Glucógeno: ¿Más que un almacén energético?

Glucógeno: ¿Un mero almacén de energía?

"La gran importancia de las pequeñas cosas". Esta frase define perfectamente el estudio a lo largo de la historia del Glucógeno (sea cual sea su ubicación en el organismo). Llama la atención como un polímero de glucosa ramificado en torno a una proteína llamada glucogenina, supone tantos quebraderos de cabeza a l@s científic@s de la Fisiología, Bioquímica, Medicina, y demás áreas. De hecho, el estudio del Glucógeno no se limita únicamente al rendimiento deportivo, ni mucho menos, sino que forma una parte muy importante del proceso de conocimiento de distintas patologías. 

Centrándonos en su impacto en el rendimiento deportivo, podemos repasar de manera rápida como ha variado el interés hacia este polímero de glucosa a lo largo de la historia. Desde que las biopsias forman parte de las prácticas de investigación biológica (1960 según algunos autores), al Glucógeno se le ha ido dando un enfoque diferente según el interés de cada etapa.

Los comienzos se centraron en su importancia en el rendimiento físico y en la correspondiente fatiga, así como en la dinámica de vaciado y gestión de sus niveles durante el propio ejercicio físico (dependiendo de la duración, intensidad y disciplina). Esto derivó a un estudio exhaustivo de cómo optimizar su mantenimiento en el ejercicio, dando paso al estudio de la ingesta de Hidratos de Carbono. Posteriormente, se estudió su papel en la recuperación del ejercicio físico y cómo optimizar esta resíntesis, tema que actualmente se sigue investigando (puedes ver mi último artículo sobre las novedades aquí). 

El último paso dentro de este viaje hacia el conocimiento en torno al Glucógeno, vino con la inclusión de novedosas técnicas de análisis de genes y su vinculación con la fisiología molecular y metabolismo. Con el avance de la proteómica y la metabolómica, entre otros estudios, se ha podido llegar a indagar más profundamente los mecanismos de efecto del Glucógeno, llegando a entender distintos procesos regulatorios que esta molécula ejerce en el organismo. 

Así, hemos llegado a un punto en el que, efectivamente (tal y como pone en duda el título de esta entrada), el Glucógeno ha dejado de considerarse un mero almacén de energía. En la actualidad, se considera ya un potente regulador de distintas vías de señalización, así como un modulador y regulador metabólico. Algunos autores, incluso, se refieren a este polímero como una pseudo hormona. 

Con esto, puedes llegar a imaginar la importancia del Glucógeno y por qué se le presta tanta atención a nivel investigador.

Llegados a este punto, imagino que ya estarás situad@ sobre lo que te quiero hablar en esta entrada, y además, estoy seguro de que esto te ha generado más y más curiosidad sobre el tema.

¡Vamos a ver, entonces, cuáles son estas funciones "adicionales" que se le atribuyen al Glcuógeno!

Señalizador celular

Uno de los últimos mecanismos de acción del Glucógeno estudiados es su capacidad para estimular distintas vías de señalización de genes relacionados con el rendimiento deportivo. 

Entre éstos, se encuentra el fenotipo oxidativo, la sensibilidad a la insulina, distintos procesos contráctiles, procesos de degradación de proteínas y variedad de procesos autofágicos. 

De este descubrimiento nace, entre otras, la famosa Hipótesis del Umbral de Glucógeno, que ya hemos analizado previamente en Glut4Science (ver artículo aquí), y que se relaciona con la capacidad de generar adaptaciones a nivel mitocondrial mediante el entrenamiento con una baja disponibilidad de glucógeno muscular. Algo, que, por el momento no conocemos en su totalidad, dado que no se están encontrando efectos a nivel superior (fisiológía, metabolismo y finalmente, rendimiento). 

_{Infografía sobre la Hipótesis del Umbral de Glucógeno - Glut4Science}

La idea de esta reducida disponibilidad de "combustible", parece ser la puesta en marcha mecanismos moleculares de regulación que se relacionan directamente con el rendimiento deportivo en deportes de resistencia. Se hipotetiza, por lo tanto, que una baja disponibilidad de glucosa interna (Glucógeno) y externa aumenta la expresión de la AMPK y la p38MAPK, que sirven de "llaves maestras" para estimular una mayor activación y translocación del PGC-1α y el p53 desde el citosol a la mitocondria y al núcleo, generando cambios a nivel genético relacionados con el sistema oxidativo. 

Resumiendo, de esta manera parece que se puede llegar a mejorar la capacidad oxidativa del músculo en ciertas intensidades del ejercicio, entre otros posibles beneficios, lo que conllevaría una mejora muy significativa en el/la deportista de resistencia. En este sentido, parece relacionarse directamente la cantidad de Glucógeno disponible con estos efectos, siendo crítico el rango denominado Umbral de Glucógeno y que parece ser cercano a los 300mmol/kg de músculo seco. Sin duda, una prueba contundente de que este polímero puede ser un potente señalizador metabólico.

No obstante, siendo realistas, como apuntaba, todavía quedan estudios que verifiquen estos efectos de manera real en niveles superiores y en el rendimiento deportivo, ya que aunque se han visto mejoras significativas en deportistas de un menor nivel, también hay resultados negativos respecto a esta metodología. Lo que sí es seguro es que la cantidad disponible de Glucógeno regula múltiples vías de señalización, y esto promete nuevos descubrimientos apasionantes. 

Modulador metabólico

Sigámos analizando más posibles efectos de Glucógeno en la Fisiología y en el Metabolismo del cuerpo humano. La regulación metabólica que ejerce nuestro querido polímero, en función de la cantidad disponible del mismo, parece ser clave en el uso de una vía metabólica u otra y esto se traduce, también, en distintas posibles adaptaciones al entrenamiento físico-

Voy a intentar explicarme. De manera sencilla, podríamos decir que en función de la cantidad de Glucógeno disponible que tiene nuestro músculo, por ejemplo, usaremos unas vías metabólicas u otras. Esto se da debido a una regulación enzimática que hace que se activen o supriman ciertas enzimas claves que activas las correspondientes rutas del metabolismo. 

Por ejemplo, cuando existe una elevada disponibilidad de Glucógeno Intramuscular, se incrementa la glucogenólisis durante el ejercicio, mediada por la activación de las enzimas fosforilasas. Además, sucede una potente estimulación de la Piruvato Deshidrogenasa (PDH) y, por consiguiente, el inicio de la ruta de oxidación de la glucosa. Es decir, cuando hay Glucógeno disponible, se estimula la vía de uso de la glucosa mediante la regulación de las enzimas clave. 

Esto sin embargo, parece no afectar a la entrada de glucosa externa al músculo, que parece ser independiente de la cantidad de Glucógeno disponible. Algo que abre la puerta a distintas hipótesis y planteamiento de protocolos que sirvan para optimizar la adaptación al entrenamiento mediante el binomio Nutrición-Entrenamiento. 

Por otro lado, una baja disponibilidad de Glucógeno generará un bloqueo de las rutas metabólicas de la glucosa, estimulando el uso de los ácidos grasos, bien sean los circulantes, los intramusculares o los del tejido adiposo (mediante una previa estimulación de la lipólisis). Esto parece darse, también, por una inactivación de la propia PDH, a través de la PDK4 (encargada de inactivarla) y la consiguiente reducción, por lo tanto, del flujo glucolítico. 

Como decía, se ha visto, además, como la misma disponibilidad reducida de Glucógeno, genera una mayor oxidación de lípidos, debido a una mayor estimulación de la lipólisis y de los ácidos grasos libres disponibles, mediados por una elevada adrenalina o epinefrina circulante. 

En este sentido, también se ha podido concluir como en un estado baja cantidad de Glucógeno disponible y una elevada cantidad de ácidos grasos libres (efecto de la elevada adrenalina), al añadir glucosa, la oxidación de los lípidos no decrecía. Esto parece estar relacionado con el todavía incierto papel de la Carnitina en la regulación de la utilización de sustratos, mediante su rol como sustrato de la Carnitina Palmytoiltransferasa 1, principal enzima encargada de la introducción de los ácidos grasos de cadena larga en la mitocondria, así como con la baja actividad de la PDH y de la Acetyl CoA, y la elevada activación de la propia Carnitina libre. 

En todo caso, mas allá de los mecanismos exactos (algunos por definir todavía), sí que parece estar claro que una elevada o disminuida disponibilidad de Glucógeno muscular actuará de una u de otra manera en la activación y uso de las distintas vías metabólicas, jugando un importante y necesario papel como regulador o modulador metabólico.

Controlador energético 

Como vamos viendo, el Glucógeno es un almacén de energía (glucosa) que no solo actúa como tal. Además, según vamos a ver en este apartado, ejerce un rol de "termostato" o chivato de la situación energética concreta del músculo, entre otros órganos. Pues bien, teniendo esto en cuenta, podemos decir que el "status energético" de los órganos donde se acumula principalmente el Glucógeno (hígado y músculos esqueléticos, aunque haya otros órganos adicionales en los cuales se han encontrado cantidades insignificativas de este polímero, riñones, y otros con cantidades interesantes, como el cerebro), está medido por la capacidad señalizadora y reguladora del propio Glucógeno. 

Es decir, dependiendo de la glucosa ramificada en polímero que haya en estos órganos, se enviarán unas señales u otras que harán que los distintos mecanismos homeostásicos del cuerpo reaccionen de una u otra manera. En este sentido, no debemos de olvidar que uno de los objetivos finales del organismo es la homeostasis de la glucosa. 

El órgano regulador del estado energético del organismo por excelencia es el Hígado. Si existe suficiente cantidad de Glucógeno Hepático, la Glucogenolisis será la principal fuente de energía para el organismo y ayudará directamente a mantener los niveles de glucosa sanguínea adecuados. 

Sin embargo, si estos niveles están disminuidos, entrará en juego la Gluconeogénesis, a partir de ciertos aminoácidos como la Glutamina o la Alanina. Estas rutas se relacionarán (se cruzarán) directamente con la misma capacidad del ya mencionado Glucógeno Muscular, que si también se encuentra en una situación "bajo mínimos" intentará explotar otras vías de obtención de energía, más allá de los mencionados lípidos, que se corresponden con los aminoácidos ramificados o con el ciclo de la Glucosa-Alanina (ciclo de Cori). Recordemos que el hígado participa obligatoriamente en este proceso. 

Esta última explicación, que por cierto no es nada novedosa, ni mucho menos, es otra muestra más de cómo el Glucógeno ejerce un papel importantísimo en la regulación de la obtención de energía mediante el control de mando de los disintos mecanismos homeóstásicos. Eso sí, siempre dependiendo de la cantidad disponible del mismo. 

Por lo tanto, y para finalizar, podríamos concluir que esta última función del Glucógeno se centra en controlar el nivel energético de organismo, casi de manera exclusiva mediante el Hígado y el Músculo, para compensar la falta energética con la participación de otros mecanismos metabólicos alterntivos.

¿Y qué mas? 

Pues, en realidad, mucho más. El Glucógeno y sus interacciones se relacionan con distintas enfermedades como la Diabetes tipo 2 (de hecho, el grupo de Iñigo San Millán investiga estos efectos en Denver con resultados muy interesantes) o distintas enfermedades metabólicas, lo que resulta muy esperanzador en el avance de las investigaciones orientadas a la salud, también. 

Además, una de las últimas novedades en torno al Glucógeno es el descubrimiento del ya mencionado Glucógeno cerebral, que parece acumularse en cantidades pequeñas, pero con un efecto significativo en los llamados astrocitos (células gliales más numerosas del sistema nervioso que se sitúan en el encéfalo y en la médula espinal). Estos acúmulos parecen tener un efecto considerable en el rendimiento deportivo mediante la regulación de la fatiga central, así como en la salud debido a su relación con posibles enfermedades como el Alzheimer. 

Y por si no fuera poco, todavía queda mencionar la función del Glucógeno en la contracción muscular, regulando el "release" y "uptake" del Calcio así como el ciclo de excitación-contracción. En este sentido, parece que estas funciones son específicas según las distintas localizaciones del Glucógeno en el músculo (subsarcolemal, intermiofibrilar e intramiofibrilar). Una baja disponibilidad de Glucógeno, junto a un ejercicio de moderada-elevada intensidad, no solo compromete la función muscular, sino que aumenta el uso de aminoácidos e incrementa la presencia enzimas musculares en sangre, lo que es indicativo de daño muscular. 

En resúmen, como has podido ver, este "simple" polímero ramificado de glucosa es mucho más que eso y, sobre todo (más importante), significa mucho más que una mera unión de moléculas capaces de generar energía. De hecho, es una potente "pseudo-hormona" señalizadora y reguladora de los múltiples efectos y mecanismos del organismo para mantener la homeostasis de la glucosa y la funcionalidad del músculo esquelético.

Lo mejor de todo, es que tenemos por delante un apasionado viaje científico e investigador para tratar de descubrir el funcionamiento de esta "piedra filosofal" del metabolismo y sus efectos directos en el rendimiento deportivo y en la salud. 

¡Espero haberte acercado más a uno de los principales y actuales temas de las ciencias de la actividad física y el deporte y la nutrición! 

¡Como siempre, gracias por estar ahí, y nos vemos en la siguiente entrada!

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Referencias: 

• Hearris MA, Hammond KM, Fell JM, Morton JP. Regulation of Muscle Glycogen Metabolism during Exercise: Implications for Endurance Performance and Training Adaptations. Nutrients. 2018; 10(3): 298.
• Phlip A, Hargreaves M, Baar K. More than a store: Regulatory roles for glycogen in skeletal muscle adaptations to exercise. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2012; 302: 1343-1351.

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