Regulación de la glucemia

Páncreas endócrino

El páncreas está formado por 2 tipos de células con funciones diferentes: las células que producen las secreciones exocrinas, que son secretadas al duodeno e intervienen en la digestión (constituyen el llamado páncreas exocrino) y las células que producen las secreciones endocrinas y que constituyen unos islotes celulares o islotes de Langerhans (constituyen el llamado páncreas endocrino).

El páncreas humano tiene alrededor de 1 millón de islotes de Langerhans que están organizados alrededor de capilares por lo que están muy vascularizados y además están inervados por fibras simpáticas y parasimpáticas del sistema nervioso autonómico. En estos islotes se encuentran 3 tipos de células: las células alfa que secretan glucagón, las células beta que secretan insulina y las células delta que secretan somatostatina. Las estrechas relaciones entre los distintos tipos de células de los islotes permiten la regulación directa de la secreción de algunas de las hormonas por las demás. Así, la insulina inhibe la secreción de glucagón y la somatostatina inhibe la secreción de insulina y de glucagón.

Insulina. Efectos metabólicos

La insulina es un polipéptido de 51 aminoácidos. Las células beta de los islotes de Langerhans contienen gránulos rellenos de insulina que se funden con la membrana celular y expulsan su contenido a la sangre. La insulina se vierte en la sangre de la vena porta, de modo que la sangre que llega al hígado por esta vía, la transporta en concentración elevada. Es, por tanto, en el hígado donde ejerce su principal influencia sobre el metabolismo de los hidratos de carbono aunque también en el músculo y el tejido adiposo. La insulina se une a receptores glucoproteicos de la superficie celular de las células diana, dando lugar a la inserción de transportadores de glucosa preformados con lo que aumenta la captación de glucosa por las células diana.

Gran parte de la insulina circulante está unida a una β-globulina pero la vida media de la insulina en el plasma es muy breve, unos 5 minutos, porque enseguida es captada por los tejidos, en especial el hígado, los riñones, el músculo y el tejido adiposo. Una cantidad insignificante de la insulina circulante se elimina por la orina.

• Efectos sobre proteínas. La insulina causa transporte activo de aminoácidos al interior de las células así como incremento de la síntesis de proteínas y disminución del catabolismo proteico, favoreciendo el almacenamiento de proteínas en las células. La insulina y la hormona del crecimiento actúan de modo sinérgico para promover el crecimiento.
• Efectos sobre los lípidos. La insulina aumenta la lipogénesis con conversión de glucosa o de otros nutrientes en ácidos grasos y aumento de los depósitos de triglicéridos en el tejido adiposo. Asimismo disminuye la lipolisis.
• Efectos sobre los hidratos de carbono. La insulina se secreta en respuesta a un nivel elevado de glicemia y produce un efecto hipoglicemiante (disminuye los niveles de glucosa en plasma) lo que se debe a que facilita la entrada de glucosa en las células que poseen receptores para la insulina. Además acelera la conversión de glucosa en glucógeno (glucogénesis) con aumento de los depósitos de glucógeno en las células y disminuye la glucógenolisis y la gluconeogénesis.

Insulina: secreción y regulación

El principal elemento regulador en la secreción de insulina son los niveles de glucosa en plasma (glucemia). La glucosa actúa directamente sobre las células beta de los islotes pancreáticos estimulando la secreción de insulina. Durante el ayuno, cuando la glucosa en plasma es relativamente baja (alrededor de 3-4 mmol por litro) la insulina apenas es detectable en sangre. Después de una comida normal, la secreción de insulina aumenta a medida que aumenta la glucosa en plasma, alcanzándose unos niveles máximos entre 30 y 60 minutos después del inicio de la comida, llegando a aumentar entre 3 a 10 veces su nivel basal. El sistema nervioso autonómico también interviene en la regulación de la secreción de insulina a través de su inervación de las células beta pancreáticas. El principal efecto de la estimulación simpática y de las catecolaminas circulantes es una disminución de la liberación de insulina mientras que la estimulación parasimpática tiene el efecto opuesto, aumenta la secreción de insulina.

Otras hormonas como la GH y el cortisol, al provocar una hiperglucemia, indirectamente dan lugar a un aumento de la secreción de insulina

Las vesículas secretoras de las células beta del páncreas contienen además de insulina otros péptidos como el péptido C del que no se conoce su actividad biológica. Todos ellos son liberados a la vez cuando se estimula la liberación de insulina al plasma. El péptido C se secreta en una proporción molar de 1:1 con la insulina y es un marcador útil de la cantidad de insulina secretada. Más del 60% de la insulina secretada es recogida por el hígado, al pasar a su través y, por tanto, no llega a la sangre circulante. En cambio, el péptido C no es recogido por el hígado sino que en su totalidad, pasa a la sangre circulante. Por tanto, el medir los niveles de insulina en la sangre circulante no cuantifica la cantidad de insulina secretada, en cambio el medir los niveles de péptido C, sí. Como el péptido C es excretado en la orina, la medida de sus niveles en orina de 24 horas refleja la cantidad de insulina secretada durante ese tiempo. Así que el medir los niveles de péptido C en orina de 24 horas puede ser utilizado para comprobar la capacidad secretora de insulina que tiene un paciente.

La cantidad de insulina disponible en un momento dado depende del equilibrio entre su secreción y su inactivación. La insulina tiene un período de vida media en el plasma de unos 6 minutos.

Glucagón. Efectos metabólicos

El glucagón es un polipéptido de 29 aminoácidos sintetizado y liberado por las células alfa de los islotes de Langerhans del páncreas y, al contrario que la insulina, eleva el nivel de glucosa en sangre. Es decir, es una hormona hiperglucemiante.

Igual que la insulina, su período de vida media en el plasma es de unos 6 minutos.

Su principal tejido diana es el hígado.

• Efectos sobre las proteínas. El glucagón aumenta la captación hepática de algunos aminoácidos y la gluconeogénesis o síntesis de nueva glucosa a partir de los aminoácidos, lo que contribuye a aumentar los niveles de glucosa en plasma.
• Efectos sobre las grasas. Aumenta la lipolisis, movilizando los ácidos grasos y el glicerol a partir del tejido adiposo lo que aporta sustratos metabólicos y permite que se ahorre glucosa para poder ser utilizada por el cerebro. El glicerol puede actuar como un precursor de la glucosa en la gluconeogénesis hepática.
• Efectos sobre los hidratos de carbono. El glucagón aumenta la glucógenolisis hepática e inhibe la síntesis de glucógeno con lo que más cantidad de glucosa pasa al plasma.

Glucagón. Secreción. Regulación

El principal estímulo para la liberación de glucagón son los niveles bajos de glucosa en plasma o hipoglucemia. La disminución de la glicemia estimula la secreción de glucagón y el aumento de la glicemia la inhibe. De modo que la insulina y el glucagón actúan en sentido contrario. Sin embargo, en la mayor parte de los estados normales, el mecanismo de retroalimentación de la insulina es mucho más importante que el del glucagón. De hecho, la insulina inhibe directamente la secreción de glucagón. Pero cuando disminuye la ingestión de glucosa por ayuno o se utiliza en exceso durante el ejercicio o en situaciones de estrés, entonces disminuye la glucemia lo suficiente como para estimular la secreción de glucagón.

La secreción de glucagón también es estimulada por algunos aminoácidos (en especial, la arginina y la alanina) y por los estímulos simpático y parasimpático.

La somatostatina inhibe la liberación de glucagón.

Glucemia. Regulación

La función principal del páncreas endocrino es regular la glucemia o los niveles de glucosa en plasma. En una persona normal la glucemia está controlada dentro de límites muy estrechos entre 70 y 140 mg/ 100 ml de sangre (4-8 mmol por litro). Las hormonas pancreáticas contribuyen a la regulación de la glucosa que tiene lugar minuto a minuto.

La insulina es la única hormona capaz de disminuir los niveles de glucosa en plasma y el glucagón es la hormona hiperglucemiante más importante. Los sistemas de regulación de la glucemia actúan rápidamente después de una comida y devuelven su valor a cifras normales, por lo general a las 2 horas después de la última absorción de carbohidratos.

El hígado funciona como un importante sistema amortiguador de la glucemia. Al elevarse la glucemia y, consiguientemente la insulina, después de una comida, hasta 2/3 partes de la glucosa absorbida en el tubo digestivo se almacena en el hígado en forma de glucógeno. En las horas siguientes, cuando disminuye la glucemia y la secreción de insulina, el hígado libera nuevamente la glucosa a la circulación. Es decir, que el hígado retira la glucosa de la sangre cuando está presente en exceso después de una comida y la devuelve a la sangre cuando es necesaria entre comidas. Es importante que el páncreas no secrete demasiada insulina durante el período interdigestivo porque entonces la glucosa sería captada por otros tejidos dejando al sistema nervioso central sin su aporte nutritivo. Otros tejidos como los riñones, el músculo esquelético y la piel almacenan cantidades más pequeñas de glucosa en forma de glucógeno. Todas las células que almacenan glucógeno son capaces de utilizarlo para su propio metabolismo pero las células del hígado y del riñón pueden, además, liberar glucosa a la circulación para que esté disponible para otras células. Los riñones constituyen una fuente de glucosa plasmática solo en caso de ayuno, de modo que en la mayor parte de situaciones el hígado constituye la principal fuente de glucosa y desempeña un papel decisivo en el suministro de glucosa al sistema nervioso central. Cuando los depósitos de glucógeno son suficientes, cualquier exceso de glucosa en plasma se convierte en ácidos grasos y se almacena en el tejido adiposo en forma de triglicéridos.

Otras hormonas también contribuyen a mantener estable el nivel de glucosa en plasma como el cortisol, la hormona del crecimiento, las hormonas tiroideas y las catecolaminas, pero la acción de estas hormonas es más a largo plazo, no tan rápida como la de las hormonas pancreáticas. Actúan cuando hay alguna situación de estrés en que es fundamental mantener estable la glucemia.

Es vital para el organismo conservar constante el nivel de glucemia. Se puede preguntar la causa de esta importancia, sobre todo cuando la mayor parte de los tejidos puede utilizar grasas y proteínas para obtener energía en ausencia de glucosa. La respuesta es que la glucosa es el único nutriente que puede ser utilizado por ciertos tejidos como el sistema nervioso central, la retina y el epitelio germinal en cantidades suficientes para proporcionarles la energía que necesitan. El sistema nervioso central requiere unos 110 gramos de glucosa cada día, de modo que más de la mitad de toda la glucosa formada por gluconeogénesis durante el período interdigestivo se emplea para sus necesidades metabólicas. El sistema nervioso central es diferente a los otros tejidos en que puede captar glucosa sin intervención de la insulina aunque algunas zonas del cerebro, como el hipotálamo son sensibles a la insulina y es posible que esta hormona intervenga en el control del apetito.