Insulina: sistema fisiológico y regulación

La función más conocida de la insulina es mantener los niveles de glucosa en sangre. Cuando los niveles de glucosa en sangre aumentan, por ejemplo, después de una comida o con la activación del sistema inmunológico, la insulina es secretada por las células β del páncreas. Esta secreción facilita la absorción de glucosa en varios tejidos, incluyendo músculo y tejido adiposo, a través del transportador de glucosa sensible a la insulina GLUT4. GLUT4 es el transportador de glucosa que es más dependiente de la insulina. GLUT1 y GLUT3 solo responden de manera moderada a la insulina. GLUT8 también contribuye al transporte de glucosa mediado por insulina, pero en menor medida en comparación con GLUT4.

La insulina no solo promueve la absorción de glucosa, sino que también inhibe la producción de glucosa en el hígado al suprimir la gluconeogénesis. Además, la insulina también fomenta la conversión de glucosa en glucógeno, lo que se llama glucogénesis. De esta manera, la insulina contribuye al mantenimiento de niveles normales de azúcar en sangre. Además, la insulina se libera rítmicamente cada 15 minutos. Además, la insulina ayuda a la absorción de ácidos grasos y, en menor medida, también de aminoácidos y l-carnitina.

El páncreas se compone de dos partes: la parte exocrina y la parte endocrina. La parte exocrina secreta enzimas digestivas como amilasa, lipasa y proteasa. La parte endocrina libera hormonas, incluyendo insulina, glucagón, somatostatina y polipéptido pancreático. Células específicas del páncreas son responsables de secreciones hormonales específicas. Así, las células alfa secretan glucagón, las células beta insulina, las células delta somatostatina y las células PP polipéptido pancreático. La parte exocrina representa el 98% del volumen total del páncreas, mientras que la parte endocrina solo representa el 2%.

La insulina es importante para muchos procesos diferentes en el cuerpo, como:

La insulina se produce en el páncreas en las células beta de los islotes de Langerhans [4]. Luego, la insulina se almacena en el páncreas en gránulos. Cuando el nivel de glucosa en sangre aumenta, por ejemplo, después de una comida, las células beta en el páncreas detectan una concentración elevada de glucosa en la sangre a través de los transportadores de glucosa (GLUT2). A continuación, la insulina se libera en el torrente sanguíneo a través de exocitosis.

La insulina se mueve a través de la sangre hacia los diferentes tejidos. En algunos casos, los tejidos también pueden volverse resistentes a la insulina. Esto significa que los receptores en los tejidos correspondientes se han vuelto menos sensibles a la insulina. De esta manera, la glucosa se absorbe menos en los tejidos. Esto tiene la ventaja de que hay más glucosa circulando en el torrente sanguíneo que puede ser utilizada para otros propósitos, como un sistema inmunológico activo o para el crecimiento. Los siguientes tejidos contienen muchos receptores de insulina, lo que los hace sensibles a la resistencia a la insulina:

La insulina actúa uniéndose a receptores específicos de insulina (IR) en la superficie de las células. Los receptores de insulina son receptores de señal que activan la célula para que absorba más glucosa a través de GLUTs, como el GLUT4. Los receptores específicos de insulina pertenecen a la clase de receptores de tirosina quinasa.

Hay diferentes formas de receptores de insulina:

Receptor de insulina A (IR-A)

Tiene una mayor afinidad por la insulina y ciertos factores de crecimiento similares a la insulina, como el IGF-2.

Se encuentra principalmente en tejidos embrionarios y en ciertas células cancerosas, pero también está presente en menor medida en tejidos adultos.

Juega un papel en el crecimiento y proliferación celular.

Receptor de insulina B (IR-B)

Está específicamente dirigido a regular los efectos metabólicos de la insulina, como la captación de glucosa.

Se encuentra principalmente en tejidos como el hígado, músculo, grasa e hipotálamo.

Por lo tanto, la diferencia entre ambos receptores es que el IR-A juega un papel en el crecimiento y proliferación celular, y el IR-B juega un papel en la captación de glucosa.

Ambos los receptores de insulina constan de dos componentes principales:

Subunidades α extracelulares: Estas se encuentran fuera de la célula y se unen específicamente a la insulina. Esta es la parte del receptor que reconoce la insulina y se une a ella.

Subunidades β transmembranares: Estas subunidades forman una conexión entre el interior y el exterior de la célula. El interior consiste en una parte intracelular que tiene actividad de tirosina quinasa.

Cuando la insulina se une a la subunidad α, se activa la subunidad β y comienza el proceso de transmisión de señales dentro de la célula. El receptor luego cambia de forma y activa una cascada de señalización intracelular mediante fosforilación a través de la enzima tirosina quinasa. Esto permite que GLUT4 se desplace finalmente hacia la membrana, permitiendo que la glucosa entre en la célula.

La unión de insulina a estos receptores activa una serie de cascadas intracelulares, de las cuales las siguientes vías son las dos más importantes:

La vía PI3K/AKT: Involucrada en efectos metabólicos, como la captación de glucosa a través de GLUT4 y la síntesis de glucógeno.

La vía MAPK: Involucrada en el crecimiento y diferenciación celular.

La insulina provoca acciones intracelulares específicas en los diferentes tejidos diana. Estas se explican a continuación.

a) Músculos: En las células musculares, la insulina estimula la captación de glucosa al aumentar la actividad de GLUT4. GLUT4 debe ser llevado a la membrana celular y así puede permitir que la glucosa entre.

A continuación, la glucosa se convierte en glucógeno (glucogénesis) para almacenar energía.

b) Células adiposas: La insulina estimula la captación de glucosa en adipocitos [5]. Además, la insulina estimula la lipogénesis [6].

c) Hepatocitos: La insulina estimula la glucogénesis en los hepatocitos. Además, la insulina inhibe la gluconeogénesis.

d) Hipotálamo: La insulina influye en el hipotálamo al enviar una señal de que el cuerpo está saciado, o, en ausencia de insulina, de que el cuerpo está insatisfecho y se debe comer.

El efecto final de la insulina es reducir los niveles de azúcar en la sangre. Esto ocurre a través de:

Aumento de la captación de glucosa en las células

Almacenamiento de glucosa como glucógeno o grasa

Disminución de la liberación de glucosa por el hígado

Pero eso no es todo. La insulina también influye en la distribución de energía.

En una situación normal, la insulina se encarga de transportar la glucosa de la sangre a las células musculares y adiposas, y de inhibir la gluconeogénesis y la glucogenólisis en el hígado. De esta manera, la insulina reduce el nivel de glucosa en la sangre.

También hay procesos en los que la insulina no cumple con las funciones mencionadas y esto ocurre cuando el cuerpo se vuelve (temporalmente) resistente a la insulina. La resistencia a la insulina es cuando los receptores de insulina se vuelven menos sensibles a la insulina. La resistencia temporal a la insulina es beneficiosa para una serie de procesos, incluidos:

Enfermedad: En caso de enfermedad, la ventaja de la resistencia a la insulina temporal es que el sistema inmunológico dispone de más glucosa. En la resistencia a la insulina, permanece más glucosa en la sangre en lugar de ser almacenada en las células musculares y adiposas. De esta manera, hay más glucosa disponible para el sistema inmunológico, lo que hace que la energía se dirija hacia el sistema inmunológico.

Estrés agudo: El estrés agudo puede llevar a la resistencia a la insulina, que a menudo se acompaña de una disminución de la secreción de insulina (hipoinsulinemia) [7]. La hipoinsulinemia se produce porque la adrenalina suprime la liberación de insulina por el páncreas [8]. Esto ayuda a mantener niveles altos de azúcar en la sangre para órganos esenciales como el cerebro.

Niños/pubertad: En los niños y adolescentes, la resistencia fisiológica a la insulina también juega un papel. Durante la pubertad, hay una mayor liberación de hormona del crecimiento (GH). La hormona del crecimiento tiene un efecto de resistencia a la insulina en varios tejidos, especialmente en los músculos. Como resultado, hay más glucosa disponible en el torrente sanguíneo, lo cual es un proceso normal en el crecimiento [9].

Embarazo: Durante el embarazo, la resistencia a la insulina es un proceso fisiológico. Esto tiene como objetivo permitir que más glucosa circule en la sangre. De esta manera, el feto obtiene la energía suficiente para crecer.

La resistencia a la insulina temporal puede permitir que el cuerpo libere energía para una respuesta de estrés o inmune. Sin embargo, esto no debe durar demasiado tiempo, ya que de lo contrario se desarrollará resistencia a la insulina crónica. La resistencia a la insulina crónica puede llevar a sobrepeso, diabetes tipo 2, enfermedades cardiovasculares y esteatosis hepática.

¿Cómo influye el sistema fisiológico en otros sistemas y cómo influyen otros sistemas fisiológicos en este sistema fisiológico? Escriba los principales sistemas fisiológicos en viñetas y proporcione un máximo de 5 oraciones de explicación.

Sistema inmune innato y adquirido: La insulina apoya la función inmune al regular la glucosa para las células inmunitarias. Las inflamaciones, causadas tanto por el sistema inmune innato como por el adquirido, pueden contribuir a la resistencia a la insulina fisiológica.

La homeostasis: La insulina promueve la formación de hueso al enviar señales a los osteoblastos que, a su vez, indican a los osteoclastos que descompongan el hueso viejo.

Equilibrio de catecolaminas: Las catecolaminas, incluyendo la adrenalina, aumentan el nivel de azúcar en sangre al liberar glucosa del hígado y los músculos. Inhiben la producción de insulina en respuesta al estrés.

Regulación del cortisol: El cortisol inhibe la producción de insulina [10]. Durante una reacción de estrés, se produce cortisol. Para poder reaccionar adecuadamente en una reacción de estrés, se necesita glucosa. Un bajo nivel de insulina provoca gluconeogénesis en el hígado, lo que permite que la glucosa entre en la sangre y proporcione la energía necesaria para llevar a cabo la reacción de huida o lucha.

La regulación de leptina: La insulina estimula la liberación de leptina por las células adiposas, lo que contribuye a una sensación de saciedad después de la comida.

Función hepática: La insulina regula la producción de glucosa en el hígado al estimular la glucogénesis y reducir la gluconeogénesis. Por lo tanto, la insulina influye en el papel del hígado en la regulación del azúcar en la sangre [11].

Función mitocondrial: La insulina juega un papel importante en la preservación del proteoma mitocondrial y su calidad. Esto se logra al mejorar tanto la biogénesis mitocondrial como al prevenir daños al proteoma [12]. El proteoma mitocondrial está compuesto por todas las proteínas que se encuentran en las mitocondrias o que son producidas por las mitocondrias. Estas proteínas son importantes para la estructura, función y procesos metabólicos de las mitocondrias.

Función tiroidea: Las hormonas tiroIdeas, incluyendo la tiroxina (T4) y la triyodotironina (T3), desempeñan un papel importante en la regulación de la secreción de insulina [13]. Las hormonas tiroideas ayudan a estimular la secreción de insulina en respuesta a la glucosa, lo que significa que una tiroides que funciona correctamente es importante para un metabolismo de insulina saludable.

Función muscular: La insulina promueve la captación de glucosa y la síntesis de proteínas en los músculos, lo cual es importante tanto para la construcción como para la recuperación muscular. Los músculos desempeñan un papel importante en la captación de glucosa en la sangre. La actividad muscular regular aumenta la sensibilidad a la insulina mediante una mejor captación y almacenamiento de glucosa. La masa muscular también es un factor determinante importante para la sensibilidad general a la insulina.

Digestión: La insulina regula la absorción y almacenamiento de nutrientes, incluyendo glucosa y ácidos grasos.

HPG-as: Un mayor nivel de insulina conduce a una mayor producción de andrógenos, lo que puede agravar el síndrome de ovario poliquístico (PCOS). Además, la insulina también incrementa los niveles de estrógeno, disminuye la progesterona y reduce la producción de globulina transportadora de hormonas sexuales (SHBG).

¿Qué órganos están (directamente) involucrados en el sistema fisiológico? Limítese a los órganos más importantes que son dignos de mención. Por ejemplo, los órganos que pueden tener problemas en caso de una alteración del sistema. No trate la alteración más allá de esto. 

Páncreas: La insulina es producida por las células β en los islotes de Langerhans en el páncreas.

Hígado: La unión de insulina a los receptores de insulina en el hígado favorece la captación de glucosa en el hígado, reduce la gluconeogénesis y estimula la glucogénesis [14].

Músculos: En los músculos esqueléticos, la insulina promueve la captación de glucosa, la glucogénesis y, además, la síntesis de proteínas y la oxidación de glucosa. Esto se lleva a cabo principalmente a través de las vías Akt y MAPK-ERK1/2 [15].

Tejido adiposo: La acción de la insulina promueve la captación de glucosa y la síntesis de triglicéridos en las células adiposas [16]. Además, la insulina también favorece la hidrólisis de triglicéridos. También se suprime la liberación de ácidos grasos libres y glicerol en la sangre.

Hipotálamo: La unión de la insulina al receptor de insulina en el hipotálamo juega un papel en la supresión de la ingesta de alimentos y la mejora del metabolismo de la glucosa [17].

Ve al documento de consejos generales sobre estilo de vida y nutrición y menciona a continuación el/los tema(s) que son directamente relevantes para este sistema fisiológico.  

 Consejos generales:

Reducción del estrés

Frecuencia de comidas

Tamaño de la porción

Ayuno intermitente

Moverse con sensatez

HIIT

Si los consejos sobre estilo de vida y nutrición de este sistema fisiológico difieren de los consejos generales sobre estilo de vida y nutrición, descríbelos a continuación, incluidas las referencias.  

¿De qué maneras puede la alimentación contribuir a apoyar un sistema regulador saludable? 

¿De qué manera puede el ejercicio contribuir a mantener un sistema regulador saludable? 

¿De qué maneras pueden las técnicas de manejo del estrés contribuir a mantener un sistema de reglas saludable? 

¿De qué maneras pueden los hábitos de sueño y el biorritmo contribuir a mantener un sistema regulador saludable? 

¿De qué maneras pueden contribuir los aspectos sociales a mantener un sistema de regulación saludable? 

¿Qué otras intervenciones de estilo de vida pueden contribuir a mantener un sistema regulador saludable? 

Proporcione a continuación una lista de materiales (máx. 5) que son parte de este sistema de reglas. Proporcione un máximo de 2 oraciones de explicación sobre por qué este es un material para este sistema fisiológico.  

Cróm: El cromo mejora la sensibilidad de las células β en el páncreas y la absorción de insulina. De hecho, el cromo mejora la unión de insulina y también estimula el número de receptores de insulina [18].

Magnesio: El magnesio juega un papel importante como cofactor en la regulación de la insulina [18]. De hecho, el magnesio es necesario para la absorción de glucosa en la célula.

Zn: El zinc juega un papel en el almacenamiento, liberación, funcionamiento y descomposición de la insulina [19]. Así, el zinc se une a la insulina en las células β del páncreas, formando agregados cristalinos que se almacenan en gránulos de secreción densa. Estos gránulos funcionan como lugares de almacenamiento para la insulina y liberan insulina en respuesta a estímulos fisiológicos, como un aumento en los niveles de glucosa en sangre. De este modo, el zinc juega un papel en el almacenamiento y liberación de insulina. Además, el zinc es un cofactor para la enzima que descompone la insulina, que ayuda a descomponer la insulina una vez que ha terminado su función. Además, el zinc contribuye a la homeostasis de la glucosa al participar en la maduración de la insulina en las células β y al regular la secreción de glucagón [20].

Vitamina D: La vitamina D activa los receptores de insulina en los tejidos que son sensibles a la insulina. En los tejidos sensibles a la insulina, la forma intermedia de la vitamina D3, 1,25(OH)₂D, se une al receptor de vitamina D (VDR), que luego forma una conexión con el receptor X para retinoides (RXR) [21]. Este llamado complejo 1,25(OH)₂D₃-VDR-RXR se une posteriormente al elemento de respuesta a la vitamina D (VDRE) en la región del promotor del gen receptor de insulina humano. De esta manera, la vitamina D activa los receptores de insulina en los tejidos que son sensibles a la insulina.

β-caroteno: β-caroteno es importante para la regulación de la insulina porque aumenta la expresión de SHBG, lo que reduce la resistencia a la insulina y mejora la absorción de glucosa [22].

Productos de construcción asociados a este sistema fisiológico 

Proporciona a continuación una lista de productos (aproximadamente 5) que puedes utilizar para apoyar los elementos estructurales de este sistema de reglas (piensa especialmente en la -nyllijn):

1. Everman S, Meyer C, Tran L, Hoffman N, Carroll CC, Dedmon WL, et al. La insulina no estimula la síntesis de proteínas musculares durante un aumento en los niveles de aminoácidos de cadena ramificada en plasma por sí sola, pero aún así disminuye la proteólisis en todo el cuerpo en humanos. Am J Physiol Endocrinol Metab. 1 octubre 2016;311(4):E671-7.

2. Sutherland C, O’Brien RM, Granner DK. Regulación de genes de acción de la insulina. En: Madame Curie Bioscience Database [Internet] [Internet]. Landes Bioscience; 2013 [consultado el 4 de marzo de 2025]. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK6471/

3. Catalano F, De Vito F, Cassano V, Fiorentino TV, Sciacqua A, Hribal ML. Desincronización del Reloj Circadiano y Resistencia a la Insulina. Int J Environ Res Public Health. 20 de diciembre de 2022;20(1):29.

4. Tokarz VL, MacDonald PE, Klip A. La biología celular de la función sistémica de la insulina. Journal of Cell Biology. 2 de julio de 2018;217(7):2273-89.

5. Gustavsson J, Parpal S, Strålfors P. La captura de glucosa estimulada por insulina implica la transición de transportadores de glucosa a una fracción rica en caveolas dentro de la membrana plasmática: implicaciones para la diabetes tipo II. Mol Med. mayo 1996;2(3):367-72.

6. Kersten S. Mechanisms of nutritional and hormonal regulation of lipogenesis. EMBO Rep. 15 april 2001;2(4):282-6.

7. El estrés psicológico agudo resulta en el desarrollo rápido de resistencia a la insulina en: Journal of Endocrinology Volumen 217 Número 2 (2013) [Internet]. [consultado el 4 de marzo de 2025]. Disponible en: https://joe.bioscientifica.com/view/journals/joe/217/2/175.xml

8. Peterhoff M, Sieg A, Brede M, Chao CM, Hein L, Ullrich S. Inhibition of insulin secretion via distinct signaling pathways in alpha2-adrenoceptor knockout mice. Eur J Endocrinol. oktober 2003;149(4):343-50.

9. Hannon TS, Janosky J, Arslanian SA. Estudio Longitudinal de la Resistencia Insulínica Fisiológica y los Cambios Metabólicos de la Pubertad. Pediatr Res. diciembre 2006;60(6):759-63.

10. Adam TC, Hasson RE, Ventura EE, Toledo-Corral C, Le KA, Mahurkar S, et al. El cortisol se asocia negativamente con la sensibilidad a la insulina en jóvenes latinos con sobrepeso. J Clin Endocrinol Metab. octubre 2010;95(10):4729-35.

11. Insulina. En: LiverTox: Información Clínica y de Investigación sobre Lesiones Hepáticas Inducidas por Medicamentos [Internet]. Bethesda (MD): Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales; 2012 [consultado el 4 de marzo de 2025]. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK548016/

12. Ruegsegger GN, Creo AL, Cortes TM, Dasari S, Nair KS. Función mitocondrial alterada en estados de deficiencia de insulina y resistencia a la insulina. J Clin Invest. 31 de agosto de 2018;128(9):3671-81.

13. Mohammed Hussein SM, AbdElmageed RM. La relación entre la diabetes mellitus tipo 2 y las enfermedades tiroideas relacionadas. Cureus. 13(12):e20697.

14. Insulina. En: LiverTox: Información clínica y de investigación sobre lesiones hepáticas inducidas por fármacos [Internet]. Bethesda (MD): Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales; 2012 [consultado el 4 de marzo de 2025]. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK548016/

15. Rhoads RP, Baumgard LH, El-Kadi SW, Zhao LD. SIMPOSIO DE FISIOLOGÍA Y ENDOCRINOLOGÍA: Roles del crecimiento del músculo esquelético apoyado por insulina1,2. Journal of Animal Science. 1 de mayo de 2016;94(5):1791-802.

16. El papel de la resistencia a la insulina del tejido adiposo en la historia natural de la diabetes tipo 2: Resultados del Estudio de Metabolismo de San Antonio | Diabetes | Asociación Americana de Diabetes [Internet]. [consultado el 4 de marzo de 2025]. Disponible en: https://diabetesjournals.org/diabetes/article/66/4/815/16020/Role-of-Adipose-Tissue-Insulin-Resistance-in-the

17. Ono H. Mecanismos Moleculares de la Resistencia a la Insulina Hipotalámica. Int J Mol Sci. 15 de marzo de 2019;20(6):1317.

18. Dubey P, Thakur V, Chattopadhyay M. Papel de los Minerales y Elementos Traza en la Diabetes y la Resistencia a la Insulina. Nutrientes. 23 de junio de 2020;12(6):1864.

19. O’Halloran TV, Kebede M, Philips SJ, Attie AD. Zinc, insulina y el hígado: un ménage à trois. J Clin Invest. octubre 2013;123(10):4136-9.

20. Wijesekara N, Chimienti F, Wheeler MB. Zinc, un regulador de la función de los islotes y de la homeostasis de la glucosa. Diabetes, Obesidad y Metabolismo. 2009;11(s4):202-14.

21. Szymczak-Pajor I, Śliwińska A. Análisis de la Asociación entre la Deficiencia de Vitamina D y la Resistencia a la Insulina. Nutrientes. 6 de abril de 2019;11(4):794.

22. Liu X, Wang N, Gao Z. El β-caroteno regula el transporte de glucosa y la resistencia a la insulina en la diabetes gestacional aumentando la expresión de SHBG. Farmacología Clínica y Experimental y Fisiología. 2022;49(12):1307-18.