¿Qué son los trastornos metabólicos en la diabetes?
La hiperglucemia es el síntoma principal de la diabetes. Generalmente se considera que la diabetes es un trastorno del metabolismo de la glucosa. La insulina es un regulador clave del metabolismo de los carbohidratos, lípidos y proteínas. La falta relativa o absoluta de insulina en pacientes diabéticos afecta muchos procesos metabólicos, y el grado de deficiencia de insulina y la presencia de complicaciones afectan el grado de trastornos metabólicos. Esas complicaciones graves (como infección, infarto de miocardio, etc.) provocarán una respuesta de estrés, que aumentará el nivel de hormonas contrarreguladoras que tienen un efecto contrario sobre la insulina en el cuerpo y agravan las anomalías metabólicas de la diabetes. La gravedad de los trastornos metabólicos en la diabetes varía según la afección. Cuando hay una falta relativa de insulina, los pacientes con diabetes tipo 2 pueden tener hiperglucemia leve. Cuando hay una falta grave de insulina, los pacientes con diabetes tipo 1 pueden tener cetoacidosis. Aunque los niveles de azúcar en sangre en personas con diabetes pueden reducirse a niveles normales o casi normales, muchos procesos metabólicos en el cuerpo aún pueden ser anormales.
1. Secreción normal de insulina y su impacto en el metabolismo
(1) Secreción normal de insulina
La hiperglucemia es un signo de diabetes. La hiperglucemia es causada por una falta relativa o absoluta de insulina, lo que resulta en una tasa anormalmente alta de glucosa que ingresa a la sangre circulante o/y una reducción del aclaramiento de glucosa de la circulación.
La insulina es sintetizada y secretada por las células B de los islotes del páncreas. En circunstancias normales, la concentración de glucosa de la sangre perfundida en el páncreas es el factor más importante en la regulación de la secreción de insulina por las células B. j Cuando el nivel de azúcar en sangre aumenta, la secreción de insulina puede alcanzar de 10 a 20 veces el nivel basal; cuando el azúcar en sangre baja a niveles normales después de una carga de azúcar, la secreción de insulina vuelve rápidamente al nivel basal. Bajo estimulación sostenida de hiperglucemia, la respuesta de las células B de los islotes es bifásica. El comienzo es la fase de secreción rápida, es decir, la primera fase, que refleja la secreción de insulina por los gránulos de almacenamiento de las células B. La secreción de insulina alcanza el pico entre 3 y 0,5 minutos después de que aumenta el azúcar en sangre.
Puede aumentar 10 veces y la secreción de insulina cae un 50% después de 5 a 10 días de lluvia. Aproximadamente 15 minutos después de que aumenta el nivel de azúcar en la sangre, la secreción de insulina aumenta por segunda vez, lo que se denomina fase de secreción retardada. Alcanza el pico a las 2 o 3 horas y dura mucho tiempo. La tasa de secreción es mucho más alta que en. la primera fase. Esta etapa refleja la nueva síntesis y liberación de insulina a partir de células B activadas. La glucosa oral tiene un efecto estimulante más fuerte sobre la secreción de insulina que la misma dosis de glucosa intravenosa. La glucosa oral no solo provoca un aumento del azúcar en sangre y la estimulación del nervio vago, sino que también estimula la mucosa gastrointestinal para que libere el péptido 1 similar al glucagón (GLP-1), el péptido inhibidor gástrico (GIP) y otras hormonas gastrointestinales, que pueden mejorar la efectos de la estimulación alta del azúcar en la sangre. Muchos aminoácidos (aminoácidos mezclados o después de una comida proteica) pueden estimular la secreción de insulina, entre los cuales la arginina y la lisina tienen los efectos más fuertes. Sin embargo, cuando el nivel de azúcar en sangre es normal, la administración de aminoácidos sólo puede aumentar ligeramente la secreción de insulina. Si hay niveles más altos de aminoácidos cuando el nivel de azúcar en sangre es alto, la secreción de insulina causada por el nivel alto de azúcar en sangre puede duplicarse. La secreción de insulina también puede favorecerse cuando los niveles de ácidos grasos y cuerpos cetónicos en la sangre aumentan significativamente.
Las personas normales secretan unas 50 u de insulina al día. Entre comidas, en ayunas nocturnas o en ayunas de 24 horas, se secreta una pequeña cantidad de insulina, de 0,5 a 1 U por hora. La concentración de insulina plasmática en ayunas de adultos normales es de 5 a 20 mu/L. La concentración de insulina plasmática periférica comienza a aumentar de 8 a 10 minutos después de una comida, alcanza un máximo a los 30 a 45 minutos, luego disminuye gradualmente y vuelve al nivel básico. nivel de 90 a -120 minutos.
(B) El papel de la insulina en el metabolismo
La insulina actúa principalmente sobre el hígado, los músculos y el tejido adiposo para regular el metabolismo y el almacenamiento de azúcar, proteínas y lípidos. La insulina tiene una variedad de efectos metabólicos, como promover la síntesis de glucógeno hepático y la síntesis de ácidos grasos, inhibir la descomposición de glucógeno, la gluconeogénesis y la formación de cuerpos cetónicos en el tejido adiposo, promover la síntesis de glicerol, la síntesis de ácidos grasos, la síntesis de triacilglicerol y la síntesis de colesterol, inhibe la lipólisis; promueve la espermatogénesis, la absorción de aminoácidos y la síntesis de proteínas en el tejido muscular e inhibe el catabolismo de las proteínas. Por tanto, la insulina es una hormona anabólica en muchos sentidos.
1. El efecto de la insulina sobre el metabolismo de la glucosa. Dentro de las 3 horas posteriores a la administración oral de 75 g de glucosa, el hígado es el tejido más importante para procesar la glucosa bajo la acción de la insulina. absorbido por el intestino se utiliza para la síntesis en el hígado. En los seres humanos, el hígado desempeña un papel más importante que el tejido adiposo a la hora de convertir la glucosa en grasa. Del 20 al 25% de la glucosa absorbida en el intestino es utilizada por el cerebro y los glóbulos rojos, que son tejidos no dependientes de insulina. Bajo la acción de la insulina, el tejido muscular y graso procesa aproximadamente el 15% de la glucosa absorbida. Las personas normales tienen un pequeño rango de fluctuaciones de azúcar en sangre dentro de las 24 horas posteriores a una comida, y el límite superior de fluctuaciones del nivel de azúcar en sangre generalmente no excede los 7,8 mmol/L. La regulación y estabilidad de los niveles de azúcar en sangre dependen principalmente de la sensibilidad del. hígado a la secreción de una pequeña cantidad de insulina. El tejido muscular y adiposo son menos importantes que el hígado en el tratamiento de la carga de glucosa porque son menos sensibles a ligeros aumentos en los niveles de insulina, pero en el caso de hiperinsulinemia, el tejido muscular y adiposo son menos importantes en el tratamiento de la carga de glucosa que el hígado. hígado La acción también ayuda a reducir las fluctuaciones en los niveles de azúcar en la sangre. Después de ingerir glucosa o una comida, el aumento de los niveles plasmáticos de insulina no sólo promueve la captación de glucosa por el hígado y la síntesis del almacenamiento de glucógeno, sino que también inhibe la captación hepática de precursores gluconeogénicos (como alanina, ácido láctico, piruvato, glicerol), inhibiendo Gluconeogénesis.
La insulina tiene muchos efectos sobre el metabolismo de la glucosa. En primer lugar, inhibe la producción de glucosa hepática al suprimir la glucosa hepática. Se logra la inhibición de la proteólisis y la gluconeogénesis, con la posterior estimulación de la captación de glucosa por los tejidos periféricos. Cuando el nivel de insulina en sangre periférica es relativamente bajo, puede inhibir la producción de glucosa del hígado, y el nivel máximo de inhibición en personas normales es de aproximadamente 30 mu/L. La insulina estimula la captación de glucosa a través del músculo esquelético y las membranas de los adipocitos a través de transportadores de glucosa y activa enzimas metabólicas intracelulares relacionadas (como la glucógeno sintasa), pero requiere niveles más altos de insulina en sangre periférica. En personas normales, el nivel de insulina en sangre periférica, que estimula la absorción de glucosa por estos tejidos, es de aproximadamente 100 mu/L. La insulina también estimula la oxidación de la glucosa en estos tejidos. que estimula la oxidación de la glucosa por estos tejidos, es de aproximadamente 100 mu/L.
2. El efecto de la insulina sobre el metabolismo de los lípidos La insulina estimula la lipoproteína lipasa y acelera la eliminación de triacilgliceroles endógenos y exógenos en la circulación sanguínea. La insulina también inhibe la actividad de las esterasas sensibles a la insulina, la hidrólisis de los triacilgliceroles y la liberación de ácidos grasos libres de los adipocitos. Los niveles de insulina necesarios para contrarrestar la lipólisis son mucho más bajos que los necesarios para estimular la absorción de glucosa. El nivel de insulina en sangre periférica con el máximo efecto antilipólisis en personas normales es de aproximadamente 10 mu/L. La mayor parte de la glucosa absorbida por la insulina en los adipocitos se utiliza para formar glicerol 3-fosfato y una pequeña parte se utiliza para sintetizar grasas. ácidos para formar triacilglicerol. Pero la mayor parte de la síntesis de insulina de la grasa se realiza en el hígado. Por un lado, la insulina resiste la lipólisis y, por otro, favorece la lipogénesis, lo que conduce a un aumento del almacenamiento de grasa corporal.
La insulina tiene un importante efecto inhibidor sobre la formación de cuerpos cetónicos, principalmente a través de su fuerte efecto antilipólisis, estimulando la síntesis de ácidos grasos a nivel de carnitina en las mitocondrias hepáticas e inhibiendo la oxidación de ácidos grasos. La acetil coenzima a de J necesaria para la síntesis de ácidos grasos proviene principalmente de la glucosa, que se descompone en piruvato y entra en la mitocondria. El piruvato se descarboxila oxidativamente bajo la catálisis del complejo piruvato deshidrogenasa para formar acetil-CoA. En las mitocondrias, el acetil-CoA y el oxaloacetato se condensan en ácido cítrico. El citrato ingresa al citoplasma a través de transportadores específicos en la membrana mitocondrial interna y luego se escinde en el citosol para liberar acetil-CoA. El acetil-CoA en el citosol se carboxila a malonil-CoA bajo la acción de la acetil-CoA carboxilasa, y luego la cadena de carbono se extiende continuamente en el retículo endoplásmico para sintetizar ácidos grasos. La insulina estimula la síntesis de ácidos grasos en las células del hígado y. la síntesis de ácidos grasos El primer producto intermedio malonil-CoA inhibe la carnitina aciltransferasa. El sistema lanzadera de carnitina es necesario para la oxidación de los ácidos grasos. Después de que los ácidos grasos se activan en acilCoA grasa en el retículo endoplásmico y la membrana externa mitocondrial, no pueden ingresar directamente a las mitocondrias, sino que deben ingresar con la participación de la carnitina y la acción de las carnitina aciltransferasas I y II en ambos lados de la mitocondria. La membrana interna de las mitocondrias se oxida aún más. La insulina estimula las células del hígado para que sinteticen ácidos grasos al tiempo que inhibe la oxidación de los ácidos grasos.
La gran cantidad de acetil-CoA que se forma durante la oxidación de los ácidos grasos es un metabolito intermedio necesario para la formación posterior de cuerpos cetónicos. Los cordones de insulina reducen la producción de cuerpos cetónicos en el hígado al inhibir la oxidación de los ácidos grasos. Las células del hígado carecen de la enzima para activar los cuerpos cetónicos, por lo que no pueden utilizar los cuerpos cetónicos que producen y sólo pueden liberarlos a la circulación sanguínea para su oxidación y suministrar energía a los tejidos extrahepáticos (músculo cardíaco, músculo esquelético, cerebro, riñón, etc.) . ). En circunstancias normales, hay sólo una pequeña concentración de cuerpos cetónicos en la sangre, con una concentración inferior a 0,5 mmol/L. Cuando falta insulina, el efecto inhibidor se debilita, o cuando la movilización de grasas y el catabolismo aumentan durante la inanición. la cantidad de cuerpos cetónicos en el hígado aumenta. Cuando el aumento de la producción excede la capacidad de utilización oxidativa de los cuerpos cetónicos en los tejidos extrahepáticos, la concentración de cuerpos cetónicos en la sangre aumenta anormalmente. El acetoacetato y el 13-hidroxibutirato en los componentes de los cuerpos cetónicos son metabolitos intermedios ácidos que pueden causar cetoacidosis.
3. El efecto de la insulina sobre el metabolismo de las proteínas Cuando los aminoácidos absorbidos de los intestinos después de la proteína en polvo (como la carne magra) fluyen a través del hígado a través de la vena porta, los aminoácidos no ramificados se absorben y utilizado por el hígado, mientras que los aminoácidos ramificados (leucina, isoleucina, valina) casi no son absorbidos ni metabolizados por el hígado y ingresan a la circulación sistémica, duplicando o más la concentración de aminoácidos ramificados en la sangre circulante. en la sangre puede representar 609 del total de aminoácidos/6. Los niveles de insulina en sangre posprandial provenientes de las proteínas aumentan la absorción muscular de aminoácidos, especialmente de aminoácidos de cadena ramificada. Una pequeña parte de los aminoácidos de cadena ramificada absorbidos por los músculos se utiliza para sintetizar los componentes estructurales de los músculos y la mayoría de ellos se descomponen y oxidan. Además de la síntesis neta de proteínas musculares, todavía se libera en la sangre una cierta cantidad de alanina y glutamina. El hígado puede utilizar la alanina para la gluconeogénesis, mientras que la glutamina se absorbe y oxida en el intestino delgado y los riñones, o se convierte en alanina y el hígado la utiliza para la gluconeogénesis.
En ayunas o hambre, la proteína muscular se descompone y libera aminoácidos. Sin embargo, los músculos no liberan varios aminoácidos en la sangre de acuerdo con la proporción de composición de aminoácidos de la proteína. 6, y la glutamina representa aproximadamente 309/6, representó 200/4. La mayoría de los aminoácidos (aminoácidos glucogénicos) en los músculos pueden formar cetoácidos mediante transaminación y luego formar piruvato a través de una serie de metabolismos, que se liberan en la sangre y luego son utilizados por el hígado para la gluconeogénesis. Unos pocos aminoácidos (aminoácidos cetogénicos) pueden formar cuerpos cetónicos. Los aminoácidos de cadena ramificada formados por el catabolismo de las proteínas en el hígado no pueden utilizarse como materia prima para la gluconeogénesis en el hígado y deben transportarse a los músculos a través de la sangre antes de poder utilizarse.
Los niveles de insulina en sangre que mejoran la síntesis de proteínas e inhiben la degradación de proteínas son intermedios entre la inhibición de la lipólisis y la inhibición de la producción de glucosa hepática. Cuando falta insulina, se potencia el catabolismo proteico, produciendo más piruvato, lo que aumenta la gluconeogénesis hepática y la producción hepática de glucosa, que es una de las causas de la hiperglucemia.