La comprensión de las alteraciones en el metabolismo de aminoácidos (proteína), carbohidratos y lípidos de los pacientes hospitalizados es la base en la cual se sustenta el apoyo metabólico y nutricional. Para conservar las necesidades metabólicas basales (en reposo y en ayuno), un adulto sano requiere alrededor de 22 a 25 kcal/kg/día obtenidas de carbohidratos, lípidos y proteínas. Las necesidades energéticas para mantener el metabolismo pueden ser de hasta 40 kcal/kg/día en estados de tensión fisiológica grave.
En adultos sanos, la principal fuente de energía durante el ayuno por períodos breves (< 5 días) se obtiene de la proteína muscular y de la grasa corporal, siendo la grasa la fuente energética más abundante. El organismo de un adulto sano contiene 300 a 400 g de carbohidratos en forma de glucógeno, de los cuales 75 a 100 g se almacenan en el hígado. Casi 200 a 250 g de glucógeno se almacenan en el músculo estriado, miocardio y músculo liso. La mayor reserva de glucógeno en el músculo no se encuentra fácilmente disponible para su uso sistémico por la deficiencia de glucosa-6-fosfatasa, pero se encuentra disponible para las necesidades energéticas de las células musculares.
En estado de ayuno, las reservas de glucógeno hepático se agotan de manera rápida y preferencial, lo que ocasiona reducción en las concentraciones de glucosa en unas cuantas horas (< 16 h). Durante el ayuno, un adulto sano de 70 kg utiliza 180 g de glucosa por día para mantener el metabolismo obligado de células glucolíticas como neuronas, leucocitos, eritrocitos y médula renal.
El glucagón, noradrenalina, vasopresina y angiotensina II pueden favorecer la utilización de las reservas de glucógeno (glucogenólisis) durante el ayuno. El lactato es liberado mediante la glucólisis en el músculo estriado así como eritrocitos y leucocitos. El reciclaje de lactato y piruvato para gluconeogénesis se conoce como ciclo de Cori, que puede proporcionar hasta 40% de la glucosa plasmática en periodos de inanición. La producción de lactato en el músculo estriado es insuficiente para mantener las necesidades de glucosa sistémica durante el ayuno de corta duración (inanición simple). Por lo tanto, cada día deben degradarse cantidades significativas de proteína (75 g por día para un adulto de 70 kg) a fin de proporcionar el sustrato de aminoácidos para la gluconeogénesis hepática.
La proteólisis durante la inanición, es consecuencia principalmente de la disminución de la insulina e incremento de la liberación de cortisol. La proteólisis incrementa la excreción urinaria de nitrógeno, desde cifras normales de 7 a 10 g/día hasta de 30 g o más por día. Durante la inanición la proteólisis ocurre principalmente en el músculo estriado, y en menor medida en órganos sólidos. Durante un periodo de inanición prolongada, se reduce la proteólisis sistémica a casi 20 g/día y la excreción urinaria de nitrógeno se estabiliza en 2 a 5 g/día. La reducción en proteólisis durante ayuno prolongado es consecuencia de la adaptación de los órganos vitales para utilizar cuerpos cetónicos como su principal fuente energética.
En el ayuno prolongado, los cuerpos cetónicos se vuelven una fuente energética importante para el encéfalo después de dos días y gradualmente se vuelven la principal fuente energética hacia los 24 días. El incremento en la utilización de aminoácidos para gluconeogénesis durante la inanición incrementa la excreción renal de iones amonio.
Los riñones también participan en la gluconeogénesis mediante el uso de glutamina y glutamato y puede volverse la fuente primaria de gluconeogénesis durante la inanición prolongada, explicando hasta 50% de la producción sistémica de glucosa.
Las reservas de lípidos en los tejidos adiposos proporcionan aporte calórico durante la inanición para las funciones musculares y enzimáticas basales que se satisfacen mediante la movilización de triglicéridos del tejido adiposo. La liberación de ácidos grasos libres se estimula por una reducción en las concentraciones séricas de insulina y por el incremento en las concentraciones circulantes de glucagón y catecolaminas. La movilización de reservas lipídicas para la obtención de energía disminuye de manera importante la tasa de glucólisis, gluconeogénesis y proteólisis así como la necesidad general de glucosa para mantener al hospedador.
