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Universidad Autónoma de Baja California
Escuela de Ciencias de la Salud
Valle de las Palmas
Laboratorio de Bioquímica Médica
Metabolismo de los carbohidratos
Román Castro, Jesús Pedro
Dra. Avitia Ramírez, Thelma Irene
431-1
Tijuana B.C a miércoles, 02 de noviembre del 2016
I- Introducción al metabolismo de los carbohidratos
Todos los organismos necesitan fuentes de energía que les permitan su
funcionamiento y crecimiento. La supervivencia de un organismo depende de su
capacidad de extraer y asimilar estos recursos a través de los alimentos
ingeridos.
La energía útil para la célula es la energía química, los sustratos energéticos más
importantes son la glucosa y los ácidos grasos. Después de la ingesta de
alimento, el exceso se almacena para liberarse en caso de necesidad.
La glucosa es el hidrato de carbono más importante en la Tierra, y el esqueleto y
la unidad monomérica de la celulosa y del almidón. Asimismo, es el único
combustible que es utilizado por todas las células de nuestro cuerpo.
Los eritrocitos y el cerebro tienen una necesidad absoluta de glucosa sanguínea
para el metabolismo energético. Estas células consumen aproximadamente el
80% de los 200g de glucosa que consume el organismo cada día. En el plasma y
en el volumen de líquido extracelular sólo hay unos 10g de glucosa, de manera
que el contenido de glucosa sanguínea debe rellenase constantemente.
El almacenamiento de glucosa es en forma de glucógeno en músculo e hígado, y
es nuestra primera línea de defensa contra la disminución de glucosa en sangre.
El metabolismo humano oscila entre los estados de alimentación-ayuno. El
“interruptor” que determina los cambios metabólicos es el valor del cociente
molar de insulina respecto a glucagón en el plasma. El estado de alimentación
(postprandial) tiene lugar durante la comida y varias horas después, y se
caracteriza por una concentración de insulina alta, y de glucagón bajo. En
ayuno, por otra parte, la insulina es baja y el glucagón alto.
Una alteración en esta relación Insulina/glucagón puede derivar en patologías
como la Diabetes.
La diabetes es un trastorno en el metabolismo de los combustibles que se
caracteriza por hiperglucemia y, más tarde, lesiones vasculares.
El 90% de pacientes diabéticos presenta DM2, y del 5-10% DM1.
El factor más importante en el desarrollo de la diabetes tipo 2 es el deterioro
funcional de las células B- pancreáticas, en tanto que se debe a la alteración en
la secreción de insulina como a la resistencia a ésta.
Los factores de riesgo más importantes para desarrollar diabetes son la obesidad,
que está íntimamente relacionada a la resistencia a la insulina y los antecedentes
familiares.
La importancia de los efectos combinados tanto genéticos como ambientales
culminará, en última instancia, con el desarrollo de una alteración en el
metabolismo de los combustibles. Para evitar la aparición de alguna patología,
como la diabetes, es necesario tener un conocimiento de los factores de riesgo
que predisponen a un individuo a desarrollar dicha enfermedad; para lo cual, se
han desarrollado diversos métodos y pruebas de laboratorio que describen
eficazmente cualquier alteración en el metabolismo de los carbohidratos en
tiempo real.
A continuación, se enlistan las principales pruebas realizadas en función del
metabolismo de los combustibles:
1) Tabla que emite la calificación de riesgo a desarrollar DMII en 5 años.
2) Toma de glucosa en ayuno y postprandial.
3) Curva de tolerancia a la glucosa.
4) Hemoglobina glucosilada.
Es importante complementar estas pruebas con un examen general de orina
(EGO) que aporte información relevante clínicamente sobre el metabolismo de
otros combustibles.
La realización de estas pruebas, su metodología y resultados serán descritos a
continuación, en base a la información proporcionada por los alumnos del
laboratorio de Bioquímica Médica de la carrera de Medicina, de la Escuela de
Ciencias de la Salud, Valle de las Palmas.
1) Calificación de riesgo a desarrollar Diabetes Mellitus tipo II
Es un sencillo test que evalúa diversos factores de riesgo que condicionan a
una persona a desarrollar Diabetes Mellitus tipo II en los próximos 5 años.
Cuenta con una sensibilidad de 81%, lo que se traduce en la probabilidad de
que las personas que tengan una calificación igual o mayor a 9 puntos sean
diabéticos con tratamiento farmacológico. Y una especificidad, en este caso,
del 76% de las personas que tengan calificación menor a 9 puntos, lo que
indica que no desarrollaran diabetes tratada farmacológicamente a futuro.
Modificado de Lindström J, Diabetes Care, 2003;26:725-731
Los datos recopilados de 5 alumnos del salón 431-1, así como de dos
familiares mayores a 45 años, se engloban en el cuadro siguiente.
Cuadro 1- Recopilación de datos de 5 estudiantes y 2 pacientes mayores de 45 años.
* E = Estudiante EVALUACION E1 E 1 E3 E4 E5 P1 P2
Pesión arterial
(mmHg)110/60 127/84 93/60 110/69 117/73 110/70 130/90
IMC (kg/m2)20.76 19.85 25.26 22.26 23.35 23.50 29.78
Diámetro de cintura (cm) 73 66 83 83 83 77 102
Uso demedicamentos
antihipertensivos(si/no)
No No No No No No Sí
Ultimo valor deglucosa (mg/dL) 87 91 90 88 94 91 100
Actividad físicapor semana (hrs) 0 0 6 3 5 0 0
Consume 5 diferentes frutas y verduras a diario
(si/no)Sí No Sí Sí Sí Sí No
*P = Paciente
Cuadro 2- Calificación de factores de riesgo a desarrollar Diabetes Mellitus tipo II.
* E = Estudiante
*P = Paciente
Discusión
Tras la realización del test, se pueden visualizar las puntuaciones de los
estudiantes y familiares. El 85% de los entrevistados presenta poco riesgo
puesto que sus puntuaciones son menores a 9. Sin embargo, existe un
paciente (que representa el 15%) que presenta riesgo de padecer DMII en los
VARIABLE PUNTOS E1 E 1 E3 E4 E5 P1 P2
Edad (años)45 a 5455 a 64
23
0 0 0 0 0 2 2
IMC (kg/m2)> 25, < 30
>30
13
0 0 1 0 0 0 1
Diámetro de cintura (cm)
Hombres ≥102Mujeres ≥88
34
0 0 0 0 0 0 3
Uso demedicamentos
antihipertensivos2 0 0 0 0 0 0 2
Glucemia>120 ayuno 3 0 0 0 0 0 0 0
Actividad física menor a 4 hrspor semana
2 2 0 2 0 2 2 2
Falta de consumo de frutas o verduras 1 0 1 0 0 0 0 1
Total 0 a 20 2 1 3 0 2 4 11
próximos 5 años, claro, tomando en cuenta la especificidad y sensibilidad de
la prueba.
Los resultados pueden visualizarse en la gráfica siguiente.
Representación gráfica de la probabilidad de padecer DM II en los
próximos 5 años por parte de los estudiantes y familiares entrevistados.
Las puntuaciones aparecen junto con el estudiante o paciente en cuestión.
9%
4%
13%
9%
17%
48%
Puntos
E1 E2 E3 E4 E5 P1 P2
De un total de probabilidades de padecer DMII en los próximos 5 años, el
Paciente 2 representa un 48% de riesgo de adquirir esta enfermedad.
Conclusión
Es evidente que una prueba de este tipo no determina completamente si una
persona desarrollará DMII, sin embargo, proporciona una visualización clara
de los factores de riesgo que podrán condicionar al paciente a desarrollar
esta enfermedad. La temprana detección de estos factores, y su posterior
eliminación a través de un estilo de vida saludable reducirá
considerablemente el riesgo de padecer esta, u otra patología asociada al
desbalance en el metabolismo de los combustibles.
2) Toma de glucosa en ayuno y postprandial
Los niveles de glucosa en sangre están estrictamente controlados por una
variedad de mecanismos. Esto es importante para la homeostasis metabólica.
La glucemia puede fluctuar después de ayunar durante mucho tiempo, o de
una hora a dos después del consumo de comida. A pesar de esto, las
fluctuaciones son muy pequeñas. El nivel de glucosa en la sangre se
mantiene dentro de un rango muy estrecho, y se debe medir de manera
fiable, tanto en la clínica como fuera de la misma.
Normalmente, el incremento máximo del nivel plasmático de glucosa
después de una comida se produce entre 60 y 90 minutos y a las 2 horas, los
niveles son similares a los valores obtenidos en ayunas. Sin embargo, en
individuos de edad avanzada, el nivel de glucosa a las 2 horas puede resultar
ligeramente superior al de la glucosa basal.
El control glucémico es fundamental para la gestión de la diabetes tipo 2.
Cuantos más altos suban los niveles de glucosa en sangre de una persona,
con niveles similares en resto de factores, mayor será su riesgo de
desarrollar complicaciones de origen diabético. Además, el riesgo de
complicaciones, como la enfermedad cardiovascular, la insuficiencia renal,
las lesiones oculares y las úlceras del pie, son proporcionales al tiempo
durante el cual no se controlan los niveles de glucosa. 2
La prueba siguiente consiste en la determinación de la glucosa basal y
postprandial, con la finalidad de complementar los estudios realizados a los
pacientes seleccionador con anterioridad.
Los valores de glucosa en ayuno y postprandial de referencia, y de los
pacientes seleccionados, se muestran en conjunto en el cuadro 3.
Cuadro 3- Valores de glucosa basal y postprandial de referencia, y de los pacientes
seleccionados.
Fuente: American Diabetes Association, 2016.
Discusión
La toma de glucosa en ayuno y postprandial de cada uno de los pacientes
arrojó valores normales, de acuerdo a la Asociación Americana de Diabetes.
Los datos de glucemia en cada uno de los casos, se resumen en la gráfica
siguiente.
Paciente 1 Paciente 2 Paciente 3 Paciente 4 Paciente 50
20406080
100120140
Niveles de glucemia basal y postprandial
BasalPostprandial
Pacientes
Glu
cem
ia (m
g/dl
)
TIEMPO REFERENCIA PACIENTE 1
PACIENTE 2
PACIENTE 3
PACIENTE 4
PACIENTE 5
Basal 80-110 mg/dl 87 91 90 88 94
90 min 80-140 mg/dl 120 124 122 123 129
Conclusión
Todos los pacientes presentan valores de acuerdo a los de referencia, sin
presencia de una alteración en el metabolismo de la glucosa. Los niveles de
glucemia basal y postprandial son un método efectivo para la detección de
alteraciones en el metabolismo a corto plazo, sin embargo, no son muy
específicos en cuanto al mantenimiento de un aumento o disminución de
glucosa en sangre, para eso existe otra prueba relativamente nueva, la
hemoglobina glucosilada, de la que se hablará más adelante.
3) Curva de tolerancia a la glucosa
Las pruebas de tolerancia a la glucosa para el estudio del metabolismo de los
carbohidratos son un recurso de aplicación diaria en el diagnóstico de la
diabetes mellitus. Se fundamentan en que, en esta enfermedad, hay una
disminución de la capacidad para utilizar una carga de glucosa, con
producción de hiperglucemia y retardo para volver a las cifras iniciales de
glucemia, y glucosuria cuando se sobrepasa el umbral renal.
La curva de tolerancia a la glucosa es de gran utilidad, ya que mide el
balance entre la absorción de glucosa en el intestino, su consumo por los
tejidos y su excreción por la orina cuando existe. Incluye todos los factores
que intervienen en el metabolismo de los carbohidratos: ingestión, absorción
intestinal, transporte y consumo (conversión a glucógeno, grasas, proteínas y
producción de energía). Se ha establecido que la velocidad máxima de
absorción intestinal es de 0.8 gramos por kilogramo de peso por hora.
Entre los factores que afectan los resultados de la curva están: La dieta, la
actividad física, la edad y enfermedades previas, siendo una prueba infalible
si se lleva a cabo de la forma correcta y se toman en cuenta todos los
factores que inducen falsos negativos o falsos positivos.
La carga de glucosa que se administra debe ser de 100g a todas las personas,
o adaptarse a 1.75 g por kg de peso en caso de personas obesas o
desnutridas.
El procedimiento es el siguiente:
a) El paciente debe estar en ayunas.
b) Se toma muestra de sangre venosa para glucemia basal, que se considera
el momento 0.
c) Se toman muestras a los 30, 60, 90, 120 Y 180 minutos.
d) Conjuntamente con las muestras de sangre se recoge una muestra de
orina para determinación de glucosuria.
Al momento de realizar la interpretación correcta de la curva de tolerancia
a la glucosa se debe tomar en cuenta:
a) Magnitud de la elevación de la glucemia.
b) Velocidad de la caída de la curva.
c) Valores de la glucemia en cada una de las determinaciones.
e) Tiempo para que la glucemia regrese a las cifras normales.
Discusión
En casos de diabetes mellitus se aprecia elevación de la glucemia en ayunas,
aumento por arriba de lo normal del pico de la curva y retraso en volver a
cifras normales.
Conclusión
La curva de tolerancia a la glucosa es una herramienta imprescindible para
complementar un diagnóstico de diabetes. Es de suma importancia
considerar los factores que influyen en los resultados para maximizar la
efectividad y confiabilidad en este método de detección, siempre
acompañado de un EGO que complemente resultados al analizar la función
renal.
4) Hemoglobina Glucosilada
Como se describió anteriormente, las pruebas de glucosa en ayuno y
postprandial, y la de tolerancia a la glucosa arrojan valores momentáneos
tras realizarse una sobrecarga en el metabolismo basal de la glucosa. Por
otro lado, la hemoglobina glucosilada, que es una prueba relativamente
nueva incluida en el diagnóstico de diabetes, juega un papel muy importante
al describir por cuánto tiempo se ha mantenido la glucemia alta en sangre.
Una elevación continua y prolongada de la glucemia, característica de la
diabetes, origina la glucosilación no enzimática de las proteínas del
organismo. Esta modificación química de las proteínas causas alteraciones
en sus funciones y estructuras, lo que tiene relevancia en las complicaciones
crónicas de la diabetes.
La identificación de la Hemoglobina glucosilada, es decir la hemoglobina A
con un residuo de glucosa sobre la valina aminoterminal de la cadena β,
podría constituir la técnica más útil para evaluar el control diabético. Las
hemoglobinas A1a, A1b y A1c son directamente dependientes de la
concentración de glucosa durante los 120 días de vida media de los
eritrocitos.
La fracción A1c representa del 3 al 6% de la hemoglobina total de los
individuos sanos, puede doblarse e incluso triplicarse en los diabéticos en
función de los niveles de hiperglicemia.
Existen pruebas sólidas que indican que conseguir un objetivo de HbA1c por
debajo del 6,5% resulta muy beneficioso a la hora de reducir las
complicaciones diabéticas. Monitorizar la HbA1c cada tres meses permite
una respuesta rápida en caso de que fallase el control glucémico y ayuda a
las personas a evitar verse expuestas a los peligros de un largo período con
altos niveles de glucosa en sangre.
La semaforización de la Hemoglobina glucosilada se muestra a
continuación:
Discusión
La relación que guardan la HbA1c y la glucosa promedio en sangre se
describe en forma de colores, lo que se conoce como “semaforización de la
hemoglobina glucosilada”. Se observa como el mantenimiento de una
HbA1c por debajo de 6.5 concuerda concuerda con una glucosa menor a 140
md/dl, lo que denota niveles normales de glucosa ocasional en sangre.
Conclusión
Sin duda, la HbA1c es el indicador más específico de los niveles de
glucemia que se han alcanzado en sangre durante la vida media del
eritrocito, siendo uno de los exámenes más recientemente incluidos en las
pruebas de diagnóstico y monitoreo de la diabetes.
5) Examen general de Orina
El EGO como prueba complementaria para evaluar el metabolismo por
medio de la función renal, es un examen constantemente utilizado en el
diagnóstico de alteraciones en la ingestión y excreción de glucosa, siendo
utilizado, mayormente, cuando se realiza un examen de curva de tolerancia a
la glucosa.
En condiciones normales, la excreción de solutos como proteínas o glucosa
en orina es nula, sin embargo, ésta estará presente en diversas patologías
como la diabetes, esto por un aumento en la glucemia que condiciona una
hiperosmolaridad dada por la glucosa plasmática, debido a que no puede ser
metabolizada adecuadamente.
La glucosa se reabsorbe en su totalidad a nivel de las nefronas, las unidades
funcionales del riñón donde se produce la depuración de la sangre. Sin
embargo, cuando los niveles de glucosa en sangre rebasan un umbral, una
cifra alrededor de los 180 mg/dl de glicemia, la nefrona permite que se
elimine glucosa por la orina para compensar la sobrecarga de glicemia que
no es compensada por la insulina.
Los niveles de glucosa en orina, así como la presencia de otros solutos
pueden identificarse en un sencillo examen con indicadores llamados
“multistacks”.
Discusión
La realización de estas pruebas, como método complementario de
diagnostico de alguna patología asociada al metabolismo de los
combustibles, arrojó resultados negativos en glucosa y proteínas en la
mayoría de los casos, presentándose solo en uno de ellos un resultado
positivo en proteínas. Posteriormente se atribuyó esto a la realización de
actividad física del paciente unas horas previas a la realización del examen.
Las imágenes y los resultados se encuentran en la sección de anexos.
Anexos
Multistacks, prueba
de orina que evalúa
los siguientes
parámetros:
a) Glucosa
presente/ausente
b) Bilirrubinas
c) Cetona
d) Gravedad
especifica
e) Sangre
f) pH
g) Proteinas
h) Urobilinógenos
i) Nitritos
j) Leucocitos
a) Glucosa
NEGATIVO
b) Bilirrubinas
BAJO
c) Cetonas
NEGATIVO
d) Gravedad
específica
ALTO (80-
160)
e) Sangre
NEGATIVO
f) pH
6.0
g) Proteínas
Trazas
h) Urobilinógeno
NORMAL
(0.2)
i) Nitritos
NEGATIVO
j) Leucocitos
NEGATIVO
Referencias
1. Baynes J, Dominiczak M, Silva Baptista M. Bioquímica Médica. ELSEVIER
2014
2. 2. Control glucémico. Acortar distancias entre recomendación y la práctica.
Diabetes Voice. 2006;51(1):15-18.
3. Gonzalez Hernández, Alvaro. Principios de bioquímica clínica y patología
molecular. ELSEVIER.
