Tema 5 nutricion y metabolismo de HC PDF

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TEMA 5: NUTRICÓN Y METABOLISMO DE HC 1. DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN Los hidratos de carbono (HC) son polihidroxicetonas (si el doble enlace está en su interior) o polihidroxialdehídos (si el doble enlace está en el extremo). Están formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno. La mayor parte de la energía la obtener de estos. A. CLASIFICACIÓN Podemos distinguir los HC según su complejidad en: • •

HC complejos, (50%) son polisacáridos vegetales (almidones) y polisacáridos vegetales no digeribles (fibra dietética) y oligosacáridos vegetales; HC sencillos o azúcares, son monosacáridos (glucosa, fructosa, manosa) y disacáridos (sacarosa, maltosa, lactosa, trealosa)

En función de esto podemos clasificar: o Monosacáridos: están formados por una sola molécula de polihidroxialdehído o polihidroxicetona. Los más importantes son glucosa, fructosa y galactosa y podemos encontrarlos en la miel, las frutas, la piel, zumos o Disacáridos: están formados por 2 monosacáridos. Los más importantes son: • Sacarosa (glucosa + fructosa), es el azúcar más abundante en la caña de azúcar y remolacha. • Maltosa (dos glucosa), no aparece libre (de forma natural) en los alimentos. • Lactosa (glucosa + galactosa), se encuentra libre en la leche. o Oligosacáridos: está formado por 3-9 monosacáridos. Estos forman la fibra soluble, es decir, son HC solubles en agua y no digeribles. Lo encontramos en las legumbres. Por ejemplo: Maltotriosa y rafinosa, estaquinosa, verbascosa. Todos estos son polímeros de galactosa unidos a la sacarosa. o Polisacáridos: son polímeros de más de 9 monosacáridos. Podemos distinguir: • El almidón, es un polímero de glucosa y es el HC más abundante. Lo encontramos en legumbres, cereales y tubérculos. • La celulosa es un polímero de glucosa. Es de origen vegetal y es insoluble en agua. No es digerible por los humanos. • Hemicelulosa y pectinas son polímeros de varios monosacáridos. Los encontramos en frutas y verduras y forman parte de la fibra dietética. • El glucógeno, se localiza en el hígado y en el músculo. Es exclusivo de origen animal. o Polialcoholes: se obtienen por hidrogenación de los azúcares y tiene sabor dulce. Los más importantes son: sorbitol (se encuentra naturalmente en frutas), manitol, dulcitol, lactitol y xilitol.

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CLASIFICACION SEGÚN EN ÍNDICE GLUCÉMICO El índice glucémico mide la capacidad de un alimento, con una misma cantidad de HC, de elevar la glucemia después de su ingestión, con respecto a una referencia estándar (glucosa pura). •

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HC glucémico: son los que se digieren en el Intestino Delgado (ID). Serían los monosacáridos, disacáridos y almidón. HC no glucémicos: no son digeribles, se digieren en el Intestino Grueso (IG) por las bacterias del colon, ya que los van a fermentar para obtener nutrientes. Son la celulosa, hemicelulosa, pecinas y otros polímeros. Forman la fibra dietética.

2. FUNCIONES DE LOS HC • La principal función es la función energética. Son la forma de combustible más barato, más fácil de obtener y de digestión más rápida. Aporta 4 Kcal/g. • Función estructural ya que los HC se unen a proteínas en la membrana, que está formada por glucoproteínas, mucopolisacáridos, uniéndose a bases púricas formando los ácidos nucleicos. • Función reguladora, ya que los niveles de glucosa pueden determinar la activación de rutas metabólicas, regular respuesta inmunológica, regulación de expresión de genes… Los HC en la dieta •

Azúcares simples, añadidos, intrínsecos y extrínsecos: azúcares libres incluyen los mono y disacáridos añadidos a los alimentos y bebidas por fabricantes, cocineros o

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consumidores y los azúcares naturalmente presente en la miel, jarabes, zumos de frutas y concentrados de zumos de frutas. Los azúcares libres: menos del 5% de la ingesta calórica total (nunca sobrepasar el 10%). Supone 25g (en una ingesta de 2000kcal). Una lata de Coca-Cola contiene 35g de azúcares libres, pero son añadidos. Una manzana tiene 14-16g azúcares libres (intrínsecos) + fibra, vitaminas… HC complejos: son polisacáridos (almidones, fibra dietética)

3. DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN DE LOS HC A. DIGESTIÓN La digestión de los HC comienza en la boca por el proceso de la masticación (disminuyendo los gránulos de almidón y formando el bolo alimenticio). En primer lugar, actúa la enzima α-amilasa salival (ptialina) que hidroliza los enlaces de maltosa, maltotriosa y dextrinas. Una vez en el estómago se produce la inactivación de esta enzima por el pH ácido. En el páncreas se segrega una enzima (α-amilasa pancreática) hacia el duodeno para digerir los alimentos. El resultado es la hidrólisis total del almidón a dextrinas límite. Es muy importante que haya buenas secreciones intestinales ya que, en el ID, sobre todo, es donde se va a producir la absorción de los alimentos. En el ID se produce la absorción, en este hay una gran superficie de contacto para la absorción a través de los pliegues de Kerckring que presentan los enterocitos con microvellosidades. Además, estas vellosidades están muy vascularizadas, por lo que, cuando el nutriente entra en el enterocito entra por los capilares hacia la vena porta. Todos los nutrientes van al hígado, a excepción de las grasas. Los polisacáridos y disacáridos deben ser hidrolizados a monosacáridos. B. ABSORCIÓN DE MONOSACÁRIDOS Se absorberán la glucosa (90%), fructosa y galactosa en menores cantidades. La mayor parte se va a absorber en el duodeno y en el yeyuno proximal. La absorción de glucosa y galactosa ocurre por transporte activo dependiente de Na+. Está acoplada a una ATPasa Na+/K+, que mantiene el gradiente de Na+.

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Esto es llevado a cabo por transportadores de glucosa para entrar al enterocito. El SGlut-1 (está en la base apical) va a introducir la galactosa y glucosa al interior de membrana. Este transportador es activo, necesita energía y por ello está acoplado a una bomba de Na+/K+, por ello cuando entra la glucosa de manera pasiva, también entra sodio. El Glut-5 es un transportador pasivo, por difusión pasiva (difusión facilitada) va a absorber fructosa. Para salir a la parte apical del enterocito, lo hacen mediante transportadores Glut-2 que es pasivo, no requiere energía. Transportador

Localización

SGLUT-1

Epitelio intestinal

GLUT-1

Eritrocito, cerebro y en la mayoría de las membranas celulares

GLUT-2

Hígado, células β, enterocitos

GLUT-3

Sistema nervioso

GLUT-4

Músculos y adipocitos

GLUT-5

Enterocito, músculo, riñón, hígado.

Características Cotransportador de glucosa con Na+. Requiere energía.

Función Absorción de glucosa y galactosa de la dieta. Transporte de Insulinodependiente. glucosa a las células Gran afinidad por a velocidad glucosa. constante. Sensor de glucosa. La entrada de Insulinodependientes. glucosa por este Poca afinidad por la transportador se glucosa. hace cuando los niveles de glucosa son elevados. Entrada de la glucosa a las células Insulinodependiente. nerviosas aun Gran afinidad por la cuando los niveles glucosa. plasmáticos sean bajos. Su concentración en Insulinodependiente. la membrana Gran afinidad por la depende de la glucosa insulina. Transportados específico de fructosa

Absorción intestinal de fructosa.

La capacidad de absorción intestinal es muy alta, es capaz de absorber 10kg/día. Es decir, si no hay patología, los HC se van a absorber por completo. Cuando se da una malaabsorción hablamos de intolerancias. La intolerancia a la lactosa puede deberse a la falta de lactasa. Intolerancia de sacarosa por falta de sacarosa-isomaltasa o por mutación en el transportador de glucosa. Intolerancia de fructosa por disminución de la capacidad de transporte de la fructosa. 4

4. METABOLISMO DE LOS MONOSACÁRIDOS El monosacárido más importante de los HC es la glucosa. La principal función es servir como sustrato energético para todas las células del organismo y esto puede realizarse mediante varias rutas metabólicas: Glucólisis y ciclo de Krebs y glucólisis anaeróbica (formación de lactato). A. METABOLISMO HEPÁTICO Cuando se absorben los monosacáridos van por la vena porta al hígado (Toda la absorción del enterocito va al hígado). La glucosa puede metabolizarse en el hígado o salir por la circulación sanguínea por la vena hepática para ir a todos los tejidos. La glucosa se transporta, por el transportador GLUT-2, al hepatocito y una vez aquí por una glucoquinasa lo fosforila a Glucosa-6-fosfato. La glucoquinasa es una hexoquinasa y tiene una afinidad muy baja por glucosa, además de fosforilar a la glucosa se ve que se activa por insulina. Después de comer, con una alta concentración de glucosa ocurren estas cosas en el hígado. Dentro del hígado se va a producir la glucólisis para obtener energía ya que obtenemos piruvato con el que podemos seguir distintas rutas metabólicas:

• •

• Glucólisis aeróbica (en mitocondria), se obtiene CO2 + agua +ATP Glucólisis anaeróbica (citoplasma), podemos obtener lactato + ATP Glucogenogénesis (formación de glucógeno) o biosíntesis de proteínas.

Hay células que no tienen mitocondrias por lo que harán glucólisis anaeróbica, por tanto, son células que son dependientes de … Durante los periodos interdigestivos, se deben mantener los niveles de glucosa en sangre, por ello hay que enviar glucosa desde el hígado hasta el resto de los tejidos. Esto lo hacemos mediante: • • •

Glucogénesis es la síntesis de glucógeno Glucogenólisis es la degradación de glucógeno para obtener glucosa libre y que pueda salir de la célula a la circulación sistémica. Gluconeogénesis es la síntesis de glucosa a partir de sustrato que no son glucogénicos. El hígado puede sintetizar glucosa a partir de aminoácidos, lactato o a partir de glicerol.

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Lipogénesis es la síntesis de grasas. Podemos distinguir dos tipos: lipogénesis como tal que es el glicerol se le unen AG para formar 3AG y lipogénesis de novo, es la síntesis de AG desde cero, desde acetil-CoA.

Podemos distinguir entre glucógeno muscular y hepático por sus características: B. METABOLISMO EN EL MÚSCULO Cuando la concentración de glucosa es elevada, entra en las células musculares a partir del transportador GLUT-4, que se activa con la insulina. Cuando la glucosa entra al músculo se fosforila por una hexoquinasa (con alta afinidad) a Glucosa-6-fosfato, esta se usa para almacenar energía en el músculo en forma de glucógeno por la gluconeogénesis o puede obtener energía mediante la glucólisis aeróbica o glucólisis anaeróbica. Esto dependerá de la demanda de energía y disponibilidad de oxígeno del músculo. Cuando hay mucha adrenalina se degrada el glucógeno, mientras que si hay alta insulina se da la síntesis de glucógeno. El lactato producido por la glucólisis fermentativa no puede ser usado por el músculo y sale a la circulación sanguínea. La mayor parte de este lactato pasa al hígado donde se convierte en glucosa y es liberado al torrente sanguíneo o puede ser captado por el músculo produciéndose el Ciclo de Cori.

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C. METABOLISMO EN EL TEJIDO ADIPOSO Cuando los niveles de glucosa están elevados, por lo tanto, hay insulina en el medio, entra glucosa por GLUT-4 al adipocito. La glucosa se fosforila por hexoquinasa (con gran afinidad) a Glucosa-6-fosfato hasta la síntesis de 3AG que se almacenan en las vacuolas del tejido adiposo. El transportador GLUT-4, cuando hay insulina se produce una traslocación a la membrana plasmática donde por tener alta afinidad de glucosa.

D. METABOLISMO EN EL SISTEMA NERVIOSO La glucosa entra a las células nerviosas a través de los transportadores de membrana GLUT-3 y GLUT-1, de gran afinidad. E. METABOLISMO EN EL RESTO DE LOS TEJIDOS Podemos distinguir entre: •

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Tejidos dependientes de glucosa como sustrato energético: glóbulos rojos, cristalino y médula renal. o Eritrocitos o glóbulos rojos: no tienen mitocondria, pero obtienen energía por la glucosa (glucolisis anaeróbica) se crea lactato y sale. Los glóbulos rojos son dependientes de glucosa (usan transportador GLUT-1) o Cerebro y SN: el cerebro es dependiente de glucosa. Es dependiente de glucosa. Las células cerebrales realizan las glucolisis aeróbica. o Sistema urinario Resto de los tejidos, oxidan la glucosa por el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria para obtener energía.

5. REGULACIÓN DE LA GLUCEMIA La glucosa es uno de los combustibles fundamentales, por ello, los niveles de glucosa en sangre deben mantenerse constantes entre 70-100mg/dl. Cuando ingerimos alimentos, aumenta la glucosa plasmática (hasta 140mg/dl), y es cuando se activan los mecanismos para su disminución. Por el contrario, en ayuno, se produce una disminución de la glucosa y se activan los mecanismos para evitar la hipoglucemia que puede acarrear daños irreversibles en el cerebro.

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En situaciones normales, la regulación se lleva a cabo por la acción de las hormonas insulina y glucagón, ambas hormonas secretadas en el páncreas. Después de la ingesta de alimentos, aumenta la glucosa y se secreta insulina para disminuir los niveles de glucosa por la glucogenólisis y gluconeogénesis, y por la síntesis de glucógeno y síntesis de grasa en el tejido adiposo. Cuando la glucosa disminuye, se produce la liberación de glucagón y se da la glucogenólisis hepática y liberación de glucosa al torrente circulatorio y la gluconeogénesis hepática.

6. CARACTERÍSTICAS NUTRICIONALES DE LOS DISTINTOS HC Debemos distinguir los HC en: complejos y simples. •

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Absorción: los HC complejos presentan un proceso digestivo más lento que los HC simples, porque necesitan mayor digestión y están formados por estructuras más complejas. Esta característica de los HC complejos, evita la producción de hiperglucemias postprandiales elevadas. Dónde se encuentran: los HC complejos están presentes en la mayor parte de los alimentos (pan, cereales, patatas, legumbres…), sin embargo, los HC simples están en la fruta y lácteos. El consumo de azúcares simples se suele hacer a través de alimentos poco saludables como las bebidas azucaradas. A nivel metabólico: es un nutriente imprescindible, ya que hay tejidos que solo usan glucosa para obtener energía.

7. RECOMENDACIONES La EFSA establece que, para la prevención de enfermedades crónicas, el consumo de HC debe ser en relación con las calorías totales del 45-60% Kcal/día. Sin embargo, la FNBIOM establece una RDA de 130g/día. La SENC (Sociedad Española de Nutrición Comunitaria), estableció unos objetivos nutricionales de menos del 10% de disacáridos-monosacáridos añadidos, más azúcares naturales presentes en la miel, los jarabes y los jugos de frutas. Mientras que, la OMS, establece que una reducción por debajo del 5% de la ingesta calórica total produciría beneficios adicionales para la salud.

8. LA FIBRA DIETÉTICA Mirar artículo del tema (Escudero E. y P. González P. (2006). La fibra dietética. Nutr. Hosp. 21 (2) 61-72)

La fibra dietética podemos definirla como sustancias de origen vegetal, que son HC o derivados, a excepción de la lignina, que resisten la hidrólisis por las enzimas digestivas humanas y llegan intactos al colon, donde algunos pueden ser hidrolizados y fermentados por la microbiota intestinal.

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Existen HC glucémicos que se absorben e HC no glucémicos que no se absorben y pasan al IG, al colon. En el IG habitan microorganismos (microbiota intestinal) que fermentan esos HC no glucémicos que no se han podido absorber. Todo lo que no se absorben y pasa al IG recibe el nombre de fibra dietética. Dentro de esta fibra dietética están los cereales, frutas, verduras, legumbres, frutos secos… Podemos clasificar las fibras según: •

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Según su solubilidad: podemos distinguir entre fibra soluble e insoluble. Se diferencian en la capacidad de formar soluciones viscosas. - La fibra soluble es la que forma soluciones de gran viscosidad, por ello tienen gran capacidad de retienen agua. Disminuye la glucemia posprandial y va a atenuar los niveles plasmáticos de colesterol. Son las pectinas, las gomas, los mucilagos, oligosacáridos resistentes (que son solubles) que son FOS, inulina, GOS… FOS son polímeros de fructosa y además son probióticos. No son digeribles y pasan al IG. Son los sustratos preferibles para microorganismos como lactobacilus… que son beneficiosas para el organismo. Podemos encontrarlos en alimentos como: la alcachofa, los espárragos, la chicoria son ricas en inulina. - La fibra insoluble tendrá menor capacidad de retención de agua porque tienen una escasa capacidad de formar soluciones viscosas. Son la celulosa y diversas hemicelulosa. La lignina es una macromoléculas de alto peso molecular y no es HC, pero se considera fibra dietética. Estos aumentan la masa fecal, por lo que acelera el tránsito intestinal (La fibra insoluble absorbe agua como una esponja) Según su fermentabilidad: podemos distinguir entre no fermentables (80%) - Fibras no fermentables: como, por ejemplo, la lignina. Cuando llega la fibra, las enzimas extracelulares de las bacterias hidrolizan los polímeros de glucosa para separarlos en sus monómeros. Estos monómeros son usados por las bacterias, entran en estas y se produce la glucolisis hasta piruvato que dará lugar a gases (hidrógeno, anhídrido carbónico y metano), AG de cadena corta (se liberan a la luz intestinal) y lactato (energía). Los efectos beneficiosos del crecimiento bacteriano son: - Aumento de la masa bacteriana - Incremento de AGCC, que disminuye el pH y favorece la actividad metabólica bacteriana. - Algunas fibras son fermentadas por grupos de bacterias beneficiosas para el organismo (lactobacilus y bifidobacterias), promueven su expansión de forma selectiva (efecto prebiótico).

Los AGCC resultantes de la fermentación del colon son acetato, propionato y butirato van a llegar al higado y van a generar energía. Estos AGCC son responsables del pH ácido que 9

presenta el IG, lo que favorece la insaturación de una microbiota colónica beneficiosa e impide el desarrollo de una flora patógena. Antes se decia que no aportaba energía, pero si pueden aportarla porque los productos de la fermentación si nos aportan energía, nos aportan aproximadamente 2kcal/g de fibra. Entre los AGCC, el propionato es metabolizado en el hígado es capaz de inhibir la enzima clave de la sintesis de colesterol endógeno o reducir la actividad de la enzima HMG-CoA reductasa. Por ello el nivel de colesterol en sangre disminuye. (IMPORTANTE) El butirato es usado principalmente como sustrato energético por los colonocitos. Estará implicado en que haya una proliferación de colonocitos, disminuye el crecimiento de células tumorales, además, aumenta la producción de moco que protege y aumenta la absorción de iones. Todo esto aumeta la integridad de la barrera intestinal. El acetato es metabolizado en los tejidos periféricos, proporionando energía, o en el hígado como precursor de AG o de cuerpos cetónicos.

La primera columna sería la fisiología: - Regula la evacuación del colon: disminuye el pH (favorece el crecimiento de bacterias saludables), aumenta el peristaltismo y por ello hay mayor velocidad del bolo fecal. Por esto podemos decir que previene el estreñimiento y la diverticulosis (serie de daños del epitelio del colon; son como invaginaciones hacia dentro donde se acumulan desechos que pueden llevar a -

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patologías) Evita una excesiva ingesta de alimentos: aumenta la saciedad porque aumenta la síntesis de cuerpos cetónicos y dificulta la absorción (la fibra soluble retiene nutrientes como glucosa, grasa, algunas vitaminas…; la fibra insoluble al ir tan rápido su absorción es incompleta.) Todo esto impide la obesidad e impide las enfermedades metabólicas. Mejora la homeostasis de glucosa, disminuye la absorción de glucosa y se produce de manera gradual, para los diabéticos ayuda a llevar un mejor control. Disminuye los niveles de colestero...