I Tessuti glucosio-dipendenti rappresentano quel gruppo di tessuti che necessitano di glucosio per la loro attività metabolica. Ciò significa che, al contrario della maggior parte dei tessuti corporei, essi non possono utilizzare lipidi a scopo energetico e non sono sensibili all'insulinaG. Franco Adami. Guida all'obesità: uno strumento cognitivo per la comprensione e la terapia. FrancoAngeli, 2003. p. 166. ISBN 8846450892..
L'utilizzo di glucosio da parte dei tessuti In generale, tutti i tessuti del corpo sono in grado di utilizzare glucosio a scopo energetico, ma, ad eccezione dei tessuti glucosio-dipendenti, i restanti possono utilizzare acidi grassi e corpi chetonici quando i carboidrati non sono disponibiliMitchell et al. Medical aspects of ketone body metabolism. Clin Invest Med. 1995 Jun;18(3):193-216.. I tessuti glucosio-dipendenti sono:Manuale di Chirurgia Generale (2 voll.). PICCIN. p. 125. ISBN 8829912298G. Menzinger, D. Andreani. Trattato di diagnostica funzionale endocrinologica. PICCIN, 1984. p. 371. ISBN 8829901962Thomas Allen Miller. Modern surgical care. CRC Press, 2006. p. 6-21. ISBN 0824728696.Westman et al. Low-carbohydrate nutrition and metabolism. Am J Clin Nutr. 2007 Aug;86(2):276-84. Sistema nervoso centrale o SNC (Encefalo, Midollo spinale) Midollare del rene Midollo osseo Globuli rossi (o eritrociti) Globuli bianchi (o leucociti) Rètina Cristallino Testicoli Fibre di tipo 2 del muscolo scheletrico (sforzi intensi)
In condizioni dietetiche normali, il glucosio è l'unico substrato energetico per il cervello e il resto del sistema nervoso centrale (SNC)Felig et al. Blood glucose and cluconeogenesis in fasting man.. Arch Intern Med. 1969 Mar;123(3):293-8.Sokoloff L. Metabolism of ketone bodies by the brain. Annu Rev Med. 1973;24:271-80.. Il cervello e il resto del SNC sono i maggiori consumatori di glucosio su base giornaliera, consumandone circa 104 grammi al giorno. Questa peculiarità del metabolismo cerebrale ha portato probabilmente al più grande equivoco riguardo alla privazione di carboidrati nella fisiologia umana: il fatto che il cervello sia in grado di consumare solo glucosio come combustibile, risultando quindi glucosio-dipendente, è vero solo in parte. Una volta che la privazione di carboidrati prosegue per un periodo prolungato, il cervello è in grado di coprire gran parte delle richieste energetiche dai chetoni, consumando solo una minima parte di glucosio, mentre ad esempio gli eritrociti, i leucociti e il midollo osseo sono sempre dipendenti dalla sua captazione. Analisi più recenti hanno inoltre dimostrato che il lattato (altro substrato glucogenetico), ottenuto dalla circolazione o attraverso l'accoppiamento metabolico che si verifica fra gli astrociti e i neuroni, sia il substrato preferito per i neuroni stessi, ricoprendo un importante ruolo assieme a glucosio e chetoniMagistretti PJ, Pellerin L. Functional brain imaging: role metabolic coupling between astrocytes and neurons. Rev Med Suisse Romande. 2000 Sep;120(9):739-42.. Se il sistema nervoso centrale non potesse ricavare energia da substrati alternativi al glucosio, dopo il totale esaurimento delle scorte di carboidrati endogene sopraggiungerebbe la morte cerebrale, cosa che non accade data la capacità del SNC di attingere energia dai chetoni. In altre parole, nonostante il SNC rientri nella definizione di tessuto glucosio-dipendente, in condizioni di digiuno molto prolungato o di dieta a bassissimo apporto di carboidrati (dieta chetogenica), esso è in grado di ricavare indirettamente la maggior parte dell'energia dai grassi depositati nel tessuto adiposo per via aerobica attraverso il ciclo di Krebs una volta convertiti, negli epatociti, in corpi chetoniciManninen AH. Very-low-carbohydrate diets and preservation of muscle mass. Nutr Metab (Lond). 2006 Jan 31;3:9.. È stato suggerito che di fatto, i corpi chetonici esistono primariamente per fornire al cervello un substrato energetico derivante dai grassi durante periodi in cui i carboidrati non sono disponibili.
Al contrario del SNC, le cellule che non sono dotate di mitocondri, oppure ne esprimono una bassa presenza, sono completamente glucosio-dipendenti. I tessuti senza mitocondri sono eritrociti, cornea, cristallino e retina; mentre i tessuti con pochi mitocondri sono la midollare renale, i testicoli e i leucocitiWestman et al. A review of low-carbohydrate ketogenic diets. Curr Atheroscler Rep 2003;5:476–83.. Questi necessitano sempre di glucosio perché la loro attività metabolica è basata solo sul metabolismo anaerobico, e non su quello aerobico ossidativo (attività mitocondriale), pertanto non possono utilizzare né lipidi né corpi chetonici. Tuttavia, il processo di glicolisi anaerobica (utilizzo energetico del glucosio per via anaerobica) da parte di questi tessuti porta alla formazione di lattato, che ritorna al fegato e viene poi riconvertito a glucosio, tramite un processo denominato Ciclo di Cori. L'energia per questo processo ( la gluconeogenesi ) proviene dall'aumento dell'ossidazione degli acidi grassi nel fegato. Quindi i tessuti glucosio-dipendenti e glicolitici portano indirettamente ad enfatizzare l'utilizzo di grassi depositati.
Normalmente il muscolo scheletrico in condizioni di riposo o di sforzi poco intensi è un tessuto che sfrutta il metabolismo aerobico ossidativo, e in condizioni a riposo ha un consumo di glucosio/glicogeno molto basso o assentevan Loon et al. The effects of increasing exercise intensity on muscle fuel utilisation in humans. J Physiol. 2001 Oct 1;536(Pt 1):295-304.. Il muscolo scheletrico è un tessuto insulino-sensibile, e in carenza di glucidi esso riesce a sfruttare principalmente lipidi e corpi chetonici come substrati energetici. Ma, se sottoposto ad uno sforzo fisico di una certa intensità, viene richiesta l'attivazione delle fibre muscolari rapide o di tipo 2, che intervengono in sforzi intensi o anaerobici, e che non possono utilizzare corpi chetonici e FFA per la loro attività impiegando glucosio. In queste condizioni il muscolo diventa dipendente dal glucosio per la sua attività metabolica facendo in gran parte affidamento su metabolismo anaerobicoLivio Luzi. Biologia cellulare nell'esercizio fisico. Springer, 2009. p. 63. ISBN 8847015340..
Trasportatori di glucosio (GLUT) I trasportatori di glucosio o glucotrasportatori (GLUT) sono una famiglia di carrier proteici contenuti nelle vescicole intracellulari (alcune fonti sostengono nel reticolo endoplasmaticoMatthew N. Levy, Bruce M. Koeppen, Bruce A. Stanton. Principi di fisiologia di Berne & Levy. Penerbit Buku Kompas, 2007. p. 17 ISBN 8821429520, altre nel GolgiLeonard Share. . Humana Press, 1999. p. 122. ISBN 0896037266.) all'interno del citoplasma, con la funzione di facilitare il trasporto di glucosio dal liquido interstiziale all'interno della cellula. Ne sono stati identificati sette, ognuno dei quali presenta una distribuzione differente a seconda dello specifico tessuto biologico. Per quanto riguarda i tessuti glucosio-dipendenti, è necessario citare principalmente i GLUT-1, i quali per definizione, forniscono un'assunzione minima basale di glucosio a svariati organi, non solo quelli strettamente glucosio-dipendenti. In realtà la distribuzione dei GLUT-1 vengono unanimemente riconosciuti principalmente nei globuli rossi e nel cervello per i quali la loro presenza è ritenuta fondamentaleAndrea Lenzi, Gaetano Lombardi, Enio Martino. Endocrinologia e attività motorie Elsevier srl, 2008. p. 160. ISBN 8821429997., ma essi sono ampiamente presenti anche nel rene, nella placenta, nei fibroblasti, ed in minima parte anche nel fegato e nei tessuti insulino-dipendenti, ovvero muscolo scheletrico, cuore, e tessuto adiposoGiuseppe Arienti. Le basi molecolari della nutrizione. PICCIN, 2003. p. 112. ISBN 8829916668., e in generale in tutti i tessuti corporei.
Un altro trasportatore di glucosio abbondante nei neuroni del cervello è il GLUT-3, che è ampiamente distribuito anche nel rene, nell'intestino e nella placenta. GLUT-3 facilita il co-trasporto sodio-glucosio, consentendo l'assorbimento del glucosio sia nei tubuli renali che nella mucosa intestinale.
Substrati e processi energetici In seguito all'introduzione di carboidrati (periodo post-prandiale), questi organi captano la quantità di glucosio di cui necessitano, e a causa della mancata capacità di immagazzinarlo, lasciano la quantità restante agli altri tessuti. Tali apparati sono considerati insulino-indipendenti (insensibili all'insulina), e la captazione di glucosio per la maggior parte di questi avviene tramite i trasportatori di glucosio di tipo 1 (GLUT-1)Andrea Lenzi, Gaetano Lombardi, Enio Martino. Endocrinologia e attività motorie Elsevier srl, 2008. p. 160. ISBN 8821429997.. La principale fonte endogena di glucosio, che viene prevalentemente impiegata per nutrire gli organi glucosio-dipendenti, deriva dal glicogeno stoccato nel fegato, il quale rappresenta l'unica riserva di carboidrati che può essere rilasciata nel circolo ematico. Il fegato ha la capacità di immagazzinare una ridotta quantità di glicogeno, si stima attorno ai 75 grammi per un uomo di 70 kg. Queste scorte vengono facilmente esaurite durante il digiuno notturno. Quando questo rifornimento comincia a scarseggiare, viene intensificato il processo di conversione di glucosio a partire da precursori non glucidici (gluconeogenesi), ovvero amminoacidi, glicerolo, piruvato e lattato, che devono garantire una presenza di glucosio basale in modo da rifornire prioritariamente i tessuti glucosio-dipendenti. Glicogenolisi epatica, Gluconeogenesi e Proteolisi