DIABETES Y ACTIVIDAD FÍSICA: EFECTO EN GLUT-4, GLUCOGENÓLISIS Y RESISTENCIA A LA INSULINA
GLUT-4
El principal transportador de glucosa es el GLUT, presente en numerosos tejidos, y posee varias isoformas. El GLUT-1 y el GLUT-3 son los principales transportadores de glucosa en estado basal y se encuentran en las células neuronales, astrocitos, tejido adiposo y muscular. El GLUT-2 se encuentra en los enterocitos, en los riñones y en las células hepáticas y pancreáticas.
Los GLUT-4 se encuentran principalmente en los tejidos sensibles a la insulina, como el músculo y los adipocitos, y son la única isoforma regulada, además de por la insulina, por la contracción muscular. Es el mayor responsable de la captación de glucosa en el músculo esquelético, responsable de hasta un 80% de ella. El incremento de la acción de la insulina sobre los transportadores de glucosa en el músculo esquelético se asocia con un incremento de la expresión proteica del GLUT-4 así como con una respuesta adaptativa de las enzimas involucradas en la oxidación y la fosforilación de la glucosa.
Durante la actividad física, GLUT-4 se expresa cuando es estimulado por la llegada de insulina o por la contracción muscular, por tanto, fomenta la expresión del receptor, por vías dependientes e independientes de insulina, así que los pacientes con resistencia a la misma, mejoran la captación de glucosa al realizarlo.
(Gómez-Zorita, 2012; Moreno, 2015)
Glucogenólisis
Las intensidades de ejercicio bajas (ejercicio “aeróbico”) se
caracterizan por un estado oxidativo donde la principal fuente de
energía son los ácidos grasos, y con ligera aportación de los CHO. A estas intensidades de trabajo, las
fibras musculares reclutadas principalmente son las fibras oxidativas o
tipo 1 (lentas). A medida que la intensidad del ejercicio aumenta, la
demanda de mayor velocidad a la hora de producir ATP aumenta y por tanto
existe un importante cambio bioenergético, donde la aportación
bioenergética de las grasas disminuye y la de glucosa aumenta. Esto es
debido a que la capacidad de producir ATP a través de la oxidación de
las grasas es bastante más lenta que la de los carbohidratos. En esta
situación metabólica, las fibras requeridas para la contracción muscular
son las fibras rápidas o tipo IIa, que son altamente glucolíticas. A
intensidades de ejercicio más altas aún (al umbral del lactato) la
demanda de producción de ATP es muy elevada y las grasas ya no pueden
sostener dicha demanda y por tanto la glucosa es el único substrato
utilizado, aumentando significativamente la utilización de glucosa. Finalmente, a intensidades superiores al consumo máximo de
oxigeno (VO2max), la aportación de energía es exclusivamente
anaeróbica y los músculos dependen del ATP almacenado en el músculo, así
como del sistema ATP-PC (fosfocreatina). (San-Millán, 2020)
Dentro del complejo mecanismo de regulación de la movilización de sustratos energéticos, las catecolaminas juegan un papel importante (Figura 1). A intensidades bajas, las catecolaminas promueven la lipolisis, mientras que a intensidades altas las catecolaminas causan restricción sanguínea al tejido adiposo y por tanto inhiben la lipólisis. A intensidades elevadas, las catecolaminas son responsables de la glucogenólisis, la cual es la degradación del glucógeno a glucosa, tanto en el hígado como en el músculo. La glucogenólisis hepática tiene como principal misión la exportación de glucosa hacia el musculo conllevando un aumento de la glucosa sanguínea.
El nivel de glucogenólisis muscular y hepática, el grado de la absorción muscular de la glucosa y el ritmo de la glucólisis celular, crean un impacto directo en los niveles de concentración de glucosa durante y después del ejercicio en personas con diabetes.
Las catecolaminas a intensidades altas resultan en un aumento de la glucogenólisis hepática y muscular. La glucogenólisis hepática durante el ejercicio de alta intensidad aumenta significativamente la exportación de glucosa a la sangre elevando los niveles de glucosa. Sin embargo, debido a la translocación de los GLUT-4 mediada por la contracción muscular, la entrada de glucosa en los músculos es ideal y por tanto no existe hiperglicemia durante el ejercicio. Al acabar terminar, de inmediato cesa toda la actividad muscular y por tanto cesa la translocación de los GLUT-4 al sarcolema. Por tanto, los altos niveles de glucosa sanguíneos debidos al ejercicio de alta intensidad no pueden entrar en las células musculares correctamente llevándole a una hiperglucemia.
(San-Millán, 2020)
Resistencia a la insulina
La resistencia a la insulina es un evento metabólico en el cual los receptores celulares de la
insulina dejan de responder a la acción estimulante de la hormona el cual es un estado comúnmente asociado a la obesidad. La resistencia a la insulina está también ligada a la edad, a un estilo sedentario de vida o incluso a una predisposición genética, y es la responsable en gran medida dela aparición de la diabetes mellitus tipo 2.
La acumulación atípica de ácidos grasos en células musculares restringe tanto la captación como la utilización de la glucosa, debido a la inhibición de enzimas claves involucradas en la cascada de la vía oxidativa y no oxidativa de la glucosa. Las moléculas participantes en el mecanismo de señalización de lípidos se derivan de los triglicéridos, como es el diacilglicerol y la ceramida, las cuales activan isoenzimas de la familia de la proteína cinasa C (PKC), las cuales fosforilan diferentes moléculas participantes en la vía de señalización de la insulina, por ejemplo el IRS-1 y la proteína Akt/PKB. La fosforilación de estas proteínas influyen negativamente en la vía de señalización de insulina que estimula la incorporación de glucosa.
El ejercicio físico
tiene un efecto hipoglucémico debido a un aumento en la fosforilación
del receptor de insulina, en la actividad de la AMPK y en la proteína
CaMKK. Estas vías promueven una mayor translocación de GLUT4 y la
consecuente absorción de glucosa por el músculo esquelético.
El entrenamiento con ejercicios aeróbicos mejoran los niveles
circulantes de TNF-α, aumentan las expresiones de proteínas
antioxidantes y disminuyen el estrés oxidativo del tejido adiposo
perivascular con un impacto beneficioso en la relajación vascular.
Además, la L-arginina se reduce y la producción de NO aumenta después
del entrenamiento físico. El NO activa la guanilato ciclasa soluble que
aumenta la cGMP y, por lo tanto, activa la PKG. En los vasos sanguíneos,
la activación de PKG induce relajación y regula la presión arterial. En
el corazón, PKG funciona como un freno en la señalización de respuesta
al estrés. Al aumentar la AMPK / PPARδ vascular, el ejercicio suprime el
estrés del retículo endoplásmico, aumentando así la biodisponibilidad
del NO endotelial. El aumento de la producción de NO generalmente
facilita la angiogénesis y la permeabilidad vascular.
La actividad física regular puede alterar el fenotipo endotelial y la
función vascular que perfunden el músculo esquelético no contraído y los
tejidos no musculares como el cerebro, vísceras y piel.
Aunque la contracción induce una respuesta de señalización molecular
compleja que involucra a la AMPK, calcio y NO sintasa, los datos
sugieren que AMPK juega un papel crítico en el ejercicio mediado por el
ejercicio sensibilización a la insulina, mejorando la producción de NO,
evitando la apoptosis inducida por hiperglucemia y la producción de
especies reactivas de oxígeno en las mitocondrias.
Aunque la contracción muscular de alta intensidad mejora la
fosforilación de AMPK muscular, la contracción muscular de baja
frecuencia aumenta significativamente la perfusión
microvascular muscular y la absorción de insulina sin afectar la
fosforilación de AMPK muscular.
(Torres-Montiel, 2016; Hernández-Rodríguez, 2010)
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
Gómez-Zorita, S., & Urdampilleta, A. (2012). El GLUT4: efectos de la actividad física y aspectos nutricionales en los mecanismos de captación de glucosa y sus aplicaciones en la diabetes tipo 2. Avances En Diabetología, 28(1), 19–26. doi:10.1016/j.avdiab.2012.02.00
Moreno, P., & Muñoz, J.M.. (2015). Repercusión del ejercicio físico en la expresión de receptores GLUT-4: impacto en la Diabetes Mellitus tipo II. Revista Andaluza de Medicina del Deporte, 8(1), 36. https://dx.doi.org/10.1016/j.ramd.2014.10.041
Rodriguez, J, (2022). Regulación de la glucogenólisis hepática y exportación de glucosa al músculo [Fotografía]. Recuperado el 12 de marzo de 2022, de https://riskcor.com/control-y-prevencion-de-la-diabetes/
San-Millán, I. (2020). Diabetes tipo 1 y ejercicio Type 1 diabetes and exercise. Rev Esp Endocrinol Pediatr, 11(1), 93-98. doi: 10.3266/RevEspEndocrinolPediatr.pre2020.Sep.601
Torres-Montiel, R., & TORRES-MONTIEL, R. A. F. A. E. L. (2016). Bases moleculares de la resistencia a la insulina inducida por RBP-4 en células de músculo esquelético.
Hernández-Rodríguez, J., & Licea-Puig, M. E. (2010). Papel del ejercicio físico en las personas con diabetes mellitus. Revista cubana de endocrinología, 21(2), 182-201.
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