Química sanguínea: Carbohidratos

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1. Tanto carbohidratos, lipidos y aminoacidos son empleados como fuente de energía; sin embargo, los carbohidratos son la fuente primaria del cerebro, eritrocitos y células retínales en humanos.

2. Los carbohidratos son una fuente importante de energía para el cuerpo humano. La fórmula empírica para la mayoría de los carbohidratos es (CH2O)n. Los carbohidratos que contienen un grupo aldehído se denominan aldosas y los que tienen un grupo cetónicos se llaman cetosas. Ejemplos, la glucosa es una aldosa y la fructuosa es una cetosa.

3. Clasificación:

3.1. 1. Monosacáridos: azúcares que no se pueden hidrolizar hacia carbohidratos más simples. Pueden clasificarse como triosas, tetrosas, pentosas, hexosas o heptosas, dependiendo del número de átomos de carbono.

3.2. 2. Disacáridos: compuestos de dos unidades de monosacárido unidos por un enlace glucósido; los ejemplos son lactosa, maltosa, sacarosa o azúcar de caña.

3.3. 3. Oligoscaridos: son productos de condensación de 3 a 10 monosacáridos. Casi ninguno es digerido por las enzimas del ser humano.

3.4. 4. Polisacáridos: son productos de condensación de más de 10 unidades de monosacáridos; El polisacárido más importante en la naturaleza es el almidón (principal carbohidrato de almacenamiento de las células de las plantas) y el carbohidrato de almacenamiento de los animales es el glucógeno.

4. Proceden de fuentes importantes como:

4.1. Sacarosa: Disacárido ( azúcar de caña)

4.2. Lactosa: Disacárido de la leche y productos lacteos. En los humanos es necesaria la presencia de la enzima lactasa para la correcta absorción de la lactosa. Cuando el organismo no es capaz de asimilar correctamente la lactosa aparecen diversas molestias cuyo origen se denomina intolerancia a la lactosa.

4.3. Almidón: Procede de granos, vegetales, legumbres y cereales.

4.4. Frutas: Con glucosa, fructuosa y pentos.

5. Glucosa: Es el carbohidrato más importante y abundante que se encuentra en la naturaleza; es una hexosa que se agrupa entre los monosacáridos, su origen es el almidón que al ser hidrolizado produce glucosa. Los almidones contienen 80 - 90% de amilopectina y 10 – 20% de amilasa. La glucosa es la fuente primaria de energía para los procesos metabólicos del organismo como el crecimiento, desarrollo, división y mantenimiento de las células de todo el organismo.

5.1. Metabolismo de la glucosa: Para que los carbohidratos puedan absorberse y utilizarse para obtener energía, es necesario que se hidrolicen hasta monosacáridos, mediante el proceso de la digestión.

5.2. Digestión de los carbohidratos: La digestión de los carbohidratos comienza en la boca durante la masticación, la α-amilasa salival actúa sobre el almidón produciendo una hidrólisis ligera de este para formar dextrinas y maltosa intermedia. Luego la digestion se detiene en el estomago porque se eleva la acidez e inactiva a la amilasa salival, cuando el contenido acido del estomago alcanza el intestino delgado es neutralizado por el bicarbonato segregado por el pancreas y la amilasa pancreatica continua el proceso de digestión del almidón. Los procesos digestivos finales se llevan a cabo en el revestimiento mucoso del yeyuno superior, e incluyen la acción de varias disacaridasas.

5.2.1. Posteriormente, La glucosa es transportada por difusión facilitada independiente del sodio y el sistema co-transportador de sodio y monosacárido, pasan a la circulación portal y la mayor parte de los monosacáridos son capturados por el hígado, también son captados por los músculos y otros tejidos bajo la influencia de la insulina penetra la glucosa, la cual es fosforilada y pasa a glucosa-6-fosfato. La fructosa y la galactosa son transformadas en glucosa en el hígado, ya que es el único monosacárido que el cuerpo utiliza para energía.

5.3. Transporte por difusión facilitada independiente del sodio: Sistem mediado por una familia de por lo menos 14 transportadores de glucosa localizadas en las membranas celulares designadas como Glut-1 a Glut-14, que son son los encargados del ingreso de los monosacáridos a todas las células. La glucosa extracelular se fija al transportador que acto seguido cambia su configuración y la transporta a través de la membrana celular el movimiento de glucosa sigue un gradiente de distribución de una concentración elevada a una más baja. Glut-1, Glut-3, Glut-4, participan en captación de glucosa desde la sangre. Glut-1 abunda en eritrocitos y encéfalo, bajo en músculo el adulto.

5.3.1. Glut-2 se encuentran en el hígado, riñón y células β del páncreas, puede transportar glucosa hacia las células de esos órganos cuando las concentraciones sanguíneas de glucosa son elevadas, o bien transportadas desde las células hacia la sangre, cuando las concentraciones sanguíneas son bajas (ej. ayuno) y se garantiza que la concentración de glucosa en sangre se equilibre con rapidez a través de la membrana del hepatocito.

5.3.1.1. Glut-3 es el transportador primario de glucosa en las neuronas. Glut-4 abunda en tejido adiposo y músculo esquelético y el número de Glut-4 activos en esos tejidos aumenta con la presencia de insulina. Glut-7 se expresa en las células del hígado y de otros tejidos gluconeogénicos, median el flujo de glucosa a través de la membrana del retículo endoplásmico.

5.4. Sistema cotransportador de sodio y monosacarido: se lleva a cabo cuando el sodio se combina primero con una proteína de transporte. La glucosa intestinal se combina también con la misma proteína transportadora que el sodio, de modo que tanto el sodio como la glucosa se transportan juntos hacia el interior de la célula. Una vez ahí, otras proteínas de transporte y enzimas facilitan la difusión de la glucosa hacia el espacio paracelular a través de la membrana basolateral y de allí a la sangre.

5.5. Vías en el metabolismo de la glucosa

5.5.1. Glucogénesis: transformación de glucosa a glucógeno y solo tiene lugar si el suministro de glucosa es superior a las necesidades inmediatas del organismo para obtener energía

5.5.2. Glucogenólisis: proceso inverso, es la transformación de glucógeno a glucosa-6-fosfato a nivel hepático, y sólo ocurre aquí y en el riñón debido a la presencia de la enzima glucosa-6-fosfatasa, esta degradación ocurre en minutos.

5.6. Cuando hay un ayuno breve la glucogenólisis evita el descenso de la glucosa sanguínea pero cuando se incrementan los niveles de glucosa sanguínea se reemplaza la glucogenólisis por la glucogénesis. La glucogenólisis es una vía importante cuando haya un ayuno prolongado ya que mantiene los niveles de glucosa sanguínea. Cuando sube la glucosa sanguínea (absorción post-prandial) el hígado almacena la glucosa en forma de glucógeno por fosforilación (glucosa-6-fosfato), catalizada por la enzima hexocinasa y la glucocinasa.

5.7. La glucosa dentro de la célula puede seguir tres vías metabólicas aerobia o anaerobia según la cantidad de oxígeno disponible o se puede convertir en glucógeno.

5.7.1. El primer paso para las tres vías requiere que la glucosa sea convertida a glucosa-6-fosfato (glucólisis) por una serie de reacciones, cada una catalizada por una enzima determinada, que permite transformar a esta molécula en dos moléculas de un compuesto de tres carbonos, el ácido pirúvico.

5.7.1.1. Metabolismo anaerobio de Embden-Meyerhof o Glucolítico: Se lleva a cabo en el citoplasma celular y es importante para tejido como el músculo, que con frecuencia tiene requisitos de energía importantes sin un suministro adecuado de oxígeno.

5.7.1.2. Metabolismo aerobio: Cuando existe suficiente oxígeno en la célula el DPN conserva su forma oxidada por lo que no puede reducir el ácido pirúvico a láctico en estas condiciones. La DHL más el DPN catalizan la reacción opuesta. El ácido pirúvico es descarboxilado por condensación con el ácido lipoico (es un derivado del ácido graso octanoico) dando CO2 y ácido lipoico acetilado, el cual se combina con la coenzima A para dar acetil CoA, la cual puede seguir cuatro vías:

5.7.1.2.1. - La acetil CoA puede ser transformada en ácido graso de cadena larga (síntesis de grasas a partir de carbohidratos).

5.7.1.2.2. - Dos unidades de acetil CoA se condensa para formar acetoacetato.

5.7.1.2.3. - Dos unidades de acetil CoA pueden incorporarse a un núcleo esteroide.

5.7.1.2.4. - La acetil CoA puede condensarse con el oxalato para formar citrato ciclo tricarboxílico (TCA) donde genera la mayor parte de la energía para la célula y se lleva a cabo en la mitocondria de esta se forma ATP y se elimina CO2 y H2O.

6. Regulación del mecanismo de carbohidratos:

6.1. Dos hormonas principales controlan la glucosa sanguínea: insulina y glucagón, ambas producidas en el páncreas.

6.1.1. Insulina: Es la hormona primaria a la que se debe la entrada de glucosa en la célula. Es sintetizada por las células β de los islotes de Langerhans en el páncreas. Cuando estas células detectan un incremento en la glucosa del cuerpo, liberan insulina la cual ejerce su acción a través de los receptores IRS. Regula la glucosa al incrementar la glucogénesis, lipogénesis y glucólisis e inhibir la glucogenólisis. La insulina es la única hormona que disminuye las concentraciones de glucosa y se le puede llamar hormona hipoglucemiante.

6.1.1.1. Funciones:

6.1.1.1.1. - Permite la entrada de la glucosa al tejido muscular y adiposo.

6.1.1.1.2. - Estimula la captación de los aminoácidos.

6.1.1.1.3. - Favorece la glucólisis.

6.1.1.1.4. - Favorece la entrada de iones K y fosfato.

6.1.1.1.5. - Produce la síntesis de glucógeno.

6.1.1.1.6. - Inhibe la lipólisis.

6.1.1.1.7. - Inhibe la cetogénesis (formación de cuerpos cetónicos).

6.1.1.1.8. - Inhibe la gluconeogenia, glucogenólisis y proteólisis.

6.1.1.1.9. - Aumenta la actividad de la glucocinasa a nivel hepático.

6.1.2. Glucagón: Se sintetiza mediante las células α de los islotes de Langerhans en el páncreas y se libera durante estados de estrés y ayuno. Cuando estas células detectan una disminución en la glucosa del cuerpo, liberan glucagón. Esta sustancia incrementa las concentraciones de glucosa plasmática mediante glucogenólisis en el hígado y un incremento en la gluconeogénesis. Se le puede llamar también hormona hiperglicemiante.

7. Hormonas hiperglicemiantes:

7.1. Hormonas producidas por la glandula suprarrenal y que afectan el mecanismo de carbohidratos.

7.1.1. Adrenalina: producida por la médula espinal, incrementa la glucosa plasmática al inhibir la secreción de insulina, incrementar la glucogenólisis y promover la lipólisis. La adrenalina se libera durante el estrés.

7.1.2. Glucocorticoides: sobre todo el cortisol, se liberan de la corteza suprarrenal al ser estimulada por la hormona adrenocorticotrópica (ACTH). El cortisol incrementa la glucosa plasmática al disminuir la entrada intestinal en la célula e incrementar la gluconeogénesis, el glucógeno hepático y la lipólisis.

7.2. Dos hormonas de la hipófisis anterior, promueven el incremento de glucosa plasmática.

7.2.1. GH: incrementa la glucosa plasmática al disminuir la entrada de glucosa en las células e incrementar la glucólisis.

7.2.2. ACTH: las concentraciones reducidas de cortisol estimulan la hipófisis anterior para liberar ACTH. La ACTH, a su vez, estimula la corteza suprarrenal para liberar cortisol e incrementa las concentraciones de glucosa plasmática al convertir el glucógeno hepático en glucosa y promover la gluconeogénesis.

7.3. Otras dos hormonas que afectan las concentraciones de glucosa:

7.3.1. TIROXINA: La glándula tiroides es estimulada por la producción de hormona estimulante de la tiroides (TSH) para liberar tiroxina que incrementa las concentraciones de glucosa plasmática al aumentar la glucogenólisis, gluconeogénesis y absorción intestinal de glucosa.

7.3.2. Somatostatina: Es producida por las células δ de los islotes de Langerhans del páncreas, incrementa las concentraciones de glucosa plasmática mediante la inhibición de insulina, glucagón, hormona del crecimiento y otras hormonas endocrinas.

8. Utilización y excreción de la glucosa: Las hormonas tiroideas aumentan la utilización de la glucosa, mientras que la GH y el cortisol la disminuyen, a pesar de esto la principalhormona hipoglucemiante, sin que esto signifique un estado hipoglucémico, es la insulina. La glucosa no se excreta, en condiciones normales es reabsorbida por el túbulo proximal.

8.1. Los niveles normales de glucosa sanguínea fluctúan de 60 – 115 mg/dL, pero hay que tomar en cuenta que las cifras varían ligeramente si la determinación se realiza en sangre arterial, capilar o venosa y si se efectúa en suero o plasma

8.1.1. Cuando encontramos los valores de glucosa sanguínea por arriba de 120 mg/dL vamos hablar de una hiperglicemia y de menos de 40 mg/dL vamos hablar de hipoglicemia.

8.1.1.1. Hipoglicemia: disminución en las concentraciones de glucosa plasmática y puede tener muchas causas algunas son transitorias y relativamente insignificantes

8.1.1.1.1. - Hipofuncionamiento endocrino.

8.1.1.1.2. - Enfermedad de Addison. Cortisol bajo.

8.1.1.1.3. - Hipotiroidismo.

8.1.1.1.4. - Hipopituitarismo (Simmons).

8.1.1.1.5. - Tumores hepáticos y gastrointestinales.

8.1.1.2. Hiperglicemia: es un incremento en las concentraciones de glucosa plasmática y es causada por un desequilibrio de hormonas.

8.1.1.2.1. Hiperglicemias primarias:

8.1.1.2.2. Hiperglicemias secundarias:

8.1.1.2.3. Hiperglicemias ocasionales:

9. Métodos para la determinación de glucosa en sangre:

9.1. La glucosa se puede medir en suero, plasma o sangre completa. La concentración de glucosa en sangre completa es alrededor de 15% más baja que la concentración de glucosa en suero o plasma.

9.1.1. Enzimaticos: suero, plasma, orina y LCR

9.1.1.1. Glucosa oxidasa (GOD): cataliza la reacción y transforma la glucosa en ácido glucorónico y peróxido de hidrógeno, el cual reacciona con el fenol y 4-aminofenazona en una reacción catalizada por la peroxidasa.

9.1.1.1.1. La determinación de glucosa en sangre, después del descanso nocturno y antes de tomar alimento, es una prueba de gran valor en el diagnóstico de la diabetes sacarina (diabetes mellitus) y en el síndrome hipoglucémico. El suero (de preferencia) o plasma debe ser obtenido después de 8 – 12 horas de ayuno. Actualmente, una glucosa plasmática de 126 mg/dL se considera anormal y obtener dos valores anormales o en más ocasiones puede establecer el diagnóstico de diabetes.

9.1.1.2. Hexocinasa: Es más exacto que los métodos de oxidasa de glucosa porque la reacción de acoplamiento con deshidrogenasa de glucosa-6-fosfato es muy específica; por tanto, tiene menos interferencia que el procedimiento de oxidasa de glucosa, su desventaja, es el costo.

9.2. Glucemia capilar en glucómetro: medición de la concentración de glucosa en la sangre.

9.3. Curva de tolerancia a la glucosa oral: Esta es una prueba que mide la capacidad que tiene el organismo para metabolizar la glucosa, es decir, permite establecer la respuesta insulínica mediante la administración de una carga de glucosa, de manera que en los sujetos con alteraciones en el metabolismo de los carbohidratos, esta capacidad se encuentra alterada.

9.4. Curva de tolerancia a la glucosa por vía intravenosa: Se utiliza en pacientes que no pueden ingerir una carga de glucosa o trastornos que se acompañan de anomalías de la absorción intestinal: - Síndrome de mala absorción. - Enfermedad de Addison. - Hipopituitarismo o hipotiroidismo. - Hiperinsulismo orgánico o funcional. No se recomienda en pacientes embarazadas.

9.5. Control diabético con marcadores a largo plazo.

9.5.1. Hemoglobina glucosilada o hemoglobina A1C: Este examen sencillo ofrece un resultado muy valioso en cuanto al control del paciente con diabetes. Se fundamenta en que la hemoglobina (que se ocupa del transporte de oxígeno) tiene una gran afinidad por el oxígeno, y también por la glucosa que se une también a ella sin la acción de insulina.

9.5.1.1. Métodos:

9.5.1.2. o EMIT (ensayo inmunológico por multiplicación enzimática),

9.5.1.3. o HPLC (cromatografía ce líquidos de alto rendimiento) que es el método de referencia.

9.5.1.4. o Cromatografía de cambio iónico.

9.5.2. Fructosamina: La glucosa forma glicoproteínas estables con varias proteínas plasmáticas, principalmente, la albúmina, en unión covalente. La determinación de fructosamina se basa en la medición de estas glicoproteínas de vida media corta (1 – 2 semanas).

9.5.2.1. Los métodos para su determinación son: colorimétrico y cromatografía. Colorimétrico.

9.5.3. Microalbuminuria. La utilidad clínica de la detección de microalbuminuria en pacientes diabéticos es la prevención de daño renal (lesión precoz reversible) y lesiones cardiovasculares.

10. Universidad Autónoma de Coahuila. Facultad de Ciencias Químicas. Análisis Clínicos II. Dra. María de Jesús García Braham. Alumna Alexia Banda Gutiérrez.