Señales Intracelulares en el Metabolismo de la Glucosa y Lípidos Del Tejido Muscular. Parte III

AMPK y los cambios metabólicos después del ejercicio.

En los párrafos anteriores hemos visto que AMPK juega un rol importante en una serie de mecanismos relacionados con el metabolismo muscular. Después del ejercicio junto con la disminución de los niveles de Malonyl CoA, un inhibidor de carnitina palmitil tranferasa1 (CPT1), AMPK posee un rol importante en el metabolismo de las grasas. La acción descrita hasta la fecha es que AMPK modula dicho metabolismo mediante la inhibición o activación de las enzimas precusoras de MCoA, que son MCD, malonyl CoA decarboxilasa y ACC, acetil CoA carboxilasa respectivamente.

Ya en 1998 apareció una revisión en que se mencionaba a McoA como un regulador muy potente de la oxidación de ácidos grasos durante el ejercicio y MCoA a su vez estaba regulada por AMPK.En su parte final de dicha revisión se dejaba constancia que  1) el aumento de AMP originado por el trabajo muscular, activa AMPK, 2) La fosforilación de AMPK, activa a ACC, 3) como consecuencia disminuyen los niveles de MCoA y por lo tanto el efecto inhibidor sobre carnitina lo que 5) aumenta la oxidación de ácidos grasos.

Tanto AMPK y MCD están aumentada y ACC  esta disminuida  en músculo, hígado y tejido adiposo después de 30 minutos de ejercicio. Todo este mecanismo también ha sido corroborado mediante la aplicación de fármacos que inciden sobre AMPK lo que indica el rol de esta proteína en la regulación de los depósitos energéticos post esfuerzo. Esto implica una gran importancia en los fenómenos que guardan relación con la disminución de la adiposidad y en el aumento de la insulino sensibilidad.

Como se puede deducir, MCoA es un factor regulador potente de la oxidación de los ácidos grasos. Este inhibidor de CPT1 disminuye significativamente durante el ejercicio debido a la fosforilación de ACC y esta reacción esta catalizada por AMPK, que es la enzima sensible a los cambios de los contenidos de sustratos energéticos en los tejidos y especialmente en el muscular.

Posterior al ejercicio de mediana a alta intensidad, los niveles de AMPK en el músculo esquelético, siguen elevados por un tiempo de mas de 60 minutos,  lo que permite la resintesis de ATP mediante la oxidación de ácidos grasos con el objeto principal de restaurar los depósitos energéticos de glicógeno lo mas rápido posible.(29)

En el hígado también después del  ejercicio en dosis especificas, se ha observado un incremento de AMPK, fenómeno que no ha sido posible observar en otras situaciones, lo mismo ha sido observado, con la actividad de AMPK en el tejido adiposo. Por otro lado, glicerolfosato-aciltransferasa (GPAT) que es estimulada por AMPK provocando una inhibición en la esterificacion de ácidos grasos, también es reducida en hígado y tejido adiposo pero no en musculo. Este fenómeno esta finamente modulado por las sub unidades alfa 1 y 2 de AMPK, siendo esta ultima mucho mas activada en el musculo que en el hígado o tejido adiposo. Todo este mecanismo, una vez mas esta programado para favorecer la oxidación de ácidos grasos en el musculo y disminuir la esterificacion de estos en el hígado y tejido adiposo.

Es interesante que estos fenómenos también han sido reproducidos con un fármaco especifico para AMPK, llamado por sus sigla AICAR, lo que permite corroborar el rol de AMPK en esta regulación (30).

Hasta el momento esta claro que AMPK es un sensor de los depósitos energéticos y que su actividad se normaliza una vez que estos depósitos han recuperado sus niveles normales, por lo que si bien existe un fármaco que pueda activar AMPK, la magnitud del efecto del fármaco va estar en relación al nivel de vaciamiento que hayan experimentado los depósitos energéticos. Esta deducción deja en claro los efectos benéficos del ejercicio en la metabolización de los ácidos grasos producto de la estimulación de AMPK proveniente básicamente de la depleción de los depósitos energéticos, principalmente los de origen glucogénico.

Una evidencia de esto quedo demostrada al observar un incremento de AMPK en ejercicio muy prolongado y también en ejercicios breves pero de alta intensidad, donde se tocan los depósitos de glicógeno de manera importante.(31)

Otro rol, de los varios que se están descubriendo de AMPK, es la de sensibilizar algunos mecanismos relacionados con la incorporación de glucosa al interior de la célula los cuales han sido dependientes e independientes de insulina, ya que los cambios producidos por el ejercicio, activan AMPK la cual por vía propia al parecer contribuye a la translocación y transporte de los GLUT4. La relación de AMPK también se ha observado con la estimulación de glucosa-6-fosfato un activador de la glicogeno­sintetasa, lo que hasta hoy aun permanece en discusión, pero si hay consenso en que la activación de AMPK sensibiliza a la célula a la insulina mediante los mecanismos descritos probablemente y esta sensibilización, he aquí lo importante, permanece por varias horas después del ejercicio. (32)

En definitiva estamos frente a una proteína que cumple un rol básico en la regulación del metabolismo energético, provocando cambios en el hígado y tejido adiposo y también en el músculo, ya sea incrementando la oxidación de ácidos grasos en el hígado y otros tejidos y también estimulando la producción de glucosa hepática o gluconeogenesis después del ejercicio  contribuyendo a la recuperación del desequilibrio o a la homeostasis post esfuerzo.

Finalmente se ha podido observar que AMPK también es sensible a catecolaminas, leptina y adiponectina, los cuales poseen relación directa entre otras, con mecanismos de regulación del balance energético y en el caso de catecolaminas en la estimulación de la lipólisis.

Las expectativas de encontrar respuesta y solución a múltiples alteraciones  metabólicas, podría estar en la forma o manera de activar AMPK, ya sea ejercicio u otro elemento estimulador, ya que en casos de insulino resistencia, lipotoxicidad, obesidad, son situaciones que están asociadas a un incremento en los depósitos de triglicéridos intramiocelulares.

interacción y regulación de grasas y CH durante el ejercicio.

Sabemos que hidratos de carbono (HC) y ácidos grasos (FFA) son los substratos que intervienen en mas del 95% de la producción de energía aeróbica, por lo que ambos substratos deben ser finamente regulados para proveer los requerimientos energéticos. Uno de los mecanismos que permite la mayor o menor contribución de uno u otro substrato al metabolismo energético, va a depender de la disponibilidad de estos en el plasma. Si los HC endógenos están elevados, van a desplazar la utilización de FFA y también ocurre lo inverso (!).

De esta simple situación emergen complejos mecanismos de regulación que abarcan desde los niveles hormonales hasta las enzimas responsables de la degradación y oxidación de cada uno de estos substratos. Para la glucosa, se movilizan desde los GLUT4 para el consumo de glucosa plasmática seguida por una fosforilación  de hexokinasa estimulando la glicogenolisis y luego la glicólisis mediante la activación de fosfofructokinasa así se llega a la conversión de Acetyl CoA mediante el aporte de la actividad de la piruvato deshidrogenasa.  Esta actividad relacionada con el metabolismo de la glucosa puede inhibir el metabolismo de las grasas.

Por otro  lado, hablando del metabolismo de las grasas, hay un activación de los transportadores de estas al interior de la célula muscular (translocasa CD36) que mediante la lipasa hormono sensible permite la conversión de estas en triglicéridos y así poder entrar a la mitocondria mediado por el transportados carnitil palmitol transferasa.(33)

Desde esta información básica veremos algunos de los mecanismos finos que permiten la regulación e interacción metabólica de FFA e HC durante el ejercicio.

Uno de los fenómenos descrito en la regulación del metabolismo de estos substratos esta en el hecho de que una vez que existe un exceso de glicógeno oxidado, producto de una oferta mayor y su gasto excesivo puede traer un desbalance en la glicemia, esta descrito que una parte del citrato producido en la mitocondria, tiene la capacidad de ocupar el compartimiento extramitocondrial y su presencia en el citoplasma, inhibe a fosfofructokinasa deteniéndose de esta forma la glicólisis. Por otro lado la producción de acetil-CoA también posee un efecto ya que inhibe la enzima mitocondrial, piruvato deshidrogenasa. De esta forma se inhibe la utilización de glucosa y glicógeno.

Cuando sucede lo contrario, es decir, una gran oferta de grasas, los fenómenos de inhibición del consumo de HC son mas complejos y los protocolos experimentales son múltiples y variados.

La variedad en los datos obtenidos se debe principalmente a que el glicógeno aporta en ambos tipos de metabolismo, aeróbico y aeróbico mientras que las grasas solo lo hacen en lo aeróbico.

Por otro lado el exceso de ingesta de grasas puede jugar un rol en el desequilibrio del consumo de estos substratos, favoreciendo el gasto de grasas en ejercicio moderado, pero también cambia considerablemente la acumulación de triglicéridos intracelulares los que juegan un rol importante en el aporte energético en ejercicio de mayor intensidad. En este proceso se ha podido constatar además que el consumo de glicógeno disminuye pero el de glucosa no. Esto es en situaciones de ejercicio agudo y de ingesta aguda, ya que la ingesta crónica, por mas de 7 días, la acumulación de grasas intramiocelulares entorpece la cascada de señales de insulina lo que en reposo disminuye la incorporación de glucosa al musculo, mientras que en el ejercicio este efecto no se produce debido a que los mecanismos de transporte de glucosa, que se producen durante el ejercicio son independientes de insulina.

también los niveles de AMP, ADP y NADH, producidos por el metabolismo de las grasas durante el  ejercicio también podrían jugar un rol en la regulación de los substratos utilizados durante el ejercicio (34).

Debemos tener en cuenta que este shifft o cambio que experimenta el musculo en relación a la utilización mayor o menor de uno u otro substrato y que es en parte dependiente de la disponibilidad en el plasma, pierde validez cuando el ejercicio es intenso.

A estos estudios no olvidemos agregar los entregados por la biología molecular en relación a la acción de AMPK sobre la producción de M CoA el cual también es inhibidor de la utilización de grasas dejando la preferencia a los HC. Estos también en su actividad metabólica son acompañados por un descenso del pH lo que se ha visto que también es un inhibidor de CPT1. Por lo que estamos frente a un primer proceso llevado a cabo por MCoA y reforzado por el descenso del pH como elementos inhibidores del consumo de grasas o estimuladores o favorecedores del consumo de HC. Este tema ha sido abordado ampliamente mas arriba.

Me parece oportuno hacer un paréntesis y señalar que nuestras características de gasto metabólico “moderno” están basadas en poseer un cuociente respiratorio en reposo mayor que el normal o deseado indicando nuestra habilidad de metabolizar cada vez mas HC tanto en reposo como en ejercicio moderado. Con los conocimientos otorgados por la literatura, lo ideal seria poder volver a recuperar esa capacidad de metabolizar en reposo y en nuestra actividad física habitual u ordinaria la posibilidad metabolizar un mayor porcentaje de grasas ante una misma intensidad de ejercicio, lo cual es posible provocando un switch metabólico de los HC a los lípidos.

Este mecanismo se efectúa fácilmente sometiendo al tejido muscular a una actividad que permita un aumento de la biogénesis mitocondrial y/o en su defecto un aumento de la actividad enzimática mitocondrial.

Uno de los protocolos mas respetables es cuando en situaciones experimentales se comparan las dos piernas de un mismo sujeto. Ambas piernas comen lo mismo, duermen lo mismo y viven sus hábitos idénticamente durante las 24 hrs., pero una es sometida a ejercicio. La pierna experimental comparada con la control, reportan los datos mas convincentes en la literatura científica.

Cuando una pierna fue sometida a un vaciamiento importante de los depósitos de glicógeno, esta pierna acumulo un 60% mas de glicerol en su interior que la pierna control o no ejercitada. Esto demuestra que los niveles de depleción de los depósitos energéticos, permiten orientar, como mecanismo de defensa, los depósitos hacia uno u otro musculo.(35) Indudablemente que esta situación va a predisponer al musculo en cuestión a una utilización de substratos diferente ante una misma dosis de ejercicio.

No son pocos los estudios utilizando esta misma vía experimental con los depósitos de glicógeno y creatina o sobre los efectos de GLUT4 y AMPK.

Con todos estos datos entregados en la presente revisión, creo que podemos establecer ciertas directrices que nos permitirán una mejor comprensión  de los efectos del ejercicio sobre la salud. Entendiendo por sobre manera que la masa muscular en el ser humano juega un tremendo rol en la utilización de los substratos que diariamente ingerimos y que difícilmente estamos gastando, por tal motivo me permito terminar esta revisión diciendo una vez mas:

Estamos frente a un problema de sarcopenia y de lipo-glicotoxicidad y nuestras enfermedades crónicas modernas ya no son propias de los adultos sino que también de los niños y básicamente porque estos se están moviendo como adultos. Estamos genéticamente mal adaptados al medio ambiente que hemos construido; por millones de anos el ser humano debía efectuar mucho esfuerzo para conseguir su alimento y la maquinaria bio-energética aun esta preparada PARA ESE ESTILO DE VIDA y si se mantiene sana sirve como elemento protector de nuestra salud y todo en que medida  la utilicemos.

UN ESQUEMA GRAFICO DE CÓMO NUESTROS DOS MALES PRINCIPALES SE POTENCIAN ENTRE SI.

(SAAVEDRA,C. UKK Institut, Tampere, Finlandia, 2005)

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