Il Cuore
La flessibilità metabolica dei cardiomiociti è correlata all'utilizzo di svariati substrati energetici:  in particolare è da segnalare che l'utilizzo di corpi chetonici in alternativa ai carboidrati incrementa l'azione idraulico-propulsiva ventricolare. 

Il cuore è uno degli organi più energivori del corpo umano, poiché si contrae continuamente per fornire sangue a tutto il corpo.

Nonostante questa elevata richiesta di energia, lo stoccaggio energetico del cardiomiocita è minimo.

Pertanto, le cellule cardiache devono produrre continuamente energia per mantenere la funzione contrattile (70% di ATP) e l’omeostasi ionica.

Nel cuore maturo la fosforilazione ossidativa mitocondriale normalmente fornisce oltre il 90% del fabbisogno energetico dell’organo.

Sebbene gli acidi grassi siano solitamente il principale combustibile per la produzione mitocondriale di ATP (circa il 70%) il cardiomiocita è in grado di ossidare tutte le classi di substrati energetici, inclusi glucosio, lattato, corpi chetonici e amminoacidi, a seconda della disponibilità di carburante e delle condizioni fisiologiche.

Pertanto, l’ossidazione del lattato è predominante durante l’esercizio, poiché la produzione di lattato aumenta nel muscolo scheletrico.

Il digiuno prolungato o la dieta chetogenica inducono un aumento nel sangue di livelli di corpi chetonici che migliorano il loro utilizzo da parte del cuore, con efficienza idraulica incrementata (gittata sistolica).

Alcuni studi dimostrano che nei cuori perfusi isolati, l’aggiunta di lattato o corpi chetonici favorisce una significativa diminuzione dell’ossidazione del glucosio e degli acidi grassi.

Questi studi supportano il concetto di flessibilità metabolica, che consente l’uso di substrati disponibili per fornire la quantità di ATP per La contrazione cardiaca, in diverse condizioni fisiologiche.

I mitocondri non solo sono responsabili della generazione di energia, ma regolano anche l’omeostasi del calcio intracellulare, la segnalazione e la morte cellulare, occupano 1/3  del volume dei cardiomiociti, rendendoli il tipo cellulare differenziato, dotato del più alto contenuto  di mitocondri.

I cardiomiociti contengono due sottopopolazioni mitocondriali che differiscono sia morfologicamente che funzionalmente.

I mitocondri sotto-sarcolemmatici situati al di sotto della membrana citoplasmatica e i mitocondri Inter fibrillari situati tra le miofibrille contrattili.

I mitocondri sotto-sarcolemmatici e mio-fibrillari differiscono nella struttura delle creste e anche nella funzione, mentre i mitocondri Inter fibrillari mostrano un tasso di respirazione (consumo di ossigeno) più elevato.

Il metabolismo energetico è diverso durante lo sviluppo del cuore e nei cardiomiociti maturi.

Nella prima fase embrionale le cellule sembrano essere molto più dipendenti dalla glicolisi, essendo il metabolismo mitocondriale poco sviluppato.

Pertanto, la maturazione delle cellule staminali embrionali in cardiomiociti richiede un passaggio dalla glicolisi anaerobica, alla fosforilazione ossidativa mitocondriale, per soddisfare le crescenti richieste di energia del cuore.

Si ritiene che i mitocondri cardiaci disfunzionali contribuiscano allo sviluppo di diverse malattie cardiache come l’ischemia miocardica, lesioni da riperfusione, l’ipertrofia ventricolare, le cardiomiopatie, lo scompenso cardiaco.

Pertanto, è ben noto che il metabolismo cardiaco subisce una riprogrammazione in risposta all’ipertrofia patologica con un aumento del metabolismo del glucosio a scapito dell’ossidazione degli acidi grassi; questo aumento del consumo di glucosio è caratterizzato da una sovra regolazione della glicolisi e nessun cambiamento o riduzione di fosforilazione ossidativa, che insieme alla riduzione della ossidazione degli acidi grassi, comporta una diminuzione del metabolismo ossidativo mitocondriale.

Questo fatto è molto importante per i casi di insufficienza cardiaca, in cui l’apporto di ossigeno è limitato.

Durante il processo di invecchiamento aumenta non solo la prevalenza di malattie cardiovascolari, ma anche le sottopopolazioni mitocondriali cardiache presentano un declino funzionale, età dipendente, accompagnato da alterazioni nella generazione di composti reattivi dell’ossigeno e nella capacità antiossidante.

Inoltre, l’invecchiamento influisce sull’espressione di diverse proteine, la maggior parte delle quali sono coinvolte nel metabolismo, nella fosforilazione ossidativa, o nella resistenza allo stress ossidativo, dimostrando il ruolo centrale dei mitocondri nell’invecchiamento cardiaco.