Metabolismo y control del peso
El estudio del sistema nervioso central (SNC) recopila información del estado nutricional del organismo y ayuda a comprender cómo funciona el metabolismo humano.
facultad de medicina · endocrinología en medicina
vie. 05 de mar. 2021
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En internet existen millones de páginas en las cuales las personas y diferentes profesionales de la salud ofrecen dietas y opiniones acerca de cómo lograr un control del peso. Pero, si bien es cierto que esta información la mayoría de veces no suele coincidir en sus resultados, no ofrecen información profunda sobre cómo funciona el metabolismo en el cuerpo humano. La nutrición únicamente puede llegar a ser un área de interés saludable si se conoce anatómicamente su procedencia.

El sistema nervioso central (SNC) recopila información del estado nutricional del organismo. Desencadena respuestas metabólicas y de comportamiento adecuadas a los cambios en la disponibilidad de nutrientes. Esta señalización de los tejidos periféricos asegura el mantenimiento de la homeostasis energética. El hipotálamo es el lugar principal de integración de estas señales relacionadas con los nutrientes. Los principios inmediatos se detectan por neuronas
especializadas sensibles a ellos, integradas en dichos circuitos neuronales hipotalámicos.

Los nutrientes circulantes cooperan con hormonas como la insulina, la leptina y la ghrelina. Ellas regulan la actividad de distintas poblaciones de neuronas que controlan la ingesta de alimentos, el gasto energético y la homeostasis de la glucosa.

Carbohidratos

Se deben recordar algunos conceptos del metabolismo de la glucosa. Por ejemplo, una molécula de glucosa (seis átomos de carbono) se puede dividir en compuestos que producirán dos moléculas de piruvato (tres carbonos). El piruvato tiene dos opciones: una vía oxidativa anaeróbica (que produce lactato) o la vía oxidativa aeróbica en la que se transforma en acetil-CoA (perdiendo un carbono). Esto permite de forma irreversible el paso de piruvato a acetil-CoA.

El acetil-CoA se puede utilizar para obtener energía (ATP) o sintetizar grasas que se almacenarán en el tejido adiposo. Todo depende del estado energético del organismo, las necesidades energéticas del momento y la presencia de suficiente oxígeno. Por tanto, los hidratos de carbono que se consumen en los alimentos son la primera fuente de glucosa y pueden proporcionar energía en presencia de suficiente oxígeno. Además, el organismo tiene la capacidad de convertir la glucosa en grasa, pasando primero por piruvato y después a acetil-CoA.

Detección central de glucosa

En 1953, Mayer propuso que determinadas neuronas hipotalámicas podrían especializarse para detectar variaciones en las concentraciones de glucosa en sangre. Al tiempo postuló que estas células traducirían estas variaciones en señales eléctricas o químicas, controlando la conducta alimentaria. Unos 10 años después se confirmó la presencia de tales neuronas capaces de modular su actividad en respuesta a los cambios en las concentraciones de glucosa extracelular. Existen dos tipos de neuronas, localizadas en el hipotálamo, que pueden monitorizar cambios en los niveles de glucosa:

  1. Excitadas por glucosa (GE). Su activación aumenta por la elevación de las concentraciones de glucosa extracelular.
  2. Inhibidas por glucosa (GI). Se activan cuando las concentraciones de glucosa disminuyen.

En el ARC se encuentran neuronas GE y GI, que responden a la glucosa en un rango bajo o elevado de concentraciones de glucosa. Se denominan neuronas HGE (excitadas por glucosa alta) o HGI (inhibidas por glucosa alta), respectivamente.

Funciones fisiológicas reguladas

  • Ingesta de alimentos

El inicio de la alimentación está precedido por una disminución de la concentración de glucosa en sangre. Sin embargo, si se evita mediante la infusión de glucosa, se suprime ese inicio de la alimentación. Además, la infusión intrahipotalámica de glucosa conduce a una disminución de la ingesta de alimentos y del peso corporal. Por otro lado, si se induce glucoprivación celular mediante la administración central de 2-desoxi-d-glucosa (2-DG), un análogo de la glucosa capaz de inhibir el metabolismo de la glucosa, se induce la ingesta de alimentos.

Las áreas del tronco encefálico, como DMNX y NTS, parecen ser el lugar principal de detección de la glucoprivación. Esto debido a la inyección directa de 5-tioglucosa (5-TG). Mientras que un análogo de 2-DG, en estas áreas, estimula la ingesta de alimentos, la inyección directa de 2-DG en el VMH o LH no consigue ese efecto.

  • Gasto de energía

La infusión de glucosa aumenta la actividad simpática general (como lo demuestra el aumento de los niveles plasmáticos de noradrenalina). Produce un aumento de la termogénesis, en parte debido a dicha activación simpática. Estos efectos de la glucosa son independientes de la función de la insulina como activador de la actividad simpática. La glucosa provoca estos efectos en animales con déficit de insulina y tras la infusión directa de glucosa en el prosencéfalo a través de la arteria carótida (sin alterar los niveles plasmáticos de insulina). Esta infusión activa neuronas en varias áreas hipotalámicas que contienen neuronas sensibles a la glucosa como la del PVN.

Los efectos termogénicos de la glucosa, probablemente también estén mediados por neuronas hipotalámicas sensibles a la glucosa. La inyección intracarotídea y de glucosa en el VMH y el PVN producen un aumento de la actividad de los eferentes simpáticos al tejido adiposo pardo. Un ejemplo son los ratones que carecen de proteína quinasa activada por AMP (AMPK) en las neuronas POMC. Ellos desarrollan obesidad causada en parte por la reducción de la tasa metabólica en reposo.

  • Producción hepática de glucosa

El cerebro también responde directamente a los cambios en la disponibilidad de combustible para mantener la homeostasis de la glucosa. En esta regulación de los niveles de glucosa en sangre, el hígado juega un papel fundamental. Durante el ayuno, la glucogenólisis y la gluconeogénesis (a partir de precursores como el lactato, los aminoácidos gluconeogénicos y el glicerol) proporcionan glucosa al organismo. Por otro lado, cuando se dispone de alimentos (y, en consecuencia, glucosa), se suprime la producción hepática de glucosa (HGP).

Estos procesos, además de estar sometidos a un estricto control hormonal, también están directamente regulados por la glucosa. En respuesta a las concentraciones de glucosa hipotalámica, la gluconeogénesis, la glucogenólisis y el HGP total, se reducen significativamente.

  • Procesos contrarreguladores

La detección de glucosa en el cerebro también está implicada en la respuesta contrarreguladora a la hipoglucemia. En particular, esto implica la activación de la secreción de glucagón de las células α pancreáticas y las catecolaminas de las glándulas suprarrenales.

Las unidades centrales de detección de glucosa implicadas en el control fisiológico de la contrarregulación, están presentes en el tronco encefálico y el hipotálamo. Estos centros están conectados sinápticamente para formar una red de detección de la glucosa. La información recopilada se integra para controlar la respuesta contrarreguladora. Activa los nervios autónomos eferentes que estimulan la secreción de glucagón pancreático y la secreción de adrenalina por las glándulas suprarrenales y, al mismo tiempo, bloquean la secreción de insulina.

Lípidos

Respecto al metabolismo de las grasas, los triglicéridos de los alimentos están formados por un glicerol y tres ácidos grasos. El glicerol tiene una estructura de tres átomos de carbono similar a la del piruvato. Por eso puede convertirse fácilmente en otro compuesto de tres carbonos. Produce glucosa o piruvato y después acetil-CoA.

Los ácidos grasos son compuestos con gran cantidad de carbonos que solo pueden metabolizarse vía aeróbica. En su oxidación
únicamente pueden producir acetil-CoA mediante la división de sus largas cadenas y emparejamiento posterior de dos átomos de carbono y un CoA.

Detección de lípidos

Los lípidos cerebrales representan el 50 % del peso seco del cerebro (segundo órgano con mayor contenido de lípidos después del tejido adiposo). Dado que las neuronas no utilizan ácidos grasos como combustible, durante mucho tiempo se pensó que no podían atravesar la barrera hemato-encefálica (BHE). Sin embargo, se ha demostrado que los lípidos cerebrales surgen tanto de la síntesis local como del origen plasmático.

Los ácidos grasos atraviesan la BHE, principalmente por difusión simple. Este modo es proporcional a su concentración plasmática. Aun así, una pequeña proporción también se produce mediante la captación directa de las lipoproteínas mediante receptores de lipoproteínas. Al entrar en la célula, los ácidos grasos se esterifican rápidamente a acil-coenzima A grasos (acil-CoAs) en un proceso catalizado por la enzima acil-CoA sintetasa (ACS).

Los ácidos grasos que utiliza el SNC como mensajeros celulares, actúan como la glucosa para comunicar el estado energético del cuerpo. De esta manera están involucrados en el control del comportamiento alimentario. El hipotálamo es capaz de detectar cambios en las concentraciones de ácidos grasos circulantes y responder a ellos mediante la participación de neuronas sensibles a los lípidos. De hecho, estas neuronas utilizan ácidos grasos y sus metabolitos como moléculas de señalización para regular su potencial de membrana y la frecuencia del potencial de acción de una manera dependiente de la concentración.

Proteínas

Los aminoácidos que pueden utilizarse para sintetizar glucosa se llaman glucogénicos. Primero se convierten en piruvato y después en glucosa (pudiendo producir energía por vía anaeróbica o aeróbica). Los que se convierten en acetil-CoA, producen energía vía aeróbica o son posteriormente transformados a grasas. Existe así la posibilidad de convertir un exceso de proteína en grasa corporal.

La ingesta elevada de proteínas provoca una reducción de la ingesta, ocasiona pérdida de peso y previene su recuperación a través de mecanismos periféricos y centrales. El efecto beneficioso de una ingesta elevada de proteínas parece deberse a un aumento de la termogénesis inducida por la dieta (DIT). También al aumento de la saciedad y disminución del hambre, que se sugiere que está mediado por hormonas gastrointestinales. Las proteínas tienen características únicas relacionadas con su fuente (aminoácidos y cinética de absorción). Por ende se especula que proteínas de diferentes fuentes pueden tener diversos efectos metabólicos.

Información nutricional

El interés general por la nutrición no viene únicamente por el público médico especializado. Las personas, sin conocer estos procesos hormonales que suceden en el cerebro, intentan encontrar información superficial en la web.

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