Utilización de Sustratos y Flexibilidad Metabólica

La utilización de sustratos es la selección de carbohidratos, grasas o proteínas como el combustible que un tejido oxida en un momento dado, y la flexibilidad metabólica es la capacidad de cambiar entre estos combustibles en respuesta al estado nutricional y fisiológico. Un metabolismo saludable oxida grasa durante el ayuno y cambia hacia los carbohidratos después de una comida rica en carbohidratos; la pérdida de esta capacidad de respuesta, denominada inflexibilidad metabólica, se vincula con la resistencia a la insulina.

Definition

La utilización de sustratos se refiere a la oxidación relativa de carbohidratos, grasas y proteínas por los tejidos; la flexibilidad metabólica es la capacidad de ajustar la oxidación de combustible a la disponibilidad de combustible, cambiando hacia la oxidación de grasas en el estado de ayuno y hacia la oxidación de carbohidratos en respuesta a la insulina y la ingesta de carbohidratos.

Scope

Este tema abarca cómo se regula la selección de combustible, cómo se mide a través del cociente respiratorio y qué significa la flexibilidad metabólica en la transición de ayuno a alimentación y en la enfermedad. Es una referencia y un relato educativo del metabolismo del combustible, no una guía clínica.

Core questions

• ¿Qué señales determinan si un tejido oxida glucosa o ácidos grasos en un momento dado?
• ¿Cómo se mide la selección de combustible in vivo a partir del intercambio de gases respiratorios?
• ¿Cómo cambia el cuerpo los combustibles durante la transición de ayuno a alimentación?
• ¿Cómo se relaciona la alteración en el cambio de combustible (inflexibilidad metabólica) con la resistencia a la insulina?

Key concepts

• Selección de combustible
• Cociente respiratorio
• Ciclo glucosa-ácidos grasos (Randle)
• Transición de ayuno a alimentación
• Flexibilidad e inflexibilidad metabólica
• Oxidación de glucosa estimulada por insulina
• Manejo de sustratos en el músculo esquelético

Key theories

Ciclo glucosa-ácidos grasos (Randle)

El aumento de la oxidación de ácidos grasos eleva el acetil-CoA y el citrato mitocondrial, inhibiendo enzimas clave de la glucólisis y del manejo del piruvato, y suprimiendo así la oxidación de glucosa; los dos combustibles compiten recíprocamente, proporcionando una base bioquímica para la selección de combustible y su vínculo con la sensibilidad a la insulina.

Flexibilidad metabólica

El músculo esquelético sano y el metabolismo de todo el cuerpo cambian la oxidación de combustible de manera apropiada con el ayuno y la alimentación; una capacidad disminuida para suprimir la oxidación de grasas y aumentar la oxidación de glucosa después de la insulina o los carbohidratos se denomina inflexibilidad metabólica y se asocia con la resistencia a la insulina y la obesidad.

Mechanisms

La selección de combustible se rige tanto por la competencia de sustratos —descrita por el ciclo glucosa-ácidos grasos, en el que la oxidación de ácidos grasos suprime la oxidación de glucosa mediante la acumulación de acetil-CoA y citrato (Randle et al., 1963)— como por el control hormonal, principalmente la insulina, que promueve la oxidación y el almacenamiento de glucosa mientras restringe la lipólisis. In vivo, el combustible predominante se infiere del cociente respiratorio y de las ecuaciones de partición de la calorimetría indirecta (Frayn, 1983). El músculo metabólicamente flexible aumenta la oxidación de grasas en el ayuno y cambia a la oxidación de carbohidratos después de la insulina o la ingesta de carbohidratos; una capacidad reducida para este cambio, observada en la obesidad y la resistencia a la insulina, caracteriza la inflexibilidad metabólica (Kelley et al., 1999; Galgani et al., 2008; Goodpaster & Sparks, 2017).

Clinical relevance

La utilización de sustratos y la flexibilidad metabólica enmarcan cómo los investigadores interpretan el manejo del combustible en la obesidad, la diabetes tipo 2 y las condiciones metabólicas relacionadas. El contenido es descriptivo y educativo y no constituye una base para el diagnóstico o el tratamiento individualizado.

History

Randle y sus colegas introdujeron el ciclo glucosa-ácidos grasos en 1963, replanteando la selección de combustible como un problema de competencia de sustratos con implicaciones para la sensibilidad a la insulina. Estudios sobre el manejo del combustible en el músculo esquelético, notablemente por Kelley y sus colegas en la década de 1990, mostraron que la obesidad y la resistencia a la insulina se acompañan de una alteración en el cambio entre la oxidación de grasas y carbohidratos, lo que llevó al concepto de flexibilidad metabólica que revisiones posteriores (Galgani et al., 2008; Goodpaster & Sparks, 2017) refinaron.

Debates

¿Es la inflexibilidad metabólica una causa o una consecuencia de la resistencia a la insulina?

Todavía se discute si la alteración en el cambio de combustible impulsa el desarrollo de la resistencia a la insulina o si, en cambio, la refleja; la relación es bidireccional y depende del tejido, la metodología y el contexto fisiológico.

Key figures

• Philip Randle
• David Kelley
• Bret Goodpaster
• Eric Ravussin

Seminal works

• randle-1963
• kelley-1999
• galgani-2008
• goodpaster-sparks-2017

Frequently asked questions

¿Qué nos dice el cociente respiratorio sobre el uso de combustible?

El cociente respiratorio —la relación entre el dióxido de carbono producido y el oxígeno consumido— se acerca a 1.0 cuando el carbohidrato es el combustible principal y a 0.7 cuando predomina la grasa, por lo que indica la mezcla de sustratos que se están oxidando.

¿Qué es la inflexibilidad metabólica?

Es una capacidad reducida para cambiar la oxidación de combustible de manera apropiada con la alimentación y el ayuno —por ejemplo, no lograr suprimir la oxidación de grasas y aumentar la oxidación de glucosa después de una carga de carbohidratos— y se asocia con la resistencia a la insulina y la obesidad.