Se define la energía como la capacidad para efectuar un trabajo. En el estudio de la nutrición, alude a la manera en la cual el organismo hace uso de la energía obtenida del consumo de los diferentes alimentos.
Los seres humanos obtienen las nutrientes y la energía del consumo de alimentos, tanto de origen animal como vegetal, los cuales deben consumirse regularmente a fin de cumplir con los requerimientos de energía que necesita el organismo para subsistir. Los procesos singulares dentro de las células hacen posible su uso en todas las tareas necesarias para mantener la vida. Entre estos procesos están las reacciones químicas que llevan a cabo la síntesis y el mantenimiento de los tejidos corporales, la conducción eléctrica de la actividad nerviosa, el trabajo mecánico del esfuerzo muscular, y la producción de calor para conservar la temperatura corporal.
PUNTO 1. COMPONENTES DEL CONSUMO DE ENERGÍA
El organismo humano gasta energía de las siguientes formas: • Consumo de energía en reposos. Constituye el mayor porcentaje del gasto energético, siendo del 60-75%, excepto en personas con una gran actividad física.
Estos componentes representan el consumo energético total diario del individuo.
1.1. Consumo de energía en reposo
El consumo de energía en reposo (REE) es la energía que se gasta en las actividades necesarias para mantener las funciones corporales normales y la homeostasis, en definitiva, para mantenerse vivo. Estas actividades incluyen la respiración y la circulación, la síntesis de compuestos orgánicos, el bombeo de iones a través de la membrana, la energía consumida por el sistema nervioso central y el mantenimiento de la temperatura corporal. Del total el 29% se utiliza por el hígado, la mayor parte del cual interviene en la síntesis de glucosa y cuerpos cetónicos como combustible para el cerebro.
Consumo de energía aproximado en órganos de adultos
Diversos factores producen variaciones en el consumo de energía basal de los individuos. Los principales determinantes son el tamaño y la composición del cuerpo.
1.1.1. Tamaño del cuerpo
Las personas de talla grande tienen tasas metabólicas mayores que las de tamaño más pequeño. Una diferencia de peso de 10Kg daría una variación en la tasa metabólica en reposo de unas 120Kcal por día en el individuo, o una ÓRGANO REE Hígado 29 Cerebro 19 Corazón 10 Riñón 7 Músculo esquelético (en reposo) 18 Resto 17 diferencia en el consumo de energía diaria de cerca de 200Kcal por día en personas con poca actividad física.
1.1.2. Composición del cuerpo
El principal factor individual que determina el consumo de energía en reposo es la masa muscular. Es el tejido metabólicamente activo en el organismo, de manera que gran parte de las variaciones en el consumo de energía en reposo es explicable por las variaciones en la masa muscular del individuo.
Esta se mide con gran precisión utilizando métodos de composición del organismo de referencia, los cuales incluyen determinar el peso sumergido en agua, la medición del agua corporal total utilizando isótopos estables de oxígeno 18, recuento del potasio corporal total, etc. Sin embargo, debido al coste y a la dificultad para realizar estos métodos de referencia, a menudo se emplean otras modalidades menos exactas para estimar la composición del organismo. Estos incluyen la antropometría de pliegues cutáneos, la impedancia bioeléctrica, etc.
1.1.3. Edad
La pérdida de masa muscular a medida que avanza la edad se relaciona con una disminución en la tasa metabólica en reposo, contribuyendo a casi el 10% de disminución por decenio tras alcanzarse la etapa de adulto. Estas modificaciones en la composición del organismo se atenúan con el ejercicio, el cual ayuda a mantener una mayor masa corporal magra y, por lo tanto, una tasa metabólica en reposo más alta.
La masa libre de grasa es mayor durante los periodos de crecimiento rápido, sobre todo durante el primer y segundo año de vida, y alcanza un nivel importante a lo largo de los años de la adolescencia y pubertad en ambos sexos. La energía adicional requerida para cubrir el costo de la síntesis y deposición de tejido corporal es de cerca de 5kcal/g. de tejido nuevo. Los lactantes en crecimiento pueden almacenar hasta 12-15% del valor energético de sus alimentos en forma de tejido nuevo. A medida que avanza la edad del niño el requerimiento calórico para el crecimiento se reduce un 1% del requerimiento total de energía.
1.1.4. Sexo
Las diferencias sexuales en la tasa metabólica se atribuyen a diferencias en el tamaño y la composición del cuerpo. Las mujeres, que generalmente tienen más grasa en proporción al músculo que los hombres, muestran tasas metabólicas menores que los varones de su misma estatura y peso.
1.1.5. Estado hormonal
El estado hormonal también afecta a la tasa metabólica, en particular en trastornos endocrinos, como el hipertiroidismo y el hipotiroidismo, en los que aumenta o disminuye el consumo de energía.
La estimulación del sistema nervioso simpático, como la que se presenta durante la excitación emocional o el estrés, incrementa la actividad celular al liberar epinefrina, que actúa directamente favoreciendo la glucogenólisis. Otras hormonas como el cortisol, la del crecimiento y la insulina, también influyen en la tasa metabólica.
La tasa metabólica de las mujeres fluctúa con el ciclo menstrual. Se ha medido un promedio de 359kcal/día de diferencia en la tasa metabólica basal entre su punto bajo, más o menos una semana antes de la ovulación, y su punto alto, justo antes de que comience la ovulación.
Durante el embarazo, la tasa metabólica en reposo parece disminuir en las primeras etapas, y después aumenta por los procesos de crecimiento uterino, placentario y fetal y por el mayor trabajo cardiaco de la madre.
1.2. Efecto térmico del alimento
El efecto térmico del alimento (TEF) es el aumento en el gasto de energía que acompaña al consumo de alimentos, también se conoce como termogénesis inducida por la dieta.
El efecto térmico del alimento puede dividirse en dos componentes:
El efecto térmico del alimento varía según la composición de la dieta, siendo mayor tras el consumo de carbohidratos y proteínas que de grasa. Esto se debe a la ineficacia metabólica del procedimiento de carbohidratos y proteínas en comparación con las grasas. Estas se almacenan con eficiencia, con un desperdicio del 4%, en comparación con un desperdicio del 25% cuando el carbohidrato es convertido en grasa para su almacenamiento. Se considera que estos factores contribuyen a que la grasa favorece la obesidad.
Efecto termogénico:
Los hidratos de carbono de bajo índice glucémico utilizan más energía para procesar que los de alto índice glucémico, esto es debido a que distribuyen la energía por nuestro cuerpo en un período más largo.
1.3. Energía consumida durante la actividad
La energía consumida durante la actividad física (EEPA), es la que más fluctúa de todas, pudiendo ser de un 10% en las personas que están en una cama, o de hasta un 50% en los atletas. La energía consumida en las actividades físicas incluye la que se gasta con el ejercicio voluntario, así como la que se consume involuntariamente en actividades como escalofríos, ansiedad y control postural.
La energía consumida durante la actividad física varía dependiendo del tamaño corporal y la eficacia de los hábitos individuales de movimiento. La condición física también afecta al consumo de energía de la actividad voluntaria, probablemente debido al aumento de la masa muscular.
En el siguiente cuadro se clasifica la actividad en cinco niveles generales como múltiplos del consumo de energía expresado en kcal/minuto.
Consumo de energía aproximado para niveles de actividad expresados como múltiplos de consumo de energía en reposos (REE)
La energía consumida durante la actividad física suele disminuir con la edad, una tendencia que se relaciona con una declinación en la masa libre de grasa y un aumento de la masa adiposa. Los hombres, por lo general, consumen más energía durante la actividad física que las mujeres, especialmente por su mayor tamaño corporal y masa libre de grasa.
PUNTO 2. MEDICIÓN DEL CONSUMO DE ENERGÍA
La unidad estándar para medir la energía es la caloría, que es la cantidad de energía calórica que se requiere para elevar un 1ºC 1ml de agua a una temperatura de 15ºC. Dado que son muy altas las cantidades de energía que utiliza el metabolismo de las partículas alimentarias, se utiliza la kilocaloría, que equivale a 1.000 calorías. Una costumbre común es designar la Kilocaloría con el término Caloría.
2.1. Medición del consumo de energía humana
Hay varios métodos disponibles para medir el consumo de energía en el ser humano. Es importante comprender sus diferencias y cómo pueden aplicarse tanto en circunstancias prácticas como en la investigación. A continuación se detallan las más utilizadas.
2.1.1. Calorimetría directa
La calorimetría directa mide la cantidad de calor que produce un sujeto situado dentro de una habitación que le permita hacer ciertos tipos de movimientos. Ésta técnica se conoce como calorimetrías de habitaciones enteras. Moderada Caminar a 3,5-4m/h, transporte de una carga, tareas del jardín, ciclismo, esquí, tenis, baileREE x 5,0 5,0 – 7,4 Pesada Caminar con carga por una colina, tala de árboles, baloncesto, alpinismo, fútbolREE x 7,0 7,5 – 12,0
La calorimetría directa proporciona una medida de la energía que se consume en forma de calor, pero no da información sobre la clase de combustible que se está oxidando. El método también es limitado por el carácter confinado de la prueba. De ahí que la medición del consumo total de energía con este método no sea representativa de un ambiente libre, ya que la actividad física está restringida dentro de esta cámara.
2.1.2. Calorimetría indirecta
La calorimetría indirecta estima el consumo de energía al determinar el de oxígeno y la producción de dióxido de carbono del organismo en un determinado periodo. Es variable según el equipo que se utilice, pero la persona comúnmente respira hacia una boquilla o campana ventilada a través de la cual se recolectan sus gases exhalados. La calorimetría indirecta ofrece la ventaja de la movilidad y el bajo costo del equipo. La forma más utilizada de este método es la medición de la tasa metabólica en reposos a través de un pabellón de intercambio de gases de respirador. Estas campanas ventiladas son de utilidad para las mediciones a corto y a largo plazo, pero ofrecen menos ventajas para medir la energía consumida durante las actividades físicas.
2.1.3. Agua doblemente marcada
La técnica del agua doblemente marcada (DLW) para medir el consumo de energía total se basa en el principio de poder estimar la producción de dióxido de carbono a partir de la diferencia en las tasas de eliminación de hidrógeno y oxígeno del organismo. El principio del método es que, después de administrar una dosis de carga de agua marcada con óxido de deuterio (2H2O) y oxígeno -18 (H218O), el deuterio es eliminado del organismo en forma de agua y el oxígeno 18 se elimina como agua y dióxido de carbono. Se miden las tasas de eliminación de los dos isótopos en un periodo de 10 a 14 días mediante el muestreo periódico del agua corporal recurriendo a orina, saliva o plasma. La diferencia entre las dos tasas de eliminación es una medida de la producción de dióxido de carbono. Esta última puede entonces igualarse al consumo de energía total, utilizando las técnicas de calorimetría indirecta estándar, para el cálculo del gasto de energía.
Esta técnica ofrece varias ventajas como, por ejemplo, proporcionar una medida del gasto de energía que incorpora todos los componentes del consumo de energía total como es el consumo de energía en reposo, el efecto térmico del alimento y la energía consumida durante las actividades físicas. La técnica es fácil de administrar y el sujeto podrá dedicarse a su rutina habitual durante todo el periodo de medición. Esto resulta beneficioso en individuos como los lactantes, los niños, los ancianos y los discapacitados, que no soportan fácilmente las pruebas rigurosas que entraña una medición del consumo de oxígeno durante diversas actividades.
No obstante, la técnica del agua doblemente marcada también tiene sus desventajas, como es el costo de los isótopos estables y la experiencia que se requiere para poder realizar la técnica.
2.2. Medición del efecto térmico del alimento
La medición real del efecto térmico de un alimento es apropiada sólo para fines de investigación. En la práctica, se determina como el 10% de la suma de la tasa metabólica en reposo y la energía consumida durante las actividades físicas.
2.3. Medición de la energía consumida durante la actividad física
Incluye métodos diarios de actividad; dispositivos sensores del movimiento, como podómetros y acelerómetros; y vigilancia de la frecuencia cardiaca. Dado que estos métodos dependen de la precisión con la que se lleve el registro de una persona, su memoria de los patrones de actividad, su entusiasmo por utilizar un dispositivo sensor del movimiento y las suposiciones sobre la correlación de la frecuencia cardiaca y el consumo de oxígeno durante el ejercicio, a menudo resultarán inexactas las estimaciones de la energía consumida durante las actividades físicas que se obtienen al utilizar estos dispositivos.
PUNTO 3. ESTIMACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS DE ENERGÍA
El conocimiento de los requerimientos energéticos durante todo el ciclo de la vida, así como durante diversos estados fisiológicos, como el embarazo y la lactancia, y en varios estados patológicos, es esencial para promover una salud óptima.
3.1. Medición del consumo de energía en el ser humano
Hasta hace poco, las recomendaciones para los requerimientos de energía se habían basado en estimados del consumo de alimentos registrados por el propio paciente (registros de 24horas, etc.). Sin embargo, se sabe que estos métodos no proporcionan estimados exactos y objetivos del consumo de energía de una persona y que prevalece una notificación deficiente del consumo de alimento en las encuestas sobre la alimentación.
3.2. Requerimientos de energía total estimados a partir de estudios con agua doblemente marcada
Los valores para los requerimientos de energía a diversas edades y sexos se obtienen a partir de un meta análisis de 574 mediciones del consumo de energía total en individuos en vida libre utilizando el agua doblemente marcada.
3.3. Estimación de la Tasa Metabólica en Reposo
El requerimiento de energía diario total suele calcularse sumando estimados de la tasa metabólica en reposo, el consumo de energía durante actividades físicas y el efecto térmico de los alimentos. Este enfoque conlleva dos limitaciones importantes: la fórmulas no toman en cuenta la cantidad de masa libre de grasa que representa el tejido metabólico activo y, el nivel de actividad física es muy variable en personas sanas y normales, y puede fluctuar entre 200kcal/día hasta 1300kcal/día.
Se han desarrollado más de 190 ecuaciones para predecir la tasa metabólica en reposo por las características físicas de la persona. La ecuación más utilizada en la de Harris-Benedict, aunque se ha observado que sobreestima el consumo de energía en reposo entre el 7 y 24%.
FÓRMULA DE HARRIS – BENEDICT
Para niños y adultos de todas las edades:
Mujeres: REE (Kcal)= 655 + 9,56xP + 1,85xT – 4,68xE
Hombres: REE (Kcal)= 66,5 + 13,75xP + 5,0xT -6,78xE
(P = peso; T = estatura en centímetros; E = edad)
La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha adoptado las ecuaciones que utilizan el peso corporal total:
Ecuaciones para calcular el consumo de energía en reposo a partir del peso corporal
El cálculo del consumo de energía en reposo en personas obesas, entraña la cuestión que si el aumento del área de superficie relacionada con el tejido adiposo excesivo aumenta el consumo de energía en reposo, ya que tal tejido no es tan metabólicamente activo como la masa libre de grasa. El empleo del peso corporal real de una persona que tiene más del 125% del peso corporal ideal da lugar a un consumo de energía en reposo demasiado alto.
Por otra parte, el uso del peso corporal ideal para los cálculos no toma en cuenta la mayor masa corporal magra que se requiere en el soporte estructural del tejido adiposo adicional, o el mayor consumo de energía necesario para desplazar el peso excesivo
En condiciones ideales, el consumo de energía en reposo del obeso deberá basarse en la masa corporal magra determinada mediante la obtención del peso sumergido en agua. Sin embargo, cuando es necesario estimar los requerimientos de energía del obeso se ha recomendado la siguiente fórmula:
(ABW-IBW) x 0,25 + IBW = peso que se utilizará para calcular el consumo de energía en reposo
ABW = Peso corporal real del individuo.
IBW = Peso corporal ideal.
0,25 = % de exceso de peso corporal que tiene actividad metabólica.
3.4. Estimación de la energía consumida durante la actividad física
La energía consumida durante la actividad física puede estimarse utilizando el siguiente cuadro: Factores para los niveles de actividad física (PAL) basados en estudios con agua doblemente marcada
Factores para los niveles de actividad física (PAL) basados en estudios con agua doblemente marcada
3.5. Medición de la energía en los alimentos
La energía total disponible en un alimento se mide por medio de un calorímetro de bomba. Este dispositivo consta de un recipiente cerrado en el cual una muestra de alimento pesada, encendida con una chispa eléctrica, se quema en una atmósfera de oxígeno. Se sumerge el recipiente en un volumen de agua conocido y se utiliza el aumento en la temperatura del líquido, tras la ignición del alimento, para calcular la energía térmica generada.
No toda la energía en los alimentos y en el alcohol queda disponible para las células del organismo. Los procesos de digestión y absorción no son del todo eficientes, y no se oxida la porción nitrogenada de los aminoácidos, sino que es excretada a través de la urea.