37.8: Regulación de procesos corporales - Regulación Hormonal del Metabolismo

Objetivos de aprendizaje

• Explicar cómo las hormonas glucagón e insulina regulan la glucosa en sangre

Los niveles de glucosa en sangre varían ampliamente a lo largo del día, ya que los períodos de consumo de alimentos se alternan con los períodos de ayuno. La insulina y el glucagón son las dos hormonas principales responsables de mantener la homeostasis de los niveles de glucosa en sangre. La regulación adicional está mediada por las hormonas tiroideas.

Regulación de los niveles de glucosa en sangre: insulina y glucagón

Las células del cuerpo requieren nutrientes para funcionar. Estos nutrientes se obtienen a través de la alimentación. Para manejar la ingesta de nutrientes, almacenar el exceso de ingesta y utilizar reservas cuando es necesario, el cuerpo usa hormonas para moderar las reservas de energía. La insulina es producida por las células beta del páncreas, las cuales son estimuladas para liberar insulina a medida que aumentan los niveles de glucosa en sangre (por ejemplo, después de que se consume una comida). La insulina disminuye los niveles de glucosa en sangre al mejorar la tasa de captación y utilización de glucosa por las células diana, que utilizan glucosa para la producción de ATP. También estimula al hígado para convertir la glucosa en glucógeno, que luego es almacenado por las células para su uso posterior. A medida que la insulina se une a su célula diana a través de receptores de insulina y transducción de señales, activa la célula para incorporar proteínas de transporte de glucosa en su membrana. Esto permite que la glucosa ingrese a la célula, donde puede ser utilizada como fuente de energía. Estas acciones mediadas por la insulina hacen que las concentraciones de glucosa en sangre caigan, lo que se denomina efecto hipoglucémico o “bajo en azúcar”, que inhibe la liberación adicional de insulina de las células beta a través de un bucle de retroalimentación negativa

La alteración de la función de la insulina puede conducir a una afección llamada diabetes mellitus, que tiene muchos efectos en el cuerpo. Puede ser causada por bajos niveles de producción de insulina por las células beta del páncreas, o por una sensibilidad reducida de las células tisulares a la insulina. Esto evita que la glucosa sea absorbida por las células, provocando altos niveles de glucosa en sangre, o hiperglucemia (alto nivel de azúcar). Los niveles altos de glucosa en sangre dificultan que los riñones recuperen toda la glucosa de la orina naciente, lo que resulta en la pérdida de glucosa en la orina. Los altos niveles de glucosa también dan como resultado que los riñones reabsorban menos agua, lo que provoca que se produzcan altas cantidades de orina; esto puede resultar en deshidratación. Con el tiempo, los niveles altos de glucosa en sangre pueden causar daños nerviosos en los ojos y los tejidos periféricos del cuerpo, así como daños en los riñones y el sistema cardiovascular. La sobresecreción de insulina puede causar hipoglucemia, bajos niveles de glucosa en sangre. Esto provoca una disponibilidad insuficiente de glucosa para las células, lo que a menudo conduce a debilidad muscular. A veces puede causar inconsciencia o la muerte si no se trata.

Figura\(\PageIndex{1}\): Diabetes mellitus: La diabetes mellitus puede causar una amplia gama de síntomas, incluyendo náuseas, vómitos, visión borrosa, letargo, frecuencia en la micción y altos niveles de glucosa en la orina.

Cuando los niveles de glucosa en sangre disminuyen por debajo de los niveles normales, por ejemplo entre comidas o cuando se utiliza glucosa durante el ejercicio, la hormona glucagón se libera del páncreas. El glucagón eleva los niveles de glucosa en sangre, provocando lo que se llama un efecto hiperglucémico, al estimular la descomposición del glucógeno a glucosa en las células del músculo esquelético y las células hepáticas en un proceso llamado glucogenólisis. La glucosa puede entonces ser utilizada como energía por las células musculares y liberada a la circulación por las células hepáticas. El glucagón también estimula la absorción de aminoácidos de la sangre por el hígado, que luego los convierte en glucosa. Este proceso de síntesis de glucosa se llama gluconeogénesis. El aumento de los niveles de glucosa en sangre inhibe la liberación adicional de glucagón por el páncreas mediante un mecanismo de retroalimentación negativa. De esta manera, la insulina y el glucagón trabajan en conjunto para mantener los niveles homeostáticos de glucosa.

Figura\(\PageIndex{1}\): La regulación de los niveles de glucosa en sangre por insulina y glucagón: A medida que aumentan los niveles de glucosa en la sangre, la insulina estimula a las células a captar más glucosa y señala al hígado que convierta el exceso de glucosa en glucógeno, forma en la que se puede almacenar para su posterior uso. Cuando los niveles de glucosa en la sangre bajan, el glucagón responde estimulando la descomposición del glucógeno en glucosa y señala la producción de glucosa adicional a partir de aminoácidos.

Regulación de los niveles de glucosa en sangre: hormonas tiroideas

La tasa metabólica basal, que es la cantidad de calorías que requiere el cuerpo en reposo, está determinada por dos hormonas producidas por la glándula tiroides: tiroxina, también conocida como tetraiodotironina o T4, y triyodotironina, también conocida como T3. La liberación de T3 y T4 de la glándula tiroides son estimuladas por la hormona estimulante de la tiroides (TSH), que es producida por la hipófisis anterior. Estas hormonas afectan a casi todas las células del cuerpo, excepto el cerebro adulto, el útero, los testículos, las células sanguíneas y el bazo. Se transportan a través de la membrana plasmática de las células diana donde se unen a receptores en las mitocondrias, lo que resulta en una mayor producción de ATP. En el núcleo, T3y T4activan genes involucrados en la producción de energía y oxidación de glucosa. Esto da como resultado mayores tasas de metabolismo y producción de calor corporal. Esto se conoce como el efecto calorigénico de la hormona.

Los trastornos pueden surgir tanto de la subproducción como de la sobreproducción de hormonas tiroideas. El hipotiroidismo, subproducción de las hormonas tiroideas, puede causar una baja tasa metabólica que conduce a aumento de peso, sensibilidad al frío y disminución de la actividad mental, entre otros síntomas. En los niños, el hipotiroidismo puede causar cretinismo, lo que puede provocar retraso mental y defectos de crecimiento. El hipertiroidismo, la sobreproducción de hormonas tiroideas, puede llevar a un aumento de la tasa metabólica, lo que puede causar pérdida de peso, exceso de producción de calor, sudoración y aumento de la frecuencia cardíaca.

Puntos Clave

• Cuando los niveles de glucosa en sangre suben, la insulina es secretada por el páncreas, disminuyendo la glucosa en sangre al aumentar su captación en las células y estimulando al hígado para convertir la glucosa en glucógeno, en cuya forma se puede almacenar.
• Si la secreción de insulina se ve afectada, puede derivar en diabetes mellitus: una enfermedad en la que los niveles de glucosa en sangre permanecen altos, lo que lleva a un exceso de glucosa en la orina, aumento de la producción de orina y deshidratación, entre otros síntomas.
• Cuando los niveles de glucosa en sangre bajan, el glucagón es secretado por el páncreas, lo que aumenta los niveles de glucosa en sangre al estimular la descomposición del glucógeno en glucosa y la creación de glucosa a partir de aminoácidos.
• La tasa metabólica basal del cuerpo está controlada por las hormonas T3 y T4, producidas por la glándula tiroides en respuesta a la hormona estimulante tiroidea (TSH), producida por la hipófisis anterior.
• T3 y T4 se unen a receptores en las mitocondrias, provocando un incremento en la producción de ATP, así como aumento en la transcripción de genes que ayudan a utilizar la glucosa y producir ATP, resultando en un mayor metabolismo de la célula.

Términos Clave

• insulina: una hormona polipeptídica que regula el metabolismo de los carbohidratos
• glucagón: una hormona, producida por el páncreas, que se opone a la acción de la insulina al estimular la producción de azúcar
• glucógeno: un polisacárido que es la principal forma de almacenamiento de carbohidratos en animales; convertido a glucosa según sea necesario
• hipoglucemia: una afección en la que los niveles de glucosa en sangre son demasiado bajos
• glucogenólisis: la producción de glucosa-1-fosfato mediante la división de un monómero de glucosa del glucógeno usando fosfato inorgánico
• gluconeogénesis: el proceso metabólico en el que se forma la glucosa, principalmente en el hígado, a partir de precursores no carbohidratados
• tiroxina: una hormona (un derivado de yodo de la tirosina), producida por la glándula tiroides, que regula el metabolismo y el crecimiento celular
• triyodotironina: la hormona tiroidea más poderosa, que afecta a casi todos los procesos del cuerpo, incluyendo la temperatura corporal, el crecimiento y la frecuencia cardíaca
• hipotiroidismo: el estado de enfermedad causado por la producción insuficiente de hormona tiroidea por parte de la glándula tiroides
• hipertiroidismo: la producción excesiva de hormonas por parte de la tiroides