¿Conocer cuáles son los medios por los que el cuerpo saca energía para realizar todas las funciones?. Sabías que las células de tu organismo cumplen ciertas funciones que necesitan energía. En el siguiente post te cuento de una manera sencilla y entendible en qué consiste la oxidación de carbohidratos, uno de los métodos que el organismo humano tiene para sacar la energía y fundamental durante el ejercicio físico.

Oxidación de Carbohidratos

Debemos recordar que este tipo de sustrato energético se puede emplear para producir energía de dos modos diferentes, con y sin la presencia de oxígeno. Hoy hablaremos de aquella que ocurre con la presencia de oxígeno y la denominamos oxidación. 

Tipos de Hidratos de Carbono

Podemos diferenciar tres diferentes tipos de hidratos de carbono atendiendo a su estructura molecular y en la forma en que se digieren y absorben en el cuerpo humano:

Fisiología de la Oxidación de Carbohidratos

La oxidación de hidratos de carbono ocurre en el cuerpo humano mediante una serie de reacciones bioquímicas complejas que convierten los hidratos de carbono en energía utilizable en forma de adenosina trifosfato (ATP).

En función del carácter del esfuerzo, la duración de la tarea y el nivel de entrenamiento del deportista determinará la procedencia del carbohidrato. Ya vimos anteriormente donde almacena el cuerpo su sustrato más preciado (hígado, músculos y residualmente en sangre).

Si el aporte de carbohidrato necesario es bajo, utilizará el que hay en sangre. Si la intensidad aumenta, empleará el de la musculatura. El del hígado rápidamente se trasportará en sangre para abastecer las demandas necesarias, pero este lleva algo más de tiempo. En ejercicio de alta intensidad (predominancia de oxidación de carbohidratos) y durante un largo periodo de tiempo, el glucógeno hepático será una de las fuentes principales. 

El metabolismo de los carbohidratos está regulado por dos hormonas, la insulina y el glucagón. Ambas producidas por el órgano páncreas. Para comprenderlo de manera simple, debemos de pensar en estas dos hormonas como en dos camiones que transportan los hidratos de carbono al interior de las células o fuera de ellas. En el caso de la insulina el transporte es hacia dentro de la célula y en caso del glucógeno, hacia fuera de la célula. Además, cumplen otras funciones determinantes que veremos más adelante. 

El proceso para transformar la energía de los carbohidratos en ATP comienza con la glucólisis, que es la degradación de la glucosa en dos moléculas de piruvato. El piruvato se convierte en acetil CoA y entra en el ciclo de Krebs dentro de las mitocondrias, donde se oxidan completamente y se produce ATP.

Oxidación de Carbohidratos en Reposo

Cuando estamos sentados, tumbados o con una actividad baja (reposo) el requerimiento de energía de nuestras células va a ser bajo y va a provenir de las grasas principalmente.

Debemos recordar que el cuerpo no sabe de modas y va a tener a la máxima eficiencia y equilibrio. El sustrato que más tenemos en el organismo son las grasas. Hay que recordar que siempre que el cuerpo pueda emplear grasas para sacar energía, las va a emplear. Los carbohidratos son un bien muy escaso y de gran valor para el organismo.

Tal y como vemos en la siguiente figura de barras, en reposo el organismo humano utilizará mayoritariamente las grasas y el carbohidrato que se encuentra en el plasma sanguíneo. Según aumentamos la intensidad del ejercicio (en esta ocasión como porcentaje de vatios de potencia) vemos como los hidratos de carbono van tomando protagonismo hasta representar en el 75% una cantidad significativa (en especial los provenientes del músculo y plasma sanguíneo).

Oxidación de Carbohidratos durante el Ejercicio

Para comprender realmente como es la fisiología en la oxidación de carbohidratos, de grasas y el gasto energético, vamos a comprenderlo con datos reales. De este modo no soy yo quién os lo cuenta sino los datos de la máquina que se emplea en laboratorio para evaluarlo. Esta máquina ya la hemos nombrado anteriormente, es el analizador de gases que mide respiración a respiración.

Para ello, me he medido con el analizador de gases en el laboratorio de fisiología durante diferentes situaciones:

Para comprender estos datos os explico los siguientes puntos importantes.

En las diferentes columnas vemos las variables que nos arroja el analizador de gases en orden de izquierda a derecha.

-Tiempo: tiempo de la prueba. Como vemos dura unos 7 minutos en reposo y luego 3.38 minutos a diferentes intensidades

- Columna de velocidad: tipo de ejercicio. Vemos tumbado en la camilla (reposo), de pie simplemente, 5 km/h, 8 km/h, 11 km/h y 15 km/h.

-VO₂ absoluto: es el consumo de oxígeno en tiempo real l/min

-VO2 relativo: igual que el anterior, pero dividido entre mi masa corporal. Es consumo relativo de oxígeno.

-RER: cociente respiratorio. Divide la producción de CO2 entre el consumo de Oxígeno. SI esta variable tiende a 0.72 nos indica que el 100% de la oxidación proviene de las grasas y si tiende a 1 que el 100% proviene de los carbohidratos.

Las siguientes son variables ventilatorias que no nos importan en esta situación. Se emplean para evaluar los umbrales o puntos de cambio metabólico.

-Energy: energía en Kcal/min que estoy consumiendo en tiempo real

-FAT: oxidación de grasas en tiempo real g/min.

-CHO: oxidación de carbohidratos en tiempo real g/min.

-MET: es la unidad de medida del índice metabólico (cantidad de energía que consume un individuo). 1 MET es igual a 3,5 ml O2/kg x min

Comprobamos como el gasto energético en reposo (tumbado) es de apenas 1 o 2 kcal/min en comparación con las 10-13 kcal/min a 15 km/h. Lo mismo si lo pasamos a METs, en reposo consumiendo 1 MET y a 15 km/h unos 11.

Para entender los METs de una manera más clara, 1 MET sería la energía que necesita el cuerpo para sobrevivir y cumplir las funciones esenciales.

A 15 km/h el gasto energético supone 15 veces el que se produce en reposo. Eso quiere decir los 15 METs a 15 km/h.

El ejercicio físico aumenta la demanda de energía celular, lo que aumenta la oxidación de hidratos de carbono y otros sustratos energéticos como las grasas. 

Durante el ejercicio de baja intensidad, la oxidación de grasas es mayoritaria en comparación con la de hidratos de carbono, oxidando la glucosa plasmática principalmente. Según vamos aumentando la intensidad el protagonismo de la oxidación de carbohidratos va aumentando hasta ocupar el 100%. Si siguiéramos aumentando la intensidad en el tiempo, y las mitocondrias no dieran más de sí, las células empezarían a reducir la glucosa en el citoplasma a través de la fermentación láctica. Este proceso requiere de del pago de una deuda, bajada del PH, aumento de la concentración de fosfatos inorgánicos y de radicales libres (perdiendo el equilibrio homeostático celular y acercándose la fatiga por esta vía). 

Cuando incrementamos la intensidad de un ejercicio aeróbico, aumenta la oxidación de los carbohidratos. 

Esto se debe a que las moléculas de un monosacárido son mucho más pequeñas de la de un ácido graso. En el siguiente ejemplo podemos comprobarlo. Una molécula de un monosacárido puede tener 5 carbonos, frente a un ácido graso (ácido oleico) que presenta 18 carbonos. Hay que recordar que el número de carbonos no va a determinar la cantidad de energía que tiene la molécula. 

Es por ello por lo que una molécula de grasa nos va a aportar mucha más energía (1g de grasas 9 kcal) que una molécula de hidrato de carbono (1g de hidrato de carbono 4 kcal). Por lo tanto, la molécula de hidrato de carbono al ser más pequeña el cuerpo tendrá mayor accesibilidad para romperla y sacar energía. 

En la siguiente figura vemos graficados las cuatro variables más importantes en este capítulo para terminar de comprender la información desde otra perspectiva. 

Si analizamos los datos, a 8 km/h, mi estado de forma y organismo es capaz de sacar mucha energía a través de la oxidación de las grasas. En cambio, a 15 8 km/h, el requerimiento energético por unidad de tiempo impide a mis mitocondrias sacar mucha energía de las grasas y requiere moléculas más pequeñas y que aporten energía en poco espacio de tiempo (carbohidratos). Esto lo vemos en la columna de FAT y CHO o mirando el RER (cociente respiratorio). En 8 8 km/h tendiendo a 0.72 y a 15 8 km/h tendiendo a 1.

TIPS:

• Podemos diferenciar tres tipos diferentes de hidratos de carbono: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.
• Los hidratos de carbono se van a emplear para sintetizar ATP dentro de nuestras células.
• Puedes sintetizar ATP en el citoplasma sin presencia de oxígeno o en la mitocondria en el proceso de oxidación.
• El metabolismo de los carbohidratos está regulado por dos hormonas pancreáticas, la insulina y el glucagón.
• En reposo el mayor aporte energético es de las grasas.
• Según aumenta la intensidad del ejercicio, el aporte de los carbohidratos va ganando protagonismo.
• Los carbohidratos pueden provenir del glucógeno hepático, el muscular o glucosa en plasma sanguíneo.
• El nivel de entrenamiento aeróbico va a ser determinante en los procesos metabólicos oxidativos.
• El gasto energético en reposo (tumbado) es de apenas 1 o 2 kcal/min en comparación con las 10-13 kcal/min a 15 km/h. Lo
• mismo si lo pasamos a METs, en reposo consumiendo 1 MET y a 15 km/h unos 11.
• A 15 km/h el gasto energético supone 15 veces el que se produce en reposo.

Bibliografía

1. Cermak NM, van Loon LJ. The use of carbohydrates during exercise as an ergogenic aid. Sports Med. 2013 Nov;43(11):1139-55. doi: 10.1007/s40279-013-0079-0. PMID: 23846824.

2. Hargreaves M. Skeletal muscle metabolism during exercise in humans. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2000 Mar;27(3):225-8. doi: 10.1046/j.1440-1681.2000.03225.x. PMID: 10744352.