Carrera de Licenciatura en Nutrición Gestionado con Modalidad a Distancia. 4º año. [Escribir el número de

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1 Carrera de Licenciatura en Nutrición Gestionado con Modalidad a Distancia 4º año [Escribir el número de

2 INSTITUTO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS DE LA SALUD FUNDACIÓN BARCELO CARRERA DE LICENCIATURA EN NUTRICION N DE MODULO: 1 UNIDAD TEMÁTICA: 1 TITULO: AYUNO: TIPOS. AYUNO SIMPLE. AYUNO PROLONGADO. AYUNO CON STRESS. ADAPTACIONES METABÓLICAS DE LOS DIFERENTES TEJIDOS. REGULACIÓN HORMONAL. OBJETIVOS: - Identificar los distintos tipos de ayuno. - Conocer el destino y la función de los nutrientes frente al ayuno. - Reconocer los cambios endocrinos metabólicos durante el ayuno. - Entender la importancia de la terapéutica nutricional frente al ayuno. EJES TEMÁTICOS: - Metabolismo del ayuno. Tipos de ayuno. - Reservas energéticas durante el ayuno. - Cambios endocrino metabólicos durante el ayuno. - Consideraciones terapéuticas. - Interrelaciones metabólicas en el ayuno. - Órganos implicados en la nutricion/ayuno.

3 METABOLISMO DEL AYUNO En el ayuno total (sólo ingestión de agua) se produce un balance calórico y nitrogenado (proteínas) negativos, es decir, el individuo debe consumir sus reservas energéticas y un catabolismo de sus proteínas. Lo más trascendente es esto último, porque el balance nitrogenado negativo refleja un deterioro estructural con pérdida de tejidos (músculo, vísceras, proteínas plasmáticas, etc.). Un hombre adulto tipo, de 70 kg de peso, tiene 15 kg de tejido graso (equivalentes a Calorías), 6 kg de proteínas de recambio rápido ( Cal) y sólo 0,23 kg de glucógeno en el músculo y en el hígado (900Cal). Durante el ayuno, es decir si la persona no se alimenta, pero en ausencia de una enfermedad hipercatabólica, se produce una adaptación que permite prolongar su sobrevida. Hay dos fases que se suceden paulatinamente: AYUNO CORTO FASE NEOGLUCOGÉNICA (1ª SEMANA) Se utilizan preferentemente los ácidos grasos como sustrato energético, pero debe sintetizar glucosa que es mayormente usada por el sistema nervioso central. Al no alimentarse, no hay estímulo de secreción de insulina, sus niveles se mantienen bajos, mientras el glucagon tiene un aumento relativo. Esto permite la movilización de sustratos: 1. Lipolisis: Hidrólisis de triglicéridos del tejido adiposo y salida de ácidos grasos libres. Estos que circulan unidos a albúmina son sustratos oxidativos para músculo y vísceras a excepción del SNC que requiere glucosa. 2. Proteolisis: En esta 1ª fase hay gran proteolisis (degradación de proteínas) para suministrar aminoácidos que van a síntesis de glucosa (alanina y glutamina). En este proceso hay síntesis de urea en el hígado la que es excretada por el riñón (el 90% del nitrógeno eliminado en orina es N ureico).

4 Así, se excretan 10 a 12 g de N ureico al día lo que equivale a catabolizar 62,5 a 75 g de proteínas / día. Teniendo en cuenta que 1g de N equivalen a 6,25 g de proteínas y a 30 g de masa magra, la persona está consumiendo alrededor de 300 a 360 g de músculo y vísceras diariamente. 3. Neoglucogenesis: Es indispensable para sostener energéticamente al SNC. El hígado usa alanina (aminoácido derivado de proteolisis), lactato (proveniente de glucolisis anaeróbica de tejidos periféricos = Ciclo de Cori) y en menor cantidad glicerol (de triglicéridos de depósito). AYUNO PROLONGADO. FASE CETOGÉNICA (> 1 SEMANA) La cetoadaptación es muy importante para reducir el consumo de proteínas y disminuir la velocidad del deterioro nutricional. Los niveles de insulina se mantienen bajos, los de glucagon ligeramente elevados, pero lo más importante es una disminución de las hormonas termogénicas. Las catecolaminas y la triyodotironina (T3) aumentando la T3 reversa que es inactiva. El gasto energético disminuye en un 30 %. Los cambios metabólicos son: 1. Lipolisis: Se mantiene la liberación de ácidos grasos, principal fuente de energía. 2. Cetogénesis: Los cuerpos cetónicos (ácido acetoacético y beta hidroxibutírico) son sintetizados en la mitocondria del hepatocito por una oxidación incompleta de los ác grasos. El hígado entrega estos sustratos que son solubles en el plasma y pueden ser utilizados por el SNC que entonces no requiere tanta glucosa (ni sustratos para neoglucogenesis, es decir aminoácidos). 3. Proteolisis: Se reduce considerablemente, lo que se demuestra por una disminución de la excreción de N ureico en la orina a niveles de 3 a 4 g/día. 4. Mantención relativa de la masa proteica visceral: La mayor parte de los aminoácidos usados para neoglucogenesis provienen del músculo y también éste los entrega para sostener las proteínas viscerales. De todas formas, en el ayuno prolongado hay un deterioro progresivo que es enlentecido por la cetoadaptación. Si ella no existiera, la sobrevida no sería más allá de unos 30

5 días. En cambio, el individuo puede vivir así por 60 a 90 días. A estas alturas, las personas mueren por falla cardíaca, arritmias y por hipoglucemia. RESERVAS ENERGÉTICAS EN EL AYUNO Las reservas energéticas están representadas por un limitado depósito de carbohidratos, proteínas musculares, viscerales y tejido graso. Las reservas de glucógeno hepático y muscular se calculan en 225 g y sólo alcanzan para cubrir las necesidades energéticas basales por un período de 20 horas. La carencia de glucosa-6 fosfatasa en el músculo esquelético, determina que la glucosa contenida no pueda ser transferida a la circulación para hacer frente a las necesidades de otros órganos, siendo utilizada localmente durante la actividad muscular. De esta manera, el hígado se transforma en el único depósito de hidratos de carbono, capaz de suplir las necesidades orgánicas. Las reservas proteicas constituyen el objetivo primario de la alimentación. Su catabolismo resulta en una debilidad muscular progresiva que determina trastornos en la ventilación pulmonar y, secundariamente, complicaciones infecciosas que son causa frecuente de muerte. Esta reserva se encuentra localizada en la proteína visceral y muscular, siendo consumida inicialmente la visceral en situación de ayuno, mientras en las infecciones y el trauma se utiliza primariamente la localizada en el músculo. Las reservas grasas son las más importantes, tanto por su cantidad como por la energía que contienen, presentando la ventaja en relación al glucógeno por redituar 2,5 veces más ATP a igualdad de peso. En condiciones de ayuno o agresión, se originan cambios endocrino-metabólicos que permiten la supervivencia a partir de los depósitos.

6 UTILIZACIÓN DE LAS RESERVAS ENERGÉTICAS Tanto en situaciones de ayuno o trauma, la glucosa constituye la fuente primaria de energía para la mayoría de los tejidos orgánicos. La movilización del glucógeno hepático cubre las necesidades inmediatas, sosteniendo un nivel de glucosa adecuado en los sectores glucodependientes. Cuando la glucosa es incorporada a los tejidos, sufre un proceso de degradación hasta su conversión en piruvato. Durante esta fase no se requiere oxígeno (fase anaeróbica), y el resultado es la liberación de 2 moléculas de ATP de las 38 contenidas en cada mol de glucosa. El pasaje de piruvato a acetil CoA, se encuentra mediatizado por la presencia de un complejo enzimático, que ha recibido especial interés por atribuírsele la responsabilidad del bloqueo periférico de la glucosa en casos de trauma o sepsis. En presencia de aerobiosis, la acetil CoA se incorpora en el ciclo de los ácidos tricaboxílicos, permitiendo la oxidación completa de la glucosa y la liberación de las 36 moléculas restantes de ATP, con producción final de CO 2 y H 2 O. En circunstancias de anaerobiosis, la glucosa convertida en piruvato, se transforma en ácido láctico. Esta vía de derivación permite continuar con la glicólisis y la formación de ATP, que de otra manera sería detenida en pocos segundos por la acumulación de piruvato y los átomos de hidrógeno formados al final de la etapa. El ácido láctico es captado por el hígado, siendo reconvertido en piruvato y posteriormente en glucosa. Este proceso de reconversión a glucosa requiere la presencia de O 2 y origina un consumo de 6 moléculas de ATP. Cuando los depósitos de glucógeno se han agotado, las necesidades energéticas serán suplicadas por el resto de las reservas. Las proteínas corporales se encuentran en permanente recambio, habiéndose estimado en unos 400 gramos en el adulto. De ellas, el 25% es degradado por mecanismos oxidativos o se convierte en glucosa, mientras el 75% es reciclado para formar nuevamente proteína.

7 La hidrólisis de las proteínas produce la liberación de los aminoácidos que la forman, de los cuales aquellos de cadena ramificada (leucina, isoleucina y valina) son oxidados localmente en el músculo con producción de energía, previa liberación de sus grupos aminos. El grupo amino liberado se combina con el piruvato para la formación de alanina y con el alfa-oxoglutarato para constituir el L-glutamato. La alanina representa el 10% de los aminoácidos contenidos en el músculo, aumentando en situaciones de ayuno y trauma, en donde la oxidación de los aminoácidos de cadena se encuentra incrementada. La alanina representa el 10% de los aminoácidos contenidos en el músculo, aumentando en situaciones de ayuno y trauma, en donde la oxidación de los aminoácidos de cadena se encuentra incrementada. La alanina así formada, pasa a la circulación y representa casi un 50% de los aminoácidos liberados por el músculo. La toma de alanina circulante por el hígado hace que, en condiciones normales, este aminoácidos no incremente sus valores en sangre, mostrándose aumentado cuando la función hepática se altera, hecho que se ha utilizado como índice indirecto de su funcionamiento. En el hígado, por acción de la alanino-transferasa, quedan nuevamente los grupos aminos liberados, mientras el piruvato se reconvierte a glucosa. De esta manera, la alanina permite el transporte de productos de oxidación incompleta de la glucosa y de grupos aminados provenientes de la utilización de los aminoácidos en los tejidos periféricos. Los grupos aminos liberados en el hígado por la alanina, ingresan en el ciclo de la urea para luego ser eliminados, mientras aquellos que formaron L-glutamato se combinan con el amoníaco en los tejidos para constituir la glutamina. Este aminoácido permite el transporte de esta sustancia tóxica al hígado y el riñón para su posterior excreción renal. El resto de los aminoácidos aromáticos y azufrados, resultantes de la hidrólisis de las proteínas musculares, son vehiculizados al hígado en donde son desaminados. Las

8 cadenas carbonadas intervendrán en la gluconeogénesis, mientras el grupo amino liberado pasará a formar parte de la urea excretada. De esta manera, la urea se transforma en un fiel reflejo del catabolismo proteico y de la excreción nitrogenada. La participación del tejido adiposo en el suministro de energía está regulada por la acción de las lipasas endocelulares que se activan bajo el control de la adrenalina, adrenacorticotrofina y la insulina. Los ácidos grasos liberados son transportados por la sangre en combinación con la albúmina, hasta ser utilizados en el músculo esquelético, miocardio y riñón. Estos ácidos grasos no pueden pasar a través de las membranas mitocondriales sin sufrir una serie de transformaciones enzimáticas, que los convierte en acil-coa y luego por la carnitina aciltransferasa pasan la membrana interna, para quedar liberados dentro de la mitocondria. El ácido graso sufre la eliminación oxidativa de unidades sucesivas de dos átomos de carbono en forma de acetil-coa (b-oxidación), que luego se oxidan en el ciclo del ácido cítrico al igual que los hidratos de carbono y proteínas para generar ATP, CO 2 y H 2 O. En los seres humanos y en la mayoría de los animales, el acetil-coa formado en el hígado, durante la oxidación de los ácidos grasos, puede entrar en el ciclo del ácido cítrico o puede ser convertido en cuerpos cetónicos (acetoacetato, hidroxibutirato y acetona) que son exportados a otros tejidos como fuente de energía. El consumo de glúcidos o grasas es dependiente del predominio de estos sustratos en el torrente circulatorio. De esta manera, todo aporte excesivo de hidratos de carbono determinará su conversión a grasa, aumentando los niveles de malonil-coa, acil-coa y finalmente ácidos grasos que son transportados a los depósitos como triglicéridos. El aumento de los niveles citosólicos de malonil-coa inhiben la actividad de la carnitina-aciltransferasa que permite el ingreso de los ácidos grasos a la mitocondria para su oxidación.

9 De la misma manera, todo aumento de la concentración de acil-coa, por mayor disponibilidad de ácidos grasos circulantes, inhibe la enzima que mediatiza la formación de malonil-coa, originando un descenso de sus niveles y con ello se reactiva la carnitina-aciltransferasa que facilita el consumo de los ácidos grasos. Se establece así, una regulación recíproca de forma que cuando uno se acelera el otro se detiene. CAMBIOS ENDOCRINO-METABÓLICOS DURANTE EL AYUNO Durante el ayuno, se consumen inicialmente los reducidos depósitos de glucógeno hepático y muscular, descendiendo rápidamente en el hígado hasta alcanzar un 10% de su concentración normal, permaneciendo luego constante aunque el ayuno se prolongue. En un lapso no superior a las 20 horas estas reservas se habrán agotado. Existen órganos y tejidos que son especialmente consumidores de glucosa (gluodependientes), dentro de los cuales se destacan los eritrocitos, la médula ósea, médula renal y el cerebro. Este último llega a consumir en condiciones normales hasta 140 g por día de hidratos para cubrir sus necesidades metabólicas. Como las reservas de glucógeno han sido consumidas luego del primer día de ayuno, será necesario otra fuente de energía para suministrar glucosa a los tejidos. Si bien se puede producir algo de glucosa a partir de la porción glicerínica de los triglicéridos, en los mamíferos no se puede formar glucosa a partir de los ácidos grasos. Este hecho obliga a un incremento de la hidrólisis de proteínas para la producción de glucosa. El organismo realiza una utilización selectiva de sus reservas proteicas, empleando en primer término aquellas provenientes de enzimas digestivas secretadas por estómago, páncreas e intestino delgado.

10 También utiliza aquellas requeridas para la biosíntesis que, por la situación de ayuno, no son necesarias, o enzimas hepáticas que se emplean en el hígado para la transformación de los alimentos durante su ingesta. Luego de 3 ó 4 días de ayuno, comienzan a utilizarse unos 75 g diarios de proteínas musculares que se asocian con astenia e inactividad como adaptación fisiológica al ayuno. De mantenerse este ritmo elevado de hidrólisis proteica, la muerte se presenta en un lapso no superior a un mes, considerándose que una reducción a la mitad de la proteína corporal resulta incompatible con la vida. Durante la primera semana de ayuno (inanición temprana), la hidrólisis de las proteínas produce la liberación de aminoácidos. Los esqueletos carbonados de los aminoácidos de cadena ramificada localizados en el músculo (leucina, isoleucina y valina), son utilizados como fuente de energía, mientras que los grupos aminados se conjugan con el piruvato para formar la alanina. La alanina representa el 50% de los aminoácidos liberados por el músculo en situación de ayuno, siendo tomada por el hígado para su reconversión a piruvato. El grupo amino desprendido pasa a ser incorporado al ciclo de la urea, mientras el piruvato se transforma en glucosa. El resto de los aminoácidos (aromáticos y azufrados) es liberado por el músculo a la circulación y desaminado en la glándula hepática por acción de las transaminasas, generándose piruvato para la gluconeogénesis, mientras sus grupos aminos son excretados como urea. El riñón participa en la gluconeogénesis con el 50% de la glucosa producida durante la inanición. La glutamina es utilizada en tal sentido con producción de amoníaco que es excretado por el riñón o parcialmente utilizado para la síntesis de proteínas. De esta manera, las proteínas participan en la gluconeogénesis a pesar de su alto costo biológico, siendo la urea urinaria un índice del catabolismo proteico.

11 Al descender los niveles de glucosa sanguínea por la falta de ingesta, se producen cambios hormonales que permiten una adaptación metabólica. Estos cambios se basan en el descenso de los niveles de insulina y la elevación del glucagón. El descenso de la insulina durante el ayuno permite una mayor movilización de los depósitos de grasa con liberación de ácidos grasos. Estos serán los que suplirán los requerimientos energéticos de los tejidos. La utilización directa de los ácidos grasos no es posible por el cerebro, por estar éstos ligados a la albúmina plasmática que impide su paso por la barrera hematoencefálica, pero luego de 3 semanas el encéfalo se adapta a consumir cuerpos cetónicos. Esta adaptación energética permite un ahorro de proteínas que, a pesar de continuar degradándose, lo hacen a un ritmo menor, permitiendo que la sobrevida se prolongue hasta el consumo total de las reservas grasas. La insulina parece ser el factor principal en la regulación del manejo de las reservas energéticas durante el ayuno, descendiendo hasta valores inferiores a los 12 mu/ml en el ayuno prolongado, mientras el glucagón que tiene valores normales entre 30 a 70 pg/ml, suele observarse en un nivel de 200 pg/ml. Se ha demostrado que la alanina estimula las células alfa del páncreas con mayor liberación de glucagón, el cual activa la gluconeogénesis. En este sentido, el glucagón ejerce un efecto 10 veces mayor a la adrenalina, mientras parece no tener efecto periférico. Sin embargo, no se considera tan importante la concentración absoluta de estas hormonas en la homeostasis de la glucosa, como lo es la relación insulina/glucagón, que luego de una semana se encuentra en valores inferiores a 0/4, favoreciendo un intenso catabolismo. Luego de haberse agotado los depósitos grasos, los requerimientos energéticos deberán ser afrontados por las reservas proteicas, circunstancias que conduce rápidamente a la muerte.

12 CONSIDERACIONES TERAPÉUTICAS EN RELACIÓN AL AYUNO El aporte de nutrientes, tanto por vía enteral como parenteral, no ofrece mayores dificultades en situación de ayuno por no existir alteraciones o bloqueos del metabolismo intermedio. Se trata solamente de un estado al que se ha llegado por falta de alimento (inanición simple). El suministro de hidratos de carbono, proteínas o grasas o su asociación permitirá controlar el estado metabólico, obteniéndose con facilidad un balance positivo de nitrógeno. La administración de elementos nutritivos debe hacerse en forma progresiva, permitiendo una paulatina adaptación enzimática. La administración de glucosa a baja dosis puede resultar efectiva para el control de la cetonemia y los niveles de catecolaminas aumentadas por la hipoglucemia, pero la reducción de la excreción de nitrógeno se logra con dosis mayores a los 150 gramos diarios, alcanzándose el equilibrio o un balance positivo cuando se aportan proteínas en la dieta. INTERRELACIONES METABÓLICAS EN EL AYUNO Las interrelaciones metabólicas comprenden la integración de todos los órganos, que usan y generan combustibles e interactúan para mantener un equilibrio dinámico adecuado a las diferentes situaciones que enfrenta el organismo. El equilibrio se refiere a la adecuada distribución de los combustibles y al abastecimiento y eliminación de los metabolitos producidos por la función celular. En la siguiente figura se detallan los tejidos, como así también los combustibles que suelen consumir y las rutas metabólicas utilizadas:

13 ÓRGANOS IMPLICADOS EN LA NUTRICIÓN / AYUNO: PERFILES METABÓLICOS HÍGADO: Es el primer tejido comprometido en el control del nivel sanguineo de glucosa, lípidos y aminoácidos, luego este tejido funciona como un centro de reprocesamiento de estas sustancias. La glucosa se acumula en glucógeno; los lípidos llegan mayoritariamente procedentes de los quilimicrones vía linfa, se distribuyen y se metabolizan; y los AA no se pueden acumular, en el hígado se sintetizan las proteínas plasmáticas. Las proteínas celulares sufren un continuo recambio y los AA en exceso se degradan. Su cadena carbonada se integra en el metabolismo de carbohidratos y de lípidos.

14 El hígado es el órgano especializado en la síntesis de la urea y del colesterol y es especialista en suministrar glucosa (gluconeogénesis) al resto de los tejidos cuando así se requiera. MUSCULO ESQUELETICO: Las células musculares convierten la energía química en mecánica, luego metabólicamente están especializadas en degradar combustibles para fabricar ATP. La glucosa la capta en un proceso dependiente de insulina y la acumula en glucógeno; que se degrada mediante la glucolisis; el lactato producido será invertido en el ciclo de Cori, para que el hígado vuelva a sintetizar glucosa. El músculo también utiliza los ácidos grasos para la obtención de energía, asi como los AA cuando la situación lo requiere. TEJIDO ADIPOSO: Es el tejido más eficiente en almacenar combustible, el 85 % de las reservas del organismo están en los TAG ( triacilgliceridos) del tejido adiposo. Los ácidos grasos procedentes de los quilomicrones y de las VLDL son captados por los adipocitos. La glucosa es captada en un proceso dependiente de insulina y el acetil-coa producido es transformado en ácidos grasos; además la dihidroxiacetona es reducida a glicerol, con lo que así se obtienen los elementos necesarios para la síntesis de TAG. De la misma manera en procesos dependientes de otras hormonas, glucagon y adrenalina, los TAG se pueden movilizar y sus componentes se degradan, cuando las necesidades energéticas así lo demanden.

15 SISTEMA NERVIOSO: Proporciona la red de comunicaciones, por tanto necesita aporte de nutrientes y oxígeno para satisfacer sus necesidades metabólicas. Las células de este sistema que consumen más combustible son las neuronas que necesita energía para bombear iones a través de sus membranas: iones de Ca y Na hacia fuera y de K y Cl hacia el interior. Esta elevada tasa metabólica es lo que hace que el nervioso sea el tejido que menos soporta las condiciones anaeróbicas, es un tejido muy dependiente del suministro de oxígeno y de glucosa. El Sistema Nervioso puede utilizar también cuerpos cetónicos como combustible, pero no puede prescindir totalmente de la glucosa. MIOCARDIO: Funciona en condiciones aeróbicas y usa ácido grasos como combustible, aunque también puede usar cuerpos cetónicos, lactato y piruvato. Tambien puede hacer glucolisis para obtener energía.

16 BIBLIOGRAFIA www2.uah.es/.../bioquimica_farmacia/tema33.htm - Torresani M. E., Somoza M. I. Lineamientos Para El Cuidado Nutricional. Editorial: Eudeba