Diferentes tejidos tienen perfiles metabólicos especializados que reflejan sus funciones únicas. Comprender el metabolismo específico de cada tejido es esencial para apreciar cómo las enfermedades metabólicas afectan a órganos particulares y cómo las rutas metabólicas se coordinan en todo el cuerpo.
El Hígado
El hígado es el centro metabólico central, procesando, almacenando y distribuyendo nutrientes. Los hepatocitos contienen el complemento completo de enzimas metabólicas y pueden realizar tanto la utilización como la producción de glucosa. El hígado expresa glucoquinasa en lugar de hexoquinasa, que tiene un Km más alto para la glucosa y no es inhibida por la glucosa-6-fosfato. Esto permite que el hígado fosforile la glucosa solo cuando la glucosa en sangre está elevada, evitando el ciclo fútil entre la captación y la producción de glucosa.
El hígado es el sitio principal de gluconeogénesis, síntesis de urea, cetogénesis y producción de lipoproteínas. Tiene una alta capacidad para la oxidación de ácidos grasos y puede utilizar aminoácidos como sustratos gluconeogénicos. La zonación del hígado crea especialización metabólica en todo el lobulillo, siendo los hepatocitos periportales más activos en gluconeogénesis y síntesis de urea, mientras que los hepatocitos perivenosos son más activos en glucólisis y lipogénesis.
Músculo Esquelético
El músculo esquelético es el tejido más grande por masa y representa una porción importante del gasto energético. Las fibras musculares se clasifican como tipo I, fibras oxidativas lentas que dependen principalmente de la oxidación de ácidos grasos y tienen alta densidad mitocondrial, y tipo II, fibras glucolíticas rápidas que dependen más de la glucólisis y tienen menor densidad mitocondrial. La mayoría del músculo humano contiene una mezcla de tipos de fibra.
Durante el reposo, el músculo utiliza principalmente ácidos grasos. Durante el ejercicio moderado, la captación de glucosa aumenta mediante la translocación de GLUT4 mediada por AMPK, y se utilizan tanto glucosa como ácidos grasos. Durante el ejercicio intenso, la glucólisis predomina, produciendo lactato. El músculo tiene grandes reservas de glucógeno, aproximadamente 300 a 400 gramos en total, que proporcionan glucosa para la glucólisis sin requerir glucosa sanguínea. Durante la recuperación, el glucógeno muscular se repone mediante la captación de glucosa dependiente de insulina.
Tejido Adiposo
El tejido adiposo existe en tipos blanco y marrón. El tejido adiposo blanco almacena triacilgliceroles y libera ácidos grasos durante el ayuno. Expresa lipasa sensible a hormonas y lipasa de triglicéridos del tejido adiposo, que son activadas por catecolaminas e inhibidas por insulina. El tejido adiposo también funciona como un órgano endocrino, secretando adipoquinas incluyendo leptina, adiponectina y resistina que regulan el apetito, la sensibilidad a la insulina y la inflamación.
El tejido adiposo marrón está especializado en la termogénesis mediante la proteína desacoplante 1, que disipa el gradiente de protones mitocondrial como calor en lugar de generar ATP. El tejido adiposo marrón es abundante en bebés y está presente en adultos a niveles metabólicamente significativos, particularmente en las regiones supraclavicular y paravertebral. La exposición al frío activa el tejido adiposo marrón mediante la estimulación simpática, aumentando el gasto energético.
El Corazón
El corazón es un órgano aeróbico obligado con altas demandas energéticas, consumiendo aproximadamente 6 kilogramos de ATP diariamente. A diferencia del músculo esquelético, el corazón mantiene una actividad contráctil continua y no puede depender del metabolismo anaeróbico. El corazón utiliza principalmente ácidos grasos, que suministran del 60 al 90% de sus requerimientos energéticos. La energía restante proviene de glucosa, lactato y cuerpos cetónicos en proporciones variables dependiendo de la disponibilidad de sustratos.
El corazón expresa una isoforma única de lactato deshidrogenasa, LDH1, que es inhibida por niveles altos de piruvato. Esto favorece la conversión de lactato a piruvato, permitiendo al corazón usar lactato circulante como combustible. La flexibilidad metabólica del corazón le permite cambiar entre sustratos, pero en condiciones como la insuficiencia cardíaca, se desarrolla inflexibilidad metabólica con reducción de la oxidación de ácidos grasos y aumento de la utilización de glucosa.
El Cerebro
El cerebro tiene la tasa metabólica más alta de cualquier órgano, consumiendo aproximadamente el 20% del oxígeno del cuerpo a pesar de representar solo el 2% del peso corporal. En condiciones normales de alimentación, el cerebro usa glucosa casi exclusivamente. La glucosa se transporta a través de la barrera hematoencefálica mediante GLUT1 y es captada por las neuronas a través de GLUT3, que tiene un Km bajo asegurando la captación de glucosa incluso cuando la glucosa en sangre es baja.
Durante el ayuno prolongado, el cerebro se adapta para usar cuerpos cetónicos, principalmente beta-hidroxibutirato y acetoacetato. Los cuerpos cetónicos entran al cerebro a través de transportadores de monocarboxilatos y se convierten en acetil-CoA para la producción de energía. Después de aproximadamente 3 días de ayuno, los cuerpos cetónicos suministran aproximadamente el 30% de la energía del cerebro, aumentando al 70% después de varias semanas de inanición. Esta adaptación reduce la necesidad de gluconeogénesis a partir de proteínas musculares.
Glóbulos Rojos
Los eritrocitos carecen de mitocondrias y dependen completamente de la glucólisis anaeróbica para la producción de ATP. Metabolizan glucosa a lactato a una tasa de aproximadamente 40 gramos de glucosa al día. Los glóbulos rojos también utilizan la ruta de las pentosas fosfato para generar NADPH para mantener el glutatión reducido y protegerse contra el daño oxidativo.
