IL CICLO NUTRIZIONE / DIGIUNO

Università di Pisa - Dott.ssa A.R.M. Sabbatini

ASPETTI GENERALIFASE DI ASSORBIMENTO• 2-4 ore successive all’assunzione di un pasto.• E’ caratterizzata da un transitorio della concentrazione ematica di

glucosio, amminoacidi e trigliceridi.

Il pancreas risponde con: della secrezione di INSULINA della secrezione di GLUCAGONE• L’elevato rapporto INSULINA/ GLUCAGONE e la disponibilità di substrati

porta ad un della sintesi di trigliceridi, glicogeno e proteine.

• Durante questa fase praticamente tutti i tessuti utilizzano il glucosio come fonte di energia.

Variazione delle attività enzimatiche nella condizione di apporto di nutrienti

• Il flusso di intermedi lungo le vie metaboliche è controllato da 4 meccanismi:

• 1) disponibilità di substrati• 2) attivazione o inibizione allosterica di enzimi• 3) modificazioni covalenti di enzimi (p.es. fosforilazione o

defosforilazione)• 4) induzione o repressione della sintesi di enzimi

(p.es. l’ di insulina produce un della sintesi di enzimi chiave del metabolismo anabolico).

• Nelle condizioni di apporto alimentare, tali meccanismi garantiscono che i nutrienti disponibili siano trattenuti sotto forma di glicogeno, trigliceridi e proteine.

FEGATO• Occupa una posizione strategica per l’elaborazione e la distribuzione dei

nutrienti di provenienza alimentare.• Ha infatti il ruolo di attenuare le fluttuazioni dei nutrienti a disposizione dei

tessuti periferici.

************• Il sangue che il fegato riceve dopo un pasto (v. porta) è ricco di nutrienti e

contiene un elevato livello di insulina.• Durante il periodo dell’assorbimento intestinale, il fegato assume carboidrati,

lipidi e gran parte degli amminoacidi * • Questi nutrienti saranno poi:

(a) metabolizzati e conservati

oppure

b) instradati verso altri tessuti.• *gli AA a catena ramificata, leucina, isoleucina e valina, sfuggono al metabolismo epatico

FEGATO: metabolismo dei carboidrati• Normalmente il fegato produce glucosio piuttosto che consumarlo.• Dopo un pasto contenente carboidrati, il fegato trattiene

60% degli zuccheri presenti nel sangue portale e li utilizza per le sue attività.

• Il metabolismo epatico del glucosio attraverso diversi meccanismi: (1) fosforilazione del glucosio (glucochinasi)(2) sintesi del glicogeno (attivazione della glicogenosintasi)(3) attività della via dei pentosi(4) glicolisi (la conversione del glucosio in acetil CoA è stimolata dal rapporto elevato Insulina/Glucagone; L’Acetil CoA è utilizzato nella sintesi degli Ac. Grassi o per generare energia nel Ciclo di Krebs)(5) gluconeogenesi (scarsa attività della piruvato carbossilasi e inibizione di altri enzimi della via)

Fegato: metabolismo dei grassi sintesi degli Ac. Grassi• Il fegato è il tessuto principale nel quale avviene la sintesi ex novo

degli acidi grassi. • La sintesi degli Ac. Grassi è favorita dalla disponibilità di substrati

(acetil CoA e NADPH) derivanti dal metabolismo del glucosio.

sintesi dei Trigliceridi• E’ favorita dalla disponibilità di acetil CoA (proveniente sia dalla sua

sintesi ex novo sia dall’idrolisi dei trigliceridi presenti nei remnants dei chilomicroni).

• Il fegato introduce i trigliceridi nelle VLDL, secrete nel sangue ed utilizzate di tessuti extraepatici (soprattutto t. adiposo e t. muscolare)

Fegato: metabolismo degli Amminoacidi (AA)

della degradazione degli AA(*)• la disponibilità di AA è necessità delle cellule• gli AA eccedenti sono:

(1) liberati nel sangue e usati da altri tessuti (sintesi proteica)

(2) deaminati scheletri carboniosi piruvato, acetil CoA o altri intermedi del ciclo di Krebs ossidazione o sintesi Ac. Grassi

(*) N.B. Gli AA a catena ramificata (leucina, isoleucina e valina) sfuggono al metabolismo epatico e sono assunti dal tessuto muscolare.

della sintesi proteica• sostituzione di proteine degradate nel periodo precedente

TESSUTO ADIPOSO• Dopo il fegato, il tessuto adiposo è secondo per capacità di

distribuire molecole di combustibile.• In un uomo di 70 kg, rappresenta il 20% circa. • Negli individui obesi, può costituire fino al 70% della massa

corporea.

Metabolismo dei carboidrati del trasporto del glucosio (sensibile alla [insulina] nel sangue) della glicolisi (fornisce il glicerolo fosfato per la sintesi dei

trigliceridi) della via dei pentosi (producendo NADH necessario per la sintesi

dei grassi)

TESSUTO ADIPOSOMetabolismo dei grassi

della degradazione dei trigliceridi (inibizione della lipasi ormone- sensibile)

della sintesi dei trigliceridi• L’innalzamento della glicemia e dell’insulinemia favoriscono l’accumulo di

trigliceridi.• Gli Ac. Grassi esogeni (chilomicroni e VLDL) si liberano per azione della

lipoproteina lipasi (legata alle pareti dei capillari sanguigni, spt del t. adiposo e muscolare).

• Il glicerolo 3-P per la sintesi dei trigliceridi proviene dal metabolismo del glucosio poiché gli adipociti non contengono la glicerolo chinasi.

della sintesi degli Ac. Grassi• N.B. La sintesi ex novo a partire dall’Acetil CoA è molto limitata, tranne nei casi

di alimentazione dopo un periodo di digiuno. La maggior parte degli Ac. Grassi deriva dai grassi della dieta (chilomicroni) ed una piccola quantità dalle VLDL.

MUSCOLO SCHELETRICO• Il consumo di O2 a riposo è circa il 30% del consumo corporeo totale ma

può arrivare al 90% durante un esercizio fisico intenso.• Il muscolo scheletrico è pertanto un tessuto ossidativo (benchè abbia la

potenziale capacità di utilizzare per un periodo transitorio la glicolisi anaerobica).

N.B.Il muscolo cardiaco differisce da quello scheletrico per 3 aspetti:(1) è in continua attività mentre i muscoli si contraggono in maniera intermittente(2) ha un metabolismo completamente aerobico(3) contiene riserve energetiche (glicogeno e lipidi) in quantità trascurabile.Le sostanze da cui ricava energia sono il glucosio libero, gli Ac. Grassi ed i corpi chetonici.Ne consegue che una condizione di ischemia provoca rapidamente la morte dei

cardiomiociti.

MUSCOLO SCHELETRICOMetabolismo dei carboidrati del trasporto del glucosio (sensibile alla [insulina] nel sangue), che verrà

fosforilato e poi metabolizzato. sintesi del glicogeno, soprattutto se le scorte sono state esaurite in precedenza

in seguito ad esercizio fisico.N.B. Il glucosio è il principale combustibile nella fase di apporto di nutrienti!

Metabolismo degli Ac. Grassi

Gli Ac. Grassi si liberano dai chilomicroni e dalle VLDL per azione della lipoproteina lipasi.

N.B. Nel periodo di apporto di nutrienti gli Ac. Grassi sono combustibili di secondaria importanza!

Metabolismo degli Amminoacidi sintesi proteica (sostituzione di proteine catabolizzate nella fase precedente) uptake di AA a catena ramificata (sfuggono al metabolismo epatico), usati come

fonte energetica e per la sintesi proteica.

L’ENCEFALO• L’encefalo consuma il 20% (a riposo) dell’ossigeno utilizzato

dall’organismo, benchè contribuisca solo per il 2% alla massa corporea di un adulto.

• L’encefalo consuma energia a ritmo costante• I substrati, per poter essere utilizzati, devono superare la

“barriera emato-encefalica”• Il glucosio normalmente funge da combustibile primario• I corpi chetonici, in quanto combustibili, svolgono un ruolo

significativo nei periodi di digiuno.

• N.B. Se la glicemia crolla ad un livello 30 mg/100ml (V.N. 70-90 mg/100 ml) la funzionalità cerebrale è compromessa.

ENCEFALOMetabolismo dei Carboidrati• L’encefalo dipende completamente dalla disponibilità del glucosio

ematico in quanto non contiene scorte significative di glicogeno.• Nelle condizioni di apporto di nutrienti, l’encefalo utilizza

esclusivamente il GLUCOSIO come combustibile (ne ossida completamente circa 140 g/die a CO2 ed H2O).

Metabolismo dei Grassi• L’encefalo non contiene scorte significative di trigliceridi• Gli Ac. Grassi presenti nel sangue non attraversano con efficienza

la barriera emato-encefalica.

DIGIUNOCAUSE1) impossibilità di reperire del cibo2) desiderio di perdere peso rapidamente3)impossibilità ad alimentarsi in seguito ad un trauma, ad un intervento chirurgico, ad

una neoplasia ecc.EFFETTI• I livelli plasmatici del Glucosio, degli Amminoacidi e dei Trigliceridi tendono a • La secrezione di INSULINA mentre quella del GLUCAGONE • Il periodo di digiuno è un periodo CATABOLICO, caratterizzato dalla degradazione di

Trigliceridi, Glicogeno e Proteine.• S’ innesca uno scambio di substrati tra FEGATO, Tessuto Adiposo, Tessuto

Muscolare ed Encefalo, sotto la spinta di due priorità: • 1) mantenere costante la glicemia• 2) mobilizzare Ac. Grassi dal Tessuto Adiposo ed attivare la sintesi dei Corpi

Chetonici.

Le scorte energetiche (in un adulto di 70 Kg di peso corporeo)• Costituite soprattutto da trigliceridi (20% circa del peso)• Proteine (8,5% circa del peso).

N.B. Solo 1/3 circa delle proteine corporee può essere utilizzato per la produzione di energia senza compromettere le funzioni vitali poiché ciascuna proteina ha una propria funzione (p.es. enzima, componente strutturale etc.)

• Glicogeno (0,3% circa del peso)I cambiamenti enzimatici nel digiuno

Nel digiuno, il flusso di intermedi lungo le vie del metabolismo intermedio è controllato dagli stessi meccanismi che intervengono nelle condizioni di apporto di nutrienti:

• 1) disponibilità di substrati• 2) attivazione o inibizione allosterica di enzimi• 3) modificazioni covalenti di enzimi (p.es. fosforilazione).

La maggior parte è nello stato fosforilato ed è inattiva.• 4) induzione o repressione della sintesi di enzimi

N.B. Molte modificazioni sono opposte rispetto all’apporto di nutrienti.

IL FEGATO (durante il digiuno)• Il fegato ha un ruolo primario nel metabolismo energetico,

che consiste nella sintesi e nella distribuzione di molecole di combustibile ad altri organi.

Metabolismo dei Carboidrati(1) della glicogenolisi• L’aumentato rapporto tra glucagone ed insulina provoca una rapida

mobilizzazione delle scorte epatiche di glicogeno.• E’ una risposta transitoria che avviene nella prima fase del digiuno. • Il glicogeno epatico (100 g circa) è quasi esaurito dopo 10-18 ore di digiuno.(2) della gluconeogenesi• La gluconeogenesi inizia da 4 a 6 ore dopo l’ultimo pasto e raggiunge la

massima attività quando le scorte di glicogeno sono esaurite.• Ha un ruolo essenziale nel mantenimento della glicemia sia ne digiuno notturno

sia in quello prolungato.

IL FEGATO (durante il digiuno)Metabolismo dei grassi dell’ossidazione degli Ac. Grassi provenienti dal tessuto adiposo (è la

principale fonte di energia per il fegato durante la fase di post-assorbimento) della sintesi dei corpi chetonici

E’ una prerogativa del fegato! Gli acidi Acetoacetico e -idrossibutirrico sono trasportati dal sangue ai tessuti, dove potranno essere riconvertiti in acetil CoA che sarà ossidato nel ciclo di Krebs. L’acetone non è metabolizzabile.

N.B. 1) Il fegato, essendo privo dell’enzima tioforasi, non può utilizzare come combustibile i corpi

chetonici!2) La disponibilità di corpi chetonici in circolo è importante perché riducendo il bisogno di

sintetizzare glucosio attraverso la gluconeogenesi a partire daglischeletri carboniosi di AA, rallenta la perdita di proteine essenziali.

TESSUTO ADIPOSO (digiuno)Metabolismo dei Carboidrati• Il trasporto del glucosio negli adipociti ed il suo successivo metabolismo sono

depressi (per il basso livello d’insulina) ridotta sintesi di Ac. Grassi e di Trigliceridi.

Metabolismo dei Grassi idrolisi dei Trigliceridi di deposito (per dell’Adrenalina e soprattutto della

Noradrenalina, che stimolano l’attività della lipasi sensibile agli ormoni). liberazione degli Ac. Grassi in circolo.

Legati all’albumina, essi raggiungono un molteplicità di tessuti e sono utilizzati per produrre energia.

Il glicerolo prodotto dalla degradazione dei trigliceridi è utilizzato dal fegato come precursore gluconeogenico.

assunzione degli Ac. Grassi. L’attività della lipoproteina lipasi è bassa pertanto i trigliceridi, presenti in circolo nelle lipoproteine, non si rendono disponibili.

MUSCOLO SCHELETRICO (digiuno)• Il muscolo a riposo utilizza gli Ac. Grassi come fonte principale

di energia.• Il muscolo in esercizio inizialmente utilizza le scorte di glicogeno

(durante uno sforzo intenso, il glucosio 6-P è convertito in lattato con la glicolisi anaerobica); successivamente la fonte principale diventano gli acidi grassi liberi (derivanti dalla mobilizzazione dei trigliceridi del t. adiposo).

Metabolismo dei CarboidratiIl trasporto del glucosio all’interno delle fibre è depresso (basso

livello d’insulina)

MUSCOLO SCHELETRICO (digiuno)

Metabolismo dei lipidiDurante le prime due-tre settimane di digiuno, il muscolo utilizza sia Ac.

Grassi che Corpi Chetonici. Successivamente utilizza quasi esclusivamente Ac. Grassi.

N.B. La utilizzazione dei Corpi Chetonici da parte del muscolo provoca un della loro [plasmatica], cui fa seguito una loro utilizzazione da parte dell’encefalo.

Metabolismo delle proteine• Durante i primi giorni, si ha una rapida demolizione delle proteine

muscolari, per fornire al fegato AA da utilizzare per la gluconeogenesi (spt. Alanina e glutammina).

• Dopo varie settimane di digiuno, la velocità della proteolisi diminuisce, poiché l’encefalo ha iniziato ad utilizzare i corpi chetonici come fonte di energia.

L’ENCEFALO (digiuno)• Durante i primi giorni, l’encefalo utilizza a scopo

energetico esclusivamente glucosio (ottenuto grazie alla gluconeogenesi).

• Nel digiuno protratto (oltre 2-3 settimane), i corpi chetonici raggiungono livelli significativamente elevati e l’encefalo li utilizza come combustibili, in aggiunta al glucosio. In tal modo si riduce la richiesta di un catabolismo proteico per alimentare la gluconeogenesi.

Da Champe et al. - Le basi della Biochimica- Zanichelli

FINE