Tema 1. Energía y requerimientos energéticos del ser humano

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.

• Efecto térmico del alimento. Representa el 10% del consumo  energético.
• Energía gastada en las actividades físicas. Es el componente que  más varía, pudiendo ser de 100 Kcal en una persona sedentaria  hasta de 2.000 Kcal en una persona muy activa.

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:

• La termogénesis obligatoria.  Es la energía que se requiere para  digerir, absorber y metabolizar los nutrientes. Esto incluye síntesis  y almacenamiento de proteínas, grasas e hidratos de carbono.
• La termogénesis facultativa.  Es el exceso de energía que se  consume más allá de la termogénesis obligatoria, y se considera  atribuible a la ineficiencia metabólica del sistema, estimulado por  la actividad nerviosa simpática.

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:

• Grasa: 4%.
• Hidratos de carbono: 7%.
• Proteínas: 27%.

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.