará en muchas ocasiones su vida.
Hipotermia artificial. Es muy fácil reducir la temperatura
de una persona administrando primero un sedante intenso para
disminuir la reactividad del centro hipotalámico termorregulador y después proceder a la refrigeración con hielo o sábanas
frías hasta que descienda la temperatura. Entonces, la tem pe­
ratura se puede mantener por debajo de 32 “C entre varios días
y una semana o más rociando en todo momento agua fría o
alcohol sobre el cuerpo. Este tipo de refrigeración artificial se
ha aplicado durante la cirugía cardíaca para detener artificial­
mente el latido del corazón durante bastantes minutos en una
misma sesión. Este tipo de enfriamiento no causa ningún daño
tisular, pero retrasa los latidos del corazón y reduce mucho el
metabolismo celular, por lo que las células pueden sobrevivir
desde 30min hasta más de l h sin ningún flujo de sangre, es
decir, mientras dura la intervención quirúrgica.
UNIDAD
que su fracaso acaba con la vida del paciente, aunque a veces sólo
varios días después del golpe de calor.
Aclimatación al calor. Conviene que las personas se acli­
maten al calor extremo; algunos ejemplos son la aclimatación de
los soldados al clima tropical y de los mineros para el trabajo en
las minas de oro sudafricanas a una profundidad de 3 km, donde
la temperatura se aproxima a la corporal y la humedad es casi del
100%. Una persona expuesta el calor durante varias horas al día,
que realice un trabajo físico intenso, muestra una tolerancia cada
vez mayor al calor y a la humedad al cabo de 1 a 3 semanas.
Entre los cambios fisiológicos de mayor interés, que se obser­
van durante la fase de aclimatación, destacan la duplicación de
la velocidad máxima de sudoración, el incremento del volumen
plasmático y la disminución o casi abolición de la pérdida de sal
por el sudor y la orina; estos dos efectos obedecen a la hipersecreción de aldosterona por las glándulas suprarrenales.
Regulación de la temperatura corporal y fiebre