7 REGULACIÓN DE LA GLUCEMIA

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

ALUMNOS: Argüello Zambrano Norma Guadalupe Calderón Jiménez Alejandra Palacios García Luis Andrés Rodríguez Enríquez Andrea GRUPO: 5FM1 MATERIA: FISIOLOGÍA HUMANA PRÁCTICA: 7 “REGULACIÓN DE LA GLUCEMIA” PROFESORES: M. en C. Escalona Cardoso Gerardo M. en C. Romí Campero Mauricio M. en C. López Galindo Gabriel FECHA: 07/MAYO/2012 INTRODUCCIÓN Importancia de la glucosa

La glucosa es el carbohidrato más importante en los mamíferos, por ser su principal fuente de energía y, la única en el feto y los tejidos glucodependientes (retina, eritrocitos y el epitelio germinativo de las gónadas). Además de esta vital función tiene otra de gran importancia, por  ejemplo: puede almacenarse como glucógeno, se puede transformar en lípidos, origina la ribosa para los ácidos nucleicos y puede formar complejos con proteínas como en el glucocáliz. Formas de Consumo  A la glucosa también se la conoce como “azúcar sanguínea”, porque el 95% de los hidratos de carbonos consumidos son transformados por el hígado en glucosa. Los carbohidratos son la principal fuente de calorías en las mayorías de las personas. En una dieta normal los principales almidones consumidos son: la amilopectina, la amilosa y el glucógeno, que varía según las culturas y los individuos por ser de origen animal. Así también en los disacáridos principales encontramos: sacarosa y lactosa y por último en los monosacáridos: glucosa y fructosa.  Absorción y transporte a la sangre El duodeno y el yeyuno proximal poseen la mayor capacidad para absorber los azúcares. La glucosa y galactosa compiten entre sí por un mecanismo de co-transporte acompañados con Na+, denominado SGTL1, mientras que la fructosa tiene un transportados específico el GLUT5, que es un miembro de la familia de transportadores GLUT. Una vez dentro de las células estos tres monosacáridos son transportados al intestino por un transportador común el GLUT2, ubicado en la membrana plasmática basal, luego difunden a los capilares sanguíneos. Toda la sangre que contiene los nutrientes absorbidos en el tubo digestivo drena en una gran vena denominada “vena porta” que los transporta al hígado. Gran parte de la fructosa y casi toda la galactosa son convertidas rápidamente en glucosa por el hígado, de este modo la glucosa es el principal hidrato de carbono en la sangre. Rol de la Insulina en la regulación de la glucemia Origen y estructura El páncreas es una glándula de secreción mixta, compuesta por dos tipos principales de tejidos: 1) Los acinos, que secretan jugos digestivos y 2) los islotes de Langerhans que secretan Insulina, Glucagón y Somatostatina directamente a la sangre. Este órgano en el ser humano tiene de uno a dos millones de islotes de Langerhans, compuestos por tres tipos principales de células, a, b y d. Las células b constituyen el 60 % y son las que producen y secretan Insulina. La Insulina es un poli péptido constituido por dos cadenas: A y B, la primera formada por 21 aminoácidos, y en tanto que la segunda por 30. Éstas se encuentran conectadas por tres puentes disulfuros de ubicación invariable. Entre las especies existen diferencias menores en la composición de aminoácidos de la molécula, la insulina porcina difiere en un solo aminoácido, en tanto la bovina en tres; éstas fueron usadas en la terapéutica de la Diabetes Mellitus durante mucho tiempo. Regulación de la Insulina La regulación de la secreción de la Insulina está controlada principalmente por una relación de retroalimentación con el aporte de nutrientes. Cuando el aporte de los mismos es abundante se segrega Insulina en respuesta a su llegada; y esto tiene como fin la utilización de los mismos, conservando los endógenos. La molécula reguladora fundamental es la glucosa, (glucemia normal: 70-110mg/dl), con concentraciones plasmáticas de 50 mg/dl no se segrega nada de Insulina, mientras que con una concentración de 250 mg/dl la degranulación es máxima. La secreción de Insulina es pulsátil y bifásica. Ante una breve exposición de las Células b a la glucosa se produce una liberación rápida pero pasajera, sin embargo si la exposición es continua se produce una liberación de los gránulos prefabricados y posteriormente una síntesis “de novó”. Otros reguladores menos importantes son los aminoácidos, parte de los cuales actúan sinérgicamente con la glucosa; los lípidos, que apenas contribuyen. Rol del Glucagón en la regulación de la glucemia El Glucagón, hormona secretada por las células a de los islotes de Langerhans, es un péptido de cadena única. El gen de este péptido dirige la síntesis de una preprohormona la cual es procesada a una prohormona, que se convierte posteriormente en Glucagón. En ciertas células del tracto gastrointestinal (Células L), la preprohormona se procesa a glicentina y polipéptidos similar a Glucagón 1 y 2 (GLP-1 y GLP-2), estos por si solos no tiene función conocida, pero el retiro de algunos aminoácidos, del GLP-1, lo transforma en un potente estimulador de la liberación de

insulina. Se comprobó que el GLP-1 y GLP-2, también se producen en el encéfalo, aunque en este no se tiene la certeza de su función. Síntesis, secreción y regulación El Glucagón sintetizado en su mayor parte por la células a de los islotes pancreáticos, es un polipéptidos de cadena sencilla, formado por 29 aminoácidos. Se sintetiza como un precursor proglucagón mucho más grande. En contraposición a la Insulina, la síntesis y secreción del Glucagón es estimulada por las bajas concentraciones de glucosa e inhibida cuando esta se encuentra elevada. La insulina, a diferencia de la hipoglucemia, actúa a nivel parácrino como un potente inhibidor de la liberación de esta hormona. El Glucagón circula en el plasma en forma libre, puesto que no se une a proteínas por esto su vida media es muy corta, 5 minutos. Por último, los ácidos grasos libres, son supresores de la segregación del Glucagón, mientras que un descenso brusco de sus valores plasmáticos la estimula. Mecanismo de acción El hígado es el principal órgano blanco del Glucagón. Su unión a receptores específicos en la membrana del hepatocito activa a la Adenilciclasa mediante proteína Gs. El AMPc generado estimula a la fosforilasa, la cual intensifica la velocidad de la degradación del Glucógeno, en tanto que inhibe a la Glucógeno-sintetasa y por tanto la formación de Glucógeno. La concentración alta de AMPc estimula la conversión de aminoácidos a glucosa al inducir enzimas que participan en la vía gluconeogenica. La principal es la PEPCK. El Glucagón a través del AMPc incrementa la velocidad de trascripción del ARNm del gen para la PEPCK y de este modo se aumenta la síntesis de la misma. Efectos del Glucagón sobre el metabolismo de los Hidratos de Carbono En casi todos sus aspectos, las acciones del Glucagón son opuestas a la de la insulina. Favorece la movilización de la glucosa más que su almacenamiento Ejerce un efecto glucogenolítico inmediato e intenso a través de la activación de la glucógenofosforilasa hepática. Impide la síntesis “de novó” de Glucógeno a partir de moléculas fosforiladas de glucosa, al inhibir  la Glucógeno-Sintetasa . Estimula la Gluconeogénesis al aumentar la tasa de captación de aminoácidos por los hepatocitos. Incrementa las actividades de la PEPCK, Fructosa 1-6 bifosfatasa y la Piruvato carboxilasa . OBJETIVO GENERAL Determinar el efecto que tiene la alimentación sobre los niveles de glucemia en sangre. OBJETIVOS ESPECIFICOS •

•

•

Determinar el efecto que tiene el alimento a voluntad por 24 horas en un grupo de 6 ratas sobre los niveles de glucosa en sangre cuando se les administra 5 ml de agua intragástricamente antes de comenzar las mediciones de glucosa en sangre, tales mediciones se harán a los 0, 60 y 90 minutos después de administrarles el agua. Determinar el efecto que tiene el ayuno por 24 horas en un grupo de 6 ratas sobre los niveles de glucosa en sangre cuando se les administra 5 ml de agua antes de comenzar  las mediciones de glucosa en sangre, tales mediciones se a los 0, 60 y 90 minutos después de administrarles el agua. Determinar el efecto que tiene el ayuno por 24 horas en un grupo de 6 ratas sobre los niveles de glucosa en sangre cuando se les administra 5 ml de gerber (retroalimentación) antes de comenzar las mediciones de glucosa en sangre, tales mediciones se a los 0, 60 y 90 minutos después de administrarles el gerber.

MATERIAL Y METODO Cítese las páginas 34-35 del Manual de Laboratorio de Fisiología Humana (QFI), 3° edición 2008.

RESULTADOS

Tiempo 0 min

60 min

90 min

Grupo

Equipo

[mg/dl]

[mg/dl]

[mg/dl]

Alimentadas

1

73

57

84

2

88

68

121

3

78

51

63

4

80

81

93

5

75

67

74

6

72

64

68

Media

77.66

64.66

83.33

SEM

2.40

4.20

8.65

1

48

32

36

2

40

34

34

3

45

51

73

4

40

36

61

5

49

45

50

6

44

40

68

Media

44.33

39.66

76.16

SEM

4.56

2.95

6.69

1

34

70

63

2

46

81

94

3

26

54

75

4

29

95

89

5

62

72

105

6

41

85

80

39.66

76.16

84.33

Ayunadas

Ayunadas + realimentación

Media

SEM

5.39

5.78

6.06

Tabla No. 1. Cantidad de glucosa en sangre en miligramos sobre decilitro medida en tres grupos de ratas: 1) ratas alimentadas, 2) ratas ayunadas 24 horas, 3) ratas ayunadas 24 horas a las cuales antes de comenzar la práctica se les administro gerber.

Figura No. 1. Efecto de la alimentación sobre la cantidad de glucosa (mg/dl) en sangre. Estudio estadístico a  priori  T-Student. N=18. * representa diferencia significativa entre los grupos de ratas. Al: ratas alimentadas, A: grupo de ratas ayunadas, A + R: grupo de ratas ayunadas a las cuales se les administro alimento (Gerber) antes de comenzar la practica (retroalimentadas), t: tiempo en minutos.

Ratas Ayunadas vs Alimentadas 100 90    l 80    d    /   g 70   m    ] 60   a 50   s   o   c 40   u    l 30    G    [ 20 10 0

 AL  A

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

tiempo (min)

Figura No. 2. “Ratas Ayunadas vs Alimentadas”. Efecto de la alimentación sobre la cantidad de glucosa (mg/dl) en sangre. Estudio estadístico a priori  T-Student. N=18. Al: ratas alimentadas, A: grupo de ratas ayunadas.

Ratas Ayunadas vs Ayunadas + Realimentación 100 90    l 80    d    /   g 70   m    ] 60   a 50   s   o   c 40   u    l 30    G    [ 20 10 0

 A  A + R

0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

tiempo (min)

Figura No. 3. “Ratas ayunadas vs ayunadas + realimentación. Efecto de la alimentación sobre la cantidad de glucosa (mg/dl) en sangre. Estudio estadístico a priori  T-Student. N=18. * representa diferencia significativa entre los grupos de ratas. A: grupo de ratas ayunadas, A + R: grupo de ratas ayunadas + una realimentación con gerber.

DISCUSIÓN En la figura No. 1 se observa una diferencia significativa entre el grupo de ratas alimentadas y los grupos de ratas ayunadas y el de las ayunadas mas retroalimentación en el tiempo cero debido a que como el grupo de las ratas alimentadas tenían sus niveles de glucosa en sangre normales pues la glucosa se adquiere mediante la alimentación, ya que después de cada comida se absorbe en sangre aumentando sus niveles una vez que esto ocurre la insulina provoca una captación rápida, almacenamiento y aprovechamiento de la glucosa por casi todos los tejidos del organismo, pero sobre todo por los músculos, tejido adiposo e hígado, y estas al estar ayunadas no tenían de donde absorber la glucosa necesaria para mantener estos niveles normales. En cuanto al cambio significativo que se observa en el minuto 60 con respecto al minuto 0 en el grupo de las ratas alimentadas se debe a que minutos antes de comenzar las mediciones de glucosa se le administro agua intragástricamente por medio de una cánula lo que hizo que este grupo entrara en estrés lo cual propicio una secreción de glucagón el cual aumento en los niveles de glucosa en sangre para que de esta manera la captara la célula del organismo que la requiriera, por medio de los siguientes mecanismos: El glucagón se une a su receptor que se encuentra en la superficie de la célula hepática. Este receptor se encuentra unido a una proteína Gs. La subunidad α activa a la adenilato ciclasa que se encuentra en la membrana hepatocítica. La AC aumenta la producción de AMPc. El cual activa a la PKA. La PKA activa a la fosforilasa b cinasa. •

• • • •

• • •

Que transforma la fosforilasa b en fosforilasa a. La cual estimula la descomposición del glucógeno en glucosa-1-fosfato. Que luego se desfosforila para que el hepatocito libere glucosa.

Por lo tanto la medición en el minuto 60 indico una baja en los niveles pues estos volvieron a la normalidad ya que la rata se fue tranquilizando a lo largo de este tiempo esto se debe a que la insulina estimulo al hepatocito para captación y deposito de glucosa por medio de los siguientes mecanismos: La insulina inactiva la fosforilasa hepática, la enzima principal encargada de descomponer  el glucógeno hepático en glucosa. Con ello, impide la descomposición del glucógeno ya almacenado por los hepatocitos. La insulina aumenta la captación de la glucosa sanguínea por el hepatocito. Para ello, aumenta la actividad de la enzima glucocinasa, una de las que provoca la fosforilación inicial de la glucosa tras su difusión al hepatocito. La glucosa, una vez fosforilada, queda atrapada de forma pasajera dentro del hepatocito, porque la glucosa fosforilada no puede difundir de nuevo fuera de la membrana celular. La insulina aumenta, asimismo, la actividad de las enzimas favorecedoras de la síntesis de glucógeno, en particular de la glucógeno sintasa, responsable de la polimerización de los monosacáridos para formar las moléculas d glucógeno. •

•

•

En el minuto 90 del mismo grupo de ratas se observa un ligero aumento en los niveles de glucosa en sangre debido a que entre las comidas la baja en los niveles de insulina hace que se que la insulina revierta de efecto sobre la enzima fosforilasa hepática por lo que esta se activa nuevamente y permite la descomposición del glucógeno en glucosa la cual sale a la circulación sanguínea. En cuanto al grupo de las ratas ayunadas se puede observar que los niveles de glucosa en sangre en el minuto 60 disminuyeron aun más debido a que también entraron en un estado de estrés ya que antes de hacer la medición en el minuto 0 se les aplico agua por medio de una cánula intragástricamente lo cual desencadeno los mecanismos anteriormente explicados. En el minuto 90 estos niveles se elevaron debido a lo ya explicado en el grupo de las ratas alimentadas. En el grupo de las ratas ayunadas mas retroalimentación los niveles de glucosa aumentaron significativamente en el minuto 60 ya que al iniciar la práctica se les administro vía intragástrica gerber lo cual provoco que los niveles de glucosa aumentaran ya que como se tenían en ayuno su glucosa en sangre era mínima y al momento de la administración su cuerpo aprovecho para absorber toda la que puedo por medio del tracto gastrointestinal. En el minuto 90 estos se mantuvieron más o menos igual a los del minuto 60 (Guyton, 2006). Cuando se inició el experimento se aprecia una diferencia significativa al tiempo cero esto era de esperarse ya que la rata Al presenta una constancia en sus [Glucosa] debido a que la rata A no se le alimento entonces tenía que hacer uso de las reservas de glucógeno. A la inversa, una disminución de la glucemia estimula la secreción del Glucagón, con su correspondiente efecto hiperglucemiante. Este es el mecanismo básico de regulación de la glucemia en condiciones donde la ingesta de carbohidratos se ve conservada. Durante estados de hipoglucemia, este mecanismo compensatorio es insuficiente, por ende se ponen en juego mecanismos contra reguladores, donde Intervienen la Adrenalina, liberada por la medula suprarrenal ejerciendo su concomitante efecto hiperglucemiante. Una ves mas podremos observar que hay un diferencia significativa al minuto 60 al 90 donde se aprecia que casi alcanza los niveles de [Glucosa] que la rata Al debido a que como ya fue antes mencionado el manejo de la ratas y el proceso para llevar a cabo el experimento terminaron por estresarlas dando un incremento en la [Glucosa]. En casos que la hipoglucemia grave, intervienen tanto la hormona de crecimiento (Gh) como el cortisol, ambas promueven una disminución de la tasa de utilización de glucosa por la mayor parte de la células del organismo, aumentando la utilización de las grasas. Estos mecanismos son de

vital importancia para conservar los niveles de glucemia a los órganos glucodependientes dado el riesgo potencial que estas situaciones implican.  Al principio del experimento podemos apreciar que no hay una diferencia significativa, luego de que la rata A+R ingiriera sus alimentos (gerber) y observando el tiempo que paso para una buena absorción intestinal, la sangre que llega al hígado es muy rica en glucosa, fructosa y galactosa. En este órgano la mayoría de estos monosacáridos son convertidos en glucosa y devueltos a la circulación. Como es de suponerse, la sangre que abandona el hígado, en un primer momento contiene altas concentraciones de dicho monosacárido, al pasar por el corazón es distribuida a la circulación sistémica. Cuando llega al páncreas, más precisamente a las células b de los islotes de Langerhans, éstas censan la elevada concentración de glucosa y comienza la liberación de Insulina, (la principal función de esta hormona es inducir la captación de glucosa por todos los tejidos, su almacenamiento en forma de glucógeno en el músculo y en el hígado, y en caso de excesos su transformación en ácidos grasos), es por esto que hay un incremento en la [Glucosa] que después será regulada por la liberación de la hormona ya antes mencionad Mostrando diferencias significativas en el minutos 60 el aumento en esta rata A del minuto 60 al 90 se podría explicar por el estrés al cual se expuso.

CONCLUSIONES • • •

•

• • •

El alimento mantiene los niveles normales de glucosa en sangre. El ayuno baja los niveles de glucosa en sangre. El ayuno mas la retroalimentación eleva por encima de los niveles normales la glucosa en sangre. Cuando se está en una situación de estrés los niveles de [Glucosa] en sangre, tendrán que aumentar  Hay mecanismos de acción hormonal que regula la [Glucosa] en sangre. Cuando se ingieren alimento los niveles de [Glucosa] en sangre, tenderán a aumentar. Cuando se está en una situación de estrés los niveles de [Glucosa] en sangre, tendrán que aumentar.

CUESTIONARIO 1.- ¿Cuál es la importancia de que la glucemia sea una variable regulada? El organismo tiene sistemas de control para ajustar su producción endógena a su utilización o viceversa. La entrada exógena de glucosa es por vía intestinal, proveniente de los carbohidratos digeribles ingeridos.

Es importante su regulación porque hay tejidos que dependen en forma absoluta o relativa de este combustible, principalmente el sistema nervioso. 2.- ¿Qué mecanismos intervienen para mantener los niveles de glucosa sanguínea en el estado de ayuno? Glucogenolisis, glucolisis, gluconeogénesis, glucogénesis 3.- ¿Qué le sucede a la glucosa proveniente de la absorción intestinal? La captación de la glucosa depende en primer termino, por la captación de las células, o sea de su paso por la membrana celular. Este transporte se hace con gasto de energía sólo a través de las membranas apicales de ciertos epitelios, el intestinal y el de los túbulos renales. En las demás células el transporte es pasivo en algunos y facilitado por la insulina en otras.  Al entrar la glucosa a una célula y luego de fosforilarse en la posición 6, tomará principalmente dos caminos: síntesis de glucógeno y glucólisis, ésta última vía metabólica lleva a producir en el citoplasma 2 moléculas de piruvato por cada molécula de glucosa, con la síntesis de 2 ATP. La producción de ATP por la vía glucolítica anaeróbica es en gran medida la fuente de energía para varios tejidos. 4.- ¿Cuáles son las principales hormonas involucradas en la regulación de la glucemia? Cuando la concentración de glucosa en la sangre es baja, el páncreas libera glucagón, que estimula la degradación de glucógeno y la salida de glucosa del hígado. Cuando la concentración de azúcar en la sangre es elevada, el páncreas libera insulina, que incrementa la absorción de glucosa por las células y promueve su conversión y almacenamiento en glucógeno. En situaciones de estrés, la hormona adrenocorticotrófica (ACTH) producida por la hipófisis anterior estimula la corteza suprarrenal. Ésta libera cortisol y otras hormonas que incrementan la degradación de lípidos y proteínas y su conversión en glucosa en el hígado. Por otra parte, la estimulación de la médula suprarrenal por las fibras nerviosas del sistema nervioso autónomo (simpático) produce la liberación de adrenalina y noradrenalina, que también elevan la concentración de glucosa en la sangre. La hormona del crecimiento y la somatostatina, también afectan los niveles de glucosa. La hormona del crecimiento inhibe la absorción y la oxidación de la glucosa y estimula la degradación de los ácidos grasos y ejerce así un efecto hiperglucemiante. La somatostatina influye en la velocidad a la cual la glucosa es absorbida por el torrente sanguíneo desde el tubo digestivo. 5.- ¿Defina los siguientes glucogénesis

términos: Glucogenolisis,

glucolisis, gluconeogénesis,

Glucogenolisis: Proceso de transformación del glucógeno del hígado y de los músculos en glucosa

cuando el organismo necesita energía. Cuando la célula no dispone de glucosa suficiente, el glucógeno almacenado en forma de gránulos, el citosol de las células hepáticas y musculares es degradado para producir glucosa. Glucolisis: Oxidación metabólica de la glucosa que permite la obtención neta de energía en forma

de ATP. Puede efectuarse en presencia de oxígeno (aerobiosis) o en su ausencia (anaerobiosis). Gluconeogénesis: es la biosíntesis de la glucosa a partir de otros metabolitos ya presentes en el

organismo (aminoácidos, ácidos grasos y otros). Esta glucosa es necesaria para el uso como fuente del combustible por el cerebro, los testículos, los eritrocitos y la médula del riñón puesto que la glucosa es la fuente de energía única para estos órganos.

Glucogénesis: es la ruta anabólica por la que tiene lugar la síntesis de glucógeno (también llamado

glicógeno) a partir de un precursor más simple, la glucosa-6-fosfato. Se lleva a cabo principalmente en el hígado, y en menor medida en el músculo, es activado por insulina en respuesta a los altos niveles de glucosa, que pueden ser (por ejemplo) posteriores a la ingesta de alimentos con carbohidratos. 6.- ¿Porqué razón una dieta alta en carbohidratos aumenta la cantidad de grasa y por lo tanto el peso corporal? Se come más de lo que se gasta, y el exceso de calorías se deposita en forma de grasa. (Ravussin y Swinburn, 2002). El descubrimiento de la leptina, proteína producida por la grasa en proporción al tamaño de ésta, la cual inhibe la ingesta y estimula el metabolismo, se asocia con la obesidad. La síntesis de ácidos grasos a partir de glucosa o de aminoácidos (lipogénesis) parece ser muy limitado en el humano, por lo que sólo la ingestión excesiva de lípidos podría ser responsable de la puesta en reserva de estos compuestos. La cantidad de grasa corporal depende de del balance entre su formación y su utilización. Sin embargo, por ser la glucosa el combustible preferido por  todos los tejidos, si hay suficiente glucógeno el organismo empleará glucosa y no ácidos grasos, manteniendo así sus depósitos adiposos. (Flat, 2006)

BIBLIOGRAFIA

•

Fisiología médica, William F. Ganong. 18ª edición, p.p. 389-395

•

Tratado de fisiología medica, Guyton C. Arthur. 2006. Elsevier. P. 1031-1037

•

Samuel S. Yen, Endocrinología de la reproducción, 4ª. Edición, p.p. 287-294.

•  Robert Berne, Matthew Levy. Fisiología. Tercera edición.  Editorial Hardcout. 2001.