Principios Generales de la Función Gastrointestinal PDF

CAPÍTULO 6 3 UN ITXII Princip...

CAPÍTULO 6 3 UN ITXII Principios generales de la función gastrointestinal: motilidad, Control nervioso y circulación sanguínea El tracto alimentario proporciona al cuerpo un suministro distribuidos en haces de hasta 1000 fibras paralelas. En el continuo de agua, electrolitos, vitaminas y nutrientes, lo que capa muscular longitudinal, los haces se extienden requiere lo siguiente: (1) movimiento de los alimentos a través longitudinalmente por el tracto intestinal; en elcapa muscular del tracto alimentario; (2) secreción de jugos digestivos y circular, se extienden alrededor del intestino. digestión de los alimentos; (3) absorción de agua, varios Dentro de cada haz, las fibras musculares están conectadas electrolitos, vitaminas y productos digestivos; (4) circulación eléctricamente entre sí a través de un gran número de de sangre a través de los órganos gastrointestinales para uniones gap que permiten el movimiento de iones de baja llevar las sustancias absorbidas; y (5) control de todas estas resistencia de una célula muscular a la siguiente. Por lo tanto, las funciones por los sistemas local, nervioso y hormonal. señales eléctricas que inician las contracciones musculares Figura 63-1 muestra todo el tracto digestivo. Cada parte pueden viajar fácilmente de una fibra a la siguiente dentro de se adapta a sus funciones específicas: algunas partes al cada haz, pero más rápidamente a lo largo del haz que a los lados. simple paso de los alimentos, como el esófago; otros al Cada haz de fibras musculares lisas está parcialmente almacenamiento temporal de alimentos, como el estómago; y separado del siguiente por tejido conectivo laxo; sin embargo, otros a la digestión y absorción, como el intestino delgado. En los haces de músculos se fusionan entre sí en muchos puntos, este capítulo discutiremos los principios básicos de por lo que, en realidad, cada capa muscular representa un funcionamiento en todo el tracto alimentario, y en los entramado ramificado de haces de músculos lisos. Por lo capítulos siguientes se abordarán las funciones específicas de tanto, cada capa muscular funciona como unsincitio; es decir, diferentes segmentos del tracto. cuando se produce un potencial de acción en cualquier parte de la masa muscular, generalmente viaja en todas las direcciones del músculo. La distancia que recorre depende de PRINCIPIOS GENERALES DE LA MOTILIDAD la excitabilidad del músculo; a veces se detiene después de GASTROÍN-TESTINAL solo unos pocos milímetros, y otras veces recorre muchos centímetros o incluso a lo largo y ancho del tracto intestinal. Anatomía fisiológica de la Además, debido a que existen algunas conexiones entre las capas pared gastrointestinal musculares longitudinales y circulares, la excitación de una de estas Figura 63-2 muestra una sección transversal típica de la pared capas a menudo también excita a la otra. intestinal, que incluye las siguientes capas desde la superficie exterior hacia el interior: (1) el serosa, (2) una capa de músculo Actividad eléctrica del músculo liso liso longitudinal, (3) una capa circular de músculo liso, (4) el gastrointestinal submucosa, y (5) el mucosa. Además, los escasos haces de El músculo liso del tracto gastrointestinal está excitado por fibras musculares lisas, la músculo mucoso, se encuentran en una actividad eléctrica intrínseca lenta casi continua a lo largo las capas más profundas de la mucosa. Las funciones motoras de las membranas de las fibras musculares. Esta actividad del intestino las realizan las diferentes capas de músculo liso. tiene dos tipos básicos de ondas eléctricas: (1)ondas lentas y 2) Picos, ambos de los cuales se muestran en Figura 63-3. Las características generales del músculo liso y su Además, el voltaje del potencial de membrana en reposo del función se analizan en Capítulo 8, que debe revisarse músculo liso gastrointestinal puede cambiar a diferentes como antecedentes para las siguientes secciones de niveles, lo que también puede tener efectos importantes en el este capítulo. control de la actividad motora del tracto gastrointestinal. El músculo liso gastrointestinal funciona como un "Ondas lentas" causadas por cambios ondulantes en el potencial sincitio. Las fibras de músculo liso individuales en el de la membrana en reposo. La mayoría de las contracciones tracto gastrointestinal tienen de 200 a 500 micrómetros gastrointestinales ocurren rítmicamente, y este ritmo está de longitud y de 2 a 10 micrómetros de diámetro, y están determinado principalmente por la frecuencia de los llamados "lentos 787 UNIDAD XII Fisiología gastrointestinal Picos 0 Despolarización Potencial de membrana (milivoltios) 10 20 Lento ondas Glándula parótida 30 Estimulación por Boca 40 1. Norepinefrina Glándulas salivales 50 2. Simpatía 60 Estimulación en reposo por Esófago 1. Estirar 70 Hiperpolarización 2. Acetilcolina 3. Parasimpáticos 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 Segundos Figura 63-3. Potenciales de membrana en el músculo liso intestinal. Tenga Hígado Estómago en cuenta las ondas lentas, los potenciales de pico, la despolarización total y Vesícula biliar la hiperpolarización, todos los cuales ocurren bajo diferentes condiciones Páncreas fisiológicas del intestino. Duodeno Transverso Yeyuno colon usualmente es de aproximadamente 3 / min, aproximadamente 12 / min y de 8 a Descendente Ascendente 9 / min, respectivamente. colon colon La causa precisa de las ondas lentas no se comprende Íleon completamente, aunque parecen ser causadas por interacciones complejas entre las células del músculo liso y las células Ano especializadas, llamadas células intersticiales de Cajal, que se cree que actúan como marcapasos eléctricos para las células del Figura 63-1. Tracto digestivo. músculo liso. Estas células intersticiales forman una red entre sí y se interponen entre las capas del músculo liso, con contactos de Serosa tipo sináptico con las células del músculo liso. Las células Músculo longitudinal intersticiales de Cajal experimentan cambios cíclicos en el Músculo circular potencial de membrana debido a canales iónicos únicos que se abren periódicamente y producen corrientes de entrada Submucosa (marcapasos) que pueden generar una actividad de onda lenta. Mucosa Las ondas lentas generalmente no causan por sí mismas la músculo contracción muscular en la mayor parte del tracto Mucosa gastrointestinal, excepto quizás en el estómago. En cambio, Epitelial excitan principalmente la aparición de potenciales de pico recubrimiento intermitentes, y los potenciales de pico, a su vez, realmente Mucosa glándula excitan la contracción muscular. Nervio mientérico Potenciales de pico. Los potenciales de pico son verdaderos plexo potenciales de acción. Ocurren automáticamente cuando el De Meissner potencial de membrana en reposo del músculo liso plexo nervioso Glándula submucosa gastrointestinal se vuelve más positivo que aproximadamente -40 milivoltios (el potencial de membrana en reposo normal en las Mesenterio fibras del músculo liso del intestino está entre -50 y -60 Figura 63-2. Sección transversal típica del intestino. milivoltios). Nota enFigura 63-3 que cada vez que los picos de las ondas lentas se vuelven temporalmente más positivos que -40 ondas ”de potencial de membrana del músculo liso. Estas milivoltios, aparecen picos potenciales en estos picos. Cuanto ondas, que se muestran enFigura 63-3, no son potenciales de mayor sea el potencial de onda lenta, mayor será la frecuencia de acción. En cambio, son cambios lentos y ondulantes en el los potenciales de pico, que normalmente oscilan entre 1 y 10 potencial de membrana en reposo. Su intensidad picos por segundo. Los potenciales de pico duran de 10 a 40 veces generalmente varía entre 5 y 15 milivoltios, y su frecuencia más en el músculo gastrointestinal que los potenciales de acción varía en diferentes partes del tracto gastrointestinal humano en las fibras nerviosas grandes, y cada pico gastrointestinal dura de 3 a 12 / min: aproximadamente 3 en el cuerpo del de 10 a 20 milisegundos. estómago, hasta 12 en el duodeno y aproximadamente 8 o 9 Otra diferencia importante entre los potenciales en el íleon terminal. Por lo tanto, el ritmo de contracción del de acción del músculo liso gastrointestinal y los de cuerpo del estómago, el duodeno y la enfermedad las fibras nerviosas es la forma en que se 788  Capítulo 63 Principios generales de la función gastrointestinal: motilidad, control nervioso y circulación sanguínea generado. En las fibras nerviosas, los potenciales de acción son Contracción tónica de algún músculo liso gastrointestinal. causados casi en su totalidad por la rápida entrada de iones de Algunos músculos lisos del tracto gastrointestinal exhiben sodio a través de los canales de sodio al interior de las fibras. En contracción tónica así como, o en lugar de, contracciones rítmicas. las fibras del músculo liso gastrointestinal, los canales La contracción tónica es continua; no está asociado con el ritmo responsables de los potenciales de acción son algo diferentes; eléctrico básico de las ondas lentas, pero a menudo dura varios UN ITXII Permiten que entren cantidades especialmente grandes de iones minutos o incluso horas. La contracción tónica puede aumentar o de calcio junto con cantidades más pequeñas de iones de sodio y, disminuir en intensidad pero continúa. por lo tanto, se denominancanales de calcio-sodio. La contracción tónica a veces es causada por potenciales picos Estos canales son mucho más lentos para abrirse y cerrarse repetitivos y continuos: cuanto mayor es la frecuencia, mayor es el que los canales rápidos de sodio de las fibras nerviosas grado de contracción. En otras ocasiones, la contracción tónica es grandes. La lentitud de apertura y cierre de los canales de causada por hormonas u otros factores que provocan la calcio-sodio explica la larga duración de los potenciales de despolarización parcial continua de la membrana del músculo liso acción. Además, el movimiento de grandes cantidades de sin causar potenciales de acción. Una tercera causa de iones de calcio al interior de la fibra muscular durante el contracción tónica es la entrada continua de iones de calcio en el potencial de acción juega un papel especial en la contracción interior de la célula provocada de formas no asociadas con de las fibras musculares intestinales, como veremos en breve. cambios en el potencial de membrana. Los detalles de estos mecanismos aún no están claros. Cambios en el voltaje del potencial de la membrana en reposo. CONTROL NEURAL DE Además de las ondas lentas y los potenciales de pico, también FUNCIÓN GASTROINTESTINAL: puede cambiar el nivel de voltaje de línea de base del potencial de SISTEMA NERVIOSO ENTRÉICO membrana en reposo del músculo liso. En condiciones normales, el potencial de membrana en reposo tiene un promedio de -56 El tracto gastrointestinal tiene un sistema nervioso propio milivoltios, pero múltiples factores pueden cambiar este nivel. llamado sistema nervioso entérico. Se encuentra completamente Cuando el potencial se vuelve menos negativo, lo que se llama en la pared del intestino, comenzando en el esófago y despolarización de la membrana, las fibras musculares se extendiéndose hasta el ano. El número de neuronas en este vuelven más excitables. Cuando el potencial se vuelve más sistema entérico es superior a 100 millones, más que el número negativo, lo que se llamahiperpolarización, las fibras se de toda la médula espinal. Este sistema nervioso entérico vuelven menos excitables. altamente desarrollado es especialmente importante para Los factores que despolarizan la membrana, es decir, la controlar los movimientos y secreciones gastrointestinales. hacen más excitable, son (1) extensión del músculo, (2) El sistema nervioso entérico se compone principalmente estimulación por acetilcolina liberado de los finales de de dos plexos, que se muestran en Figura 63-4.: (1) un plexo nervios parasimpáticos, y (3) estimulación por varios externo que se encuentra entre las capas de músculo hormonas gastrointestinales específicas. longitudinal y circular, llamado el plexo mientérico o Plexo de Los factores importantes que hacen que el potencial de membrana Auerbach; y (2) un plexo interno, llamado el plexo submucoso sea más negativo, es decir, que hiperpolarizan la membrana y hacen o Plexo de Meissner, que se encuentra en la submucosa. Las que las fibras musculares sean menos excitables, son conexiones nerviosas dentro y entre estos dos plexos también (1) el efecto de norepinefrina o epinefrina sobre la membrana se muestran enFigura 63-4.. de la fibra y (2) estimulación de los nervios simpáticos que El plexo mientérico controla principalmente los movimientos secretan principalmente noradrenalina en sus terminaciones. gastrointestinales y el plexo submucoso controla principalmente la secreción gastrointestinal y el flujo sanguíneo local. En Figura 63-4., nótese especialmente las fibras simpáticas y La entrada de iones de calcio provoca la contracción del músculo parasimpáticas extrínsecas que se conectan con los plexos liso. La contracción del músculo liso se produce en respuesta a la mientérico y submucoso. Aunque el sistema nervioso entérico entrada de iones de calcio en la fibra muscular. Como se explica en puede funcionar independientemente de estos nervios Capítulo 8, los iones de calcio actúan a través de un mecanismo de extrínsecos, la estimulación de los sistemas parasimpático y control de calmodulina para activar los filamentos de miosina en la simpático puede mejorar o inhibir en gran medida las funciones fibra, lo que hace que se desarrollen fuerzas de atracción entre los gastrointestinales, como veremos más adelante. filamentos de miosina y los filamentos de actina, lo que hace que el También se muestra en Figura 63-4. son terminaciones nerviosas músculo se contraiga. sensoriales que se originan en el epitelio gastrointestinal o la pared Las ondas lentas no hacen que los iones de calcio entren en la intestinal y envían fibras aferentes a ambos plexos del sistema fibra del músculo liso (solo provocan la entrada de iones de entérico, así como (1) a los ganglios prevertebrales del sistema sodio). Por tanto, las ondas lentas por sí solas no suelen provocar nervioso simpático, (2) la médula espinal y ( 3) en los nervios vagos, contracción muscular. En cambio, es durante los potenciales de hasta el tronco encefálico. Estos nervios sensoriales pueden provocar pico, generados en los picos de las ondas lentas, que cantidades reflejos locales dentro de la pared intestinal y otros reflejos que se significativas de iones de calcio ingresan a las fibras y causan la transmiten al intestino desde los ganglios prevertebrales o las mayor parte de la contracción. regiones basales del cerebro. 789 UNIDAD XII Fisiología gastrointestinal Simpático Parasimpático Prevertebral ganglios, espinales (principalmente posganglionares) (preganglionar) cordón y cerebro madre Mientérico plexo Figura 63-4. Control neural de la pared intestinal, mostrando lo siguiente: (1) los plexos mientérico y submucoso (fibras Submucoso negras); (2) control extrínseco de estos plexo plexos por los sistemas nerviosos simpático y parasimpático (fibras rojas); y (3) fibras sensoriales que pasan del epitelio Sensorial neuronas luminal y la pared intestinal a los plexos entéricos, luego a los ganglios prevertebrales de Epitelio la médula espinal y directamente a la médula espinal y el tronco encefálico (fibras verdes). DIFERENCIAS ENTRE LOS PLEXOS que provoca varios grados de pliegue de la mucosa MENTÉRICO Y SUBMUCOSO gastrointestinal. los plexo mientérico Consiste principalmente en una cadena lineal de muchas neuronas interconectadas que se extiende a lo largo TIPOS DE NEUROTRANSMISORES del tracto gastrointestinal. Una sección de esta cadena se muestra SECRETADOS POR NEURONAS ENTRICAS enFigura 63-4.. Dado que el plexo mientérico se extiende a lo largo de la Los investigadores han identificado más de 25 sustancias pared intestinal y se encuentra entre las capas longitudinal y neurotransmisoras potenciales que son liberadas por las circular del músculo liso intestinal, se ocupa principalmente de terminaciones nerviosas de diferentes tipos de neuronas entéricas, controlar la actividad muscular a lo largo del intestino. Cuando se incluidas las siguientes: (1) acetilcolina, (2) norepinefrina, (3) estimula este plexo, sus principales efectos son los siguientes: (1) trifosfato de adenosina, (4) serotonina (5) dopamina (6) aumento de la contracción tónica o "tono" de la pared intestinal; colecistoquinina, (7) sustancia P, (8) polipéptido intestinal (2) mayor intensidad de las contracciones rítmicas; (3) velocidad vasoactivo, (9) somatostatina, (10) leu-encefalina, (11) ligeramente aumentada del ritmo de contracción; y (4) aumento met-encefalina, (12) bombesin, (13) neuropéptido Y, y de la velocidad de conducción de las ondas excitadoras a lo largo (14) óxido nítrico. Las funciones específicas de muchas de estas de la pared intestinal, lo que provoca un movimiento más rápido sustancias no se conocen lo suficientemente bien como para justificar de las ondas peristálticas intestinales. la discusión aquí más que para señalar las siguientes características. los plexo mientérico no debe considerarse completamente excitador Acetilcolina la mayoría de las veces excita la actividad porque algunas de sus neuronas son inhibitorio; sus terminaciones de fibra gastrointestinal. Noradrenalina casi siempre inhibe la actividad secretan un transmisor inhibitorio, posiblemente gastrointestinal, al igual que epinefrina, que llega al tracto polipéptido intestinal vasoactivo o algún otro péptido inhibidor. gastrointestinal principalmente a través de la sangre después de Las señales inhibidoras resultantes son especialmente útiles para ser secretada por la médula suprarrenal a la circulación. Las otras inhibir algunos de los músculos del esfínter intestinal que impiden sustancias transmisoras mencionadas anteriormente son una el movimiento de los alimentos a lo largo de segmentos sucesivos mezcla de agentes excitadores e inhibidores, algunos de los del tracto gastrointestinal, como elesfínter pilórico, cuales discutiremos enCapítulo 64. que controla el vaciado del estómago en el duodeno, y la esfínter de la válvula ileocecal, que CONTROL AUTONÓMICO DEL controla el vaciado del intestino delgado al ciego. TRACTO GASTROINTESTINAL los plexo submucoso, a diferencia del plexo mientérico, se ocupa principalmente de controlar la función en la pared La estimulación parasimpática aumenta la actividad del interna de cada segmento diminuto del intestino. Por sistema nervioso entérico. El suministro parasimpático al ejemplo, muchas señales sensoriales se originan en el epitelio intestino se divide en craneal y divisiones sacras, gastrointestinal y luego se integran en el plexo submucoso que fueron discutidos en Capítulo 61. para ayudar a controlarsecreción intestinal, local Excepto por unas pocas fibras parasimpáticas de la boca y absorción, y local contracción del músculo submucoso las regiones faríngeas del tracto alimentario, el craneal 790  Capítulo 63 Principios generales de la función gastrointestinal: motilidad, control nervioso y circulación sanguínea parasimpático Las fibras nerviosas están casi en su totalidad en el (2) distensión intestinal excesiva, o (3) la presencia de nervios vagos. Estas fibras proporcionan una sustancias químicas específicas en el intestino. Las señales inervación extensa al esófago, estómago y páncreas y transmitidas a través de las fibras pueden causarexcitación o, algo menos a los intestinos hasta la primera mitad del en otras condiciones, inhibición de movimientos intestinales o intestino grueso. secreciones intestinales. UN ITXII los parasimpáticos sacros se originan en el segundo, Además, otras señales sensoriales del intestino llegan hasta tercer y cuarto segmento sacro de la médula espinal y pasan múltiples áreas de la médula espinal e incluso hasta el tronco del a través del nervios pélvicos a la mitad distal del intestino encéfalo. Por ejemplo, el 80% de las fibras nerviosas de los grueso y hasta el ano. Las regiones sigmoidea, rectal y anal nervios vagos son aferentes en lugar de eferentes. Estas fibras están considerablemente mejor provistas de fibras aferentes transmiten señales sensoriales desde el tracto parasimpáticas que las otras áreas intestinales. Estas fibras gastrointestinal a la médula del cerebro que, a su vez, inicia funcionan especialmente para ejecutar los reflejos de señales reflejas vagales que regresan al tracto gastrointestinal defecación, discutidos enCapítulo 64. losneuronas para controlar muchas de sus funciones. posganglionares del sistema parasimpático gastrointestinal se localizan principalmente en los plexos Reflejos gastrointestinales mientérico y submucoso. La estimulación de estos nervios La disposición anatómica del sistema nervioso entérico parasimpáticos generalmente aumenta la actividad de todo el y sus conexiones con los sistemas simpático y sistema nervioso entérico, lo que a su vez mejora la actividad parasimpático apoyan tres tipos de reflejos de la mayoría de las funciones gastrointestinales. gastrointestinales que son esenciales para el control gastrointestinal. La estimulación simpática suele inhibir la actividad del tracto 1. Reflejos que están integrados completamente dentro de la gastrointestinal. Las fibras simpáticas del tracto gastrointestinal pared intestinal del sistema nervioso entérico. Estos se originan en la médula espinal entre los segmentos T5 y L2. La reflejos incluyen, por ejemplo, los que controlan mucha mayoría de las fibras preganglionares que inervan el intestino, secreción gastrointestinal, peristaltismo, contracciones después de salir del cordón, ingresan alcadenas simpáticas que se mixtas, efectos inhibidores locales, etc. encuentran laterales a la columna vertebral, y muchas de estas 2. Reflejos del intestino a los ganglios simpáticos fibras luego pasan a través de las cadenas a los ganglios prevertebrales y luego de regreso al tracto gastrointestinal. periféricos como el ganglio celiaco Y varios Estos reflejos transmiten señales a largas distancias a ganglios mesentéricos. La mayoría deCuerpos de neuronas simpáticas otras áreas del tracto gastrointestinal, como señales posganglionares se encuentran en estos ganglios, y las fibras del estómago para provocar la evacuación del colon (el posganglionares luego se diseminan a través de los nervios simpáticos reflejo gastrocólico), señales del colon y del intestino posganglionares a todas las partes del intestino. Los simpáticos delgado para inhibir la motilidad del estómago y la inervan esencialmente todo el tracto gastrointestinal, en lugar de ser secreción del estómago (el reflejos enterogástricos) y más extensos cerca de la cavidad oral y el ano, como ocurre con los los reflejos del colon para inhibir el vaciado del parasimpáticos. Las terminaciones nerviosas simpáticas secretan contenido ileal en el colon (el reflejo colonoileal). principalmentenorepinefrina. 3. Reflejos desde el intestino hasta la médula espinal o el En general, estimulación del sistema nervioso simpático. tronco encefálico y luego de regreso al tracto inhibe actividad del tracto gastrointestinal, provocando gastrointestinal. Estos reflejos incluyen especialmente los muchos efectos opuestos a los del sistema parasimpático. siguientes: (1) reflejos desde el estómago y el duodeno Ejerce sus efectos de dos maneras: (1) en un grado leve por hasta el tronco encefálico y de regreso al estómago, a efecto directo de la noradrenalina secretada para inhibir el través de los nervios vagos para controlar la actividad músculo liso del tracto intestinal (excepto el músculo de la motora y secretora gástrica; (2) reflejos de dolor que mucosa, que excita) y (2) en un grado mayor por un efecto causan inhibición general de todo el tracto gastrointestinal; inhibidor de la noradrenalina sobre las neuronas de todo el y (3) reflejos de defecación que viajan desde el colon y el sistema nervioso entérico. recto hasta la médula espinal y viceversa para producir las Una fuerte estimulación del sistema simpático puede inhibir poderosas contracciones colónicas, rectales y abdominales tanto los movimientos motores del intestino que literalmente necesarias para la defecación (lareflejos de defecación). puede bloquear el movimiento de los alimentos a través del tracto gastrointestinal. CONTROL HORMONAL DE Fibras nerviosas sensoriales aferentes del MOTILIDAD GASTROINTESTINAL intestino Las hormonas gastrointestinales se liberan en la circulación portal Muchas fibras nerviosas sensoriales aferentes inervan el intestino. y ejercen acciones fisiológicas sobre las células diana con Algunas de las fibras nerviosas tienen sus cuerpos celulares en el receptores específicos para la hormona. Los efectos de las sistema nervioso entérico y algunas las tienen en los ganglios de hormonas persisten incluso después de que se hayan cortado la raíz dorsal de la médula espinal. Estos nervios sensoriales todas las conexiones nerviosas entre el sitio de liberación y el sitio pueden ser estimulados por (1) irritación de la mucosa intestinal, de acción.Tabla 63-1 describe las acciones de cada 791 UNIDAD XII Fisiología gastrointestinal Tabla 63-1 Acciones de las hormonas gastrointestinales, estímulos para la secreción y sitio de secreción Hormona Estímulos para la secreción Sitio de secreción Comportamiento Gastrina Proteína Células G del antro, Estimula Distensión duodeno y yeyuno Secreción de ácido gástrico Nervioso Crecimiento de mucosas (El ácido inhibe la liberación) Colecistoquinina Proteína I células del duodeno, Estimula gordo yeyuno e íleon Secreción de enzimas pancreáticas Ácido Secreción de bicarbonato pancreático Contracción de la vesícula biliar Inhibe el crecimiento del páncreas exocrino Vaciamiento gástrico Secretina Ácido Células S del duodeno, Estimula gordo yeyuno e íleon Secreción de pepsina Secreción de bicarbonato pancreático Secreción de bicarbonato biliar Crecimiento del páncreas exocrino Inhibe Liberación de gastrina y secreción de ácido gástrico Dependiente de glucosa Proteína Células K del duodeno y Estimula insulinotrópico gordo yeyuno Liberación de insulina péptido Carbohidrato Inhibe (también llamado gástrico Secreción de ácido gástrico péptido inhibidor) Motilin gordo Células M del duodeno y Estimula Ácido yeyuno Motilidad gástrica Nervioso Motilidad intestinal hormona gastrointestinal, así como los estímulos para la CCK también inhibe el apetito para evitar comer en exceso durante las secreción y los sitios en los que tiene lugar la secreción. comidas al estimular las fibras nerviosas sensoriales aferentes en el En Capítulo 65, discutimos la extrema importancia de duodeno; estas fibras, a su vez, envían señales a través del nervio vago varias hormonas para controlar la secreción gastrointestinal. La para inhibir los centros de alimentación en el cerebro, como se explica mayoría de estas mismas hormonas también afectan la motilidad en enCapítulo 72. algunas partes del tracto gastrointestinal. Aunque los efectos de la Secretina la primera hormona gastrointestinal descubierta, es motilidad suelen ser menos importantes que los efectos secretores de secretada por las células "S" en el mucosa del duodeno las hormonas, algunos de los efectos de la motilidad más importantes en respuesta al jugo gástrico ácido que se vacía en el duodeno se describen en los siguientes párrafos. desde el píloro del estómago. La secretina tiene un efecto leve Gastrina es secretada por las células "G" de la antro del sobre la motilidad del tracto gastrointestinal y actúa para estómago en respuesta a estímulos asociados con la ingestión de promover la secreción pancreática de bicarbonato, que a su vez una comida, como la distensión del estómago, los productos de ayuda a neutralizar el ácido en el intestino delgado. proteínas y péptido liberador de gastrina, que es liberado por los Péptido insulinotrópico dependiente de glucosa (también llamado nervios de la mucosa gástrica durante la estimulación vagal. Las péptido inhibidor gástrico [GIP]) es secretada por el mucosa del principales acciones de la gastrina son (1)estimulación de la intestino delgado superior, principalmente en respuesta a ácidos secreción de ácido gástrico y 2) estimulación del crecimiento de la grasos y aminoácidos pero en menor medida en respuesta a mucosa gástrica. carbohidratos. Tiene un efecto leve en la disminución de la actividad Colecistoquinina (CCK) es secretada por células "I" en el motora del estómago y, por lo tanto, ralentiza el vaciado del contenido mucosa del duodeno y yeyuno principalmente en respuesta a gástrico en el duodeno cuando la parte superior del intestino delgado productos digestivos de grasas, ácidos grasos y monoglicéridos ya está sobrecargada con productos alimenticios. El péptido en el contenido intestinal. Esta hormona contrae fuertemente la insulinotrópico dependiente de glucosa, a niveles en sangre incluso vesícula biliar, expulsando bilis al intestino delgado, donde la bilis, inferiores a los necesarios para inhibir la motilidad gástrica, también a su vez, juega un papel importante en la emulsión de sustancias estimula la secreción de insulina. grasas y permitiendo que sean digeridas y absorbidas. CCK Motilin es secretado por el estómago y duodeno superior también inhibe moderadamente la contracción del estómago. Por durante el ayuno, y la única función conocida de esta hormona es tanto, al mismo tiempo que esta hormona provoca el vaciado de aumentar la motilidad gastrointestinal. La motilina se libera la vesícula biliar, también ralentiza el vaciado de los alimentos del cíclicamente y estimula ondas de motilidad gastrointestinal estómago para dar un tiempo adecuado a la digestión de las llamadascomplejos mioeléctricos interdigestivos grasas del tracto intestinal superior. que se mueven por el estómago y el intestino delgado cada 792  Capítulo 63 Principios generales de la función gastrointestinal: motilidad, control nervioso y circulación sanguínea 90 minutos en una persona que ha ayunado. La secreción de motilina se UNA. Contracciones de la peristalsis (esófago, estómago, intestino inhibe después de la ingestión de alimentos por mecanismos que no se delgado) Contracción Relajación comprenden completamente. MOVIMIENTOS FUNCIONALES DEL UN ITXII TRACTO GASTROINTESTINAL Dirección de movimiento Se producen dos tipos de movimientos en el tracto gastrointestinal: (1) movimientos de propulsión, que hacen que los alimentos avancen a lo largo del tracto a una velocidad adecuada para adaptarse a la digestión y la absorción, y (2) movimientos de mezcla, que mantienen el contenido intestinal completamente mezclado en todo momento. MOVIMIENTOS PROPULSIVOS: PERISTALSIS B. Contracciones de segmentación (intestinos delgado y grueso) El movimiento propulsor básico del tracto gastrointestinal es peristalsis, que se ilustra en Figura 63-5.A. Aparece un anillo contráctil alrededor del intestino y luego avanza; este mecanismo es análogo a poner los dedos alrededor de un tubo delgado y distendido, luego contraer los dedos y deslizarlos hacia adelante a lo largo del tubo. Cualquier material en frente del anillo contráctil se mueve hacia adelante. La peristalsis es una propiedad inherente de muchos tubos de músculo liso sincitial; la estimulación en cualquier punto del intestino Mezclar puede hacer que aparezca un anillo contráctil en el músculo circular, y Figura 63-5. La peristalsis implica la contracción y la relajación descendente este anillo se extiende a lo largo del tubo intestinal. (La peristalsis en el esófago, el estómago y el intestino delgado que impulsan el contenido también ocurre en los conductos biliares, conductos glandulares, hacia el ano. Las contracciones de segmentación intermitentes en secciones uréteres y muchos otros conductos del músculo liso del cuerpo). separadas del intestino delgado y grueso mezclan su contenido con poco El estímulo habitual para la peristalsis intestinal es distensión del movimiento hacia adelante. intestino. Es decir, si se acumula una gran cantidad de alimento en cualquier punto del intestino, el estiramiento de la pared intestinal el plexo mientérico está "polarizado" en la dirección anal, lo que se estimula al sistema nervioso entérico a contraer la pared intestinal 2 a puede explicar de la siguiente manera. 3 centímetros por detrás de este punto, y aparece un anillo contráctil Cuando un segmento del tracto intestinal se excita por la que inicia un movimiento peristáltico.. Otros estímulos que pueden distensión y, por lo tanto, inicia la peristalsis, el anillo iniciar la peristalsis incluyen la irritación química o física del contráctil que causa la peristalsis normalmente comienza en revestimiento epitelial del intestino. Además, las señales nerviosas el lado orad del segmento distendido y se mueve hacia el parasimpáticas intensas en el intestino provocarán una peristalsis segmento distendido, empujando el contenido intestinal en la intensa. dirección anal durante 5 a 5 minutos. 10 centímetros antes de desaparecer (Video 63-1). Al mismo tiempo, el intestino a Función del plexo mientérico en la peristalsis. La peristalsis ocurre veces se relaja varios centímetros corriente abajo hacia el solo débilmente o no ocurre en absoluto en cualquier porción del ano, lo que se denomina "relajación receptiva", lo que permite tracto gastrointestinal que tenga ausencia congénita del plexo que la comida sea impulsada más fácilmente hacia el ano que mientérico. Además, está muy deprimido o completamente hacia la boca. bloqueado en todo el intestino cuando una persona es tratada con Este patrón complejo no ocurre en ausencia del atropina para paralizar las terminaciones nerviosas colinérgicas plexo mientérico. Por lo tanto, el complejo se llama del plexo mientérico. Por lo tanto,eficaz la peristalsis requiere un reflejo mientérico o la reflejo peristáltico. El reflejo peristáltico plexo mientérico activo. más la dirección anal del movimiento de la peristalsis se denomina "ley del intestino". Las ondas peristálticas se mueven hacia el ano con relajación receptiva corriente abajo: "Ley del intestino". La peristalsis, CONTRACCIONES DE SEGMENTACIÓN: teóricamente, puede ocurrir en cualquier dirección desde un MOVIMIENTOS DE MEZCLA punto estimulado, pero normalmente desaparece rápidamente en la dirección orad (hacia la boca) mientras continúa una distancia Los movimientos de mezcla difieren en diferentes partes del tracto considerable hacia el ano. La causa exacta de esta transmisión digestivo. En algunas áreas, las contracciones peristálticas causan la direccional de la peristalsis es incierta, aunque probablemente se mayor parte de la mezcla. Esto es especialmente cierto cuando la deba principalmente al hecho de que progresión hacia adelante del contenido intestinal está bloqueada por 793 Traducido del inglés al español - www.onlinedoctranslator.com Capítulo 68 Metabolismo de carbohidratos y formación de trifosfato de adenosina coenzima A (acetil-CoA), de acuerdo con las siguientes O C COOH CH3 Cacao reacción de bajada: (Acetil coenzima A) H2C COOH O (Ácido oxaloacético) H2O CoA H2C COOH UN ITXIII 2 canales3 C COOH + 2CoA SH HOC COOH (Ácido pirúvico) (Coenzima A) H2C COOH (Ácido cítrico) O H2O H2C COOH 2 canales3 C S CoA + 2CO2 + 4H C COOH (Acetil-CoA) HC COOH (cis-Ácido acónico) De esta reacción se liberan dos moléculas de dióxido de carbono y H2O cuatro átomos de hidrógeno, mientras que las porciones restantes de H2C COOH las dos moléculas de ácido pirúvico se combinan con la coenzima A, un HC COOH derivado de la vitamina ácido pantoténico, para formar dos moléculas de acetil-CoA. En esta conversión, no se forma ATP, pero se forman HOC COOH hasta seis moléculas de ATP cuando los cuatro átomos de hidrógeno H liberados se oxidan más tarde, como se explica más adelante. (Ácido isocítrico) 2H Ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs) H2C COOH La siguiente etapa en la degradación de la molécula de glucosa se HC COOH llama ciclo del ácido cítrico (también llamado el ciclo del ácido O C COOH tricarboxílico o la ciclo de Krebs en honor a Hans Krebs por su (Ácido oxalosuccínico) descubrimiento de este ciclo). El ciclo del ácido cítrico es una secuencia CO2 de reacciones químicas en las que la porción acetil de acetil-CoA se H2C COOH degrada a dióxido de carbono y átomos de hidrógeno. Todas estas H2C reacciones ocurren en elmatriz de mitocondrias. Los átomos de O C COOH hidrógeno liberados se suman al número de estos átomos que (-Ácido cetoglutárico) posteriormente se oxidarán (como se verá más adelante), liberando H2O CO2 enormes cantidades de energía para formar ATP. ADP H2C COOH 2H ATP Figura 68-6. muestra las diferentes etapas de las reacciones H2C COOH químicas en el ciclo del ácido cítrico. Las sustancias de la izquierda se (Ácido succínico) agregan durante las reacciones químicas y los productos de las 2H reacciones químicas se muestran a la derecha. Tenga en cuenta en la HC COOH parte superior de la columna que el ciclo comienza conácido HOOC CH oxaloacético, y al final de la cadena de reacciones, ácido oxaloacético (Ácido fumárico) se forma de nuevo. Por lo tanto, el ciclo puede continuar repetidamente. H2O En la etapa inicial del ciclo del ácido cítrico, acetil-CoA H combina con ácido oxaloacético formar ácido cítrico. La coenzima A de HO C COOH la acetil-CoA se libera y se puede utilizar repetidamente para formar cantidades adicionales de acetil-CoA a partir del ácido pirúvico. Sin H2C COOH (Ácido málico) embargo, la porción de acetilo se convierte en una parte integral de la 2H molécula de ácido cítrico. Durante las sucesivas etapas del ciclo del O C COOH ácido cítrico, se agregan varias moléculas de agua, como se muestra a H2C COOH la izquierda enFigura 68-6., y (Ácido oxaloacético) dióxido de carbono y átomos de hidrógeno se liberan en otras Reacción neta por molécula de glucosa: etapas del ciclo, como se muestra a la derecha en la figura. 2 Acetil-CoA + 6H2O + 2ADP Los resultados netos de todo el ciclo del ácido cítrico se 4CO2 + 16H + 2CoA + 2ATP proporcionan en la explicación al final de Figura 68-6., demostrando Figura 68-6. Reacciones químicas del ciclo del ácido cítrico, que muestran la que por cada molécula de glucosa originalmente metabolizada, 2 liberación de dióxido de carbono y varios átomos de hidrógeno durante el acetil-CoAmoléculas entran en el ciclo del ácido cítrico, junto con 6 ciclo. ADP Difosfato de adenosina; ATP, trifosfato de adenosina. moléculas de agua. Estas moléculas se degradan luego en 4 moléculas de dióxido de carbono, 16 átomos de hidrógeno y 2 moléculas de coenzima A. Se forman dos moléculas de ATP, como sigue. de glucosa metabolizada, dos moléculas de acetil-CoA pasan a través Formación de ATP en el ciclo del ácido cítrico. El cítrico del ciclo del ácido cítrico, cada una formando una molécula de ATP, o el ciclo ácido en sí mismo no provoca la liberación de una gran un total de dos moléculas de ATP formadas. cantidad de energía; una molécula de ATP se forma en sólo una Función de las deshidrogenasas y el dinucleótido de de las reacciones químicas: durante el cambio de ácido α- nicotinamida adenina para provocar la liberación de hidrógeno cetoglutárico a ácido succínico. Por lo tanto, para cada molécula Átomos en el ciclo del ácido cítrico. Como ya se señaló en varios 847 UNIDAD XIII Regulación del metabolismo y la temperatura En los puntos de esta discusión, los átomos de hidrógeno se Sustrato alimentario liberan durante diferentes reacciones químicas del ciclo del ácido cítrico: 4 átomos de hidrógeno durante la glucólisis, 4 durante la formación de acetil-CoA a partir del ácido pirúvico y 16 en el ciclo NADH + H + del ácido cítrico; por lo tanto, se libera un total de 24 átomos de - H+ FMN 2e hidrógeno por cada molécula original de glucosa.. Sin embargo, 2H + NAD+ FeS los átomos de hidrógeno no se sueltan simplemente en el líquido 2H + Q B intracelular. En cambio, se liberan en paquetes de dos y, en cada FeS 6H + caso, la liberación es catalizada por una enzima proteica 2H + C1 H2O específica llamadadeshidrogenasa. Veinte de los 24 átomos de C1 hidrógeno se combinan inmediatamente con dinucleótido de a nicotinamida y adenina (NAD+), un derivado de la vitamina a3 niacina, de acuerdo con la siguiente reacción: 2e + 1/2 O2 6H + H Deshidrogenasa ATPasa ATP Sustrato + NAD+ 3 ADP ADP H Facilitado Difusión difusión NADH + H+ + Sustrato 3 ATP Esta reacción no ocurrirá sin la intermediación de la Exterior Interno membrana membrana deshidrogenasa específica o sin la disponibilidad de NAD.+ para actuar como portador de hidrógeno. Tanto el ion de hidrógeno Figura 68-7. Mecanismo quimiosmótico mitocondrial de fosforilación libre como el hidrógeno unido con NAD+ posteriormente entran oxidativa para formar grandes cantidades de trifosfato de adenosina en múltiples reacciones químicas oxidativas que forman grandes (ATP). Esta figura muestra la relación de los pasos oxidativo y de fosforilación en las membranas externa e interna de la mitocondria. cantidades de ATP, como se analiza más adelante. ADP Difosfato de adenosina; FeS, proteína de sulfuro de hierro; FMN, Los 4 átomos de hidrógeno restantes liberados durante la mononucleótido de flavina; NAD+, nicotinamida adenina dinucleótida; descomposición de la glucosa, los 4 liberados durante el ciclo del NADH, dinucleótido de nicotinamida y adenina reducido; Q, ácido cítrico entre las etapas del ácido succínico y fumárico, se ubiquinona. combinan con una deshidrogenasa específica, pero no se liberan posteriormente a NAD.+. En cambio, pasan directamente de la utilizar los electrones eventualmente para combinar el oxígeno deshidrogenasa al proceso oxidativo. disuelto de los fluidos con moléculas de agua para formar iones Función de las descarboxilasas para provocar la liberación de hidroxilo. Luego, los iones de hidrógeno e hidroxilo se combinan Dióxido de carbono. Refiriéndonos nuevamente a las reacciones entre sí para formar agua. Durante esta secuencia de reacciones químicas del ciclo del ácido cítrico, así como a las de la formación oxidativas, se liberan enormes cantidades de energía para de acetil-CoA a partir del ácido pirúvico, encontramos que hay formar ATP. La formación de ATP de esta manera se llama tres etapas en las que se libera dióxido de carbono. Para fosforilación oxidativa, que ocurre completamente en las provocar la liberación de dióxido de carbono, otras enzimas mitocondrias mediante un proceso altamente especializado proteicas específicas, llamadasdescarboxilasas, separe el dióxido llamado mecanismo quimiosmótico. de carbono del sustrato. Luego, el dióxido de carbono se disuelve en los fluidos corporales y se transporta a los pulmones, donde Mecanismo quimiosmótico de las mitocondrias para formar ATP es expulsado del cuerpo (verCapítulo 41). Ionización del hidrógeno, la cadena de transporte de electrones, Formación de grandes cantidades de ATP por y formación de agua. El primer paso en la fosforilación oxidativa oxidación de hidrógeno: el proceso de fosforilación en las mitocondrias es ionizar los átomos de hidrógeno que se oxidativa han eliminado de los sustratos de los alimentos. Como se A pesar de todas las complejidades de (1) la glucólisis, (2) el ciclo del describió anteriormente, estos átomos de hidrógeno se eliminan ácido cítrico, (3) la deshidrogenación y (4) la descarboxilación, se en pares: uno se convierte inmediatamente en un ion de forman cantidades lamentablemente pequeñas de ATP durante todos hidrógeno, H+, el otro se combina con NAD+ para formar estos procesos: solo 2 moléculas de ATP en el esquema de glucólisis y dinucleótido de nicotinamida y adenina reducido (NADH). La otros 2 en el ciclo del ácido cítrico por cada molécula de glucosa parte superior deFigura 68-7. muestra el destino posterior del metabolizada. En cambio, casi el 90% del ATP total creado a través del NADH y H+. El efecto inicial es liberar el otro átomo de hidrógeno metabolismo de la glucosa se forma durante la oxidación posterior de del NADH para formar otro ion de hidrógeno, H+; este proceso los átomos de hidrógeno que se liberaron en las primeras etapas de la también reconstituye NAD+ que se reutilizarán repetidamente. degradación de la glucosa. De hecho, la función principal de todas Los electrones que se eliminan de los átomos de hidrógeno para estas etapas iniciales es hacer que el hidrógeno de la molécula de causar la ionización del hidrógeno entran inmediatamente en un glucosa esté disponible en formas que puedan oxidarse. cadena de transporte de electrones de aceptores de electrones que son una parte integral de la membrana interna (la membrana de la Se logra la oxidación del hidrógeno, como se ilustra en Figura plataforma) de la mitocondria. Los aceptores de electrones se pueden 68-7., mediante una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente reducir u oxidar de forma reversible aceptando o cediendo electrones. en la mitocondria. Estas reacciones (1) dividen cada átomo de Los miembros importantes de esta cadena de transporte de hidrógeno en un ion de hidrógeno y un electrón y (2) electrones incluyenflavoproteína (mononucleótido de flavina), varios 848  Capítulo 68 Metabolismo de carbohidratos y formación de trifosfato de adenosina proteínas de sulfuro de hierro, ubiquinona, y citocromos B, C1, C, 2. Durante cada revolución del ciclo del ácido cítrico, se forma 1 A, y A3. Cada electrón es transportado desde uno de estos molécula de ATP. Sin embargo, debido a que cada molécula aceptores al siguiente hasta que finalmente alcanza el citocromo de glucosa se divide en 2 moléculas de ácido pirúvico, hay 2 A3, que se llama citocromo oxidasa porque es capaz de ceder 2 revoluciones del ciclo por cada molécula de glucosa electrones y así reducir el oxígeno elemental para formar metabolizada, lo que da una producción neta de2 moléculas UN ITXIII oxígeno iónico, que luego se combina con iones de hidrógeno más de ATP. para formar agua. 3. Durante todo el esquema de degradación de la glucosa, se Por lo tanto, Figura 68-7. muestra el transporte de electrones a liberan un total de 24 átomos de hidrógeno durante la través de la cadena de electrones y luego su uso final por la citocromo glucólisis y durante el ciclo del ácido cítrico. Veinte de oxidasa para provocar la formación de moléculas de agua. Durante el estos átomos se oxidan junto con el mecanismo transporte de estos electrones a través de la cadena de transporte de quimiosmótico que se muestra enFigura 68-7., con la electrones, se libera energía que se utiliza para provocar la síntesis de liberación de 3 moléculas de ATP por cada 2 átomos de ATP, como se indica a continuación. hidrógeno metabolizados. Este proceso da un30 La cadena de transporte de electrones libera la energía utilizada moléculas de ATP. para bombear iones de hidrógeno hacia la cámara externa del 4. Los 4 átomos de hidrógeno restantes son liberados por su Mitocondria. A medida que los electrones pasan a través de la deshidrogenasa en el esquema oxidativo quimiosmótico en la cadena de transporte de electrones, se liberan grandes mitocondria más allá de la primera etapa de Figura 68-7.. Por cantidades de energía. Esta energía se utiliza para bombear iones lo general, se liberan dos moléculas de ATP por cada 2 de hidrógeno desde la matriz interna de la mitocondria (a la átomos de hidrógeno oxidados, lo que da un total de 4 derecha enFigura 68-7.) en la cámara externa entre las moléculas más de ATP. membranas mitocondriales interna y externa (a la izquierda). Ahora, sumando todas las moléculas de ATP formadas, encontramos un Este proceso crea una alta concentración de iones de hidrógeno máximo de 38 moléculas de ATP formado por cada molécula de glucosa cargados positivamente en esta cámara; también crea un fuerte degradada a dióxido de carbono y agua. Por lo tanto, se pueden almacenar potencial eléctrico negativo en la matriz interna. 456.000 calorías de energía en forma de ATP, mientras que Formación de ATP. El siguiente paso en la fosforilación Se liberan 686.000 calorías durante la oxidación completa de oxidativa es convertir ADP en ATP. Esta conversión se cada gramo-molécula de glucosa. Este resultado representa un produce junto con una gran molécula de proteína que máximo generaleficiencia de transferencia de energía del 66%. El sobresale a través de la membrana mitocondrial interna 34% restante de la energía se convierte en calor y, por lo tanto, y se proyecta con una cabeza en forma de botón hacia la las células no pueden utilizarlo para realizar funciones específicas. matriz mitocondrial interna. Esta molécula es una Efecto de las concentraciones de células de ATP y ADP en el ATPasa, cuya naturaleza física se muestra enFigura 68-7.. control de la glucólisis y la oxidación de glucosa Se llamaATP sintetasa. La alta concentración de iones de hidrógeno cargados La liberación continua de energía de la glucosa cuando las células no positivamente en la cámara externa y la gran diferencia de potencial necesitan energía sería un proceso extremadamente derrochador. En eléctrico a través de la membrana interna hacen que los iones de cambio, la glucólisis y la posterior oxidación de los átomos de hidrógeno fluyan hacia la matriz mitocondrial interna. a través de la hidrógeno se controlan continuamente de acuerdo con la necesidad sustancia de la molécula de ATPasa. Al hacerlo, la ATPasa utiliza la de ATP de las células. Este control se logra mediante múltiples energía derivada de este flujo de iones de hidrógeno para convertir mecanismos de control de retroalimentación dentro de los esquemas ADP en ATP combinando ADP con un iónico libre. químicos. Entre los más importantes de estos mecanismos se radical fosfato (PI), añadiendo así otro enlace fosfato encuentran los efectos de las concentraciones celulares de ADP y ATP de alta energía a la molécula. en el control de la velocidad de las reacciones químicas en la El paso final del proceso es la transferencia de ATP secuencia del metabolismo energético. desde el interior de la mitocondria al citoplasma celular. Una forma importante en la que el ATP ayuda a controlar el Este paso ocurre por difusión facilitada hacia afuera a metabolismo energético es inhibiendo la enzima. fosfofructoquinasa. través de la membrana interna y luego por difusión Debido a que esta enzima promueve la formación de fructosa simple a través de la membrana mitocondrial externa 1,6-difosfato, uno de los pasos iniciales en la serie de reacciones permeable. A su vez, el ADP se transfiere continuamente glucolíticas, el efecto neto del exceso de ATP celular es ralentizar en la otra dirección para su conversión continua en ATP. o incluso detener la glucólisis, que a su vez detiene la mayor Por cada dos electrones que atraviesan toda la cadena de parte del metabolismo de los carbohidratos. Por el contrario, ADP transporte de electrones (que representa la ionización de (y AMP también) provoca el cambio opuesto en esta enzima, dos átomos de hidrógeno), se sintetizan hasta tres moléculas aumentando en gran medida su actividad. Siempre que los de ATP.. tejidos utilizan ATP para energizar una fracción importante de casi todas las reacciones químicas intracelulares, esta acción Resumen de la formación de ATP durante la descomposición de la reduce la inhibición del ATP de la enzima fosfofructoquinasa y al glucosa mismo tiempo aumenta su actividad como resultado del exceso Ahora podemos determinar el número total de moléculas de de ADP formado. Por tanto, se pone en marcha el proceso ATP que, en condiciones óptimas, pueden formarse con la glucolítico y se repone el depósito celular total de ATP. energía de una molécula de glucosa. Otro vínculo de control es el ion citrato formado en el ciclo del 1. Durante la glucólisis, se forman 4 moléculas de ATP y 2 se ácido cítrico. Un exceso de este ion tambiéninhibe fuertemente la gastan para provocar la fosforilación inicial de glucosa y fosfofructoquinasa, evitando así que el proceso glucolítico se adelante poner en marcha el proceso, lo que da una ganancia neta de a la capacidad del ciclo del ácido cítrico para utilizar el ácido pirúvico 2 moléculas de ATP. formado durante la glucólisis. 849 UNIDAD XIII Regulación del metabolismo y la temperatura Una tercera forma por la cual el sistema ATP-ADP-AMP los productos finales glucolíticos pueden desaparecer, lo que permite controla el metabolismo de los carbohidratos, además de que la glucólisis se desarrolle mucho más tiempo de lo que sería controlar la liberación de energía de las grasas y proteínas, es la posible de otro modo. De hecho, la glucólisis podría continuar durante siguiente: Refiriéndonos a las diversas reacciones químicas para solo unos segundos sin esta conversión. En cambio, puede continuar la liberación de energía, vemos que si todo el ADP en el La célula durante varios minutos, suministrando al cuerpo cantidades ya se ha convertido en ATP, simplemente no se puede formar adicionales considerables de ATP, incluso en ausencia de oxígeno ATP adicional. Como resultado, se detiene toda la secuencia respiratorio. involucrada en el uso de alimentos, glucosa, grasas y proteínas Reconversión del ácido láctico en ácido pirúvico cuando el para formar ATP. Luego, cuando la célula usa ATP para energizar oxígeno vuelva a estar disponible. Cuando una persona comienza las diferentes funciones fisiológicas en la célula, el ADP y AMP para respirar oxígeno nuevamente después de un período de recién formados activan los procesos de energía nuevamente, y metabolismo anaeróbico, el ácido láctico se reconvierte rápidamente ADP y AMP regresan casi instantáneamente al estado de ATP. De en ácido pirúvico y NADH más H+. Grandes porciones de estas esta manera, esencialmente se mantiene automáticamente una sustancias se oxidan inmediatamente para formar grandes cantidades reserva completa de ATP, excepto durante una actividad celular de ATP. Este exceso de ATP hace que hasta el 75% del exceso de ácido extrema, como un ejercicio muy extenuante. pirúvico restante se convierta de nuevo en glucosa. Por lo tanto, la gran cantidad de ácido láctico que se forma Liberación anaeróbica de energía: glucólisis anaeróbica durante la glucólisis anaeróbica no se pierde del cuerpo porque, Ocasionalmente, el oxígeno no está disponible o es insuficiente, por lo cuando el oxígeno está disponible nuevamente, el ácido láctico puede que la fosforilación oxidativa no puede tener lugar. Sin embargo, reconvertirse en glucosa o usarse directamente para obtener energía. incluso en estas condiciones, la etapa de glucólisis de la degradación Con mucho, la mayor parte de esta reconversión ocurre en el hígado, de carbohidratos todavía puede liberar una pequeña cantidad de pero una pequeña cantidad también puede ocurrir en otros tejidos. energía a las células, porque las reacciones químicas para la Uso de ácido láctico por parte del corazón para obtener energía. Músculo del corazón descomposición de la glucosa en ácido pirúvico no requieren oxígeno. cle es especialmente capaz de convertir el ácido láctico en ácido Este proceso es un gran desperdicio de glucosa porque solo pirúvico y luego usar el ácido pirúvico para obtener energía. Este se usan 24,000 calorías de energía para formar ATP por cada proceso ocurre en gran medida durante el ejercicio intenso, cuando se molécula de glucosa metabolizada, lo que representa solo un liberan grandes cantidades de ácido láctico a la sangre desde los poco más del 3% de la energía total en la molécula de glucosa. músculos esqueléticos y el corazón lo consume como fuente de Sin embargo, esta liberación de energía glucolítica a las células, energía adicional. que se denominaenergía anaeróbica, puede ser una medida que salve vidas durante unos minutos cuando el oxígeno no esté Liberación de energía de la glucosa por la vía de disponible. las pentosas fosfato La formación de ácido láctico durante la glucólisis anaeróbica En casi todos los músculos del cuerpo, esencialmente todos los permite la liberación de energía anaeróbica adicional. los Ley de carbohidratos utilizados para obtener energía se degradan a acción masiva establece que a medida que los productos finales de ácido pirúvico por glucólisis y luego se oxidan. Sin embargo, este una reacción química se acumulan en un medio de reacción, la esquema glucolítico no es el único medio por el cual la glucosa velocidad de la reacción disminuye, acercándose a cero. Los dos puede degradarse y utilizarse para proporcionar energía. Un productos finales de las reacciones glicolíticas (verFigura 68-5.) son (1) segundo mecanismo importante para la degradación y oxidación ácido pirúvico y (2) átomos de hidrógeno combinados con NAD+ para de la glucosa se llamavía pentosa fosfato (o vía del fosfogluconato formar NADH y H+. La acumulación de una o ambas sustancias ), que es responsable de hasta un 30% de la degradación de la detendría el proceso glucolítico y evitaría una mayor formación de glucosa en el hígado e incluso más en las células grasas. ATP. Cuando sus cantidades comienzan a ser excesivas, estos dos productos finales reaccionan entre sí para formar ácido láctico, de Esta vía es especialmente importante porque puede proporcionar acuerdo con la siguiente ecuación: energía independientemente de todas las enzimas del ciclo del ácido cítrico y, por tanto, es una vía alternativa para el metabolismo OH Láctico energético cuando se producen determinadas anomalías enzimáticas deshidrogenasa en las células. Tiene una capacidad especial para aportar energía a CH3 C COOH + NADH + H+ múltiples procesos sintéticos celulares. (Ácido pirúvico) Liberación de dióxido de carbono e hidrógeno por la vía de las pentosas fosfato. Figura 68-8. muestra la mayoría OH de las reacciones químicas básicas en la vía de las pentosas fosfato. Demuestra que la glucosa, durante varias etapas de conversión, puede liberar una molécula de dióxido de carbono y CH3 C COOH + NAD+ cuatro átomos de hidrógeno, con la formación resultante de un azúcar de cinco carbonos, d-ribulosa. Esta sustancia puede H transformarse progresivamente en otros azúcares de cinco, (Ácido láctico) cuatro, siete y tres carbonos. Finalmente, varias combinaciones Por tanto, en condiciones anaeróbicas, la mayor parte del ácido de estos azúcares pueden resintetizar la glucosa. Sin embargo, pirúvico se convierte en ácido láctico, que se difunde fácilmente fuera solo se resintetizan cinco moléculas de glucosa por cada seis de las células hacia los fluidos extracelulares e incluso hacia los fluidos moléculas de glucosa que entran inicialmente en las reacciones. intracelulares de otras células menos activas. Por lo tanto, el ácido Es decir, la vía de las pentosas fosfato es un proceso cíclico en el láctico representa un tipo de "sumidero" en el que que se metaboliza una molécula de glucosa por cada revolución. 850  Capítulo 68 Metabolismo de carbohidratos y formación de trifosfato de adenosina Glucosa-6-fosfato Se almacenan como glucógeno o se convierten en grasas. La glucosa 2H se almacena preferentemente como glucógeno hasta que las células 6-fosfoglucono-d-lactona hayan almacenado tanto glucógeno como puedan, una cantidad suficiente para suplir las necesidades energéticas del cuerpo durante sólo 12 a 24 horas. UN ITXIII Ácido 6-fosfoglucónico Cuando las células que almacenan glucógeno (principalmente 2H células hepáticas y musculares) se acercan a la saturación con Ácido 3-ceto-6-fosfoglucónico glucógeno, la glucosa adicional se convierte en grasa en el hígado y CO2 las células grasas y se almacena como grasa en las células grasas. D-ribulosa-5-fosfato Otros pasos en la química de esta conversión se discuten en H2O Capítulo 69. D-xilulosa-5-fosfato Gluconeogénesis: formación de carbohidratos a + partir de proteínas y grasas D-ribosa-5-fosfato Cuando las reservas de carbohidratos del cuerpo disminuyen por debajo de lo normal, se pueden formar cantidades moderadas de glucosa a partir de D-Sedoheptulosa-7-fosfato aminoácidos y el glicerol porción de grasa. Este proceso se + llamagluconeogénesis. D-gliceraldehído-3-fosfato La gluconeogénesis es especialmente importante para prevenir reducciones excesivas de la concentración de glucosa en sangre durante el Fructosa-6-fosfato ayuno. La glucosa es el sustrato principal de energía en tejidos como el + cerebro y los glóbulos rojos, y debe haber cantidades adecuadas de glucosa Eritrosa-4-fosfato en la sangre durante varias horas entre comidas. El hígado juega un papel clave en el mantenimiento de los niveles de glucosa en sangre durante el Reacción neta: ayuno al convertir su glucógeno almacenado en glucosa (glucogenólisis) y al Glucosa + 12NADP+ + 6H2O 6CO2 + 12H + 12NADPH sintetizar glucosa, principalmente a partir de lactato y aminoácidos (gluconeogénesis). Aproximadamente el 25% de la producción de glucosa Figura 68-8. Vía de las pentosas fosfato para el metabolismo de la glucosa. Consulte el texto para del hígado durante el ayuno proviene de la gluconeogénesis, lo que ayuda a obtener más detalles. proporcionar un suministro constante de glucosa al cerebro. Durante el ayuno prolongado, los riñones también sintetizan cantidades considerables de glucosa a partir de aminoácidos y otros precursores. del ciclo. Así, repitiendo el ciclo una y otra vez, toda la glucosa puede eventualmente convertirse en dióxido de Aproximadamente el 60% de los aminoácidos de las proteínas carbono e hidrógeno, y el hidrógeno puede entrar en la vía corporales se pueden convertir fácilmente en carbohidratos; el de fosforilación oxidativa para formar ATP; más a menudo, 40% restante tiene configuraciones químicas que dificultan o sin embargo, se utiliza para la síntesis de grasas u otras imposibilitan esta conversión. Cada aminoácido se convierte en sustancias, como sigue. glucosa mediante un proceso químico ligeramente diferente. Por Uso de hidrógeno para sintetizar grasas; la función del ejemplo, la alanina se puede convertir directamente en ácido fosfato de dinucleótido de adenina de nicotinamida. El hy- pirúvico simplemente por desaminación; el ácido pirúvico luego El drogeno liberado durante el ciclo de la pentosa fosfato no se convierte en glucosa o glucógeno almacenado. Varios de los se combina con NAD+ como en la vía glucolítica, pero se am