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Las bebidas isotónicas y la osmolaridad
Si alguna vez te has preguntas por qué las bebidas que los deportistas toman durante la actividad deben ser isotónicas, este artículo pretende explicarlo desgranando los conceptos más básicos, pensando en alguien que carezca de las nociones básicas de química.
Fuente: IA. Copilot.
¿Qué significa que una bebida es isotónica?
Las bebidas isotónicas son bebidas con gran capacidad de rehidratación yd que buscan reponer las sustancias perdidas durante la actividad física. Son isotónicas respecto a la sangre, es decir la concentración de solutos en la bebida es similar o igual a la de la sangre. El motivo es que una concentración excesiva de solutos entorpecería la absorción del agua, incluso haciéndola peor que la absorción de agua aisladamente. En terapia de rehidratación oral, las bebidas con electrólitos contienen sales de sodio y potasio que restablecen el agua del cuerpo y los niveles de electrólitos después de la deshidratación causada por el ejercicio.
Composición de una bebida deportiva isotónica
Entre los compuestos deseables de una bebida deportiva isotónica están los carbohidratos y los electrolitos. Un electrolito o electrólito es cualquier sustancia que contiene en su composición iones libres, que hacen que se comporte como un conductor eléctrico.
En fisiología, los iones primarios de los electrólitos son sodio \(\left( Na^{+} \right),\)potasio \(\left( K^{+} \right),\) calcio (\({Ca}_{2}^{+}\)), magnesio (\({Mg}_{2}^{+}\)), cloruro (\({Cl}^{-}\)), hidrógeno fosfato ( \(HPO_{4}^{2 -}\)) y bicarbonato (\(HCO_{3}^{-}\))
Los electrolitos habituales en las bebidas deportivas son sales de sodio y potasio. De este modo las bebidas isotónicas tienen por objetivo reponer el agua del cuerpo y los niveles de electrólitos después de la deshidratación causada por el ejercicio.
El problema de añadir carbohidratos a una bebida deportiva que tenga por objetivo rehidratarnos es que al añadir carbohidratos al agua aumenta su osmolaridad. A mayor osmolaridad se produce un movimiento de agua al lumen intestinal que puede aumentar la deshidratación y generar problemas gastrointestinales.
Por eso la concentración máxima en las bebidas deportivas durante el ejercicio debe ser de entre un 6% y un 8% de carbohidratos y electrolitos.
Debe contener:
-
6-8% de carbohidratos
-
0,4-1,0 gramos de \(\frac{Na}{l}\) (como referencia, 1 gramo de sal común =\(0,4\ g\ de\ Na\))
Ahora que el marco está claro, profundicemos en los conceptos.
Algunas definiciones básicas que no podemos dejar de lado...
Para entender correctamente los conceptos de osmolaridad y osmolalidad, es importante tener claras algunas definiciones previas:
-Soluto: Es la sustancia que se disuelve en un disolvente para formar una solución.
-Solvente: Es el medio en el cual se disuelve el soluto. En la mayoría de los casos, el disolvente es agua, aunque puede ser cualquier otro líquido.
-Disolución o solución: Es la mezcla homogénea formada por el soluto disuelto en el disolvente. La palabra "disolución" es sinónimo de "solución", aunque en algunos contextos se prefiere el uso de "solución" como término estándar.
Ósmosis
Se define ósmosis como una difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada. En el caso del cuerpo humano hablamos de ósmosis a través de la membrana lipídica.
Imagen: Elaboración propia.
Debido a un fenómeno físico la concentración entre membranas tiende a igualarse. Esto se puede producir gracias a que la membrana celular es semipermeable y el solvente (el agua) pasa de un lado a otro de la membrana igualando las concentraciones a ambos lados. Como consecuencia cuando existe diferencia entre las concentraciones existe una presión osmótica que podemos definir a continuación.
Presión osmótica
Aquella que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. Al considerar como semipermeable a la membrana plasmática, las células de los organismos pluricelulares deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos tisulares que los bañan. De no ser así las células pueden estallar o arrugarse como consecuencia de los movimientos del líquido del interior al exterior y viceversa.
¿Cómo Funciona la Presión Osmótica?
Imagina que tienes dos soluciones en un recipiente dividido por una membrana semipermeable, que permite el paso de agua pero no el de los solutos. En un lado tienes agua pura y, en el otro, agua con sal disuelta:
Paso de agua: El agua tiende a moverse hacia el lado que tiene sal disuelta (mayor concentración de solutos) para intentar igualar la concentración en ambos lados.
Generación de presión: A medida que el agua se mueve hacia el lado con más soluto, el volumen en ese lado aumenta, creando una presión. Esta es la presión osmótica.
La presión osmótica es la fuerza que se genera por la diferencia de concentración de solutos a través de una membrana semipermeable y es clave para el equilibrio de fluidos en sistemas biológicos.
Osmol y osmolaridad
Se trata de dos conceptos muy ligados y cuya definición guarda una estrecha relación, esto puede generar cierta confusión cuando intentas comprender la definición de uno apoyado en el otro.
Osmol
El osmol es una unidad de medida que se define como el número de moles de un compuesto químico que contribuyen a la presión osmótica de una disolución. Podemos pensar que todos los moles del soluto contribuirán a la presión osmótica de una disolución y que por tanto no tiene sentido hacer esta distinción, pero es que al disolver una sustancia se producen cambios de estructura y por tanto la cantidad moles del soluto y la de moles que contribuyen a la presión osmótica pueden no ser la misma.
Un soluto en contacto con el agua puede cambiar su estructura disociándose, de esto modo puede ocurrir que un compuesto de \(x\) moles de soluto disuelto en 1 litro de agua tenga un número de partículas \(y\) osmóticamente activas.
Tomemos como ejemplo el \(NaCl\) y supongamos una disolución de \(1\frac{mol}{litro}\) de \(NaCl\) en agua.
Las moléculas de cloruro sódico se disocian totalmente en el agua liberando dos iones separados y cargados eléctricamente: \(Na^{+}\)y \(Cl^{-}\). De este modo, aunque tenemos un mol de \(NaCl\) en la disolución tenemos un número de moles que contribuyen a la presión osmótica que es superior. Concretamente tenemos por cada molécula \(NaCl\) dos partículas que contribuyen a la presión osmótica.
La proporción es \(\frac{1\ molécula\ de\ NaCl\ \ en\ la\ solución}{2\ moléculas\ que\ contribuyen\ a\ la\ presión\ osmótica\ (Na^{+}\ y\ Cl^{-})}\)
Si pensamos en moles por cada mol de \(NaCl\), tendremos 2 moles de partículas que contribuyen a la presión osmótica por cada mol de \(NaCl\), es decir tendremos dos osmoles.
El osmol como hemos dicho antes es una unidad de medida y nos da el número de moles totales de un compuesto concreto en una solución concreta que contribuyen a la presión osmótica, así que no importaría que la disolución fuese de 2 moles de \(NaCl\) en 1 litro o en 100 litros de agua.
A partir de esta definición vamos a construir la de osmolaridad. El \(NaCl\) tiene un proporción de partículas que contribuyen a la presión osmótica de 2 moles por cada mol de \(NaCl\) en la disolución. Podríamos estar tentados de decir que ésa es la osmolaridad, pero la osmolaridad se debe definir respecto a un litro de solución.
Osmolaridad
Con toda esta explicación podemos definir ahora la osmolaridad como el número de osmoles de soluto en un litro de solución. El término solución se refiere a la mezcla completa de soluto y disolvente.
Si en lugar de medir los osmoles por litro de solución lo hacemos por kilogramo de solvente la medida se conoce como osmolalidad, observa la "l" (ele) en osmolalidad en lugar de la "r" (erre), osmolaridad.
La Osmolalidad es el número de osmoles de soluto en un kilogramo de solvente
Hemos explicado al inicio que el problema de añadir carbohidratos a una bebida deportiva que tenga por objetivo rehidratarnos era que al añadir carbohidratos al agua aumentaba su osmolaridad. Y que a mayor osmolaridad se producía un movimiento de agua al lumen intestinal que podía aumentar la deshidratación y generar problemas gastrointestinales.
El lumen intestinal es la cavidad interna que forma el intestino (tanto el intestino grueso como el intestino delgado) y a través de la cual circulan los alimentos. Cuando ingerimos más carbohidratos lo que ocurre es que aumenta la osmolaridad en el interior del lumen intestinal.
O dicho de otra forma: la concentración del líquido en el intestino es mayor y por tanto es hipertónico respecto a la sangre. Por pura física el sistema tiende al equilibrio y para ello se produce una difusión de líquido hacia el intestino que contribuye a deshidratarnos. Éste es el motivo por el que una bebida deportiva debe ser isotónica es decir tener una concentración igual a la de nuestra sangre. Necesitamos que al ingerirla y llegar a nuestro intestino no contribuya a crear una difusión hacia al lumen intestinal que nos haga perder líquido. A esto hay que añadir que por el hecho de ser isotónica la absorción es más rápida.
El esquema a continuación resume las diferentes posibilidades en función del gradiente osmótico.
Imagen: Elaboración propia.
Una aplicación práctica de la osmolaridad en la práctica deportiva
Para asegurar una hidratación adecuada antes de un competición, es importante mantener una ingesta elevada de líquidos en los días previos. Un indicador práctico es el color de la orina, que debe ser pálido, aunque este test puede verse afectado por suplementos vitamínicos. Una medición más precisa se obtiene al medir la osmolalidad de la orina (expresada en mOsmol/kg). Valores por encima de 900 mOsmol/kg indican deshidratación, mientras que entre 100 y 300 mOsmol/kg sugieren una hidratación óptima. Estas medidas pueden obtenerse rápida y simplemente utilizando un osmómetro transportable. Además, el seguimiento del peso corporal diario también puede ayudar a detectar posibles pérdidas de líquidos.
La osmolalidad es el parámetro más preciso para evaluar el estado de hidratación, ya que refleja directamente la concentración de partículas disueltas en el disolvente (agua), independientemente del volumen total de la muestra.
La osmolalidad (medida en mOsmol/kg) se calcula considerando solo la cantidad de partículas disueltas en el agua, es decir, el disolvente. Por lo tanto, si la orina tiene una gran cantidad de solutos disueltos, la osmolalidad será alta, lo que es un indicador confiable de deshidratación.
La osmolaridad (medida en mOsmol/L), por otro lado, se calcula considerando el volumen total de la solución, que en este caso puede verse afectado por la concentración de solutos y la cantidad de agua disponible. La osmolaridad también puede ser alta pero no relaciona la cantidad de partículas disueltos en el agua con la masa de agua si no que la relaciona con el volumen total de la solución, lo cual es menos interesante como parámetro de deshidratación.
¿Qué hay de las bebidas hipotónicas e hipertónicas?
Las bebidas isotónicas juegan un papel fundamental en la práctica deportiva, ya que ayudan a mantener el equilibrio hídrico y reponer los electrolitos perdidos durante el ejercicio. Sin embargo, es importante señalar que la elección entre bebidas hipotónicas, isotónicas e hipertónicas depende de las necesidades específicas del deportista y de las condiciones del ejercicio.
Las bebidas hipotónicas son aquellas con una menor concentración de solutos en comparación con el plasma sanguíneo. Gracias a su baja osmolalidad, estas bebidas se absorben rápidamente en el sistema circulatorio, lo que las convierte en una opción útil para una rápida reposición de líquidos, especialmente en situaciones donde la pérdida de electrolitos no es significativa. No obstante, en ejercicios intensos o prolongados, donde la pérdida de electrolitos es considerable, las bebidas hipotónicas pueden no ser suficientes para reponer de manera adecuada los niveles de sales y minerales necesarios.
Por otro lado, las bebidas hipertónicas, con una mayor concentración de solutos, ofrecen una reposición más rápida de electrolitos, especialmente las sales como el sodio, lo que puede ser crucial después de actividades de alta intensidad y larga duración. Aunque la absorción inicial de estos líquidos puede ser más lenta debido al gradiente osmótico, su capacidad para recuperar rápidamente los electrolitos perdidos es notable. Además, el mayor contenido de sodio en estas bebidas puede inducir un estímulo de la sed, lo que favorece una mayor ingesta de líquidos a lo largo del tiempo, contribuyendo a mantener la hidratación de manera más eficaz.
Es importante mencionar que, debido a su mayor concentración, las bebidas hipertónicas no son recomendables para hidratación durante la actividad física, ya que la absorción de líquidos podría ser más lenta debido a su alto contenido en solutos. Sin embargo, después del ejercicio, su función principal es la reposición rápida de electrolitos, complementando la hidratación y favoreciendo la recuperación muscular.
Ejemplos con datos
Ahora que los conceptos se han aclarado vamos a ver ejemplos. El primero es para calcular la osmolaridad de una solución fisiológica.
Ejemplo 1
Partimos de una solución de \(NaCl\) 0,9% (es decir que tenemos 9 g. de \(NaCl\) en 1000ml) y queremos calcular su osmolaridad.
Empecemos por ver la masa molecular del \(NaCl\). Para obtener la masa molecular del cloruro de sodio (\(NaCl\)) necesitamos la masa de cada compuesto:
Por tanto la masa molecular de todo el compuesto será:
Vamos a calcular los moles de NaCl en nuestra solución:
Dado que el NaCl se disocia en agua como hemos dicho antes:
La osmolaridad de nuestra disolución será:
Si la pasamos a mili osmoles (un osmol son 1000 mOsmoles)
Ejemplo 2
Tenemos una solución acuosa de 10 gramos de sacarosa \(C_{12}H_{22}0_{11}\) en 200 ml de agua destilada. Queremos calcular la molaridad y la Osmolaridad en Osmoles por litro.
La sacarosa, azúcar de mesa o azúcar de caña, es un disacárido de glucosa y fructosa.
Empecemos por ver la masa molecular del \(C_{12}H_{22}0_{11}\). Para obtener la masa molecular de la sacarosa necesitamos la masa de cada compuesto. En la tabla periódica:
Por tanto la masa molecular de todo el compuesto será:
Vamos a calcular los moles de sacarosa en nuestra solución:
Por tanto, solo nos resta calcular los moles de sacarosa en 1000 ml de agua en lugar de los 200ml que tenemos. Y lo podemos hacer mediante esta proporción:
La sacarosa en disolución es una sola partícula. Es decir, no ocurre como con el cloruro sódico que se disociaba en dos iones. Por tanto, los moles de sacarosa por cada 1000 ml (1 litro) serán los osmoles en la disolución.
Bibliografía
[1] Nutrición Deportiva* (3ª Edición)
Autor: Asker Jeukendrup
Editorial: TUTOR
Año de publicación: 2019
ISBN: 978-8499986761 (Versión impresa)