Artigo: Nutromedicina e Nutrologia Molecular

Dr. Edson Carlos Z. Rosa

Cirurgia da Face

Fisiologia Humana Geral e do Esporte

Doutor em Ciências Médicas (h.c)

Pesquisador em Medicina Metabólica Humana com foco no esporte e exercício

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Atualmente, muito se fala a respeito dos alimentos e o desempenho de suas funções no organismo humano para obtenção da saúde, qualidade de vida e padrões estéticos. No grande universo fitness, as técnicas de dietas alimentares são sempre o carro chefe, que associadas à pratica de atividades físicas, produzem os mais diversos efeitos corporais, seja como objetivo o emagrecimento, o anabolismo ou simplesmente a qualidade de vida e a longevidade. No entanto, observamos junto com o crescimento de todo o mercado fitness, o surgimento de diversos tipos de técnicas e métodos de dietas alimentares, colocando como grandes vilãs as moléculas nutricionais dos carboidratos.

Em virtude desse fato, é de suma importância conhecermos melhor a estrutura molecular dos carboidratos, bem como seus importantes mecanismos de ação na fisiologia do organismo humano, mergulhando nos aspectos bioquímicos do seu funcionamento.

Fisiologia metabólica dos carboidratos 

Os carboidratos ou hidratos de carbono apresentam-se como as biomoléculas mais abundantes na natureza, sendo também conhecidos popularmente como açúcares ou sacarídeos e são definidos pela sua composição química bem característica, possuindo um carbono, hidrogênio e oxigênio (CHO), embora algumas vezes possam apresentar nitrogênio, fósforo ou enxofre em sua estrutura molecular. No organismo humano, as principais funções dos carboidratos são referentes à produção energética celular, em que as moléculas são convertidas em energia para os trabalhos celulares, sendo a mesma também armazenada no organismo sob a forma de ATP, no qual denominamos de glicogênio, sendo estocado em órgãos como o fígado e os músculos para posterior utilização. Nas plantas este processo ocorre semelhantemente em estruturas chamadas de amiloplastos e a forma armazenada é o amido. 
Outra função importante dos carboidratos é a estrutural, em que polímeros insolúveis funcionam como elementos estruturais e de proteção nas paredes celulares bacterianas e vegetais e nos tecidos conjuntivos de animais, atuando também como lubrificante e participando de diversos processos celulares, tais como: o processo de reconhecimento e coesão entre células participa da composição dos ácidos nucléicos e quando ligados covalentemente às proteínas ou lipídeos, podem atuar na sinalização para determinação da localização intracelular ou destino metabólico de compostos.
Os carboidratos são formados por estruturas moleculares distintas, sendo seu tipo molecular variável de acordo com a forma que se apresentam, sendo que o numero de unidades define a classificação dos mesmos, podendo ser monossacarídeos (unidades básicas dos carboidratos), dissacarídeos, oligossacarídeos e os polissacarídeos. Outra classificação também que analisamos na molécula, é quanto ao produto de hidrólise do carboidrato, que é classificado em holosídeo, quando a hidrólise gera somente monossacarídeos (ex.: rafinose) ou ainda heterosídeo, que chamamos quando a hidrólise gera monossacarídeos e outros compostos.

Quanto aos monossacarídeos, podemos afirmar que são os carboidratos molecularmente mais simples, sendo compostos por aldeídos ou cetonas, ainda contendo grupos hidroxila em sua molécula. 

As moléculas possuem de três a sete átomos de carbono, que eventualmente podem ser quiral, levando os monossacarídeos a serem classificados de acordo com a natureza química de seus grupos carbonila e o número de átomos de carbono, sendo os glicídios (açúcares) formados por uma molécula de glicose, de cadeia molecular simples que não se dividem em presença de água. Já os dissacarídeos, são açúcares formados pela junção de dois monossacarídeos e os oligossacarídeos, são glicídios formados pela união de dois a dez monossacarídeos, podendo sofrer hidrólise. Por último, temos os polissacarídeos, que são formados pela combinação de vários monossacarídeos com perda de água.

Resumindo, dentre os principais papéis do carboidrato, destacam-se:

*Principal fonte de energia (monossacarídeo Galactose, Frutose e Glicose);

*Componente estrutural do RNA (monossacarídeo Ribose)

*Componente estrutural do DNA (monossacarídeo Desoxirribose)

*Reserva natural das plantas (Polissacarídeo Amido);

*Componente estrutural da parede celular vegetal (Polissacarídeo Celulose);

*Reserva energética animal (Polissacarídeo Glicogênio);

Digestão e absorção, aspectos bioquímicos e mecanismo de ação

Mergulhando um pouco nos aspectos bioquímicos da fisiologia humana, podemos afirmar que a digestão dos carboidratos tem início na cavidade bucal, sendo essa um importantíssimo órgão do sistema digestório, como porta de entrada de alimentos.                                                                                     A cavidade bucal é responsável pela digestão de importantes moléculas como os carboidratos e ácidos graxos (gorduras), sendo que o amido e glicogênio hidratados sofrem a ação da enzima alfa-amilase, presente na saliva, e são reduzidos a estruturas menores. Já as gorduras, sofrem a ação das lípases linguais, presentes na estrutura do órgão lingual.

No duodeno estes fragmentos são atacados, com maior eficiência, pela alfa-amilase presente no suco pancreático e são transformados no monossacarídeo glicose, no dissacarídeo maltose, no trissacarídeo maltotriose e nas chamadas dextrinas alfa-limite, a alfa-amilase é assim chamada, porque só quebra ligações glicosídicas do tipo alfa-1,4, sendo a amilopectina (uma fração do amido) e o glicogênio, polissacarídeos ramificados, por isso contém, em sua estrutura, ligações glicosídicas alfa-1,6, além das ligações alfa-1,4.

As ligações alfa-1,4 de unidades de glicose que servem como pontos de ramificação, não sofrem a ação da alfa-amilase, gerando as dextrinas alfa-limite, contendo uma média de oito unidades de glicose e uma ou mais ligações glicosídicas alfa-1,6.
A hidrólise final de di- e oligossacarídeos a monossacarídeos é realizada por enzimas de superfície das células epiteliais do intestino delgado (lactase, maltase, alfa-1,6-glicosidase, sacarase) liberando monossacarídeos, porém os Dissacarídeos, os Oligossacarídeos e Polissacarídeos que não são hidrolisados pela alfa-amilase e/ou enzimas de superfície das células epiteliais do intestino, não podem ser absorvidos e na porção inferior do intestino são metabolizados por bactérias.

O produto do metabolismo bacteriano são ácidos graxos de cadeia curta, lactato, hidrogênio, metano e dióxido de carbono.

Os monossacarídeos, glicose, galactose, frutose e outros que ocorrem em menor quantidade, são absorvidos por um processo mediado por transportadores específicos.
A entrada de glicose e galactose ocorre com a entrada concomitante de sódio, enquanto a entrada de frutose não é dependente da entrada de sódio.

A glicólise (hidrólise da glicose) se caracteriza como uma via metabólica utilizada por todas as células do organismo humano, para extrair parte da energia contida na molécula da glicose, e gerar duas moléculas de lactato. Esse processo não envolve consumo de oxigênio molecular e por isso é chamado de fermentação anaeróbica.
Na via glicolítica, como também é chamada a glicólise, são gerados 2 moles de ATP por mol de glicose, na ausência de oxigênio molecular, sendo a glicólise constituinte da etapa inicial no processo da oxidação completa de carboidratos envolvendo oxigênio molecular. A presença de oxigênio nessa primeira etapa pode, de forma indireta, suprimir a glicólise, fenômeno chamado de efeito Pasteur. 

Porém, devido a presença de organelas mitocondriais, a via glicolítica ocorre na presença de oxigênio molecular, desde que o piruvato gerado não seja reduzido a lactato, nesse caso, o piruvato entra para a mitocôndria e aí é oxidado completamente a dióxido de carbono e água, gerando cerca de 38 moles de ATP por mol de glicose oxidada.

A via glicolítica apresenta três etapas distintas:

Na primeira etapa a glicose é fosforilada sob a ação da enzima hexocinase e a glicose-6-fosfato (G6P), gerada no citosol, não podendo sair da célula, sendo essa reação é irreversível.                                    

Quando o fígado necessita exportar glicose para outros tecidos, a G6P sofre a ação da enzima glicose-6-fosfatase, que catalisa a reação reversa daquela catalisada pela hexocinase, nesse caso, a G6P é transformada, em seguida, no seu isômero frutose-6-fostato (F6P), por ação da enzima fosfoglicoseisomerase. 

Finalmente a F6P recebe mais um grupamento fosfato e é transformada no composto frutose-1,6-bisfosfato, sendo essa reação também é irreversível e é catalisada pela fosfofruto-cinase, uma enzima alostérica. 

Na segunda etapa, a frutose-1,6-bisfosfato sofre a ação da aldolase, gerando uma molécula de diidroxiacetona fosfato e uma molécula de gliceraldeído-3-fosfato (GAP). 
Sob a ação da enzima, triose fosfato isomerase, diidroxiacetona fosfato é convertida em gliceraldeído-3-fosfato. 

Já a terceira etapa tem início com a produção de 1,3-bisfosfoglicerato, composto gerado pela ação da enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase sobre o GAP, sendo que essa enzima tem como coenzima o NAD (Nicotinamida adenina di-nucleotídeo). 
O composto 1,3-bisfosfoglicerato é um anidrido misto de um ácido carboxílico e ácido fosfórico, com um alto potencial energético permitindo que, na reação seguinte, catalisada pela fosfogliceratocinase haja produção de ATP.

 A outra reação onde ocorre síntese de ATP é catalisada pela piruvatocinase, enzima que transforma fosfoenolpiruvato em piruvato. Esta é a terceira reação irreversível da via glicolítica.                                 

As três reações irreversíveis acima, se constituem nos pontos de regulação da via glicolítica, no qual a Hexocinase é inibida pelo produto da reação, G6P. Esta enzima está presente na maioria dos tecidos e apresenta um Km menor que 0,1mM para a glicose presente no sangue.

No fígado, além da hexocinase está presente uma isoenzima, chamada de Glicocinase, que também fosforila a glicose, utilizando ATP, mas não é inibida pelo produto da reação, apresentando um Km cerca de 100 vezes maior para a glicose, do que a hexocinase e é inibida pela frutose-6-fosfato, enquanto a frutose-1-fosfato estimula a sua atividade. Por essa razão, quando os níveis de glicose circulante estão altos, o fígado utiliza glicose a uma velocidade considerável e com isso mantém normal a glicemia.       

No entanto, órgãos como o cérebro, utilizam glicose mesmo quando a sua concentração no sangue e no tecido se encontra em níveis muito baixos.
Já a Fosfofrutocinase é uma enzima alostérica e, por isso, deve catalisar a reação limitante da glicólise, se constituindo no ponto regulatório mais importante na maioria dos tecidos, porém, a mesma é inibida quando os níveis de citrato estão elevados. 
A piruvatocinase é outra enzima regulatória da glicólise, porém na presença de ATP, ocorre a inibição da atividade da enzima, onde a mesma passará a ter um aumento na sua atividade, com a presença de frutose-1,6-bisfosfato.

Surpreendentemente, o organismo humano também pode ressintetizar a glicose a partir de substâncias que não sejam provenientes dos carboidratos, através de elementos como o lactato, glicerol, oxaloacetato e aminoácidos. A esse fenômeno, damos o nome de gliconeogênese, sendo que esse conjunto de reações ocorre no citosol e utiliza muitas enzimas da via glicolítica, mas na direção inversa. 
Enquanto a glicólise gera 2 ATPs por molécula de glicose oxidada, a gliconeogênese consome 6 ATPs.

A molécula piruvato, não pode ser transformada em fosfoenolpiruvato (PEP) por ação da piruvatocinase, por isso, na mitocôndria, ele sofre a ação da piruvato carboxilase, com a presença de dióxido de carbono e é transformado em oxaloacetato. No entanto, sabemos que esse composto não atravessa a membrana interna da mitocôndria, mas pode ser transformado em malato (produto da redução do oxaloacetato), que migra para o citosol e aí sim é oxidado, transformando-se em oxaloacetato. A enzima fosfoenolpiruvato carboxicinase, presente tanto na mitocôndria como no citosol, catalisa a transformação de oxalacetato em fosfoenolpiruvato (PEP), sendo as etapas de PEP até frutose-1,6-bisfosfato, etapas da via glicolítica, invertidas. Na sequência, a enzima frutose-1,6-bisfosfatase gera F6P, que é, em seguida, transformada em G6P e a última etapa é catalisada pela glicose-6-fosfatase, com a liberação de glicose.

Dietas alimentares low carb (baixo nível de carboidratos)

Após mergulharmos um pouco nos mecanismos bioquímicos de ação dos carboidratos, agora vamos falar das técnicas alimentares que muitas vezes são empregadas, com destaque a dieta low carb.

Podemos definir como dieta alimentar Low Carb, aquela que tecnicamente apresenta baixa quantidade de carboidrato, sendo muitas vezes adotada por indivíduos que buscam um emagrecimento e diminuição do percentual de gordura, sendo baseada no principio da redução dos carboidratos e muitas vezes no aumento do consumo de proteínas. 

Como visto nos tópicos anteriores desse artigo, as moléculas dos carboidratos são a fonte primária de energia do organismo, sendo que seu excesso no organismo humano poderá acarretar o armazenamento em forma de glicogênio (fígado e músculos) ou os tão temidos triglicerídeos nos adipócitos (células de gordura ou as famosas gordurinhas). Assim, a idéia principal será que, ao reduzir a principal fonte de energia proveniente da alimentação, será atingido baixos níveis de glicose e dessa forma, para manutenção da homeostase, o organismo ativará a gliconeogênese, processo conhecido de formação de glicose a partir de proteínas, lipídeos e triglicerídeos, o que fará com que o indivíduo emagreça. Mas aqui resta a seguinte dúvida, como será que o organismo humano irá reagir com essa 'ideia' de tirar dele sua fonte primária de energia? Será que é tudo tão simples assim?

 Vamos analisar melhor os prós e contras da Dieta Low Carb.

Prós da dieta Low Carb

Como já mencionado, sabemos que os carboidratos de cadeia molecular simples, quando ingeridos em maiores quantidades ou em proporções maiores, levam a um aumento rápido da glicose sanguínea, que estimula o pâncreas a liberar o hormônio insulina, para reduzir as concentrações de glicose no sangue, dessa forma, sinalizando para as células da musculatura esquelética e tecido adiposo, captarem e transportarem a glicose para dentro dos tecidos, acarretando o armazenamento em glicogênio ou tecido adiposo, nesse caso ultimo, levando ao acumulo de gordura corporal. Já nas dietas com baixa quantidade de carboidratos, esse processo será reduzido, pois não será liberada grandes quantidades de insulina, o que faz com que essa técnica dietética seja benéfica a portadores de patologias como os diabéticos.

Outro aspecto bastante positivo é que a dieta low carb leva sempre em consideração ao índice glicêmico alimentar, portanto, se o alimento tem esse índice baixo ou moderado, poderá fazer parte do arsenal alimentar da dieta, sendo a maior parte deles sacietogênicos, ou seja, possuem elevados graus de estimular o aumento na saciedade dos usuários, desse modo o individuo passará a sentir menos fome no decorrer do dia. Sabemos muito bem que estoques baixos de carboidratos no organismo poderão potencializar a queima de gordura corporal, provocando um rápido emagrecimento, no entanto, também poderão potencializar a queima de proteínas musculares, levando ao catabolismo muscular, que seria uma de suas desvantagens.

Contras da dieta Low Carb

Como já dito anteriormente, um problema que poderá ocorrer em dietas de baixas calorias sem a prática associada de atividades físicas, é o catabolismo muscular (sarcopenia), no qual acarreta um efeito visual de falso emagrecimento, uma vez que o individuo acaba perdendo mais músculos do que propriamente gordura. Esse processo de sarcopenia ou catabolismo muscular desacelera o metabolismo humano, fazendo com que logo depois de perder peso, o indivíduo facilmente ganhe tudo novamente, ou até mais alguns quilos extras.

Outro aspecto bastante polêmico que envolve as dietas low carb, está relacionado ao aumento do consumo protéico, levando a uma dieta hiperproteica, porém hipocalórica. 

Alguns estudos ainda não conclusivos demonstram que em alguns indivíduos, principalmente os que sejam portadores de distúrbios hepáticos, o aumento do consumo protéico, pode levar a outro aspecto bastante desvantajoso bioquimicamente ao organismo, pois ao degradar altas concentrações de proteínas, o organismo secreta altos níveis de amônia, sendo necessário eliminá-la, uma vez que a mesma é tóxica. Para isso, a amônia será transportada ao fígado onde vai entrar no Ciclo da uréia, para finalmente ser excretada pelos rins na forma de uréia, esse processo pode acarretar distúrbios ao metabolismo energético celular, além do que, em baixos níveis de carboidratos no organismo, essas reações poderão ser potencializadas, sobrecarregando o fígado e os rins, porém como dito, esses estudos trazem alguns apontamentos, no entanto, carecem de maiores informações e comprovações.

Nesse caso, seria vantagem ou não adotar as técnicas de dietas alimentares low carb? Na verdade, esses tipos de dieta, precisam ser acompanhadas por profissionais especialistas, sendo que uma dieta deve atender ao padrão alimentar nutricional adequado para cada paciente, levando sempre em consideração a sua estrutura anatômica e individualidade biológica, além de ser acompanhada de uma reeducação alimentar e da prática de exercícios físicos, fundamental na estratégia de redução de peso, definição, emagrecimento e saúde. Portanto, antes de iniciar uma dieta é importante sempre procurar orientações de um profissional qualificado, para que o mesmo possa adotar uma abordagem específica para cada individuo, principalmente na solicitação de exames laboratoriais, exames de mensuração da composição corporal, dentre outros e assim, passando a definir o perfil bioquímico/metabólico de cada paciente, sendo uma peça fundamental para um resultado bem sucedido.

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