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44 Utilización de energía en el ser humano con ayuno a corto plazo (70 kg) Encéfalo PARTE I Proteína muscular 75 g CONSIDERACIONES BÁSICAS Reservas de grasa triglicéridos 160 g 144 g Aminoácidos Glicerol 16 g HÍGADO Glucógeno 75 g Glucosa 180 g 36 g Gluconeogénesis 36 g Ácidos 40 g graso...

44 Utilización de energía en el ser humano con ayuno a corto plazo (70 kg) Encéfalo PARTE I Proteína muscular 75 g CONSIDERACIONES BÁSICAS Reservas de grasa triglicéridos 160 g 144 g Aminoácidos Glicerol 16 g HÍGADO Glucógeno 75 g Glucosa 180 g 36 g Gluconeogénesis 36 g Ácidos 40 g grasos 160 g Eritrocitos Leucocitos Tejido nervioso Riñón Músculo Oxidación Lactato + piruvato Cetonas 60 g Corazón Riñón Músculo Ácidos grasos 120 g var la función de órganos vitales y apoyar la reparación de los tejidos lesionados. Esta fase de recuperación también se caracteriza por funciones que participan en el restablecimiento de la homeostasis, como el incremento de las tasas metabólicas y del consumo de oxígeno, preferencia enzimática por los sustratos fácilmente oxidantes como la glucosa y la estimulación del sistema inmunitario. La comprensión de las alteraciones colectivas en el metabolismo de aminoácidos (proteína), carbohidratos y lípidos de los pacientes quirúrgicos es la base en la cual se sustenta el apoyo metabólico y nutricional. Metabolismo durante el ayuno El metabolismo energético en estados de ayuno, sin tensión fisiológica, ha servido desde el punto de vista histórico como un estándar con el cual se comparan las alteraciones metabólicas después de lesiones agudas y enfermedades críticas (fig. 2-14). Para conservar las necesidades metabólicas basales (en reposo y en ayuno), un adulto sano requiere alrededor de 22 a 25 kcal/kg/día obtenidas de carbohidratos, lípidos y proteínas. Estas necesidades pueden ser de hasta 40 kcal/kg/día en estados de tensión fisiológica grave, como la que se observa en pacientes con quemaduras. Figura 2-14. Utilización de energía en un varón de 70 años durante el ayuno de corta duración, con un consumo energético basal aproximado de 1 800 kcal. Durante la inanición, las proteínas musculares y reservas de grasa proporcionan la energía para el hospedador, predominando la energía obtenida de la grasa. (Adaptada de Cahill GF: Starvation in man. N Engl J Med. 1970;282:668.) En adultos sanos, la principal fuente de energía durante el ayuno por periodos breves (< 5 días) se obtiene de la proteína muscular y de la grasa corporal, siendo la grasa la fuente energética más abundante (cuadro 2-8). El organismo de un adulto sano contiene 300 a 400 g de carbohidratos en forma de glucógeno, de los cuales 75 a 100 g se almacenan en el hígado. Casi 200 a 250 g de glucógeno se almacenan en el músculo estriado, miocardio y músculo liso. La mayor reserva de glucógeno en el músculo no se encuentra fácilmente disponible para su uso sistémico por la deficiencia de glucosa-6-fosfatasa, pero se encuentra disponible para las necesidades energéticas de las células musculares. Por lo tanto, en estado de ayuno, las reservas de glucógeno hepático se agotan de manera rápida y preferencial, lo que ocasiona reducción en las concentraciones de glucosa en unas cuantas horas (< 16 h). Durante el ayuno, un adulto sano de 70 kg utiliza 180 g de glucosa por día para mantener el metabolismo obligado de células glucolíticas como neuronas, leucocitos, eritrocitos y médula renal. Otros tejidos que utilizan glucosa como fuente energética son el músculo estriado, mucosa intestinal, tejidos fetales y tumores sólidos. Cuadro 2-8 A. Reservas energéticas corporales en un varón de 70 kg y B. Equivalente energético de la oxidación de sustratos A. COMPONENTE MASA (kg) ENERGÍA (kcal) DÍAS DE DISPONIBILIDAD Agua y minerales 49 0 0 Proteínas 6.0 24 000 13.0 Glucógeno 0.2 800 0.4 Grasa 15.0 140 000 78.0 Total 70.2 164 800 91.4 B. SUSTRATO OXÍGENO CONSUMIDO (L/g) CO2 PRODUCIDO (L/g) COCIENTE RESPIRATORIO kcal/g NECESIDADES DIARIAS RECOMENDADAS Glucosa 0.75 0.75 1.0 4.0 7.2 g/kg por día Glucosa dextrógira — — — 3.4 — Lípidos 2.0 1.4 0.7 9.0 1.0 g/kg por día Proteínas 1.0 0.8 0.8 4.0 0.8 g/kg por día booksmedicos.org 45 Músculo HÍGADO Proteínas Piruvato Gluconeogénesis Glucosa Glucosa Alanina Figura 2-15. Reciclamiento de lactato y piruvato periféricos para gluconeogénesis hepática, lo cual ocurre a través del ciclo de Cori. La alanina del músculo estriado también puede utilizarse como precursor para la gluconeogénesis hepática. Durante la inanición, los ácidos grasos actúan como fuente energética para la función enzimática hepática basal. Lactato + piruvato Cetonas Cetonas Ácidos grasos Ciclo de glucosa-alanina El glucagón, noradrenalina, vasopresina y angiotensina II pueden favorecer la utilización de las reservas de glucógeno (glucogenólisis) durante el ayuno. Aunque el glucagón, adrenalina y cortisol favorecen directamente la gluconeogénesis, la adrenalina y el cortisol también favorecen la desviación del piruvato hacia el hígado para la gluconeogénesis. Los precursores para la gluconeogénesis hepática incluyen lactato, glicerol y aminoácidos como la alanina y glutamina. El lactato es liberado mediante la glucólisis en el músculo estriado así como eritrocitos y leucocitos. El reciclamiento de lactato y piruvato para gluconeogénesis se conoce como ciclo de Cori, que puede proporcionar hasta 40% de la glucosa plasmática en periodos de inanición (fig. 2-15). La producción de lactato en el músculo estriado es insuficiente para mantener las necesidades de glucosa sistémica durante el ayuno de corta duración (inanición simple). Por lo tanto, cada día deben degradarse cantidades significativas de proteína (75 g por día para un adulto de 70 kg) a fin de proporcionar el sustrato de aminoácidos para la gluconeogénesis hepática. La proteólisis Ciclo de Cori durante la inanición, que es consecuencia principalmente de la disminución de la insulina e incremento de la liberación de cortisol, se asocia con incremento en excreción urinaria de nitrógeno, de cifras normales de 7 a 10 g/día hasta de 30 g o más por día.133 Aunque la proteólisis durante la inanición ocurre principalmente en el músculo estriado, también ocurre desdoblamiento proteínico en órganos sólidos. En la inanición prolongada, se reduce la proteólisis sistémica a casi 20 g/día y la excreción urinaria de nitrógeno se estabiliza en 2 a 5 g/día (fig. 2-16). Esta reducción en la proteólisis refleja la adaptación por órganos vitales (p. ej., miocardio, encéfalo, corteza renal, músculo estriado) para utilizar cuerpos cetónicos como su principal fuente energética. En el ayuno prolongado, los cuerpos cetónicos se vuelven una fuente energética importante para el encéfalo después de dos días y gradualmente se vuelven la principal fuente energética hacia los 24 días. El incremento en la desaminación de aminoácidos para gluconeogénesis durante la inanición incrementa en consecuencia la Utilización de energía en el ser humano con ayuno prolongado (70 kg) RIÑÓN 15 g Proteína muscular 20 g Grasa almacenada Triglicéridos 180 g Aminoácidos 5g Glicerol 18 g Ácidos grasos 180 g Gluconeogénesis HÍGADO Glucógeno 40 g 40 g 36 g Glucosa 80 g 58 g Gluconeogénesis 45 g Oxidación Cetonas 68 g Ácidos grasos 135 g 44 g Eritrocitos Leucocitos Tejido nervioso Riñones Músculo Encéfalo 36 g Lactato + piruvato 44 g 10 g (100 meq) en orina Corazón Riñón Músculo Figura 2-16. Utilización de la energía durante la inanición prolongada. Hay agotamiento de las reservas de glucógeno hepático y ocurre reducción adaptativa en la proteólisis como fuente de energía. El encéfalo utiliza cuerpos cetónicos para la obtención de energía. Los riñones se vuelven participantes importantes en la gluconeogénesis. (Adaptada de Cahill GF: Starvation in man. N Engl J Med. 1970;282:668.) booksmedicos.org CAPÍTULO 2 RESPUESTA SISTÉMICA A LA LESIÓN Y APOYO METABÓLICO Eritrocitos Leucocitos Tejido nervioso Riñones Músculo 46 Utilización de energía después de traumatismos Proteína muscular 250 g CONSIDERACIONES BÁSICAS Grasa almacenada Triglicéridos 170 g Aminoácidos Glicerol 17 g Ácidos 40 g grasos 170 g Gluconeogénesis Gluconeogénesis HERIDA 180 g Glucosa 360 g 180 g HÍGADO Eritrocitos Leucocitos Tejido nervioso Riñón Músculo Oxidación Lactato + piruvato Cetonas 60 g excreción renal de iones amonio. Los riñones también participan en la gluconeogénesis mediante el uso de glutamina y glutamato y puede volverse la fuente primaria de gluconeogénesis durante la inanición prolongada, explicando hasta 50% de la producción sistémica de glucosa. Las reservas de lípidos en los tejidos adiposos proporcionan 40% más del consumo calórico durante la inanición. Las necesidades energéticas para las funciones musculares y enzimáticas basales (p. ej., gluconeogénesis, transmisión nerviosa, contracción cardiaca) se satisfacen mediante la movilización de triglicéridos del tejido adiposo. En una persona con peso de 70 kg, en reposo y en ayuno, pueden movilizarse casi 160 g por día de ácidos grasos libres y glicerol a partir del tejido adiposo. La liberación de ácidos grasos libres se estimula en parte por una reducción en las concentraciones séricas de insulina y en parte por el incremento en las concentraciones circulantes de glucagón y catecolaminas. Dichos ácidos grasos, al igual que los cuerpos cetónicos, se utilizan como fuente energética por los tejidos como corazón, riñón (corteza renal), músculo e hígado. La movilización de reservas lipídicas para la obtención de energía disminuye de manera importante la tasa de glucólisis, gluconeogénesis y proteólisis así como la necesidad general de glucosa para mantener al hospedador. Además, los cuerpos cetónicos reducen la utilización de glucosa al inhibir la enzima piruvato deshidrogenasa. Metabolismo después de lesiones Las lesiones e infecciones inducen respuestas neuroendocrinas e inmunitarias singulares que diferencian el metabolismo de la lesión del que se observa en el ayuno sin tensión fisiológica (fig. 2-17). La magnitud del consumo metabólico parece ser directamente proporcional con la gravedad de la lesión, con el mayor consumo energético, con lesiones térmicas e infecciones graves (fig. 2-18). El incremento del consumo de energía es mediada en parte por la activación simpática y por la liberación de catecolaminas, que se ha replicado mediante la administración de catecolaminas a adultos sanos. En primer lugar se revisa el metabolismo de los lípidos después de la lesión, porque estos macronutrientes se tornan la fuente primaria de energía durante los estados de tensión fisiológica.134 Metabolismo de lípidos después de las lesiones Los lípidos no son simplemente una fuente energética no proteínica, no carbohidrato, que reducen el catabolismo de proteínas en pacientes lesionados. El metabolismo de los lípidos puede influir en la integridad de las membranas celulares así como la respuesta inmunitaria durante la inflamación sistémica. Las reservas adiposas Figura 2-17. La lesión aguda se asocia con alteraciones significativas en la utilización de sustratos. Se incrementa la pérdida de nitrógeno, lo que indica catabolismo, bajo estas circunstancias, la grasa continúa como la principal fuente energética. Corazón Riñón Músculo Ácidos grasos 130 g en el organismo (triglicéridos) son la fuente energética predominante (50 a 80%) durante las enfermedades críticas y después de la lesión. La movilización de la grasa (lipólisis) ocurre principalmente en respuesta al estímulo de las catecolaminas sobre la lipasa de triglicéridos sensible a hormonas. Otras influencias hormonales que incrementan la lipólisis incluyen la hormona adrenocorticotrópica (ACTH), catecolaminas, hormona tiroidea, cortisol, glucagón, hormona de crecimiento y disminución de las concentraciones de insulina.135 Absorción de lípidos. Aunque el proceso se comprende mal, el tejido adiposo proporciona energía para el hospedador en forma de ácidos grasos libres y glicerol durante periodos de enfermedades críticas y lesiones. La oxidación de 1 g de grasa proporciona casi 9 kcal de energía. Aunque el hígado es capaz de sintetizar triglicéridos a partir de carbohidratos y aminoácidos, la principal fuente de 225 % Consumo energético en reposo PARTE I RIÑÓN Quemaduras mayores 200 Septicemia/peritonitis Traumatismo esquelético 175 Cirugía programada 150 125 Intervalo normal 100 75 Inanición 50 25 0 10 20 30 40 50 Días después de la lesión Figura 2-18. Influencia de la gravedad de la lesión en el metabolismo en reposo (consumo energético en reposo o REE). Las zonas obreras indican un REE normal. (Tomada de Long CL, Schaffel N, Geiger J, et al. Metabolic response to injury and illness: estimation of energy and protein needs from indirect calorimetry and nitrogen balance. JPEN J Parenter Enteral Nutr. 1979;3(6):452. Copyright © 1979 by A.S.P.E.N. Reimpresa con autorización de Sage Publications.) booksmedicos.org Monoglicéridos Ácidos grasos Lipasa pancreática Monoglicéridos + 2 ácidos grasos acil CoA Figura 2-19. La lipasa pancreática en el borde en cepillo del intestino delgado hidroliza los triglicéridos en monoglicéridos y ácidos grasos. Estos componentes difunden con facilidad hacia los enterocitos intestinales, donde sufren por esterificación a triglicéridos. Los triglicéridos nuevamente sintetizados se unen con una proteína transportadora para formar quilomicrones, los cuales son transportados a través del sistema linfático. Los triglicéridos más cortos (aquellos con menos de 10 átomos de carbono) pueden evitar este proceso y alcanzar directamente la circulación portal para ser transportados hacia el hígado. CoA, coenzima A. Triglicéridos Enterocito + Proteína Quilomicrones Luz intestinal Conducto linfático triglicéridos es la dieta y fuentes exógenas. Los lípidos dietéticos no se absorben con facilidad en el intestino, pero se requiere lipasa pancreática y fosfolipasa en el duodeno para hidrolizar los triglicéridos hacia ácidos grasos libres y monoglicéridos. Los ácidos grasos libres y monoglicéridos se absorben con facilidad por los enterocitos intestinales, los cuales resintetizan triglicéridos por esterificación de monoglicéridos con la enzima acil coenzima A (acil-CoA) (fig. 2-19). Los triglicéridos de cadena larga (LCT) que se definen como aquellos con 12 carbones o más, por lo general sufren este proceso de esterificación y entran a la circulación a través del sistema linfático en forma de quilomicrones. Los ácidos grasos de cadena corta entran directamente a la circulación portal y se transportan al hígado mediante transportadores de albúmina. Los hepatocitos utilizan ácidos grasos como fuente energética durante periodos de tensión fisiológica, pero también sintetizan fosfolípidos o triglicéridos (lipoproteínas de muy baja densidad) durante el estado de ayuno. Los tejidos sistémicos (p. ej., músculo y corazón) utilizan quilomicrones y triglicéridos como fuente energética mediante la hidrólisis de lipoproteína lipasa en la superficie luminal del endotelio capilar.136 Los traumatismos o la septicemia suprimen la actividad de la lipoproteína lipasa en el tejido adiposo en el músculo, tal vez mediado por TNF. Lipólisis y oxidación de ácidos grasos. Los periodos de demanda energética se acompañan de movilización de ácidos grasos libres a partir de las reservas adiposas. Esto es mediado por influencias hormonales (p. ej., catecolaminas, ACTH, hormona tiroidea, GH y glucagón) sobre la lipasa de triglicéridos a través de la vía de cAMP (fig. 2-20). En el tejido adiposo, la lipasa de triglicéridos hidroliza a los triglicéridos en ácidos grasos libres y glicerol. Los ácidos grasos libres alcanzan la circulación capilar y son transportados por la albúmina a los tejidos que requieren esta fuente energética (p. ej., corazón y músculo estriado). La insulina inhibe la lipólisis y favorece la síntesis de triglicéridos al incrementar la actividad de la lipoproteína lipasa así como las concentraciones intracelulares de glicerol-3-fosfato. El uso de glicerol como fuente energética depende de la disponibilidad de glicerocinasa hística, que es abundante en el hígado y los riñones. Los ácidos grasos libres absorbidos por las células se conjugan con acetil-CoA en el citoplasma. El transporte de acetil-CoA de la membrana mitocondrial externa a través de la membrana mitocondrial interna ocurre a través de la vía de la carnitina (fig. 2-21). Los triglicéridos de cadena mediana (MCT, medium-chain triglycerides) que se definen como aquellos con seis a 12 carbonos de longitud, no utilizan la vía de la carnitina y cruzan con facilidad las membranas mitocondriales. Esto explica en parte el hecho de que los MCT se oxidan con mayor eficacia que los LCT. De manera ideal, la rápida oxidación de los MCT los hace menos propensos al depósito de grasa, en particular en las células inmunitarias y en el sistema reticuloendotelial, un resultado común con los lípidos incluidos en la nutrición parenteral total.137 Sin embargo, en estudios en animales, el uso exclusivo de MCT como fuente energética se ha asociado con elevadas demandas metabólicas y toxicidad, con deficiencia de ácidos grasos esenciales. En la mitocondria, la acil-CoA sufre oxidación beta, dando origen a acetil-CoA, que pasa a través del ciclo. Más tarde, cada molécula de acetil-CoA que entra al ciclo de los ácidos tricarboxílicos (TCA) sufre oxidación adicional para dar origen a 12 moléculas de ATP, dióxido de carbono y agua. El exceso de moléculas de acetil-CoA actúa como precursor para la cetogénesis. A diferencia del metabolismo de la glucosa, la oxidación de ácidos grasos requiere proporcionalmente menos oxígeno y produce menos dióxido de carbono. Esto se cuantifica con frecuencia como la razón de dióxido de carbono producido sobre el oxígeno consumido por la reacción, lo que se conoce como cociente respiratorio (RQ). Un RQ de 0.7 implica una mayor oxidación de ácidos grasos como fuente energética, mientras que un RQ de 1 indica una mayor oxidación de carbohidratos (sobrealimentación). Un RQ de 0.85 sugiere oxidación en cantidades similares de ácidos grasos y glucosa. Cetogénesis El agotamiento de los carbohidratos reduce la entrada de acetil-CoA al ciclo de los ácidos tricarboxílicos por el agotamiento de los intermediarios de TCA y por la actividad enzimática. El incremento de la lipólisis y la disminución de la disponibilidad sistémica de carbohidratos durante la inanición desvía el exceso de acetil-CoA hacia booksmedicos.org CAPÍTULO 2 RESPUESTA SISTÉMICA A LA LESIÓN Y APOYO METABÓLICO Triglicéridos dietéticos 47