3.11.4: Alimentos- Bajo índice glucémico Alimentos y Concentración de Glucosa en Sangre

Informes recientes sobre el aumento del riesgo de diabetes como resultado de dietas altas en azúcares e hidratos de carbono han llevado a sugerencias para dietas más saludables, incluida la dieta de bajo índice glucémico. El índice glucémico (IG) es una medida de la velocidad a la que los alimentos aumentan las concentraciones de glucosa en sangre. ^[1] Los alimentos que aumentan la concentración de glucosa en sangre rápidamente parecen aumentar el riesgo de diabetes más que otros alimentos que pueden tener altos niveles de azúcar, pero conducen a aumentos moderados en la concentración de glucosa en sangre. La carga glucémica (GL) es una estimación del impacto probable de las porciones estándar de alimentos en comidas típicas sobre las concentraciones de glucosa.

Alimentos	GI	Tamaño de la Porción (g)	GL	Alimentos	GI	Tamaño de la Porción (g)	GL
Copos de maíz	81	30	21	Miel	55	25	10
Papa, puré	77	150	15	Patata Chips	54	50	11
Pan integral	71	30	9	Plátano	52	120	12
Pan blanco	70	30	10	Zumo de naranja	50	250	13
Sacarosa	68	10	7	Guisantes verdes	48	80	3
Arroz blanco	64	150	23	Frijoles horneados en	48	150	7
Pan crujiente de centeno	64	25	11	Espaguetis	44	180	21
Helado	61	50	8	Chocolate con leche	43	50	12
Cola	58	250 ^[2]	15	Manzanas crudas	38	120	6
Gachas de avena	58	250	13	Garbanzos	28	150	8
Patatas hervidas nuevas	57	150	12	Lentejas rojas	26	150	5
Arroz integral	55	150	18	Cacahuetes crudos	14	50	1

Las sorpresas en esta mesa pueden ser miel, sacarosa, chocolate y helado. Las grasas (en miel y helado) pueden ralentizar la absorción de azúcar en el intestino, mientras que la fructosa (en miel, sacarosa hidrolizada y jarabe de maíz alto en fructosa) tiene un bajo impacto en la glucosa en sangre. Existen muchas fuentes de valores de índice glucémico.

Medición del índice glucémico

El índice glucémico se determina trazando las concentraciones de glucosa en sangre vs. tiempo durante dos horas después de ingerir 50 g de glucosa u otro alimento, y comparando las gráficas ^[3] que suelen ser como la siguiente: ^[4]

Gráficas de concentración de glucosa en sangre vs. tiempo utilizado para determinar los índices glucémicos

Concentración de glucosa

Tenga en cuenta que la concentración de glucosa en sangre aumenta mucho más rápido cuando se ingiere glucosa (con un IG = 100) que cuando se ingiere pan blanco (GI = 70). La concentración de glucosa se mide en mM, la abreviatura de “Millimolar”. La concentración molar (M) de una solución es una medida de cuánto soluto (el componente de una solución presente en menor cantidad, a menudo un sólido) hay en un volumen dado de solución.

\(\text{Concentration of solute in molar units}=\frac{\text{amount of solute, mol}}{\text{volume of solution, L}}\)

\(c_{\text{M}}~=~\frac{n_{\text{solute, mol}}}{V_{\text{solution,L}}}\text{ (1)}\)o equivalentemente,\(c_{\text{M}}~=~\frac{n_{\text{solute, mmol}}}{V_{\text{solution,mL}}}\)

Así podemos definir mM como

\(c_{\text{mM}}~=~\frac{n_{\text{solute, mmol}}}{V_{\text{solution,L}}}\text{ (1)}\)

Las unidades moles por litro (mol litro ^—1) o moles por decímetro cúbico (mol dm ^—3) se utilizan para expresar la concentración molar. Son equivalentes (ya que 1 dm ^—3 = 1 litro). Es importante señalar que nos estamos refiriendo al volumen de solución, no al volumen de disolvente. El disolvente es el componente de una solución presente en la mayor cantidad, y a menudo es un líquido. La solución generalmente tendrá un volumen diferente al del disolvente del que se hizo. Los solutos y solventes pueden ser sólidos, líquidos o gases (el aire es una solución de gas principalmente oxígeno en el gas nitrógeno solvente; el latón es una solución de zinc sólido en cobre sólido; y la ginebra es una solución de etanol líquido en agua líquida; etc.)

Hay muchas otras unidades de concentración. La concentración de glucosa en sangre a veces se da en mg/dL ³ (miligramos por decilitro cúbico), las bebidas alcohólicas en porcentaje en volumen (C_{% V} = V (soluto) /V (solvente) x 100%), y los químicos físicos a veces usan unidades “molal” (donde C _m = n (soluto, mol) /m (solvente, kg)).

Macroscópicamente una solución se define como una mezcla homogénea de dos o más sustancias, es decir, una mezcla que parece ser uniforme en todas partes. En la escala microscópica una solución implica la disposición aleatoria de un tipo de átomo o molécula con respecto a otro. La sangre es heterogénea, porque contiene glóbulos rojos los cuales pueden separarse por centrifugación, dejando el plasma, por lo que la sangre no es una solución. El plasma, sin embargo, es una solución que contiene la glucosa soluto entre muchas otras sustancias. A menudo usamos “concentración plasmática de glucosa” y “concentración de glucosa en sangre” indistintamente, aunque esta última no es precisamente correcta. Las soluciones son comunes en el cuerpo, porque los átomos o moléculas de sólidos disueltos en un líquido están muy cerca entre sí pero aún capaces de pasar unos de otros. Se ponen en contacto entre sí con mayor frecuencia que si se colocaran dos sólidos uno al lado del otro. Esta “intimidad” en las soluciones líquidas a menudo facilita las reacciones químicas.

Preparación de Soluciones

Las mediciones de la concentración de glucosa en sangre generalmente se realizan con un instrumento (“glucómetro”) que necesita ser calibrado midiendo soluciones de concentraciones conocidas. Si una sustancia pura como la glucosa es soluble en agua, es fácil preparar una solución de concentración conocida. Se pesa con precisión un recipiente con una muestra de la sustancia, y se vierte una masa apropiada de muestra a través de un embudo en un matraz aforado, como se muestra en la figura. Luego se vuelve a pesar el contenedor. Cualquier sólido que se adhiera al embudo se enjuaga en el matraz, y se agrega agua hasta que el matraz esté aproximadamente tres cuartos lleno. Después de remolinar el matraz para disolver el sólido, se agrega agua cuidadosamente hasta que el fondo del menisco coincide con la marca de calibración en el cuello del flash. Este proceso se muestra en detalle en la Figura 1:

a) una embarcación de peso se pone a cero en la balanza. b) Se mide 58.441 g de NaCl (~1 mol). c) El NaCl se agrega cuantitativamente al agua. d) Mezclar la solución disuelve NaCl. e) La solución se agrega al matraz aforado mediante embudo. f) Se agrega agua hasta el cuello del matraz aforado casi hasta la línea, y se mezcla la solución. g) Se usa un gotero para diluir a la línea de 1 litro, y la solución se mezcla nuevamente para asegurarse de que el menisco permanezca en la marca. h) El menisco alcanza la marca. Figura 1. Elaborando una solución de 1 litro de NaCl 1 molar.

La siguiente película muestra un paso difícil en este proceso: agregar agua para diluir la solución a la concentración adecuada. En esta película, se agrega agua al matraz aforado hasta que esté a 2cm de la marca. Luego se usa una botella de lavado para llevar el nivel de la solución a unos pocos milímetros de la marca. Finalmente, se utiliza un cuentagotas para llenar la marca y asegurar que la marca de calibración no se sobrepase.

EJEMPLO 1 Se preparó una solución estándar de glucosa como se describió anteriormente. La masa inicial del recipiente más glucosa fue de 43.2874 g, y la masa final después del vertido fue de 42.9724 g, el volumen del matraz fue de 250.00 ml. ¿Cuál es la concentración de la solución?

Solución

La concentración se puede calcular dividiendo la cantidad de soluto por el volumen de solución [Eq. (1)]:

\(c_{\text{glucose}}=\frac{n_{\text{glucose, mol}}}{V_{\text{solution, L}}}\)

Obtenemos n _glucosa de la masa de glucosa añadida al matraz: m _KI = 43.2874 - 42.9724 g = 0.3150 g n _KI = 0.3150 g ×\(\frac{\text{1 mol}}{\text{180}\text{.157 g}}\) = 1.748 × 10 ^-3 mol El volumen de solución es de 250.00 ml, o V solución = 250.00 cm ³ ×\(\frac{\text{1 dm}^{\text{3}}}{\text{10}^{\text{3}}\text{ cm}^{\text{3}}}\) = 2.5000 × 10 ^-1 dm ³ Así

\(c_{\text{glucose}}=\frac{n_{\text{glucose}}}{V_{\text{solution}}}=\frac{\text{1}\text{.748}\times \text{10}^{\text{-3}}\text{ mol }}{\text{2}\text{.500 }\times \text{10}^{\text{-1}}\text{ dm}^{\text{3}}}=\text{6}\text{.994 }\times 10^{^{\text{-3}}}\text{mol dm}^{\text{-3}}\)

Esto podría expresarse en milimolar:

\(\text{6}\text{.994 }\times 10^{^{\text{-3}}}\text{mol dm}^{\text{-3}}~\times~\frac{\text{1 mM}}{10^{-3}\text{M}}~=~\text{6.99 mM}\)

Nótese que la definición de concentración es totalmente análoga a las definiciones de densidad, masa molar y relación estequiométrica que hemos encontrado anteriormente. La concentración servirá como factor de conversión relacionando el volumen de solución con la cantidad de soluto disuelto.

\(\text{Volume of solution}~~\overset{concentration}{\longleftrightarrow}\text{amount of solute}\)

\(V~~\overset{c}{\longleftrightarrow}~~n\)

Dado que las soluciones ofrecen un medio conveniente para llevar a cabo reacciones químicas, a menudo es necesario saber cuánto de una solución reaccionará con una cantidad dada de otra. Ejemplos en otras secciones han demostrado que la cantidad de sustancia es la cantidad que determina cuánto de un material reaccionará con otro. La facilidad con que se pueden medir los volúmenes de solución sugiere que sería muy conveniente conocer la cantidad de sustancia disuelta por unidad de volumen de solución. Entonces al medir cierto volumen de solución, también estaríamos midiendo cierta cantidad de sustancia. Debido a que el volumen de un líquido se puede medir rápida y fácilmente, la concentración es una cantidad muy utilizada. Los siguientes dos ejemplos muestran cómo se puede aplicar este factor de conversión a soluciones comúnmente encontradas en las que el agua es el disolvente (soluciones acuosas).

Glucosa en Sirope de maíz

El jarabe de maíz Karo ^® Lite es una solución acuosa (agua) de casi 100% de glucosa [glucosa representada o escrita (aq)] cuya concentración exploraremos a continuación. Se elabora hidrolizando almidón de maíz, pero no contiene “jarabe de maíz alto en fructosa”, que es el jarabe de maíz que se ha convertido enzimáticamente de 100% de glucosa a aproximadamente 55% de fructosa y 45% de glucosa para aumentar su dulzura.

EJEMPLO 2

Una muestra de jarabe de Karo tiene una concentración de glucosa (aq)] de 1.30 mol dm ^—3.

a. Si se entregan 24.71 cm ³ (24.71 ml) de esta solución de una bureta para preparar una muestra para una prueba GI, ¿qué cantidad de glucosa se ha entregado?

b. ¿Cuál es la masa de glucosa en la muestra y la concentración de glucosa del jarabe de Karo en g/mL?

Solución

a. Usando la concentración como factor de conversión, tenemos

\(V\text{ }\xrightarrow{c}\text{ }n\)

\(n_{\text{glucose}}=\text{24}\text{.71 cm}^{\text{3}}\times \frac{\text{1}\text{.30 mol}}{\text{1 dm}^{\text{3}}}\)Las unidades de volumen se cancelarán si suministramos un factor de unidad para convertir centímetros cúbicos a decímetros cúbicos:\(n_{\text{glucose}}=\text{24}\text{.71 cm}^{\text{3}}\times \frac{\text{1}\text{.30 mol}}{\text{1 dm}^{\text{3}}}\times \left( \frac{\text{1 dm}}{\text{10 cm}} \right)^{\text{3}}\)

\(=\text{24}\text{.71 cm}^{\text{3}}\times \frac{\text{1}\text{.30 mol}}{\text{1 dm}^{\text{3}}}\times \frac{\text{1 dm}^{\text{3}}}{\text{10}^{\text{3}}\text{ cm}^{\text{3}}}\)

= 0.0321 mol

b. m _{glucosa, g} = n _{glucosa, mol} x M _{glucosa, g/mol} = 0.0321 mol x 180.157 g/mol = 5.78 g

Así, el jarabe de Karo tiene una concentración de 5.78 g/24.74 mL o 0.234 g/mL, consistente con la etiqueta nutricional que establece que una porción de 2 cucharadas (30 mL) proporciona 30 ml x 0.234 g/ml = 7 g de glucosa. ^[1]

Las unidades de concentración de moles por decímetro cúbico suelen abreviarse M, pronunciado molar. Es decir, una solución 0.1- M (una décima molar) contiene 0.1 mol de soluto por decímetro cúbico de solución. Esta abreviatura es muy conveniente para etiquetar botellas de laboratorio y para escribir problemas de libros de texto; sin embargo, al hacer cálculos, es difícil ver que 1 dm ³ × 1 M = 1 mol Por lo tanto te recomendamos que siempre escribas las unidades en su totalidad al hacer alguna cálculos que implican concentraciones de solución. A veces es más fácil usar el litro unitario, lo que equivale a decilitros cúbicos:\(\text{1 dm}^{\text{3}}\times \text{1 }\frac{\text{mol}}{\text{dm}^{\text{3}}}=\text{1mol}\)

\(\text{1 L}\times \text{1 }\frac{\text{mol}}{\text{L}}=\text{1mol}\) Problemas como el Ejemplo 2 son más fáciles de resolver para algunas personas si la concentración de la solución se expresa en milimoles por centímetro cúbico (mmol cm ^—3) o milimoles por ml (1 ml = 1 cm ^—3) en lugar de moles por decímetro cúbico. Dado que el prefijo SI m significa 10 ^—3, 1 mmol = 10 ^—3 mol, y\ (\ text {1 M} ~=~\ frac {\ text {1 mol}} {\ text {1 dm} ^ {\ text {3}}} ~\ times~\ frac {\ text {1 dm} ^ {\ text {3}}} {\ text {1 L}} ~=~\ frac {\ text {1 mol}} {\ text {L}}\)

\ (\ texto {1 M} ~=~\ frac {\ texto {1 mol}} {\ texto {L}} ~\ veces~\ frac {\ texto {10} ^ {\ texto {-3}}\ texto {L}} {\ texto {1 ml}} ~\ horas~\ frac {\ texto {1 mmol}} {\ texto {10} ^ {\ texto {-3}\ texto {mol}} ~=~\ frac {\ texto {1 mmol}} {\ texto {1 ml}}\)

\ (\ texto {1 M} ~=~\ frac {\ texto {1 mol}} {\ texto {1 dm} ^ {\ texto {3}}} \ veces\ frac {\ texto {1 dm} ^ {\ texto {3}}} {\ texto {10} ^ {\ texto {3}}\ texto {cm} ^ {\ texto {3}} \ veces\ frac\ texto {1 mmol}} {\ texto {10} ^ {\ texto {-3}}\ texto {mol}} ~=~\ frac {\ texto {1 mmol}} {\ texto {1 cm} ^ {\ texto {3}}} \)

Así, una concentración de 1.30 mol dm ^—3 (1.30 M) también se puede expresar como 1.30 mmol cm ^—3, 1.30 mol/L o 1.30 mmol/mL. Expresar la concentración de esta manera es muy conveniente cuando se trata de cristalería de laboratorio calibrada en mililitros o centímetros cúbicos.

Concentración en sangre y diabetes

La diabetes se diagnostica cuando el nivel de glucosa plasmática en ayunas es ≥ 7.0 mmol/L (126 mg/dL) (mayor o igual a 7.0 mmol/L), o cuando la glucosa plasmática ≥ 11.1 mmol/L (200 mg/dL) dos horas después de una carga de glucosa oral de 75 g como en una prueba de tolerancia a la glucosa. ^[2]

Los síntomas de la diabetes incluyen poliuria (micción frecuente), polidipsia (aumento de la sed) y polifagia (aumento del hambre), altos niveles de glucosa en orina (glucosuria), aumento de la producción de orina (poliuria) y aumento de la pérdida de líquidos. El volumen de sangre perdido será reemplazado osmóticamente del agua contenida en las células del cuerpo y otros compartimentos corporales, lo que provocará deshidratación y aumento de la sed. La diabetes es un factor de riesgo para desarrollar problemas de encías y dientes, y otros problemas de salud bucal como caries, disfunción de las glándulas salivales, infecciones fúngicas, enfermedad inflamatoria de la piel, enfermedad periodontal o deterioro del gusto y aftas de la boca. ^[3]

EJEMPLO 3 Supongamos que se ingirió la muestra de 24.71 cm ³ (24.71 ml) de jarabe Karo con una concentración de glucosa (ac) de 1.30 mol dm ^—3 en el Ejemplo 2. En el Ejemplo 2 encontramos que contiene 0.0321 mol de glucosa. ¿Qué concentración sanguínea resultaría en una persona con el volumen sanguíneo típico de 4.7L, suponiendo que toda la glucosa se mostrara en la sangre al momento de la prueba, media hora después? ¿Es esta una suposición razonable, comparándola con la gráfica anterior donde se ingirieron 50 g de glucosa?

Solución

\(c_{\text{glucose}}=\frac{n_{\text{glucose, mol}}}{V_{\text{solution, L}}}\)

\(c_{\text{glucose}}=\frac{n_{\text{glucose}}}{V_{\text{solution}}}=\frac{\text{0}\text{.0321 mol}}{\text{4}\text{.7 dm}^{\text{3}}}=\text{6}\text{.84 }\times 10^{\text{-3}}\text{mol dm}^{\text{-3}}\)

Esto podría expresarse en milimolar:

\(\text{6}\text{.84 }\times 10^{^{\text{-3}}}\text{mol dm}^{\text{-3}}~\times~\frac{\text{1 mM}}{10^{-3}\text{M}}~=~\text{6.84 mM}\)

Aquí solo 5.78 g de muestra (ver Ejemplo 2) condujeron a un nivel de glucosa plasmática calculado de 6.84 mM. En la prueba de índice glucémico, una dosis de 50 g (casi 10x más) conduce a una concentración de solo 9 mM en una persona normal, por lo que el cuerpo realiza mucha regulación de la glucosa en poco tiempo.

Nota: Los símbolos n _glucosa y m _glucosa se refieren a la cantidad y masa de la glucosa soluto, respectivamente. No se refieren a la solución. Si quisiéramos especificar la masa de solución acuosa de glucosa, se podría utilizar el símbolo m _{glucosa (aq)}.

Referencias

1. ↑ http://www.karosyrup.com/products.html
2. es.wikipedia.org/wiki/Diabetes_Mellitus
3. es.wikipedia.org/wiki/Diabetes_Mellitus