O indeksach glikemicznych (GI), ładunkach glikemicznych (GL) oraz o oznaczaniu węglowodanów glikemicznych w produktach spożywczych (preprint)

Streszczenie

Zamierzenia:

Celem pracy jest porównanie trzech metod oznaczania węglowodanów glikemicznych. Węglowodany glikemiczne (GC) są rozkładane go glukozy przez soki trawienne żołądka. Pozostałe węglowodany (węglowodany nieglikemiczne NGC) są oporne na działanie soków żołądkowych i nie wpływają na poziom stężenia glukozy we krwi.

Metody:

Odmiennie niż w oznaczaniu indeksów glikemicznych (GI) oraz ładunków glikemiczne (GL) metoda oznaczania zawartości węglowodanów glikemicznych (12 – 14) nie nakłada żadnych sztywnych ograniczeń na wielkości mas spożywanych pokarmów oraz wzorcowej glukozy.

Wyniki:

Wbrew szeroko rozpropagowanemu i, niestety, błędnemu – przekonaniu indeksy glikemiczne nie są wiarygodnymi wskaźnikami własności glikemicznych produktów spożywczych. Ładunki glikemiczne (GL) są równe zawartościom węglowodanów glikemicznych w produktach spożywczych. GL obarczone błędami związanymi z wyznaczaniem GI, jak i z wyznaczaniem zawartości węglowodanów (8)

Wnioski:

Zawartości węglowodanów glikemicznych w produktach spożywczych można wyznacz trzema różnymi metodami. Metody te oraz ich dokładności powinny zostać porównane między sobą w różnych laboratoriach przynajmniej dla surowej i gotowanej marchwi, cukru stołowego, ryżu oraz kilku innych wybranych produktów spożywczych. Nie tylko osoby zdrowe, ale i diabetycy typu 2 mogą i powinni uczestniczyć w tych badaniach.

Słowa kluczowe: indeks glikemiczny, ładunek glikemiczny, stężenie glukozy we krwi, produkty spożywcze, węglowodany glikemiczne, diabetycy, cukrzyca

 

Wprowadzenie

Nie ma ani „dobrych”, ani „złych” węglowodanów. Węglowodany można podzielić na dwa rodzaje: węglowodany glikemiczne (GC) oraz węglowodany nieglikemiczne (NGC).

Węglowodany glikemiczne ulegają rozkładowi do glukozy pod wpływem działania soków żołądkowych. Węglowodany te zwiększa stężenie glukozy we krwi i z tego powodu diabetycy powinni kontrolować ich spożycie tych produktów spożywczych, które je zawierają.

Węglowodany nieglikemiczne nie podlegają rozkładowi do glukozy i dlatego nie powodują wzrostu stężenia glukozy we krwi. Nie dostarczają więc energii organizmowi człowieka i są z niego wydalane.

Indeksy glikemiczne (GI) i ładunki glikemiczne (GL)

Indeksy glikemiczne zostały wprowadzone jako wskaźniki charakteryzujące własności glikemiczne produktów spożywczych, aby ułatwić diabetykom kontrolowania stężenia glukozy we krwi. Poświęcono wiele pracy w celu wyznaczenia indeksy glikemiczne różnych produktów spożywczych [1, 3,4]. Wyniki tych prac zostały zebrane w „Międzynarodowych tablicach indeksów glikemicznych (GI) oraz ładunków glikemicznych (GL)” [1].

Indeks glikemiczny jest stosunkiem wielkości powierzchni impulsu glukozowego po spożyciu porcji produktu spożywczego zawierającej 50 g węglowodanów do wielkości powierzchni impulsu glukozowego otrzymanego po spożyciu przez tą samą osobę 50 g czystej glukozy.

GI = 100*Ap* / AG* (1)

gdzie:

Ap* jest wielkością powierzchni impulsu glukozowego po spożyciu próbki produktu spożywczego, w której znajduje się 50 g węglowodanów,

AG* jest wielkością powierzchni impulsu glukozowego po spożyciu przez tą samą osobę 50 g glukozy.

Podana definicja indeksu glikemicznego jest definicją roboczą, ponieważ określa jedynie procedurę postępowania w celu jego wyznaczenia. Nie określa jednak, czym jest indeks glikemiczny w sensie fizycznym.

Zgodnie z roboczą definicją indeksu glikemicznego masę badanej próbki należy wyliczać z zależności:

mp* : mpC* = 100 : PC (2)

gdzie:

mp* jest masą badanej próbki produktu spożywczego,

mpC* jest masą węglowodanów znajdujących się w badanej próbce, a

PC jest procentową zawartością węglowodanów w badanym produkcie.

Tylko węglowodany glikemiczne są rozkładane do glukozy, a zatem spełniona musi być też następująca zależność:

Ap* : AG* = mpGC* : mG* (3)

gdzie:

mpGC* jest masą węglowodanów glikemicznych zawartych w testowanej próbce pokarmu,

mG* jest masą wzorcowej glukozy (50 g) .

indeks glikemiczny można zatem zapisać w postaci:

GI = 100 * (mpGC*/mG* ) (4)

Ponieważ:

mG* = mpC* = (mp* * PC)/100 (5)

to wstawiając (5) do (4) otrzymuje się zależność:

PGC* = GI * PC)/100 = GL (6)

gdzie:

PGC* jest procentową zawartością węglowodanów glikemicznych w określonym produkcie spożywczym.

Ładunek glikemiczny GL równa się zatem procentowej zawartości węglowodanów glikemicznych PGC* w testowanym produkcie spożywczym.

Pośrednie oznaczanie zawartości węglowodorów glikemicznych

Zawartość procentową węglowodanów glikemicznych PGC można również wyliczyć odejmując od procentowej zawartości wszystkich węglowodanów w produkcie spożywczym PC procentową zawartość węglowodanów nieglikemicznych (błonnika) (PNGC = PFIB).

PGC = PC – PFIB (7)

Odmiennie niż tłuszcze i inne składniki produktowe spożywczych zawartości węglowodanów w produktach spożywczych nie są oznaczane bezpośrednio, ale są wyliczane z reszty do stu procent [2]:

PC = 100 – PFAT – PPRO – PASH – PWAT (8)

W konsekwencji zawartości węglowodanów glikemicznych można wyliczyć z zależności:

PGC = 100 – PFAT – PPRO – PASH – PWAT – PFIB (9)

gdzie:

PFAT, PPRO , PASH. PWAT, PFIBsą wyrażonymi w procentach zawartościami odpowiednio tłuszczy, białek, popiołu, wody oraz błonnika.

Należy pamiętać, że wartości podane po lewej stronie równań (8 oraz 9) kumulują w sobie błędy związane z wyznaczaniem wartości podanych po prawej stronie tych równań.

Bezpośrednie oznaczanie zawartości węglowodanów glikemicznych

Wielkość powierzchni impulsu glukozowego po spożyciu określonej masy glukozy jest równa wielkości powierzchni impulsu glukozowego po spożyciu przez tą sama osobę próbki produktu spożywczego zawierającej taką samą ilość węglowodanów glikemicznych. (Podobnie jak i w przypadku indeksów glikemicznych wzrost masy glukozy na skutek hydrolizy węglowodanów glikemicznych nie będzie uwzględniant.)

Zgodnie z tym założeniem wielkość powierzchni impulsu glukozowego po spożyciu czystej glukozy jest proporcjonalna do jej masy:

AG = kG*mG (10)

gdzie:

AG jest wielkością powierzchni impulsu glukozowego po spożyciu czystej glukozy,

mG jest masą spożytej glukozy,

kG jest współczynnikiem proporcjonalności.

Natomiast wielkość powierzchni impulsu glukozowego po spożyciu przez tą sama osobę próbki produktu spożywczego jest proporcjonalna do masy węglowodanów glikemicznych znajdujących się w tej próbce:

ApGC = kG*mpGC (11)

gdzie:

ApGCjestwielkością powierzchni impulsu glukozowego po spożyciu przez tą samą osobę próbki produktu spożywczego,

mpGC jest masą węglowodanów glikemicznych znajdujących się w testowanej próbce.

Z równań (10) i (11) wynika, że:

mpGC = (mG/AG)* ApG C (12)

A zatem procentową zawartość węglowodanów glikemicznych w badanym produkcie spożywczym można wyznaczyć z zależności:

PpGC = (mpGC*100)/mp = 100*(mG/AG)*ApGC /mp (13)

lub:

 

PpGC = 100*(mG/AG)/ (mp/ApGC) (14)

gdzie:

mp jest masą testowanego produktu spożywczego.

W równaniach (10) i (11) zakłada się, że współczynnik proporcjonalności kG jest wielkością stałą, a tym samym wielkości powierzchni impulsów glukozowych są liniowymi funkcjami zawartości węglowodanów glikemicznych w produktach spożywczych. Założenie to jest uzasadnione w przypadku osób zdrowych, natomiast w przypadku diabetyków jest ono zasadne tylko wtedy, kiedy maksymalne wysokości impulsów glukozowych nie przekraczają progu nerkowego. Powyżej progu nerkowego należy wprowadzić model nieliniowy z dodatkową stałą kKT uwzględniającą wpływ nerek na kształt i wielkość impulsu glukozowego. Aby uniknąć związanych z tym komplikacji masy produktów spożywczych oraz wzorcowej glukozy należy tak dobierać, aby po ich spożyciu odpowiednie impulsy glukozowe mieściły się poniżej progu nerkowego.

 

Dyskusja

Z wartości podanych w tablicy 1 wynika, że aby wyznaczyć indeksy glikemiczne produktów spożywczych zawierających małe ilości węglowodanów (na przykład warzyw czy owoców) należy spożyć porcje rzędu 500, a nawet 1000 gramów. Tak duże porcje warzyw lub owoców znacznie odbiegają od tych wielkości, które są normalnie spożywane.

 

Produkt PC mp*
A 5 1000
B 10 500
C 25 200
D 50 100
E 75 67
F 90 56

 

Tablica 1. Wielkości porcji produktów spożywczych (mp*), które należy spożyć w celu wyznaczenia ich indeksów glikemicznych w zależności od zawartości węglowodanów (PC).

Impulsy glukozowe, osób zdrowych po spożyciu 50 g czystej glukozy są mniejsze od progu nerkowego. Po spożyciu takiej samej ilości glukozy przez diabetyków typu 2 impulsy glukozowe są w zasadzie znacznie większe od progu nerkowego.

Błędy wyznaczania indeksów glikemicznych są stosunkowo bardzo duże i wynoszą na przykład: 101.0 ± 30; 70.3 ± 37.98 (SD) [3], oraz 54.0 ± 6.1 (SEM) [4]. A zatem błędy wyznaczania zawartości węglowodanów glikemicznych za pośrednictwem indeksów glikemicznych (1) oraz ładunków glikemicznych muszą być również bardzo duże. Ładunki glikemiczne kumulują w sobie wszystkie biedy związane z wyznaczaniem zarówno indeksów glikemicznych, jak i zawartości węglowodanów w produktach spożywczych (8).

Bezpośrednie oznaczania zawartości węglowodanów glikemicznych w produktach spożywczych (13, 14) nie nakłada żadnych sztywnych ograniczeń ani na masę spożywanej glukozy, ani na masę produktu spożywczego. Aby uzyskać maksymalną dokładność wielkości te powinny być tak dobrane, aby ich impulsy glukozowe były podobnej wielkości i aby nie przekraczały progu nerkowego. Wymagania te mogą spełniać nie tylko osoby zdrowe, ale i diabetycy typu 2, a tym samym mogą wyznaczać zawartości węglowodanów glikemicznych w spożywanych przez siebie posiłkach.

Stosunek masy glukozy do wielkości wytworzonego przez nią impulsu glukozowego (mG/AG ) jest w równaniach (13, 14) współczynnikiem kalibracji. Współczynnik ten można też wykorzystywać w celach diagnostycznych. Największe wartości tego stosunku będą wyznaczane dla osób zdrowych, a najmniejsze dla diabetyków typu 2 z zaawansowana cukrzycą.

Wnioski:

Zawartości węglowodanów glikemicznych w produktach spożywczych można oznaczać trzema metodami:

  1. 1. wyliczając ładunki glikemiczne GL na podstawie indeksów glikemicznych GI oraz całkowitej zawartości węglowodanów (6);
  2. 2. obliczają różnicę między całkowitą zawartością węglowodanów oraz zawartością węglowodanów nieglikemicznych (9);
  3. metodą bezpośrednią (13, 14).

Byłoby pożądane, aby dokładność wyznaczania zawartości węglowodanów glikemicznych tymi metodami zostałt porównane między sobą w różnych laboratoriach przynajmniej dla surowej i gotowanej marchwi, cukru stołowego, ryżu oraz kilku innych wybranych produktów spożywczych.

Liyeratura:

[1]FS Atkinson, K Foster-Powell, JC Brand-Miller – Diabetes care, 2008, International Tables of Glycemic Index and Glycemic Load Values: 2008, http://care.diabetesjournals.org/content/31/12/2281.short

[2] H. Kunachowicz, I. Nadolna, K. Iwanow, B. Przygoda, Wartość odżywcza wybranych produktów spożywczych i typowych potraw PZWL. Wydanie IV Warszawa 2005: p. 11

[3] R. Chlup, J. Bartek, M. Reznícková, J. Zapletalová, B. Doubravová, L. Chlupováet al, Determination of the glycaemic index of selected foods (white bread and cereal bars) in healthy persons. Biomed Papers 148(1) 17 – 25 (2004)