Ruolo metabolico dei carboidrati disponibili

Tiziana Bacchetti

I CARBOIDRATI DISPONIBILI

ENERGETICAENERGETICACarboidrati rappresentano il principale substrato energetico per l’uomo. Il valore energetico dei carboidrati è variabile

•Fruttosio 3,74 Kcal/g•Glucosio 3,74Kcal/g•Saccarosio 3,95Kcal/g•Amido 4,18 Kcal/g

Valori medi di utilità pratica sono quelli fissati dal Decreto Legislativo 16 febbraio 1993 n.77 (G.U. n. 69, 24/3/1993) che regola l’etichettatura nutrizionale dei prodotti alimentari uniformando la legislazione italiana con quella degli altro Paesi dell’Unione Europea: si attribuisce un valore calorico di 4 kcal/g (17 kJ/g) ai carboidrati disponibili (amido e zuccheri).

FUNZIONE

Ruolo dei carboidrati disponibili nella dieta

• Dal loro metabolismo non residuano sottoprodotti o intermedi metabolici potenzialmente dannosi

• Alcuni tessuti come il sistema nervoso e la midollare del surrene, in condizioni normali utilizzano il glucosio come fonte elettiva di energia.

• La biosponibilità di glucosio è NECESSARIA per il corretto funzionamento dei tessuti.

• Il fabbisogno giornaliero di glucosio per il cervello e per il sangue (cioèquello essenziale) è di circa 180 g (720 calorie) per un uomo del peso di 70 kg.

I CARBOIDRATI NELLA DIETA

Una dieta equilibrata deve prevedere una quota di carboidrati pari al 50-60%

Zuccheri semplici 10-12%

Digestione dei carboidrati

Incapacità presentata da alcuni individui di digerire il Lattosio. Questa incapacità è dovuta alla mancata produzione della lattasi. La lattasi intestinale solo in rarissimi casi è congenitamente deficitaria. La malnutrizione proteico-calorica, allergie alimentari, infezioni batteriche o virali, infestazioni parassitarie possono causare alterazioni della mucosa intestinale e di conseguenza deficit di lattasi.La riduzione della lattasi è un fenomeno adattativo alla riduzione del consumo di latte. L’espressione dell’enzima lattasi è massima alla nascita quando è massima la necessità di utilizzare il lattosio. Dopo lo svezzamento, l'attività lattasica diminuisce rapidamente (fino ad oltre il 90%). Una percentuale della popolazione, una volta raggiunta l’età adulta perde la capacità di esprimere questo enzima e di conseguenza di idrolizzare il lattosio.

Intolleranza al lattosio

Su 6 miliardi di persone , circa 5,5 miliardiposseggono poca o nulla lattasi

Può essere alleviata da:

n Somministrazione di preparati commerciali di lattasin Utilizzo di latti fermentati (yogurt) n Utilizzo di prodotti naturalmente a ridotto contenuto di

lattosio o con lattosio assente (sostituti del latte, latte disoia, di riso..)

n L’industria alimentare a messo a punto latte a basso contenuto di lattosio (latte ad alta digeribilità, HD)

future.

Nel latte il lattosio predigerito ossia scisso in due zuccheri piu' facili da

digerire (glucosio e galattosio) facendo passare il latte attraverso un materiale

inerte in cui vi è absorbito l’enzima lattasi

Mineral and protein fraction

LATTE HD O HIGH DIGESTIBILITY:

Zymil viene ottenuto aggiungendo al un latte, una preparazione purificata e standardizzata dell’enzima lattasi, ottenuto da un ceppo

selezionato di lievito. Il latte così preparato viene quindi lasciato in sosta a 6°C, il tempo necessario

per raggiungere il grado di idrolisi desiderato. ZYMIL è un prodotto delattosato in cui sono

presenti tali enzimi lattasi

Assorbimento dei carboidrati

I monosaccaridi derivati dalla digestione dell’amido e dei disaccaridi o giàpresenti come tali negli alimenti vengono assorbiti e trasportati al fegato attraverso la vena porta.L’ assorbimento, quindi il trasferimento delle molecole dal lume del canale digerente al sangue, avviene nella prima parte del digiuno.La parete dell’intestino tenue è ricoperta da sporgenze digitiformi della lunghezza di circa 1 mm detti VILLI INTESTINALI . Si stima che la loro presenza aumenti di circa 8 volte la mucosa intestinale. L’epitelio che ricopre i villi è monostratificato e composto da cellule cilindriche dette ENTEROCITI. La membrana luminare degli enterociti è caratterizzato dal tipo “orletto a spazzola” , per la presenza di numerose digitazioni microscopiche dette MICROVILLI.

MONOSACCARIDI

ORLETTO A SPAZZOLA

con microvilli

ENTEROCITA

VILLO INTESTINALE

Capillari fegato

Trasporto del glucosio e galattosio

L’entrata di queste molecole nelle cellule epiteliali ha luogo ad opera di “carriers” “trasportatore del glucosio sodio-dipendente” GLUT1 localizzati sulla membrana esterna. Il trasportatore lega contemporaneamente il Na+ e il glucosio. La bassa concentrazione interna rispetto a quella esterna di questo ione provoca l’entrata del Na+ e di conseguenza quella del glucosio. La concentrazione intracellulare di Na+ è mantenuta bassa dalla pompa sodio-potassio che richiede ATP.

GLUT-5 ha una Km intorno a 5mM e quindi facilmente saturabile. L’ingestione di grandi quantità di fruttosio può provocare disturbi colici , dovuti alla fermentazione del fruttosio da parte della flora batterica.

Regolazione metabolica dell’utilizzazione dei carboidrati

I livelli plamstici di glucosio (GLICEMIA) devono rimanere sempre costanti . La necessarietà dei carboidrati è testimoniata dal complesso e fine meccanismo di regolazione metabolica con cui i diversi tessuti gestiscono il glucosio e altri substrati durante il digiuno o subito dopo un pasto.

60-119 mg/dl plasma → glicemia normale

Fonti di glucosio :

? da cibo? da glicogeno? da gluconeogenesi

Figure was assumed from Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with ClinicalCorrelations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997

In assenza di insulina il glucosio non entra nelle cellule adipose o muscolari

L’insulina permette al glucosio di entrare nelle cellule adipose o muscolari

Trasportatore GLUT-4 (Muscolo, Cuore,Adipociti)

< 40mg/dl glucosio plasmatico

fosfatasi

Altrazioni nel controllo della glicemia

n Iperglicemia e iperisulinemia a digiunon Ipoglicemia a digiuno e postprandiale

Risposta glicemia a diversi tipi di carboidrati

60

80100

120140

160

180200

220

0 15 30 45 90 120 150 180

Minutes

Glu

cosi

o p

lasm

atic

o(m

g/d

L)

TipicaZuccheri sempliciFibre solubiliAmido

INDICE GLICEMICO

In considerazione della ampia variabilità delle risposte glicemiche è stato elaborato un parametro INDICE GLICEMICO per classificare gli alimenti.

I carboidrati presentano un diverso effetto sul possibile incremento del livello di glucosio nel sangue a seguito della loro assunzione.

Determinazione dell’indice glicemico

IG =Area incrementale della risposta glicemica ad un determinato alimento Area incrementale della risposta glicemica di un alimento standard (pane bianco)

X 100

Un indice glicemico di 50 vuol dire che l'alimento innalza la glicemia di un valore pari alla metà di quella dell'alimento di riferimento

La tabella aggiornata degli indici glicemici, "International table of glycemic index and glycemicload values" (Foster-Powell et al. Am J Clin Nutr. 2003 Apr; 77(4):994

Fattori che influenzano l’indice glicemico

Fattori che influenzano l’indice glicemico

n Natura degli zuccherin Varietà dell'alimento. In molti casi tale variabilità è modesta, in altri è molto

alta. È il caso del riso (48-112), del pane bianco (30-110), delle patate bollite (56-101).

n Zona geografica di produzione (per esempio una mela coltivata in Danimarca o in Italia)

n Grado di maturazione. n Modalità di produzione (per esempio i vari prodotti "industriali") n Conservazione e l'essiccazione n Metodo di cottura (per esempio bollire o cuocere al forno) n Durata della cottura (per esempio pasta al dente o leggermente scotta) n Presenza di grassi o proteine o fibre in un alimento. L’indice glicemico si

abbassa. Questo fenomeno è dovuto al fatto che la digestione dell'alimento al quale sono stati aggiunti i grassi è più lenta, e quindi i carboidrati che contiene vanno in circolo più lentamente.

n Presenza di sodio favorisce il trasporto del glucosio via sinporto con Na+.

E’ stato introdotto anche il concetto di CARICO GLICEMICO che è indice glicemico moltiplicato per la quantità di carboidrati presenti nell’ alimento; fornisce una misura della risposta glicemica totale ad un cibo o ad un pasto

CG = IG/100 x grammi di carboidrati disponibili nella porzione

15.423 60 67Brioche

0.71 6072Cavolo

CGCarboidrati (g)

Porzione (g)

IG Alimento

Glycemic impact : è la quantità di glucosio (g) che potrebbe indurre una risposta glicemica equivalente a quella indotta da una certaquantità di alimento.

= 46 GGE (Glycemic glucose equivalent )

=7,9 GGE (Glycemic glucose equivalent )

RELAZIONE TRA CARICO GLICEMICO E RISCHIO PER PATOLOGIE CARDIOVASCOLARI

Oh K et al. Am J Epidemiol. 2005 ;Liu S et al. Am j Nutr. 2000

RELAZIONE TRA INDICE GLICEMICO E RISCHIO PER DIABETE DI TIPO 2

Iowa women’s health study no assciazione tra IG e incidenza di diabete

The Nurses’ health Study (65 173 donne seguite per 6 anni)

Health professionals’follow up study

Elevato carico glicemicoObesitàFattori genetici Inattività fisica

Resistenza all’insulina

Iperglicemia

Alterazioni delle cellule

beta del pancreas

(eccessiva secrezione di insulina)

(anni)

Richiesta di Insulina

,Incremento post -prandialedi acidi grassi nel plasma

RISCHIO DI INSORGENZA DEL DIABETE E DIETE A ELEVATO INDICE GLICEMICO: POSSIBILI MECCANISMI

Depositi di grassi ectopici

Aumento glicemia post pradiale

Steps in Development of Insulin

Resistance from High Glycemic Load

Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5

Rapidly digested & absorbed CHO with high energy density

Rapid rise in blood glucose to high levels

Release of corresponding high amount of insulin

Insulin peaks at level consistent with blood glucose levels

Downregulation of insulin receptors

Repeated bouts of high insulin levels

Fruttosio

- Viene assorbito più lentamente rispetto a glucosio e carboidrati contenti glucosio (amido); ha un basso indice glicemico

Piccole dosi di fruttosio - stimolano l’attività dell’enzima epatico glucoso-chinasi →

↑ uptake di glucosio da parte del fegato ; - Stimolano l’attività dell’enzima glicogeno sintetasi →

↑ sintesi di glicogeno epatico- In condizioni di iperglicemia ripristina la capacità di regolare la

produzione di glucosio epatico

Effetti positivi

aldolase B

TRIGLICERIDE

Metabolismo del fruttosio

Aldolase B

• Il fruttosio entra nella glicolisi a livello dei triosi fosfati. Pertanto il metabolismo del fruttosio bypassa i principali controlli della glicolisi a livello della fosfofruttochinasi. Quindi se presente in eccesso viene immesso comunque nella glicolisi senza controllo portando a scompensi metabolici. (iperlipemia)

• La formazione di elevate quantità di fruttosio 1P può portare ad una deplezionedi Pi con conseguente diminuzione di ATP , con conseguente attivazione della glicolisi e produzione di lattato.

Caratteristiche metaboliche del fruttosio

• Assunzione di fruttosio, non influenza direttamente la glicemia, pertanto non provoca una immediata risposta insulinemica. L’insulina è coinvolta nella regolazione del controllo dell’appetito e della spesa energetica (feed back negativo; leptina)

• Il fruttosio entra nella glicolisi a livello dei triosi fosfati. Pertanto il metabolismo del fruttosio bypassa i principali controlli della glicolisi a livello della fosfofruttochinasi. Quindi se presente in eccesso viene immesso comunque nella glicolisi senza controllo portando a scompensi metabolici. (iperlipemia)

• La formazione di elevate quantità di fruttosio 1P può portare ad una deplezionedi Pi con conseguente diminuzione di ATP , con conseguente attivazione della glicolisi e produzione di lattato.

Caratteristiche metaboliche del fruttosio

Assunzione eccessiva di fruttosio è messo in relazione

-obesità

-iperlipidemia

• Assunzione di fruttosio, non influenza direttamente la glicemia, pertanto non provoca una immediata risposta insulinemica. L’insulina è coinvolta nella regolazione del controllo dell’appetito e della spesa energetica (feed back negativo; leptina)

Il consumo di fruttosio pari al 20% dell’energia tot causa un increamneto del colestreolo totale e associato alle LDL (Hollenbeck et al. 1993)

United StatesDepartment of Agriculturesurveys of individuals11–18 years of age(n = 12 498).

Cavadini C et al. Arch Dis Child 2000