12.4: Digestión y Control Hormonal del Metabolismo
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- Distinguir entre digestión y metabolismo.
- Describió el proceso de digestión, señalando los papeles de la boca, el estómago, los intestinos (pequeños y grandes) y los órganos accesorios.
- Describir cómo las hormonas regulan el metabolismo.
- Describir las tres fases de la digestión.
Visión general
Si bien sabemos que comer está motivado por el estado de impulso del hambre, ¿qué se está regulando? ¿Cuál es la variable del sistema -o variables- que son monitoreadas?
Comida:
- Aporta energía.
- Proporciona los bloques de construcción que utilizamos para construir y mantener nuestros cuerpos -no solo necesitamos calorías (energía, combustible), necesitamos comer ciertas cosas- idealmente estamos monitoreando no solo la cantidad (cuánto) de alimentos que comemos, sino la calidad (lo que comemos). En otras palabras, un sistema ideal para el control de nuestra alimentación sería aquel que desencadene un hambre que sea específica, asegurando que ambos obtengamos la cantidad que necesitamos para satisfacer nuestras necesidades energéticas, pero también los tipos adecuados de alimentos para satisfacer nuestras necesidades nutricionales.
El proceso por el cual obtenemos las sustancias que el cuerpo necesita comienza con el consumo de alimentos y se logra cuando se absorben los nutrientes que proporcionan los alimentos. Este es el proceso de digestión, el proceso de ingerir, descomponer los alimentos y absorber los nutrientes.
En última instancia, los alimentos se entregan al cuerpo en 3 formas:
- Lípidos (grasas),
- aminoácidos (proteínas), y
- glucosa (carbohidratos).
Estos combustibles ingresan al cuerpo por vía del tracto digestivo, pero el tracto digestivo suele estar vacío. Debido a esto, y a la importancia de tener combustible disponible, contamos con mecanismos que nos permiten almacenar energía para apoyarnos. Esta energía almacenada son principalmente grasas, pero también glucógeno y proteínas. Antes de discutir cómo almacenamos energía (y accedemos a la energía almacenada), necesitamos entender el proceso de digestión.
El Sistema Digestivo Humano
El proceso de digestión comienza en la boca con la ingesta de alimentos (Figura 16.2.116.2.1). Los dientes juegan un papel importante en masticar (masticar) o romper físicamente los alimentos en partículas más pequeñas. Las enzimas presentes en la saliva también comienzan a descomponer químicamente los alimentos. Luego se traga la comida y entra en el esófago, un tubo largo que conecta la boca con el estómago. Usando peristalsis, o contracciones de músculo liso onduladas, los músculos del esófago empujan la comida hacia el estómago. El contenido del estómago es extremadamente ácido. Esta acidez mata microorganismos, descompone los tejidos alimentarios y activa las enzimas digestivas. Se produce una mayor descomposición de los alimentos en el intestino delgado donde la bilis producida por el hígado, y las enzimas producidas por el intestino delgado y el páncreas, continúan el proceso de digestión. Las moléculas más pequeñas son absorbidas en el torrente sanguíneo a través de las células epiteliales que recubren las paredes del intestino delgado. El material de desecho viaja al intestino grueso donde se absorbe el agua y el material de desecho más seco se compacta en heces; se almacena hasta que se excreta por el ano.
Cavidad Bucal
Tanto la digestión física como la química comienzan en la boca o cavidad oral, que es el punto de entrada de los alimentos al sistema digestivo. El alimento se rompe en partículas más pequeñas por la masticación, la acción masticadora de los dientes. Todos los mamíferos tienen dientes y pueden masticar su comida para comenzar el proceso de descomponerla físicamente en partículas más pequeñas.
El proceso químico de digestión comienza durante la masticación a medida que los alimentos se mezclan con la saliva, producida por las glándulas salivales. La saliva contiene moco que humedece los alimentos y amortigua el pH de los alimentos. La saliva también contiene enzimas que inician el proceso de descomponer algunos alimentos. La acción de masticación y humectación proporcionada por los dientes y la saliva preparan la comida en una masa llamada bolo para tragar. La lengua ayuda a tragar, moviendo el bolo de la boca hacia la faringe. La faringe se abre a dos vías: el esófago y la tráquea. El esófago conduce al estómago y la tráquea conduce a los pulmones. La epiglotis es un colgajo de tejido que cubre la abertura traqueal durante la deglución para evitar que los alimentos ingresen a los pulmones.
Esófago
El esófago es un órgano tubular que conecta la boca con el estómago. El alimento masticado y ablandado pasa por el esófago después de ser tragado. Los músculos lisos del esófago sufren peristalsis que empuja la comida hacia el estómago. La onda peristáltica mueve los alimentos de la boca al estómago, y el movimiento inverso no es posible, excepto en el caso del reflejo vómito. El movimiento peristáltico del esófago es un reflejo involuntario; se produce en respuesta al acto de deglución.
Los músculos anulares llamados esfínteres forman válvulas en el sistema digestivo. El esfínter gastroesofágico (o esfínter cardíaco) se localiza en el extremo estomacal del esófago. En respuesta a la deglución y a la presión ejercida por el bolo de los alimentos, este esfínter se abre, y el bolo ingresa al estómago. Cuando no hay acción de deglución, este esfínter se cierra y evita que el contenido del estómago se desplace por el esófago. El reflujo ácido o “acidez estomacal” ocurre cuando los jugos digestivos ácidos escapan al esófago.
Estómago
Una gran parte de la digestión de proteínas ocurre en el estómago. El estómago es un órgano saclike que secreta jugos digestivos gástricos.
La digestión de proteínas se lleva a cabo mediante una enzima llamada pepsina en la cámara del estómago. El ambiente altamente ácido mata muchos microorganismos en los alimentos y, combinado con la acción de la enzima pepsina, da como resultado el catabolismo (descomposición) de la proteína en el alimento. La digestión química se ve facilitada por la acción batidora del estómago causada por la contracción y relajación de los músculos lisos. La mezcla de alimentos parcialmente digeridos y jugo gástrico se llama quimo. El vaciado gástrico ocurre dentro de las dos a seis horas posteriores a una comida. Solo se libera una pequeña cantidad de quimo en el intestino delgado a la vez. El movimiento del quimo desde el estómago hacia el intestino delgado está regulado por hormonas, distensión estomacal y reflejos musculares que influyen en el esfínter pilórico.
El revestimiento del estómago no se ve afectado por la pepsina y la acidez porque la pepsina se libera en forma inactiva y el estómago tiene un revestimiento mucoso espeso que protege el tejido subyacente.
Intestino delgado
El quima se mueve desde el estómago hasta el intestino delgado. El intestino delgado es el órgano donde se completa la digestión de proteínas, grasas e hidratos de carbono. El intestino delgado es un órgano largo en forma de tubo con una superficie muy plegada que contiene proyecciones similares a dedos llamadas vellosidades. La superficie superior de cada vellosidad tiene muchas proyecciones microscópicas llamadas microvellosidades. Las células epiteliales de estas estructuras absorben los nutrientes de los alimentos digeridos y los liberan al torrente sanguíneo del otro lado. Las vellosidades y microvellosidades, con sus múltiples pliegues, aumentan la superficie del intestino delgado y aumentan la eficiencia de absorción de los nutrientes.
El intestino delgado humano se divide en tres partes: el duodeno, el yeyuno y el íleon. El duodeno está separado del estómago por el esfínter pilórico. El quimo se mezcla con jugos pancreáticos, una solución alcalina rica en bicarbonato que neutraliza la acidez del quimo del estómago. Los jugos pancreáticos contienen varias enzimas digestivas que descomponen los almidones, disacáridos, proteínas y grasas. La bilis se produce en el hígado y se almacena y concentra en la vesícula biliar; ingresa al duodeno a través del conducto biliar. La bilis contiene sales biliares que hacen que los lípidos sean accesibles a las enzimas solubles en agua. Los monosacáridos, aminoácidos, sales biliares, vitaminas y otros nutrientes son absorbidos por las células del revestimiento intestinal.
El alimento no digerido se envía al colon desde el íleon a través de movimientos peristálticos. El íleon termina y el intestino grueso comienza en la válvula ileocecal. El apéndice vermiforme, “parecido a un gusano”, se localiza en la válvula ileocecal.
Intestino grueso
El intestino grueso reabsorbe el agua del material alimenticio indigerible y procesa el material de desecho (Figura\(\PageIndex{2}\):). El intestino grueso humano es mucho más pequeño en longitud en comparación con el intestino delgado pero de mayor diámetro. Tiene tres partes: el ciego, el colon y el recto. El ciego une el íleon con el colon y es la bolsa receptora de la materia de desecho. El colon es el hogar de muchas bacterias o “flora intestinal” que ayudan en los procesos digestivos. El colon tiene cuatro regiones, el colon ascendente, el colon transverso, el colon descendente y el colon sigmoide. Las principales funciones del colon son extraer el agua y las sales minerales de los alimentos no digeridos, y almacenar el material de desecho.
El recto (Figura\(\PageIndex{2}\):) almacena las heces hasta la defecación. Las heces son propulsadas mediante movimientos peristálticos durante la eliminación. El ano es una abertura en el extremo más alejado del tracto digestivo y es el punto de salida del material de desecho. Dos esfínteres regulan la salida de las heces, el esfínter interno es involuntario y el esfínter externo es voluntario.
Órganos accesorios
Los órganos discutidos anteriormente son los órganos del tracto digestivo por los que pasan los alimentos. Los órganos accesorios agregan secreciones y enzimas que descomponen los alimentos en nutrientes. Los órganos accesorios incluyen las glándulas salivales, el hígado, el páncreas y la vesícula biliar. Las secreciones del hígado, páncreas y vesícula biliar están reguladas por hormonas en respuesta al consumo de alimentos.
El hígado es el órgano interno más grande en humanos y juega un papel importante en la digestión de las grasas y la desintoxicación de la sangre. El hígado produce bilis, un jugo digestivo que se requiere para la descomposición de las grasas en el duodeno. El hígado también procesa las vitaminas y ácidos grasos absorbidos y sintetiza muchas proteínas plasmáticas. La vesícula biliar es un órgano pequeño que ayuda al hígado almacenando bilis y concentrando sales biliares.
El páncreas secreta bicarbonato que neutraliza el quimo ácido y una variedad de enzimas para la digestión de proteínas y carbohidratos.
Nutrición
La dieta humana debe estar bien equilibrada para proporcionar los nutrientes necesarios para la función corporal y los minerales y vitaminas necesarios para mantener la estructura y regulación necesarias para una buena salud y capacidad reproductiva. Las moléculas orgánicas requeridas para construir el material celular y los tejidos deben provenir de los alimentos.
Durante la digestión, los carbohidratos digeribles se descomponen en última instancia en glucosa y se utilizan para proporcionar energía a las células del cuerpo y el cerebro. Los carbohidratos complejos se pueden descomponer en glucosa a través de la modificación bioquímica; sin embargo, los humanos no producen la enzima necesaria para digerir la fibra. Las bacterias intestinales en el intestino humano son capaces de extraer algo de nutrición de estas fibras vegetales. Estas fibras vegetales se conocen como fibra dietética y son un componente importante de la dieta. El exceso de azúcares en el cuerpo se convierte en glucógeno y se almacena para su posterior uso en el tejido hepático y muscular. Las reservas de glucógeno se utilizan para alimentar esfuerzos prolongados, como correr a larga distancia, y para proporcionar energía durante la escasez de alimentos. Las grasas se almacenan bajo la piel de los mamíferos para aislamiento y reservas de energía.
Las proteínas en los alimentos se descomponen durante la digestión y los aminoácidos resultantes se absorben. Todas las proteínas del cuerpo deben estar formadas a partir de estos constituyentes de aminoácidos; no se obtienen proteínas directamente de los alimentos.
Las grasas agregan sabor a los alimentos y promueven una sensación de saciedad o plenitud. Los alimentos grasos también son fuentes importantes de energía, y los ácidos grasos son necesarios para la construcción de membranas lipídicas. También se requieren grasas en la dieta para ayudar a la absorción de vitaminas liposolubles y la producción de hormonas liposolubles.
Si bien el cuerpo animal puede sintetizar muchas de las moléculas requeridas para la función a partir de precursores, existen algunos nutrientes que deben obtenerse de los alimentos. Estos nutrientes se denominan nutrientes esenciales, es decir, deben comerse, porque el cuerpo no puede producirlos.
Metabolismo - Una visión general
El metabolismo es el proceso de hacer que la energía esté disponible para su uso. Si tu metabolismo es alto, estás descomponiendo el combustible almacenado a una tasa alta; estás quemando más calorías. Tenga en cuenta que las diferentes formas de energía almacenada se encuentran en diferentes lugares del cuerpo y el flujo de energía dentro y fuera del almacenamiento está bajo el control de las hormonas. ¿Qué hormonas están involucradas directamente en este proceso? El glucógeno es la forma en la que los carbohidratos se almacenan en las células del hígado y los músculos. Los carbohidratos ingeridos, en forma de glucosa, se convierten en glucógeno por la insulina y luego se almacenan. La insulina promueve el almacenamiento de glucosa como glucógeno y permite que las células del cuerpo utilicen glucosa. Es decir, las células del cuerpo no tienen acceso a la glucosa si la insulina no está presente. Si bien la insulina promueve el almacenamiento y el uso de la glucosa, el glucagón (una hormona creada en el páncreas) promueve la conversión de los combustibles almacenados a una forma que pueda usarse fácilmente. Es decir, si la glucosa se ha ido, el glucagón pone más combustible disponible.
Regulación de los niveles de glucosa en sangre por insulina y glucagón (SG)
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.
Las células del cuerpo requieren nutrientes para funcionar, y estos nutrientes se obtienen a través de la alimentación. El exceso de ingesta se convierte en tiendas y se retira cuando es necesario. Las hormonas moderan nuestras 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 aumentar la tasa de captación y uso de glucosa por las células. La insulina también estimula al hígado para convertir la glucosa en glucógeno, que luego es almacenada por las células para su uso posterior. Algunas células, incluidas las de los riñones y el cerebro, pueden acceder a la glucosa sin el uso de insulina. La insulina también estimula la conversión de glucosa en grasa en los adipocitos y la síntesis de proteínas. Estas acciones mediadas por la insulina hacen que las concentraciones de glucosa en sangre caigan, llamado efecto hipoglucémico “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 insulínica puede conducir a una afección llamada diabetes mellitus, cuyos síntomas principales se ilustran en la Figura\(\PageIndex{4}\). Esto puede ser causado 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, 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 en las células, lo que a menudo conduce a debilidad muscular, y a veces puede causar inconsciencia o la muerte si no se trata.
Cuando los niveles de glucosa en sangre disminuyen por debajo de los niveles normales, por ejemplo entre comidas o cuando la glucosa se utiliza rápidamente durante el ejercicio, la hormona glucagón se libera de las células alfa 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 glucagón también estimula las células adiposas (grasas) para liberar ácidos grasos en la sangre. Estas acciones mediadas por el glucagón dan como resultado un aumento de los niveles de glucosa en sangre a niveles homeostáticos normales. 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, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{5}\).
Tiendas de energía a largo plazo
La “grasa” está compuesta por triglicéridos, glicerol y ácidos grasos. El tejido graso o adiposo se encuentra debajo de la piel y en diversas áreas alrededor de la cavidad abdominal. Las células de este tejido son capaces de absorber nutrientes de la sangre y son bastante versátiles, cambiando drásticamente de tamaño a medida que cambian los niveles de triglicéridos almacenados. Una vez que se agota la reserva de carbohidratos a corto plazo, los triglicéridos comienzan a convertirse a una forma que las células pueden usar y se liberan. Los ácidos grasos libres pueden ser utilizados como energía por todas las células, excepto las del sistema nervioso central. ¿De dónde obtiene energía el cerebro en este caso? Mientras que las células del cuerpo están utilizando ácidos grasos libres, el hígado está tomando el glicerol y convirtiéndolo en glucosa. Como se discutió anteriormente, cuando la glucosa se va, obtenemos la liberación y acción del glucagón, una hormona que convierte los combustibles almacenados en aquellos que se pueden usar fácilmente, como la glucosa.
¿Qué sucede cuando el glucagón es alto y la insulina baja, cuando se ponen a disposición los combustibles almacenados? Los ácidos grasos libres disponibles (previamente almacenados en el tejido adiposo) se convierten en cetonas que pueden ser utilizadas por los músculos. La descomposición de la grasa para obtener energía da como resultado un alto nivel de cetonas, fenómeno que también puede ocurrir cuando uno se está muriendo de hambre. Normalmente, las cetonas se excretan en la orina. Cuando el cuerpo no es capaz de procesar el exceso de cetonas, se produce la cetoacidosis. La cetoacidosis literalmente conduce a un aumento en la acidez del cuerpo que crea una gran cantidad de problemas, incluso la muerte. La deshidratación ocurre a medida que el cuerpo trata de adaptarse. Lo que tienes es también el movimiento del agua fuera de las células -lo cual tendrá más sentido una vez que cubramos la sed.
Las tres fases de la digestión
Cuando miramos el proceso de digestión, podemos reconocer tres fases diferentes. Cada uno tiene su propio perfil hormonal único.
- Cefálico - Durante la fase cefálica o “cabeza”, el cuerpo se prepara para comer. La expectativa de los alimentos, la anticipación de los alimentos, conduce a la liberación de insulina. Si el olor o la vista de los alimentos lleva a una punzada de hambre, esto podría ser una consecuencia de que la insulina haga que se use o almacene cualquier glucosa disponible. Esta fase termina cuando esos nutrientes ingeridos son absorbidos en el torrente sanguíneo. Por lo que la fase cefálica comienza cuando el cuerpo se prepara para la ingestión de alimentos y termina cuando ese alimento ingerido impacta los niveles de combustible en el torrente sanguíneo.
- Absorción - Durante la fase de absorción, la insulina promueve activamente el uso -y almacenamiento- de los combustibles ingeridos. Esta fase termina cuando se ha utilizado la energía no almacenada de la comida.
- Fase de ayuno - Cuando el combustible de la comida se va, los niveles de glucagón suben y las reservas de energía se convierten en combustibles utilizables.
Cuando no hay combustible disponible en la sangre, cuando los niveles de glucosa bajan, la energía debe ser movilizada (eliminada) de las reservas de energía. ¿Qué parte del sistema nervioso pone a disposición la energía? El sistema nervioso simpático, componente de lucha o huida de la rama autonómica del sistema nervioso periférico, provoca la secreción de glucagón cuando hay falta de combustible en la sangre.
Resumen
El proceso de digestión comienza en la boca donde los alimentos comienzan a descomponerse tanto química como físicamente en los lípidos, aminoácidos y glucosa que son utilizados por el cuerpo. La digestión comienza en la boca y termina cuando los combustibles son absorbidos en el torrente sanguíneo. La digestión consta de tres fases: cefálica, absorbente y ayuno.
El metabolismo, un proceso controlado por las hormonas insulina y glucagón, hace que la energía esté disponible para su uso. La insulina es producida por el páncreas en respuesta al aumento de los niveles de glucosa en sangre y permite que las células utilicen la glucosa en sangre disponible y almacenen el exceso de glucosa como glucógeno para su uso posterior. La diabetes mellitus es causada por la reducción de la actividad de la insulina y causa altos niveles de glucosa en sangre, o hiperglucemia. El glucagón es liberado por el páncreas en respuesta a los bajos niveles de glucosa en sangre y estimula la descomposición del glucógeno en glucosa, que puede ser utilizada por el cuerpo.
Atribuciones (listadas en orden de aparición)
“El Sistema Digestivo Humano” y “Nutrición” adaptadas de Samantha Fowler, S., Roush, R. & Wise, J, (2013). 16.2 Sistema Digestivo - Conceptos de Biología. OpenStax. Recuperado el 24 de abril de 2022, de https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/16-2-digestive-system (CC BY)
“Hambre, saciedad y cerebro” adaptado de Bhatia, S. & Loewenstein, G. (2022). Conducir estados. En R. Biswas-Diener & E. Diener (Eds), serie de libros de texto Noba: Psicología. Champaign, IL: Editores DEF. Recuperado de http://noba.to/pjwkbt5h (CC BY-NC-SA)
“Regulación de los Niveles de Glucosa en Sangre por Insulina y Glucagón” adaptado de Rye, C., Wise, R., Jurukovski, V., DeSaIX, J., Choi, J., & Avissar, Y. (2016, 21 de octubre). 37.3 Regulación de Procesos Corporales - Biología. OpenStax. Recuperado el 6 de febrero de 2022, de https://openstax.org/books/biology/p...body-processes (CC BY)