Hidratos de carbono

Estructura y funciones

Los hidratos de carbono (o glúcidos) constituyen una parte fundamental de nuestra alimentación. Su función primordial es la energética, aportando cada gramo aproximadamente 4 Kcal, con un rendimiento 2,5 veces menor que el de la grasa.

Además, algunos de sus derivados son de naturaleza estructural o plástica, formando parte de los ácidos nucleicos (ribosa y desoxirribosa), del tejido conectivo (mucopolisacáridos), y otros son parte importante de la membrana basal de los capilares o del tejido nervioso (galactósidos), generalmente unidos a una fracción proteica (proteoglicanos y glucoproteínas) o lipídica (glucolípidos). Hay otros glúcidos que confieren sabor y textura a los alimentos y de esta manera contribuyen al placer de comer.

Químicamente, los hidratos de carbono están compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno y en su forma más simple responden a la fórmula Cn H2n On , que engloba gran variedad de estructuras diferentes con distintos efectos fisiológicos en el organismo humano.

En este artículo dispones de mucha más información sobre la química de los hidratos de carbono.

Clasificación

Los hidratos de carbono se pueden clasificar atendiendo a distintos criterios, entre los que destacan según su estructura química y según el efecto fisiológico.

Clasificación de los hidratos de carbono según la estructura química

• Azúcares. Los hidratos de carbono más sencillos son los monosacáridos, incapaces de hidrolizarse a una forma más simple y entre los que destacan, desde un punto de vista nutricional, la glucosa y la fructosa.
  
  

  
  Gucosa

  La glucosa es el principal producto de la hidrólisis de los hidratos de carbono complejos y la forma de azúcar que normalmente se encuentra en el torrente sanguíneo. Se oxida en las células como fuente de energía y se almacena en hígado y músculo en forma de glucógeno. En condiciones normales, el sistema nervioso central, los hematíes y algunas células renales, utilizan como fuente prioritaria de energía este monosacárido. Glucosa y fructosa están presentes de forma natural en la miel, frutas y vegetales, y como aditivos en toda clase de alimentos procesados como bebidas refrescantes, pastelería y panadería.
  
  Los disacáridos más comunes son la sacarosa (glucosa + fructosa), la lactosa (glucosa + galactosa) y la maltosa (glucosa + glucosa). La sacarosa, a la que popularmente se le conoce con el nombre de azúcar de mesa, está presente de forma natural en frutas, verduras, miel y es un ingrediente importante en multitud de alimentos procesados. Por otra parte, la lactosa se encuentra en la leche, derivados lácteos y otros alimentos que contengan algún ingrediente lácteo.
  
  
• Oligosacáridos. Los oligosacáridos se forman por la unión de tres a diez unidades de monosacáridos. Aparecen en gran variedad de alimentos en pequeñas cantidades. La rafinosa (trisacárido), estaquiosa (tetrasacárido) y la verbascosa (pentasacárido) son oligosacáridos presenten en algunos vegetales. Los actualmente conocidos "fructooligosacáridos" aparecen en los cereales, como arroz y trigo, en varias verduras (cebolla, ajo, espárrago...), frutas (plátano) y miel. Los galactoligosacáridos y oligosacáridos condensados son desarrollos comerciales recientes.
  
  
• Polisacáridos. Son polímeros formados por diez hasta más de diez mil unidades de monosacáridos, entre los que destacan los polímeros de glucosa. Se subdividen en almidones y polisacáridos no almidonáceos. Estos últimos constituirían la fracción más importante de la fibra dietética.
  
  El almidón es la principal fuente de reserva en los alimentos de origen vegetal, especialmente tubérculos y leguminosas. Está compuesto por una mezcla de dos grandes polímeros: la amilosa (cadenas rectas de unidades de glucosa) y amilopeptina (cadenas ramificadas de glucosa). La proporción de cada forma determina la naturaleza del almidón, típica para cada especie vegetal y que marca unas características nutricionales y funcionales específicas.
  
  Las dextrinas son productos intermedios derivados de la hidrólisis del almidón. Se forman durante el proceso de digestión; también se obtienen por métodos industriales, aprovechando que son más solubles y dulces que los polisacáridos de mayor tamaño, para su uso en jarabes, leches maternizadas, etc. Los almidones modificados químicamente son usados en pequeña cantidad como aditivos alimentarios modificando algunas propiedades físicas de los alimentos (viscosidad, textura, apariencia, emulsificación y estabilidad).
  
  
• Polialcoholes. Se obtienen industrialmente por hidrogenación de azúcares (ej. sorbitol, xilitol, manitol, maltitol, aritritol...). Por ejemplo, el sorbitol que se encuentra de forma natural en algunos alimentos como las frutas, se obtiene industrialmente por hidrogenación de la glucosa. Este azúcar se utiliza en cantidades limitadas en productos para diabéticos por no requerir insulina para su metabolización.
  
  Los polioles presentan cierto carácter dulce pero difieren bastante, en términos fisiológicos, de los azúcares de los que proceden. Especialmente los que derivan de mono y disacáridos son no- cariogénicos, tienen un bajo contenido calórico y una baja respuesta glucémica. Se utilizan en la fabricación de chicles y productos de pastelería.
  
  

Clasificación de los hidratos de carbono según su efecto fisiológico

Se han hecho varios intentos de hacer una clasificación adecuada de los hidratos de carbono según sus características fisiológicas. Así, el comité experto de la FAO/OMS sobre el tema (1998), recomendó la adopción del concepto de hidratos de carbono glucémicos para definir los hidratos de carbono disponibles, que son digeridos y absorbidos en el intestino delgado, provocando una elevación de la glucosa sanguínea. Frente a éstos, estarían los hidratos de carbono no glucémicos, no disponibles, que no se digieren en el intestino delgado, por lo que no elevan la glucemia (almidón resistente y fibra alimentaria). Esta clasificación de hidratos de carbono resulta útil desde el punto de vista nutricional, aunque se puede completar.

Así, la clasificación de hidratos de carbono en glucémicos y no glucémicos no tiene en cuenta el distinto comportamiento digestivo que puede tener cada compuesto de cada grupo. Algunos carbohidratos digeribles producen una respuesta glucémica muy rápida (en menos de 20 minutos) con un incremento muy marcado de los niveles de glucemia y un descenso rápido hasta los niveles basales, producido en pocos minutos: son hidratos de carbono rápidos. Sin embargo, hay otros compuestos cuya respuesta glucémica es menos intensa pero se mantiene durante más tiempo (más de 120 minutos): son hidratos de carbono lentos. El consumo de hidratos de carbono lentos, que se corresponden con los hidratos de carbono almidonáceos, tiene ventajas metabólicas para el organismo, principalmente relacionadas con los menores requerimientos de insulina para la utilización en tejidos periféricos de la glucosa. Este tipo de carbohidratos tiene una digestión más complicada y lenta, lo que conduce a una absorción gradual de la glucosa resultante. Por el contrario, los hidratos de carbono rápidos, que se corresponden con los azúcares simples, presentan una digestión más rápida, alcanzando en poco tiempo el torrente sanguíneo.

Dentro de los hidratos de carbono no glucémicos, que no son absorbidos en el intestino delgado y pasan al intestino grueso, hay que hacer también una diferenciación entre compuestos fermentables y no fermentables. Los primeros son utilizados indirectamente y de forma parcial en el intestino grueso por acción fermentativa sobre ellos de la flora intestinal (ej. fructooligosacáridos). Los hidratos de carbono no fermentables no son utilizados por la microflora por lo que se eliminan completamente a través de las heces (ej. celulosas y algunas hemicelulosas).

Utilización digestiva y metabólica de los hidratos de carbono disponibles

El proceso digestivo de este nutriente se lleva a cabo por actuación de varias enzimas a distintos niveles del tubo digestivo, dando lugar a una degradación secuencial de moléculas. La digestión de los polisacáridos comienza en la boca, gracias a la acción hidrolítica de la amilasa salival que actúa sobre los polisacáridos de la dieta rompiéndoles en moléculas más pequeñas, llegando incluso, parcialmente, hasta disacáridos. La acción de la amilasa salival termina cuando el bolo alimenticio se mezcla con el jugo gástrico en el estómago, ya que el pH ácido del jugo gástrico inactiva la enzima. Hasta que los hidratos de carbono no alcanzan las primeras regiones del intestino delgado, prácticamente no experimentan otras reacciones catalíticas; en el duodeno, en virtud de la acción de enzimas intestinales y, especialmente pancreáticas (amilasa pancreática) el conjunto de azúcares ingeridos en la dieta queda prácticamente reducido a unidades de disacáridos, sobre todo, maltosa. Es de interés señalar que la biosíntesis de la amilasa pancreática está regulada por la insulina.

Las moléculas de maltosa y de otros disacáridos se hidrolizan en sus componentes monosacáridos por la acción de enzimas disacaridasas que se localizan y actúan en la membrana con borde en cepillo de la mucosa intestinal. A medida que se van hidrolizando los disacáridos en sus monómeros correspondientes, éstos, junto con los monosacáridos procedentes de la dieta, se van absorbiendo en la mucosa intestinal, principalmente a nivel de yeyuno. Del intestino, los monosacáridos son transportados casi en su totalidad a través de la vena porta hasta el hígado, órgano fundamental en el metabolismo de los hidratos de carbono. Los hidratos de carbono no digeribles, una vez en el colon, son parcialmente degradados por enzimas de la flora bacteriana hacia distintos compuestos (ácidos grasos volátiles) que en parte podrán ser absorbidos y metabolizados. El producto mayoritario resultante de la digestión de los hidratos de carbono (90%) es la glucosa.

La digestión del almidón está influenciada por la naturaleza y el grado de procesamiento de dicho almidón y por la presencia de fibra dietética en el mismo alimento. Por ejemplo, en las leguminosas el almidón está atrapado entre la fibra alimentaria y las enzimas digestivas tienen un acceso limitado al mismo.

Igualmente, la digestión de hidratos de carbono se ve afectada por distintos factores gastrointestinales, tales como la velocidad de vaciamiento gástrico y la velocidad de tránsito intestinal. La tasa de vaciamiento gástrico depende, a su vez, de otros factores dietéticos, como el contenido graso y calórico en la dieta consumida, la viscosidad, la proporción entre sólidos/líquidos que constituyen la dieta, la cantidad de sólidos disueltos y el tamaño de partícula de los alimentos ingeridos. El contenido en fibra de la dieta también tiene un importante papel en el vaciamiento gástrico. Un contenido elevado en fibra puede enlentecer el vaciamiento gástrico. La mezcla de la fibra soluble con los alimentos líquidos incrementa la viscosidad del contenido gástrico que también afecta al vaciamiento. La fibra soluble también puede constituir geles que atrapan a los hidratos de carbono, haciéndolos menos accesibles a las enzimas y reduciendo el contacto con la mucosa intestinal.

La capacidad de transporte de glucosa a través del epitelio intestinal es muy grande; la sacarosa también se absorbe rápidamente a medida que es hidrolizada en las membranas con borde en cepillo de los enterocitos. Esta gran avidez de la mucosa intestinal para transportar mono y disacáridos explica que, después de la ingestión de dietas ricas en azúcares, aumente rápidamente las concentraciones plasmáticas de glucosa; la elevación de estas concentraciones plasmáticas pone en funcionamiento una serie de mecanismos de adaptación orientados a mantener la homeostasis plasmática. La ingestión de alimentos que contienen sólo, o fundamentalmente, hidratos de carbono poliméricos no produce elevaciones tan rápidas de la glucemia como ocurre en el caso de ingerir dietas ricas en mono o disacáridos. Esto probablemente es debido, al menos en parte, a la relativamente larga duración del proceso hidrolítico digestivo de almidones, llevado a cabo por las amilasas salival y pancreática.

Metabolismo

Los productos finales de la digestión de los hidratos de carbono en el tubo digestivo son principalmente glucosa, que representa aproximadamente el 80%, fructosa y galactosa. Tras la absorción intestinal, a nivel hepático, gran cantidad de fructosa y prácticamente toda la galactosa se convierten rápidamente en glucosa. La glucosa absorbida puede tener distintos destinos metabólicos. Si el individuo se encuentra en situación postprandial dicha glucosa se destinará o bien a la obtención de energía o bien al almacenamiento en forma de glucógeno, mientras que en una situación interdigestiva se movilizarán las reservas para la obtención de energía a partir de las mismas.

El organismo tienen una capacidad limitada de almacenar hidratos de carbono en forma de glucógeno. Un varón adulto tipo puede almacenar unos 400 a 500 g de glucógeno, preferentemente en el hígado y en el músculo.

La glucosa puede ser utilizada inmediatamente para liberar energía (glucolisis). La oxidación de un mol de glucosa libera 38 moles de ATP, dióxido de carbono y agua, gracias a un gran número de enzimas proteicas presentes en las células. La mayoría de las rutas metabólicas energéticas y de enzimas y coenzimas que participan en las mismas, son comunes para todos los azúcares dietéticos: finalmente se metabolizan a CO2 y agua mediante el ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico.

Cuando los depósitos corporales de hidratos de carbono disminuyen por debajo de lo normal, se pueden formar cantidades moderadas de glucosa a partir de los aminoácidos y del glicerol de las grasas. El hígado tiene una capacidad considerable para sintetizar glucosa a partir de aminoácidos (procedentes de la dieta o de la propia proteína corporal) y del glicerol, resultante de la hidrólisis de los lípidos.

Índice glucémico

Como ya se ha comentado anteriormente, cuando un alimento que contiene hidratos de carbono se digiere, la glucosa resultante se absorbe elevando su concentración en sangre hasta alcanzar un pico máximo entre 20-30 minutos tras su ingestión. Tras ese pico, van disminuyendo los niveles sanguíneos, para llegar, después de 90-120 minutos a su nivel de ayuno, debido a la captación y utilización tisular de glucosa, mediado en gran parte por la insulina.

Esta evolución, representada en una gráfica de concentración/tiempo describe una curva. El área que delimita esa curva de evolución de la glucemia tras 2 ó 3 horas de ingestión se puede medir, de manera que los distintos alimentos hidrocarbonados y azúcares individualmente considerados, dan lugar a curvas y áreas distintas, comparables entre sí. Este es la base del concepto del índice glicémico de un alimento que se utiliza en múltiples campos como el establecimiento de dietas para diabéticos y deportistas, y cuya fórmula es:

I.G= (Área glucémica de la prueba / Área glucémica de la referencia) x 100

El alimento de referencia fue, en principio, 50 g de glucosa y luego se fue sustituyendo por la cantidad de pan blanco que proporcionaba 50 g de hidratos de carbono.

Índice glucémico

Según este concepto, los alimentos ricos en hidratos de carbono se clasifican en alimentos con índice glucémico alto, medio y bajo en función, no sólo de la cantidad de hidratos de carbono que tenga ese alimento, sino de otros factores como son algunas características del propio alimento, el tipo y contenido de la dieta de la que forme parte, la accesibilidad del almidón a la digestión:

- Los hidratos de carbono incluidos en una dieta mixta generan una mayor respuesta insulínica que una cantidad similar de hidratos de carbono consumida aisladamente como glucosa debido, probablemente, a los efectos de la proteína de la dieta sobre la secreción insulínica.

- La presencia de almidón resistente en un alimento es uno de los puntos clave que determina el distinto índice glucémico de los alimentos; a mayor contenido en almidón resistente, menor será el índice glucémico.

- Además de la cantidad y la digestibilidad de los almidones y la cantidad y fuentes de los azúcares en una comida, hay otros factores que influyen en las respuestas glucémicas a los alimentos. Por ejemplo, la relación amilosa/amilopectina en el almidón es importante en la determinación del IG: la amilopectina es degradada más rápidamente que la amilosa.

Efectos del procesamiento en la biodisponibilidad de los hidratos de carbono

El procesamiento de los alimentos puede afectar al menor o mayor grado de digestión en el intestino del almidón que contienen, y al contenido y propiedades funcionales de los componentes de la fibra dietética.

Cuando el almidón se calienta en presencia de agua, sufre una gelatinización, perdiendo la estructura cristalina de sus gránulos. Este fenómeno aumenta notablemente la disponibilidad del almidón para ser digerido enzimáticamente. Pero la gelatinización del almidón de un alimento, por aplicación de calor, no siempre es total, los gránulos de almidón no son completamente disueltos (como en el cocinado al vapor, la formación de copos de cereales, o producción de algunas galletas). La fracción no gelatinizada se digerirá más lentamente lo que influirá en la velocidad final de digestión del alimento.

El almidón gelatinizado es inestable y a medida que envejece o se enfría, tiene lugar un proceso de reasociación de los gránulos que se conoce como retrogradación. La mayor o menor tendencia a la retrogradación depende de la proporción relativa de amilosa y amilopectina en el almidón: la amilosa se reasocia más rápidamente. El recalentamiento de los alimentos almidonáceos también influye en este proceso.

Por tanto, la digestibilidad del almidón está particularmente influenciado por el grado de procesamiento y por la retrogradación, que puede reducir la digestibilidad de ese almidón en el intestino delgado (ej. En patata cocida y congelada).

El papel de los hidratos de carbono en la alimentación humana. Recomendaciones

Los hidratos de carbono constituyen la fuente energética más importante de la dieta humana, aportando entre el 40 al 75% de la energía total de la misma, según las poblaciones.

Aunque no existen cifras exactas de recomendaciones, la FAO recomienda un nivel óptimo de ingesta carbohidratos como mínimo del 55% de la energía total de la dieta, estableciendo un límite superior en el 75%, por encima del cual se podrían ver comprometidas las ingestas adecuadas de grasa, proteína y otros nutrientes asociados. Una dieta sin carbohidratos produciría un incremento de la degradación proteíca y la formación de cetonas en el hígado, que puede conducir a una deshidratación y pérdidas de cationes.

A medida que aumenta o disminuye la ingesta de hidratos de carbono procedentes de los alimentos de la dieta, también se ven aumentados o disminuidos los niveles de ingesta de otros nutrientes:

• Los alimentos que son naturalmente ricos en hidratos de carbono glucémicos, como cereales, frutos secos, semillas, frutas y verduras, proporcionan un amplio rango de micronutrientes (vitaminas y minerales), fibra dietética y fitoquímicos que, actualmente se reconoce, tienen un efecto beneficioso en la salud.
  
  
• Cuando se ingieren azúcares simples a partir de frutas y lácteos, la cantidad de este tipo de hidratos de carbono es pequeña. Ahora bien, el riesgo está cuando se consumen en notable cantidad a través de productos refinados, con poca riqueza en otros nutrientes (Ej, dulces y bollería). Una ingesta excesiva de estos azúcares añadidos puede provocar deficiencias en micronutrientes y también se ha asociado con una elevación en el riesgo de padecer caries.
  
  
• Normalmente existe una relación inversa entre las proporciones de grasa y de carbohidratos en la dieta, mientras que la proteína (su ingesta) no parece verse afectada por las modificaciones en la ingesta de los otros macronutrientes.
  
  

Los objetivos nutricionales en el mundo desarrollado sitúan el aporte deseable de hidratos de carbono entre un 55-60% de la energía de la dieta. Por otra parte, se recomienda que la mayor parte de esos hidratos de carbono sean complejos, es decir, almidones. Por ello la dieta debería de incluir habitualmente cantidades importantes de los alimentos que lo contienen como pan, cereales, legumbres, pasta y patatas.

Se recomienda, igualmente, que el aporte calórico de los azúcares sencillos sea inferior al 10% de la energía total consumida. Como acabamos de señalar, un exceso en el consumo de azúcares sencillos puede contribuir a la disminución en la concentración de nutrientes de la dieta y aumentar la probabilidad de deficiencias nutricionales y, en segundo lugar, junto con otros factores puede aumentar el riesgo de caries dental.