A integração metabólica descreve como o corpo coordena as atividades metabólicas de diferentes órgãos para manter a homeostase energética. O fígado, músculo, tecido adiposo e cérebro têm funções metabólicas especializadas que são coordenadas através de sinais hormonais e de substrato.
O Fígado como Centro Metabólico
O fígado ocupa uma posição central no metabolismo, recebendo nutrientes da circulação portal e distribuindo combustíveis para outros tecidos. Após uma refeição, o fígado capta glicose e a armazena como glicogênio. O excesso de glicose é convertido em ácidos graxos através da lipogênese de novo e exportado como triglicerídeos de VLDL. Durante o jejum, o fígado libera glicose através da glicogenólise e gliconeogênese, usando lactato, aminoácidos e glicerol como precursores. O fígado também processa corpos cetônicos da oxidação de ácidos graxos para exportação a tecidos extra-hepáticos.
Tecido Adiposo
O tecido adiposo branco armazena excesso de energia como triacilgliceróis e libera ácidos graxos durante o jejum. No estado alimentado, a insulina promove a captação de glicose e lipogênese, enquanto inibe a lipólise. No estado de jejum, baixa insulina e catecolaminas elevadas ativam a lipase sensível a hormônios e a lipase de triglicerídeos do adipócito, liberando ácidos graxos livres e glicerol na circulação. Os ácidos graxos livres são usados pelo músculo e outros tecidos através da oxidação de ácidos graxos, enquanto o glicerol é um substrato gliconeogênico para o fígado. O tecido adiposo marrom é especializado em termogênese através da proteína desacopladora 1, que dissipa o gradiente de prótons para gerar calor.
Músculo Esquelético
O músculo esquelético responde por uma grande proporção do gasto energético. Em repouso, o músculo usa principalmente ácidos graxos. Durante o exercício, o músculo usa seus estoques de glicogênio e capta glicose do sangue. Durante o exercício intenso, a glicólise anaeróbica produz lactato, que é liberado na circulação e captado pelo fígado para gliconeogênese. O músculo também contém um grande pool de proteínas que pode ser mobilizado durante o jejum prolongado, liberando aminoácidos para gliconeogênese.
O Cérebro
O cérebro tem requisitos obrigatórios de glicose em condições normais, consumindo cerca de 120 gramas de glicose diariamente. Não pode usar ácidos graxos porque eles não atravessam a barreira hematoencefálica eficientemente. Durante o jejum prolongado, o cérebro adapta-se para usar corpos cetônicos, que podem suprir até 70% de suas necessidades energéticas após várias semanas de inanição. O cérebro tem estoques insignificantes de glicogênio e depende de um suprimento contínuo de glicose da circulação.
O Estado Alimentado
Após uma refeição, a glicose sanguínea aumenta e a insulina é secretada. No fígado, a glicose é fosforilada pela glicocinase, que tem um Km alto e não é inibida pela glicose-6-fosfato, permitindo captação contínua de glicose quando a glicose sanguínea está alta. A glicose é armazenada como glicogênio ou convertida em ácidos graxos. No músculo e tecido adiposo, a insulina estimula a captação de glicose através da translocação de GLUT4. Aminoácidos são usados para síntese proteica, e o excesso de aminoácidos é desaminado no fígado, com os esqueletos de carbono usados para energia ou produção de glicose.
O Estado de Jejum
Durante o jejum de curta duração, a glicogenólise mantém a glicose sanguínea. Após 12 a 24 horas, os estoques de glicogênio são esgotados e a gliconeogênese torna-se a fonte primária de glicose. O glucagon estimula esses processos e promove lipólise. Após 2 a 3 dias de jejum, os corpos cetônicos tornam-se combustíveis significativos, alimentando o ciclo do ácido cítrico e a fosforilação oxidativa. Após jejum prolongado, o catabolismo proteico é reduzido para preservar massa muscular, e os corpos cetônicos suprem a maior parte da energia do cérebro, reduzindo a necessidade de gliconeogênese a partir de aminoácidos.
Exercício
O exercício impõe demandas únicas à integração metabólica. Durante o exercício moderado, o músculo usa uma mistura de glicose e ácidos graxos. À medida que a intensidade aumenta, a utilização de carboidratos predomina. O lactato produzido pelo músculo ativo é liberado na circulação e captado pelo fígado para gliconeogênese. Durante a recuperação, o glicogênio muscular é reabastecido a partir de carboidratos dietéticos ou de lactato via ciclo de Cori. O exercício regular melhora a flexibilidade metabólica, a capacidade de alternar entre fontes de combustível, e aumenta a sensibilidade à insulina.
