Digestión y metabolismo de los Hidratos de Carbono

Introducción

La gran mayoría de los nutrientes en los que se mantiene la vida de nuestro cuerpo son los (1) Macro-nutrientes (Proteínas, Hidratos de Carbono y Grasas). Sin embargo, los alimentos contienen también, en cantidades mucho menores, los (2) Micro-nutrientes (Vitaminas y Minerales).

A excepción que el resto de macronutrientes, y a niveles generales, los hidratos de carbono no son esenciales para el cuerpo siendo este capaz de sobrevivir y funcionar normalmente sin su ingesta, siempre y cuando se ingieran cantidades suficientes de proteínas y grasas.

En cualquier caso, dado que estos alimentos no son directamente absorbibles resulta necesario digerirlos para su descomposición, a continuación se desarrollan los procesos para la digestión de los carbohidratos (HC), así como los procesos metabólicos que permiten obtener energía de este macronutriente. Finalmente se trata muy brevemente los efectos hormonales que tiene su ingesta y que básicamente, regulan los niveles de glucosa en sangre.

Digestión de los carbohidratos

La gran mayoría de los carbohidratos se encuentran en la forma de (1) Polisacáridos o (2) Disacáricos, que son el resultado de la combinación de (3) Monosacáridos. El proceso de digestión descompone los Polisacáridos y Disacáridos en Monosacáridos. Este proceso se denomina Hidrólisis requiriendo H2O y enzimas digestivas:

Hidrólisis. Crédito:

Siendo: R”-R’ = 1 Disacárido R”OH +R’H = 2 Monosacáridos

Existen 3 fuentes principales de HC:

• Sacarosa, disacáridos. (azúcar)
• Lactosa, disacáridos.
• Almidón, polisacáridos.

Adicionalmente se pueden encontrar:

• Amilasa
• Glucógeno
• Alcohol
• Ácido Láctico
• Ácido Pirúvico
• Pectinas
• Dextrinas
• Celulosa (no digerible por humanos al no secretar las enzimas necesarias)

La digestión comienza en la boca, donde se segrega saliva que contiene las enzimas ptialina y amilasa proveniente de la gándula paratiroide. Estas enzima hidrolizan el Almidón en Maltosa (disacárido) y otros en menores cantidades. Terminado el proceso de masticado y mezcla con jugos gástricos, entre 15-30 minutos, el 30-40% del almidón ha sido hidrolizado.

NOTA: De ahí la importancia de masticar bien, ya que esta enzyma se desactiva con PH < 4, es decir no continúa la digestión una vez el bolo alimenticio se mezcla con los jugos gástricos.

Una vez en el intestino delgado, la secreción del pánccreas termina por hidrolizar el 100% de los carbohidratos.

Finalmente, en el intestino grueso, los enterocitos, que contienen cuatro enzimas (lactasa, sacarasa, maltasa y dextrinasa capaces de descomponer los disacáricos Lactosa, Sacarosa y Maltosa, descomponen los disacáridos en monosacáridos de la siguiente manera:

• Lactosa se convierte en 2 monosacáricos, galactosa y glucosa.
• Sacarosa se convierte en 2 monosacáridos, fructosa y glucosa.
• Maltosa se convierte en 2 monosacáridos de glucosa.

Hidrólisis carbohidratos Crédito:

Todos los monosacáridos son hidrosolubles y absorbidos inmediatamente hacia el torrente sanguíneo. El 80% de los HC absorbidos son en forma de Glucosa, ya que son el producto de la digestión de los HC más abundantes, los Almidones. El 20% adicional compuesto por Galactosa (proveniente de productos lácteos) y fructosa, proveniente del azucar.

La absorción de la glucosa y galactosa se realiza junto con la absorción activa del Sodio. En el caso de la fructosa, se realiza por difusión, por lo que su ritmo de transporte es de aprox. un 50% de las anteriores.

Dicho lo anterior, cabe destacar que tras el proceso digestivo, algunos HC han progresado en el intestino sin ser digeridos, y que son sujetos a la fermentación bacteriana, siendo los gases Dióxido de carbono (CO2), Metano, e Hidrógeno subproductos de dicha fermentación.

Metabolismo de los Hidratos de Carbono

La mayoría de las reacciones químicas en las células tienen como objetivo obtener energía de los nutrientes para los distintos procesos fisiológicos de dichas células.

Todos los macronutrientes, pueden ser oxidados para obtener energía de ellos. La energía proveniente de la oxidación se emplea para convertir ADP (Adenosine diphosphate) en ATP (Adenosine triphosphate). En todas las células se emplea el ATP como vector energético y puede ser generado y consumido a necesidad.

ADP - ATP Crédito:

De acuerdo a lo visto anteriormente, los tres monosacáricos principales son Galactosa, Fructosa y Glucosa, siendo la última el 80% del total. El 20% restante, es decir Galactosa y Fructosa, son generalmente transportados al hígado, donde pueden ser:

• Devueltos al torrente sanguíneo en forma de Glucosa o
• Almacenados en forma de Glucosa-6-fosfatasa.

Hidrólisis carbohidratos Crédito:

En las células del hígado existen enzimas que permiten la reconversión de monosacáridos como se observa en la figura anterior.

La entrada de la glucosa en las células se realiza mediante difusión (de mayor a menor concentración). Cuando el páncreas segrega insulina el ratio de transporte de la glucosa a las células aumenta x10. En la práctica el ratio de utilización de glucosa en las células viene marcado por el ratio de secreción de insulina.

Inmediatamente después de la entrada de la glucosa en la célula, esta se combina con un radical de fosfato para crear Glucosa-6-fosfatasa, el proceso es llamado fosforolización y emplea las enzimas glucokinasa (en el hígado) o hexokinasa (resto células). Excepto en el hígado, este proceso es irreversible. Posteriormente, la célula puede usarla para:

• Generar energía
• Almacenarla en forma de Glucógeno. (lás celulas musculares y hepáticas, son las que mayor capacidad de almacenamiento tienen).

El glucógeno tiene dos fases:

• Formación o glycogénesis, para almacenamiento en la célula.
• Descomposición o glycogenólisis, para obtener energía de la glucosa.

Hidrólisis carbohidratos Crédito:

Estos procesos son controlados por las hormonas epinefrina (segregada por la glándula suprarenal) y glucagon (segregado por el páncreas).

• La primera estimula la generación de AMP, precursor del ADP para desencadenar la glycogenólisis, lo que permite incrementar la disponibilidad de glucosa para un metabolismo de energía rápida.
• La segunda estimula la reconversión de la Glucosa-6-fosfatasa del hígado en glucosa y su liberación al torrente sanguíneo.

Glycolityc pathway o Glycólisis

Proceso que mediante enzimas que permiten la descomposición parcial de la glucosa, se consigue un uso más eficiente de esta obteniendo hasta 38 mol de ATP por cada una de glucosa

Glycólisis Crédito:

Mediante este proceso se forma Ácido Pirúvico, de acuerdo a la figura anterior, posteriormente se reconvierte en Coenzima A (acetyl-CoA). El siguiente paso es la entrada de este en el ciclo de Krebs (ciclo de ácido cítrico) dentro de las mitocondrias generando 2 mol ATP. Tras estos procesos se obtienen moléculas de H2 disponibles para oxidación y creación del 90% restante de ATPs. Mediante el proceso llamado fosfolización oxidativa, que ocurre dentro de la mitocondria, se liberan grandes cantidades de energía, 34% en forma de calor y el resto, para crear ADP que posteriormente es reconvertida en ATP .

Cuando por alguna circunstancia el oxígeno deja de estar disponible, el proceso de fosfolización oxidativa no puede llevarse a cabo completamente, obteniendo no obstante un 3% de la energía en casos de necesidad.

Cuando los subproductos de de la glycolisis, Ácido Pirúvico y átomos de hidrógeno, se acumulan inhiben que se siga produciendo el proceso, mediante su combinación formado ácido láctico. En condiciones anaeróbicas, donde si se puede llevar a cabo la glycólisis pero no la fosfolización oxidativa el ácido láctico se acumula rápidamente.

Posteriormente, cuando el oxígeno vuelve a estar disponible el ácido lactico es reconvertido en Ácido Pirúvico y átomos de hidrógeno, lo que permite volver a realizar la fosfolización oxidativa y por tanto obtener ATPs.

Pentose phosphate pathway

La mayoría de la energía empleada a partir de carbohidratos proviene de la Glycolisis, no obstante, el pentose phosphate pathway supone aprox. el 30% de la degradación de la glucosa en las células del hígado, y aun en mayor proporción en las células adiposas.

Las reacciones químicas de este proceso tienen como resultado moléculas de CO2 y H2. El hidrígeno puede emplearse para generar ATP a través de la oxidative phosphorylation, si bien es más común que se emplee para la síntesis de grasa.

Cuando el proceso de glycolítico se ralentiza por inactividad celular el pntose phosphate sigue activo, primordialmente en las células del hígado, para convertir el exceso de glucosa en ácidos grasos de cadena larga (LCT), es decir se almacena la energía contenida en la glucosa en modo de grasa.

Cuando existe exceso de glucosa, esta se convierte en glucógeno hasta que las células (primordialmente hígado y músculos) han llegado a su capacidad de almacenamiento máximo (suficiente para aportar toda la energía necesaria durante 12-24 horas). A partir de entonces se almacena en forma de grasa tanto en el hígado como en las células adiposas.

Gluconeogenesis

Este proceso es el encargado de generar glucosa, en proporciones moderadas, a partir de los aminoácidos y del glicerol de la grasa cuando los niveles de carbohidratos se reducen por debajo de lo normal, y es regulado por la hormona Cortisol segregada en la glándula suprarrenal como consecuencia de la segregación previa de Corticotropina.

La segregación de cortisol que dispara este proceso, hace que se mobilicen las proteinas de todas las células en forma de aminoácidos en el torrente sanguineo, lo que los hace disponibles para el hígado.

La gluconeogénesis resulta especialmente importante para evitar que los niveles de glucosa en sangre se reduzcan demasiado y proporcionar un suministro constante de glucosa al cerebro, suponiendo hasta un 25% de la glucosa producida por el hígado en fases de ayuno. Durante ayunos prolongados los riñones también sintetizan cantidades considerables de glucosa.

En torno al 60% de los aminoácidos de las proteinas del cuerpo pueden ser fácilmente reconvertidas en glucosa.

Efecto hormonal de los HC

De acuerdo a lo expuesto en los apartados anteriores, las hormonas con mayor impacto en el metabolismo de los Hidratos de Carbono son:

• Insulina, que reduce los niveles de glucosa en sangre al mejorar su transporte a las células, ya sea para su almacenamiento u obtención de energía.
• Cortisol, que aumenta niveles de glucosa en sangre mediante la gluconeogénesis.

Dicho de otro modo, cuando existe abundancia de carbohidratos se segrega insulina y cuando hay carencia de hidratos de carbono se segrega cortisol.

Cabe destacar que con cualquier comida los niveles de insulina en sangre aumentan, independientemente del tipo de alimento ingerido. No obstante, tanto proteínas limpias de grasa como hidratos de carbono crean picos más acusados, ya que su digestión aumentan en mayor medida los niveles de glucosa en sangre.

Bibliografía

• Guyton Textbook of Medical Physiology. Ed 12.
• Dietary Reference Intakes for Energy, Carbohydrate, Fiber, Fat, Fatty Acids, Cholesterol, Protein, and Amino Acids (2005)