Metabolismo de los carbohidratos

Los carbohidratos son la principal fuente de energía: 1 g de carbohidratos, al descomponerse completamente, libera 16,7 kJ (4 kcal). Además, los carbohidratos, en forma de mucopolisacáridos, forman parte del tejido conectivo y, en forma de compuestos complejos (glicoproteínas, lipopolisacáridos), son elementos estructurales de las células y componentes de algunas sustancias biológicas activas (enzimas, hormonas, sistemas inmunitarios, etc.).

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Los carbohidratos en la dieta

La proporción de carbohidratos en la dieta infantil depende en gran medida de la edad. En niños de primer año de vida, el contenido de carbohidratos que cubre las necesidades energéticas es del 40%. Después del primer año, aumenta al 60%. Durante los primeros meses de vida, las necesidades de carbohidratos se cubren con la lactosa, un azúcar presente en la leche materna. Con la alimentación artificial con fórmulas lácteas, el niño también recibe sacarosa o maltosa. Tras la introducción de alimentos complementarios, comienzan a ingresar al organismo polisacáridos (almidón, en parte glucógeno), que cubren principalmente las necesidades de carbohidratos. Este tipo de nutrición infantil promueve tanto la formación de amilasa en el páncreas como su secreción con la saliva. En los primeros días y semanas de vida, la amilasa es prácticamente inexistente y la salivación es insignificante, y solo a partir de los 3-4 meses comienza la secreción de amilasa y la salivación aumenta considerablemente.

Se sabe que la hidrólisis del almidón se produce bajo la influencia de la amilasa salival y del jugo pancreático; el almidón se descompone en maltosa e isomaltosa.

Junto con los disacáridos alimentarios (lactosa y sacarosa), la maltosa y la isomaltosa presentes en la superficie de las vellosidades intestinales de la mucosa intestinal, bajo la influencia de las disacaridasas, se descomponen en monosacáridos: glucosa, fructosa y galactosa, que se reabsorben a través de la membrana celular. El proceso de reabsorción de glucosa y galactosa está asociado con el transporte activo, que consiste en la fosforilación de los monosacáridos y su conversión en glucosa fosfato y, posteriormente, en glucosa-6-fosfato (respectivamente, fosfatos de galactosa). Dicha activación se produce bajo la influencia de las quinasas de glucosa o galactosa, con el gasto de un enlace macroérgico de ATP. A diferencia de la glucosa y la galactosa, la fructosa se reabsorbe de forma casi pasiva, por simple difusión.

Las disacaridasas en el intestino fetal se forman dependiendo de la edad gestacional.

Momento del desarrollo de las funciones del tracto gastrointestinal, momento de detección y gravedad como porcentaje de la misma función en adultos

Absorción de carbohidratos	Primera detección de la enzima, semana	Gravedad, % del adulto
A-amilasa pancreática	22	5
Α-Amilasa de las glándulas salivales	16	10
Lactasa	10	Más de 100
Sacarasa e isomaltasa	10	100
Glucoamilasa	10	50
Absorción de monosacáridos	11	92

Es evidente que la actividad de la maltasa y la sacarasa aumenta antes (6-8 meses de gestación) y más tarde (8-10 meses) la de la lactasa. Se estudió la actividad de varias disacaridasas en las células de la mucosa intestinal. Se encontró que la actividad total de todas las maltasas al momento del nacimiento corresponde a un promedio de 246 μmol de disacárido dividido por 1 g de proteína por minuto, la actividad total de la sacarasa - 75, la actividad total de la isomaltasa - 45 y la actividad total de la lactasa - 30. Estos datos son de gran interés para los pediatras, ya que queda claro por qué un bebé amamantado digiere bien las mezclas de dextrina-maltosa, mientras que la lactosa causa diarrea con facilidad. La actividad relativamente baja de la lactasa en la membrana mucosa del intestino delgado explica el hecho de que la deficiencia de lactasa se observa con más frecuencia que la deficiencia de otras disacaridasas.

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Absorción deficiente de carbohidratos

Existen casos de malabsorción de lactosa tanto transitorios como congénitos. La primera forma se debe a un retraso en la maduración de la lactasa intestinal y, por lo tanto, desaparece con la edad. La forma congénita puede observarse durante un tiempo prolongado, pero, por regla general, es más pronunciada desde el nacimiento, durante la lactancia. Esto se debe a que el contenido de lactosa en la leche materna es casi el doble que en la leche de vaca. Clínicamente, el niño presenta diarrea, que se caracteriza por heces blandas (más de 5 veces al día) y espumosas de reacción ácida (pH inferior a 6). También pueden observarse síntomas de deshidratación, que se manifiestan como una afección grave.

A una edad avanzada, se produce la llamada represión de la lactasa, cuando su actividad se reduce significativamente. Esto explica que un número significativo de personas no tolere la leche natural, mientras que los productos lácteos fermentados (kéfir, acidophilus, yogur) se absorben bien. La deficiencia de lactasa afecta a aproximadamente el 75% de las personas de ascendencia africana e india, hasta el 90% de las personas de ascendencia asiática y el 20% de las europeas. La malabsorción congénita de sacarosa e isomaltosa es menos común. Suele manifestarse en niños alimentados con fórmulas lácteas enriquecidas con sacarosa y con la introducción de zumos, frutas o verduras que contienen este disacárido en la dieta. Las manifestaciones clínicas de la deficiencia de sacarosa son similares a las de la malabsorción de lactosa. La deficiencia de disacaridasas también puede ser adquirida, consecuencia o complicación de diversas enfermedades. A continuación, se enumeran las principales causas de la deficiencia de disacaridasas.

Consecuencia de la exposición a factores dañinos:

• después de enteritis de etiología viral o bacteriana;
• la importancia especial de la infección por rotavirus;
• desnutrición;
• giardiasis;
• después de enterocolitis necrótica;
• deficiencia inmunológica;
• enfermedad celíaca;
• terapia citostática;
• intolerancia a la proteína de la leche de vaca;
• condiciones hipóxicas del período perinatal;
• Ictericia y su fototerapia.

Inmadurez del borde en cepillo:

• precocidad;
• inmadurez al nacer.

Consecuencias de las intervenciones quirúrgicas:

• gastrostomía;
• ileostomía;
• colostomía;
• resección del intestino delgado;
• anastomosis del intestino delgado.

Se han descrito manifestaciones clínicas similares en casos de activación deficiente de los monosacáridos (glucosa y galactosa). Deben distinguirse de los casos en que la dieta contiene un exceso de estos monosacáridos, que, al tener una alta actividad osmótica, provocan la entrada de agua al intestino. Dado que los monosacáridos se absorben desde el intestino delgado hacia el depósito de V. portae, primero entran en las células hepáticas. Dependiendo de las condiciones, que se determinan principalmente por el contenido de glucosa en sangre, se convierten en glucógeno o permanecen como monosacáridos y son transportados por el flujo sanguíneo.

En la sangre de los adultos, el contenido de glucógeno es ligeramente inferior (0,075-0,117 g/l) que en los niños (0,117-0,206 g/l).

La síntesis del glucógeno, el carbohidrato de reserva del cuerpo, se lleva a cabo por un grupo de diferentes enzimas, lo que resulta en la formación de moléculas altamente ramificadas compuestas por residuos de glucosa unidos por enlaces 1,4 o 1,6 (las cadenas laterales del glucógeno están formadas por enlaces 1,6). Si es necesario, el glucógeno puede descomponerse en glucosa.

La síntesis de glucógeno comienza en el hígado durante la novena semana de desarrollo intrauterino. Sin embargo, su rápida acumulación ocurre solo antes del nacimiento (20 mg/g de hígado al día). Por lo tanto, la concentración de glucógeno en el tejido hepático del feto al nacer es ligeramente mayor que en un adulto. Aproximadamente el 90 % del glucógeno acumulado se utiliza en las primeras 2-3 horas tras el nacimiento, y el glucógeno restante se consume en 48 horas.

Esto, de hecho, cubre las necesidades energéticas de los recién nacidos durante sus primeros días de vida, cuando reciben poca leche. A partir de la segunda semana de vida, la acumulación de glucógeno se reanuda y, para la tercera semana, su concentración en el tejido hepático alcanza el nivel adulto. Sin embargo, la masa hepática en los niños es significativamente menor que en los adultos (en niños de un año, equivale al 10 % de la masa hepática de un adulto), por lo que las reservas de glucógeno en los niños se agotan más rápido y deben reponerlas para prevenir la hipoglucemia.

La relación entre la intensidad de los procesos de glucogénesis y glucogenólisis determina en gran medida el contenido de azúcar en sangre (glucemia). Este valor es bastante constante. La glucemia está regulada por un sistema complejo. El eslabón central de esta regulación es el llamado centro de azúcar, que debe considerarse una asociación funcional de centros nerviosos ubicados en diversas partes del sistema nervioso central: la corteza cerebral, la subcorteza (núcleo lenticular, cuerpo estriado), la región hipotalámica y el bulbo raquídeo. Además, numerosas glándulas endocrinas (páncreas, glándulas suprarrenales, tiroides) participan en la regulación del metabolismo de los carbohidratos.

Trastornos del metabolismo de los carbohidratos: enfermedades de almacenamiento

Sin embargo, pueden observarse trastornos congénitos de los sistemas enzimáticos, en los que puede verse alterada la síntesis o degradación del glucógeno en el hígado o los músculos. Estos trastornos incluyen la enfermedad por deficiencia de glucógeno. Se basa en una deficiencia de la enzima glucógeno sintetasa. La rareza de esta enfermedad probablemente se explica por la dificultad del diagnóstico y un pronóstico desfavorable rápido. Los recién nacidos experimentan hipoglucemia muy tempranamente (incluso entre las tomas) con convulsiones y cetosis. Con mayor frecuencia, se describen casos de enfermedad del glucógeno, cuando el glucógeno de estructura normal se acumula en el cuerpo o se forma glucógeno de una estructura irregular similar a la celulosa (amilopectina). Este grupo, por regla general, está determinado genéticamente. Dependiendo de la deficiencia de ciertas enzimas involucradas en el metabolismo del glucógeno, se distinguen varias formas o tipos de glucogenosis.

El tipo I, que incluye la glucogenosis hepatorrenal o enfermedad de Gierke, se basa en la deficiencia de glucosa-6-fosfatasa. Es la forma más grave de glucogenosis sin trastornos estructurales del glucógeno. La enfermedad es recesiva; se manifiesta clínicamente inmediatamente después del nacimiento o en la infancia. La hepatomegalia es característica, acompañada de convulsiones hipoglucémicas, coma y cetosis. El bazo nunca aumenta de tamaño. Posteriormente, se observa retraso del crecimiento y desproporción corporal (abdomen agrandado, cuerpo alargado, piernas cortas y cabeza grande). Entre las comidas, se observa palidez, sudoración y pérdida de consciencia como resultado de la hipoglucemia.

Glucogenosis tipo II: enfermedad de Pompe, basada en la deficiencia de maltasa ácida. Se manifiesta clínicamente poco después del nacimiento y estos niños fallecen rápidamente. Se observan hepato y cardiomegalia, e hipotonía muscular (el niño no puede sostener la cabeza ni succionar). Se desarrolla insuficiencia cardíaca.

Glucogenosis tipo III (enfermedad de Cori), causada por un defecto congénito de la amilo-1,6-glucosidasa. La transmisión es autosómica recesiva. Las manifestaciones clínicas son similares a las del tipo I (enfermedad de Gierke), pero menos graves. A diferencia de la enfermedad de Gierke, se trata de una glucogenosis limitada, sin cetosis ni hipoglucemia grave. El glucógeno se deposita en el hígado (hepatomegalia) o en el hígado y simultáneamente en los músculos.

El tipo IV (enfermedad de Andersen) se debe a una deficiencia de 1,4-1,6-transglucosidasa, lo que provoca la formación de glucógeno de estructura irregular similar a la celulosa (amilopectina). Es como un cuerpo extraño. Se observa ictericia y hepatomegalia. Se desarrolla cirrosis hepática con hipertensión portal. Como resultado, se desarrollan venas varicosas en el estómago y el esófago, cuya ruptura causa una hemorragia gástrica profusa.

Tipo V (glucogenosis muscular, enfermedad de McArdle) se desarrolla debido a una deficiencia de fosforilasa muscular. La enfermedad puede manifestarse en el tercer mes de vida, cuando se observa que los niños no pueden mamar durante mucho tiempo y se cansan rápidamente. Debido a la acumulación gradual de glucógeno en los músculos estriados, se observa una falsa hipertrofia.

La glucogenosis tipo VI (enfermedad de Hertz) se debe a una deficiencia de la fosforilasa hepática. Clínicamente, se detecta hepatomegalia y la hipoglucemia es menos frecuente. Se observa retraso del crecimiento. La evolución es más favorable que en otras formas. Esta es la forma más común de glucogenosis.

También se observan otras formas de enfermedades por almacenamiento, cuando se detectan trastornos mono o polienzimáticos.

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El azúcar en sangre como indicador del metabolismo de los carbohidratos

Uno de los indicadores del metabolismo de los carbohidratos es el nivel de azúcar en sangre. Al nacer, el nivel de glucemia del niño coincide con el de su madre, lo que se explica por la difusión transplacentaria libre. Sin embargo, desde las primeras horas de vida, se observa una disminución del nivel de azúcar, debido a dos razones. Una de ellas, la más significativa, es la falta de hormonas contrainsulares. Esto se demuestra por el hecho de que la adrenalina y el glucagón pueden aumentar el nivel de azúcar en sangre durante este período. Otra causa de hipoglucemia en los recién nacidos es que las reservas de glucógeno en el cuerpo son muy limitadas, y un recién nacido amamantado a las pocas horas de nacer las agota. Hacia el quinto o sexto día de vida, el nivel de azúcar aumenta, pero en los niños se mantiene relativamente más bajo que en los adultos. El aumento de la concentración de azúcar en los niños después del primer año de vida es ondulatorio (la primera a los 6 años, la segunda a los 12), lo que coincide con el aumento de su crecimiento y una mayor concentración de hormona somatotropa. El límite fisiológico de oxidación de la glucosa en el organismo es de 4 mg/(kg • min). Por lo tanto, la dosis diaria de glucosa debe ser de 2 a 4 g/kg de peso corporal.

Cabe destacar que la utilización de glucosa durante la administración intravenosa es más rápida en niños que en adultos (se sabe que la glucosa administrada por vía intravenosa se utiliza, por lo general, en 20 minutos). Por lo tanto, la tolerancia de los niños a la carga de carbohidratos es mayor, lo cual debe tenerse en cuenta al estudiar las curvas glucémicas. Por ejemplo, para estudiar la curva glucémica, se utiliza una carga promedio de 1,75 g/kg.

Al mismo tiempo, los niños presentan una evolución más grave de la diabetes mellitus, cuyo tratamiento suele requerir insulina. La diabetes mellitus en niños se detecta con mayor frecuencia durante períodos de crecimiento particularmente intenso (primera y segunda etapa fisiológica), cuando se observa con mayor frecuencia una alteración de la correlación de las glándulas endocrinas (aumento de la actividad de la hormona somatotrópica de la glándula pituitaria). Clínicamente, la diabetes en niños se manifiesta con sed (polidipsia), poliuria, pérdida de peso y, a menudo, aumento del apetito (polifagia). Se detectan un aumento de la glucemia (hiperglucemia) y la aparición de azúcar en la orina (glucosuria). La cetoacidosis es frecuente.

La enfermedad se basa en la deficiencia de insulina, que dificulta la penetración de la glucosa en las membranas celulares. Esto provoca un aumento de su contenido en el líquido extracelular y la sangre, y también incrementa la degradación del glucógeno.

En el organismo, la glucosa se puede descomponer de diversas maneras. Las más importantes son la cadena glucolítica y el ciclo de las pentosas. La degradación a lo largo de la cadena glucolítica puede ocurrir tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas. En condiciones aeróbicas, se forma ácido pirúvico y, en condiciones anaeróbicas, ácido láctico.

En el hígado y el miocardio, los procesos se desarrollan de forma aeróbica: en los eritrocitos, de forma anaeróbica; en los músculos esqueléticos, durante el trabajo intenso, de forma predominantemente anaeróbica; en reposo, de forma predominantemente aeróbica. La vía aeróbica resulta más económica para el organismo, ya que genera más ATP, que aporta una gran reserva de energía. La glucólisis anaeróbica es menos económica. En general, mediante la glucólisis, las células pueden obtener energía de forma rápida, aunque poco económica, independientemente del aporte de oxígeno. La degradación aeróbica en la combinación de la cadena glucolítica y el ciclo de Krebs es la principal fuente de energía del organismo.

Al mismo tiempo, mediante el flujo inverso de la cadena glucolítica, el organismo puede sintetizar carbohidratos a partir de productos intermedios del metabolismo de los carbohidratos, como los ácidos pirúvico y láctico. La conversión de aminoácidos en ácido pirúvico, α-cetoglutarato y oxalacetato puede conducir a la formación de carbohidratos. Los procesos de la cadena glucolítica se localizan en el citoplasma celular.

Un estudio de la proporción de metabolitos de la cadena glucolítica y el ciclo de Krebs en la sangre de niños muestra diferencias bastante significativas en comparación con los adultos. El suero sanguíneo de un recién nacido y un niño de primer año de vida contiene una cantidad considerable de ácido láctico, lo que indica la prevalencia de la glucólisis anaeróbica. El cuerpo del niño intenta compensar la acumulación excesiva de ácido láctico aumentando la actividad de la enzima lactato deshidrogenasa, que convierte el ácido láctico en ácido pirúvico, incorporándolo posteriormente al ciclo de Krebs.

También existen algunas diferencias en el contenido de isoenzimas de la lactato deshidrogenasa. En niños pequeños, la actividad de las fracciones 4.ª y 5.ª es mayor, mientras que el contenido de la primera es menor.

Otra forma, no menos importante, de descomponer la glucosa es el ciclo de las pentosas, que comienza con la cadena glucolítica a nivel de la glucosa-6-fosfato. Como resultado de un ciclo, una de las seis moléculas de glucosa se descompone completamente en dióxido de carbono y agua. Esta es una ruta de desintegración más corta y rápida, que libera una gran cantidad de energía. Como resultado del ciclo de las pentosas, también se forman pentosas, que el cuerpo utiliza para la biosíntesis de ácidos nucleicos. Esto probablemente explica la gran importancia del ciclo de las pentosas en niños. Su enzima clave es la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, que establece la conexión entre la glucólisis y el ciclo de las pentosas. La actividad de esta enzima en la sangre de niños de 1 mes a 3 años es de 67-83 mmol/g de hemoglobina, de 4 a 6 años, de 50-60, y de 7 a 14 años, de 50-63 mmol/g.

La alteración del ciclo de las pentosas, responsable de la degradación de la glucosa, debido a la deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, es la causa de la anemia hemolítica no esferocítica (un tipo de eritrocitopatía), que se manifiesta con anemia, ictericia y esplenomegalia. Por lo general, las crisis hemolíticas se desencadenan por la toma de medicamentos (quinina, quinidina, sulfonamidas, algunos antibióticos, etc.), que aumentan el bloqueo de esta enzima.

Se observa un cuadro clínico similar de anemia hemolítica debido a la deficiencia de piruvato quinasa, que cataliza la conversión de fosfoenolpiruvato en piruvato. Se distinguen mediante un método de laboratorio que determina la actividad de estas enzimas en los eritrocitos.

La alteración de la glucólisis plaquetaria subyace a la patogénesis de muchas tromboastenias, manifestándose clínicamente por un aumento del sangrado con un número normal de plaquetas, pero con una función alterada (agregación) y factores de coagulación sanguínea intactos. Se sabe que el metabolismo energético principal de una persona se basa en el uso de la glucosa. Las hexosas restantes (galactosa, fructosa), por regla general, se transforman en glucosa y sufren una degradación completa. La conversión de estas hexosas en glucosa se lleva a cabo mediante sistemas enzimáticos. La deficiencia de enzimas que transforman esta conversión subyace a la gstactosemia y la fructosemia. Estas son enzimopatías de origen genético. En la gstactosemia, existe una deficiencia de la galactosa-1-fosfato uridil transferasa. Como resultado, la galactosa-1-fosfato se acumula en el cuerpo. Además, se elimina una gran cantidad de fosfatos de la circulación, lo que provoca una falta de ATP, lo que perjudica los procesos energéticos en las células.

Los primeros síntomas de galactosemia aparecen poco después de comenzar a alimentar a los niños con leche, especialmente la materna, que contiene una gran cantidad de lactosa, que incluye cantidades iguales de glucosa y galactosa. Se presentan vómitos y el peso corporal aumenta poco (se desarrolla hipotrofia). Posteriormente, aparece hepatoesplenomegalia con ictericia y cataratas. Puede presentarse ascitis y varices esofágicas. El análisis de orina revela galactosuria.

En caso de galactosemia, debe excluirse la lactosa de la dieta. Se utilizan fórmulas lácteas especialmente preparadas, en las que el contenido de lactosa se reduce drásticamente. Esto garantiza el correcto desarrollo de los niños.

La fructosemia se desarrolla cuando la fructosa no se convierte en glucosa debido a una deficiencia de fructosa-1-fosfato aldolasa. Sus manifestaciones clínicas son similares a las de la galactosemia, pero se manifiestan de forma más leve. Sus síntomas más característicos son los vómitos y la disminución brusca del apetito (incluso anorexia) al ingerir zumos de fruta, cereales azucarados y purés (la sacarosa contiene fructosa y glucosa). Por lo tanto, las manifestaciones clínicas se agravan especialmente al transferir a los niños a la alimentación mixta y artificial. A mayor edad, los pacientes no toleran los dulces ni la miel, que contiene fructosa pura. La fructosuria se detecta en el análisis de orina. Es necesario excluir de la dieta la sacarosa y los productos que contienen fructosa.