Biología de secundaria · Grades 10–12
32La glucosa de la sangre y la diabetes
Cinco litros de sangre, un gramo de glucosa en cada uno: cinco gramos en total, más o menos un terrón de azúcar. Solo el cerebro quema esa cantidad cada hora, de día y de noche, y no puede usar ninguna otra cosa. Y sin embargo, una persona que no come nada en todo un día, o que se come una tarta entera de una vez, mantiene la concentración a unas pocas décimas de gramo por litro del mismo valor — y una persona a la que le ha fallado el páncreas no lo consigue, con consecuencias que van de la sed al coma. Este capítulo trata del número más vigilado del organismo, de los órganos que lo mantienen estable y de lo que pasa, en las dos formas de la diabetes, cuando no pueden.
32.1 Una constante regulada
Definición 32.1 (Glucemia)
La glucemia es la concentración de glucosa en el plasma sanguíneo: alrededor de () antes de una comida en una persona sana, con una subida a en la hora siguiente a comer y una vuelta al valor de partida en dos, y una bajada a tras un día de ayuno. Por debajo de el cerebro falla (confusión y después coma); por encima de la glucosa se derrama a la orina, y años por encima de dañan los vasos y los nervios. La glucemia es una magnitud regulada: un valor mantenido cerca de una consigna por un sistema que lo mide y lo corrige.
Proposición 32.2 (La reserva de glucosa y sus flujos)
Los de glucosa de la sangre son una reserva por la que pasan flujos grandes. Entradas: el intestino después de una comida (hasta en una hora) y, entre comidas, el hígado, que suelta glucosa de su glucógeno almacenado (, medio día de suministro) y fabrica glucosa nueva a partir de aminoácidos y de lactato. Salidas: el cerebro (, constante), los músculos (de unos pocos gramos a en trabajo), otros tejidos, y el almacenamiento como glucógeno en el hígado y los músculos o como grasa. Una reserva de alimentada y vaciada a decenas de gramos por hora solo es estable porque los flujos se ajustan minuto a minuto.
Demostración. Admitido a este nivel. ∎
Ejemplo 32.3 (Un día de glucemia)
Desayuno a las 8: la glucemia sube de a a las 9 y vuelve a a las 10, con el exceso ido al glucógeno del hígado y de los músculos. De 10 a 13, el hígado suelta glucógeno y el nivel se mantiene cerca de . Una carrera a las 17 lleva a los músculos en una hora; el hígado vacía la mitad de su reserva para seguirle el ritmo, y el nivel baja a . Por la noche, el hígado fabrica glucosa nueva a partir de aminoácidos, y a las 7 el nivel es de . Trescientos gramos han pasado por una reserva de cinco.
32.2 El páncreas mantiene el equilibrio
Proposición 32.4 (Dos hormonas de los islotes)
Repartidos por el páncreas, entre las células que fabrican enzimas digestivas, hay un millón de agrupaciones pequeñas de células, los islotes. Sus células miden la glucemia de la sangre que pasa y secretan en ella dos hormonas:
- la insulina, de las células , cuando la glucemia sube: hace que las células musculares y adiposas capten glucosa, y que el hígado y los músculos la almacenen como glucógeno; la glucemia baja;
- el glucagón, de las células , cuando baja: hace que el hígado degrade el glucógeno y suelte glucosa; la glucemia sube.
Las dos actúan sobre los mismos órganos en sentidos contrarios; su equilibrio, reajustado cada pocos minutos por la glucemia medida, es la regulación. La insulina es la única hormona que baja la glucemia; varias la suben.
Pruebas experimentales. Quitarle el páncreas a un perro (1889) lo vuelve diabético en un día: su glucemia se triplica y aparece glucosa en su orina; ligar el conducto que lleva las enzimas digestivas no lo hace, así que el efecto no es digestivo. Inyectar un extracto de los islotes (1921) baja la glucemia de un perro diabético, y la de un niño diabético, en unas horas; la sustancia activa, la insulina, se purificó ese mismo año. Unos islotes aislados en una placa secretan insulina cuando se sube la glucosa del medio y glucagón cuando se baja. El glucagón inyectado sube la glucemia de una persona en ayunas en unos minutos, y solo si el hígado tiene glucógeno. ∎
Ejemplo 32.5 (El bucle en acción)
Después de una comida, la glucemia trepa; en unos minutos, las células sueltan insulina, las células musculares y adiposas abren sus transportadores de glucosa, el hígado se pone a fabricar glucógeno y el nivel vuelve a bajar — momento en el que la secreción de insulina baja también. Entre comidas, la deriva hacia abajo la contrarresta el glucagón, el glucógeno se degrada y el nivel se mantiene. Ninguna de las dos hormonas falta nunca; lo que se mueve es su proporción, y la glucemia la sigue dentro de una banda estrecha.
32.3 Cuando el bucle falla: la diabetes
Definición 32.6 (Diabetes)
La diabetes es un exceso crónico de glucemia: por encima de en ayunas, o por encima de dos horas después de una carga estándar de glucosa. Sus primeros signos se siguen del exceso: glucosa en la orina, que arrastra agua consigo (orina abundante, sed), y pérdida de peso cuando las células no pueden usar la glucosa que las rodea. Sus daños tardíos — a los vasos pequeños del ojo y del riñón, a los nervios, a las arterias — vienen de años de glucosa reaccionando con las proteínas. Dos enfermedades comparten el nombre.
Proposición 32.7 (Tipo 1 y tipo 2)
- La diabetes de tipo 1 (alrededor del 10% de los casos) es la destrucción de las células por el propio sistema inmunitario del paciente, casi siempre en la infancia o en la juventud: la insulina falta. La glucemia sube sin freno, se quema grasa a falta de glucosa utilizable y sus productos ácidos se acumulan; sin insulina inyectada, la enfermedad es mortal en unos meses. El tratamiento es insulina, varias veces al día, dosificada según las comidas y la glucemia medida, de por vida.
- La diabetes de tipo 2 (alrededor del 90%) aparece en adultos, casi siempre con sobrepeso y sedentarios: los tejidos responden cada vez menos a la insulina (resistencia a la insulina), las células lo compensan secretando más y, al cabo de unos años, se agotan. La insulina está presente, pero es insuficiente. La predisposición es en parte genética (Capítulo 16); el desencadenante es el modo de vida, y el primer tratamiento es cambiarlo — perder peso y hacer ejercicio — antes que los medicamentos y, tarde, la insulina.
Pruebas experimentales. Los pacientes de tipo 1 tienen anticuerpos contra sus propias células de los islotes años antes de los síntomas y, en el momento del diagnóstico, sus islotes están casi vacíos de células e infiltrados de glóbulos blancos; su insulina en sangre es indetectable y responden a la insulina inyectada de inmediato. Los pacientes de tipo 2 tienen una insulina normal o alta en el momento del diagnóstico; sus células musculares y adiposas captan menos glucosa para una misma dosis de insulina que las de una persona sana; los gemelos idénticos comparten la enfermedad en el 70% de los casos, y perder peso o seguir un programa de caminatas restablece por sí solo una glucemia normal en muchos casos precoces. ∎
Ejemplo 32.8 (Sacar adelante un día con tipo 1)
Una adolescente con tipo 1 se mide la glucemia antes de cada comida con una gota de sangre, cuenta los hidratos de carbono de su plato y se inyecta una dosis de insulina rápida proporcional a ellos — una unidad por cada , más o menos —, además de una insulina lenta una vez al día para el fondo. Con demasiada insulina, o si se salta una comida, el nivel baja de : sudores, temblores, confusión, que se corrigen con azúcar en unos minutos. Con demasiado poca, el nivel se queda por encima de , con sed y fatiga, y los vasos van encajando el daño en silencio. Ella hace, a mano, lo que sus células hacían por retroalimentación.
Método 32.9 (Leer un registro de glucemia)
- Localiza la consigna y la banda: en ayunas , tras las comidas por debajo de ; dos horas después de una carga de glucosa, por debajo de (sana), (alterada), por encima de (diabetes).
- Para cada subida, pregúntate qué metió glucosa (una comida, el hígado) y qué debería sacarla (las dianas de la insulina); para cada bajada, qué la sacó (el cerebro, el músculo) y qué debería reponerla (el glucagón, el hígado).
- Lee las hormonas junto con la glucosa: la insulina debería subir con la glucemia y el glucagón bajar; una insulina ausente significa tipo 1, y una insulina alta con una glucemia alta significa resistencia.
- Convierte las unidades cuando haga falta: de glucosa son .
Observación 32.10 (Un modelo de regulación)
Sensor, consigna, dos efectores opuestos, retroalimentación negativa: el control de la glucemia tiene el mismo diseño que el control de la testosterona del Capítulo 20, y que el diseño de casi todas las constantes del organismo — la temperatura, el agua, la presión arterial, la acidez. La diabetes es el aspecto que tiene una constante regulada cuando su bucle está roto: el valor sigue respondiendo a las entradas, pero nada lo devuelve a su sitio. Leer las curvas de este capítulo es entrenarse para leer cualquiera de ellas.
32.4 Ejercicios
Ejercicio 32.1 ★
Da la glucemia normal en ayunas en y en , y los dos umbrales de peligro.
Solución
Solución de Ejercicio 32.1.
Alrededor de , es decir, . Por debajo de el cerebro falla; por encima de la glucosa pasa a la orina (y años por encima de dañan los vasos).
Ejercicio 32.2 ★
Nombra las dos hormonas de los islotes, las células que las fabrican y el efecto de cada una sobre la glucemia.
Ejercicio 32.3 ★
¿Qué órgano puede almacenar y soltar glucosa? ¿En qué forma la almacena?
Solución
Solución de Ejercicio 32.3.
El hígado, como glucógeno (y además puede fabricar glucosa nueva a partir de aminoácidos y de lactato).
Ejercicio 32.4 ★
Enuncia en una frase cada una la diferencia esencial entre la diabetes de tipo 1 y la de tipo 2.
Ejercicio 32.5 ★
En la figura de la prueba de tolerancia, lee las tres curvas a los 120 minutos y clasifica cada una.
Solución
Solución de Ejercicio 32.5.
Sana, unos ; tolerancia alterada, unos (entre 1,4 y 2); tipo 2, unos (por encima de 2).
Ejercicio 32.6 ★★
El cerebro usa de glucosa por hora y la sangre contiene . Explica por qué una persona no pierde el conocimiento una hora después de una comida, y nombra el órgano y la hormona responsables.
Ejercicio 32.7 ★★
Explica por qué quitar el páncreas provoca diabetes pero ligar su conducto no, y qué muestra esto sobre dónde se fabrica la insulina y cómo viaja.
Solución
Solución de Ejercicio 32.7.
El conducto lleva enzimas digestivas al intestino; bloquearlo deja la glucemia normal, así que el efecto del páncreas sobre la glucosa no pasa por la digestión. Quitar el órgano entero quita los islotes: la insulina se fabrica en el páncreas y llega a sus dianas por la sangre, no por el conducto.
Ejercicio 32.8 ★★
Una persona en ayunas recibe una inyección de glucagón: la glucemia sube en 20 minutos. La misma inyección tras tres días de ayuno no hace nada. Explícalo.
Ejercicio 32.9 ★★
¿Por qué una persona diabética orina en abundancia y tiene sed?
Solución
Solución de Ejercicio 32.9.
Por encima de unos los riñones no pueden reabsorber toda la glucosa que filtran; pasa a la orina y, por ósmosis, arrastra agua consigo. El agua perdida hay que reponerla: sed.
Ejercicio 32.10 ★★
Una paciente de tipo 1 se inyecta su dosis habitual de insulina y luego se salta la comida. Predice qué pasa en las dos horas siguientes y por qué.
Ejercicio 32.11 ★★
Explica por qué el ejercicio baja la glucemia de una persona con diabetes de tipo 2 incluso sin ningún cambio de insulina, con ayuda del Capítulo 10.
Solución
Solución de Ejercicio 32.11.
Un músculo que trabaja capta glucosa de la sangre por una vía que no necesita insulina, y un músculo entrenado recupera sensibilidad a la insulina entre sesiones; la glucemia baja durante el ejercicio y después de él, y la resistencia de los tejidos, la causa de la enfermedad, disminuye.
Ejercicio 32.12 ★★★
Dos pacientes tienen una glucemia en ayunas de . Uno no tiene insulina detectable; el otro tiene tres veces la insulina normal. Diagnostica a cada uno, y di qué están haciendo los islotes de cada paciente.
Ejercicio 32.13 ★★★
Dibuja, o describe, las curvas de la glucemia y de la insulina en las tres horas siguientes a una comida en una persona sana, en un paciente de tipo 1 sin tratamiento y en un paciente de tipo 2. Explica cada diferencia.
Solución
Solución de Ejercicio 32.13.
Sana: la glucemia sube hasta unos a los 30–60 minutos y vuelve a las 2 horas; la insulina sube con ella y baja con ella. Tipo 1 sin tratar: la glucemia trepa por encima de y se queda; la insulina, plana en cero — nada retira la glucosa. Tipo 2: la glucemia sube mucho y baja despacio; la insulina sube por encima de lo normal y se queda alta — mucha hormona, poco efecto.
Ejercicio 32.14 ★★★
Una comida contiene de hidratos de carbono. Si todos entraran de golpe en la sangre, ¿en cuánto se quedaría la glucemia? Explica por qué eso no pasa nunca, y enumera los destinos de la glucosa en las dos primeras horas.
Solución
Solución de Ejercicio 32.14.
en : . No pasa nunca porque la absorción lleva una hora o dos y, a medida que llega glucosa, la insulina la manda al glucógeno del hígado, al del músculo y a la grasa, mientras el cerebro y los tejidos queman una parte: la reserva nunca contiene más de unos pocos gramos por encima de lo normal.
Ejercicio 32.15 ★★★
Compara la regulación de la glucemia con la de la testosterona del Capítulo 20: sensor, consigna, efectores, signo de la retroalimentación. ¿Qué tiene de especial disponer de dos hormonas opuestas?
Solución
Solución de Ejercicio 32.15.
En las dos: un sensor (las células de los islotes; el hipotálamo y la hipófisis), una consigna, unos efectores y una retroalimentación negativa que suprime la señal. La glucemia tiene dos hormonas opuestas que actúan sobre los mismos órganos, así que la variable puede empujarse activamente hacia arriba y hacia abajo; el bucle de la testosterona tiene una sola hormona y corrige sobre todo con más o menos cantidad de ella. Dos efectores opuestos dan un control más rápido y más ajustado de una variable que cambia deprisa en los dos sentidos.
32.5 Problema: Cinco gramos de azúcar
Problema 32.1
Problema de fin de semana — la glucosa de la sangre contabilizada a lo largo de un día: la reserva y sus flujos, una prueba de tolerancia leída, una dosis de insulina calculada y un bucle que hay que sustituir a mano
Toma un volumen de sangre de , un consumo cerebral de de glucosa, una reserva de glucógeno hepático de y un glucógeno muscular de . Una unidad de insulina rápida se ocupa de unos de hidratos de carbono.
Parte I — La reserva.
- Calcula la masa de glucosa de la sangre a , y esa misma concentración en (glucosa ).
- ¿Cuánto le duraría al cerebro solo la glucosa de la sangre, si nada la repusiera?
- Entre comidas, el hígado la repone. ¿Cuánto le dura al cerebro el glucógeno del hígado? ¿Qué pasa después?
- El glucógeno muscular es cuatro veces el del hígado, pero los músculos no pueden soltar glucosa a la sangre. Explica por qué el glucógeno muscular no ayuda al cerebro, y para qué sirve.
- Una comida entrega de glucosa a lo largo de una hora. Si no se retirara nada, ¿a cuánto llegaría la glucemia? ¿Qué la retira en realidad, y adónde va?
Parte II — La prueba. Un paciente bebe de glucosa. Glucemia e insulina medidas:
| minutos | 0 | 30 | 60 | 90 | 120 | 180 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| glucemia (g/L) | 1.15 | 1.8 | 2.05 | 2.0 | 1.85 | 1.6 |
| insulina (% de un máximo sano) | 90 | 140 | 180 | 200 | 190 | 160 |
- Clasifica al paciente con los umbrales del Método 32.9.
- ¿Falta insulina? ¿Qué es entonces lo que falla?
- Nombra la enfermedad, y da dos rasgos que esperarías de la historia del paciente.
- ¿Qué aspecto tendría esa misma tabla en un paciente de tipo 1 sin tratamiento?
- ¿Cuál es el primer tratamiento que se prescribe, y por qué mecanismo actúa?
Parte III — Ejecutar el bucle a mano. La glucemia de una paciente de tipo 1 es de antes de cenar; la comida contiene de hidratos de carbono.
- Calcula la dosis de insulina rápida para la comida.
- Se la inyecta pero solo se come la mitad de la cena. Estima cuánto puede bajar la glucemia, y nombra los síntomas y el remedio.
- No se inyecta nada y se come la cena entera. Estima la glucemia si los entraran todos en una reserva de , y di qué hacen los riñones por encima de .
- ¿Por qué tiene que inyectarse además una insulina lenta por la noche, cuando no come nada?
- Explica en qué sentido el medidor y la pluma sustituyen a la célula , y qué no pueden sustituir.
Parte IV — El bucle, razonado.
- Un medicamento estimula a las células para que secreten más insulina. ¿En qué tipo de diabetes puede funcionar, y por qué no en el otro?
- Una persona con tipo 2 pierde y camina una hora al día; seis meses después, la prueba de tolerancia es normal. Explica qué parte del bucle se ha reparado.
- Explica por qué en una persona sana la insulina y el glucagón nunca están los dos altos, y qué hace un islote en una placa cuando la glucosa del medio se fija en .
- El glucagón, la adrenalina, el cortisol y la hormona del crecimiento suben todos la glucemia; solo la insulina la baja. Propón por qué el organismo tiene varias salvaguardas contra una glucemia baja y una sola contra una alta.
- Enuncia el resultado: la glucosa de la sangre, las horas que puede cubrir el hígado, el diagnóstico de la parte II y la dosis de la parte III.
Solución
Solución de Problema 32.1.
1. ; .
2. Una hora.
3. horas. Después de eso, el hígado fabrica glucosa nueva a partir de aminoácidos (y de lactato), a costa de las proteínas del organismo.
4. A las células musculares les falta la enzima que suelta glucosa libre del glucógeno a la sangre; su glucógeno se quema en el sitio, para su propia contracción.
5. en : . La insulina manda la glucosa al glucógeno del hígado y del músculo y a la grasa, y los tejidos queman una parte; la glucemia tiene su máximo alrededor de .
6. En ayunas, (por debajo de 1,26), pero a los 120 minutos (entre 1,4 y 2): tolerancia alterada, en el umbral de la diabetes.
7. No: la insulina está al doble de un máximo sano. Lo que falla es la respuesta de los tejidos a ella — resistencia a la insulina.
8. Tipo 2 (o su fase de aviso). De esperar: persona adulta, con sobrepeso, sedentaria, a menudo con parientes diabéticos.
9. Una glucemia que empieza por encima de , que sube por encima de y que no baja; una insulina próxima a cero todo el tiempo.
10. Perder peso y hacer ejercicio con regularidad: devuelven a los tejidos la sensibilidad a la insulina y permiten que el músculo en trabajo capte glucosa sin ella.
11. unidades.
12. La dosis se ocupa de , pero solo llegan : la insulina sobrante baja la glucemia por el equivalente de de la reserva y de los almacenes — bastante por debajo de : sudores, temblores, confusión; azúcar de inmediato.
13. si no se retirara nada; en la realidad, varios . Por encima de , los riñones dejan pasar glucosa a la orina, con agua: orina abundante y sed.
14. Entre comidas, el hígado soltaría si no glucosa sin freno (el glucagón actúa y nada se le opone) y los tejidos quemarían grasa con productos ácidos: hace falta un fondo de insulina para el equilibrio básico, no solo para las comidas.
15. El medidor mide la glucemia como lo hacía la célula ; la pluma entrega la insulina que ella habría secretado. No pueden sustituir el ajuste continuo, minuto a minuto: la paciente mide unas pocas veces al día y estima, mientras que la célula medía sin parar y respondía con exactitud.
16. En el tipo 2, cuyas células existen y pueden empujarse. En el tipo 1 no hay células que estimular.
17. La respuesta de los tejidos a la insulina — el lado efector del bucle: con menos grasa y un músculo activo, una señal normal de insulina vuelve a producir una captación normal, y las células quedan aliviadas.
18. Cada uno se secreta en respuesta a la desviación contraria de la misma variable: una glucemia alta llama a la insulina y silencia al glucagón, y una baja, al revés. A el islote secreta los dos a un ritmo bajo y equilibrado — su estado de reposo.
19. Una glucemia baja mata el cerebro en unos minutos, y una alta daña despacio a lo largo de años: el peligro agudo tiene varios guardianes independientes, y el lento uno solo — que es por lo que el fallo de la insulina por sí solo basta para causar una enfermedad, y por lo que la diabetes es frecuente.
20. Unos de glucosa en la sangre; el glucógeno del hígado cubre unas 20 horas; el paciente de la parte II tiene una tolerancia alterada al borde de la diabetes de tipo 2; la dosis de la parte III es de 9 unidades.