Se entiende por metabolismo el conjunto de las reacciones químicas que se producen en el organismo.
La palabra metabolismo es un neologismo inventado por Schwann, uno de los padres de la teoría celular, a partir de la palabra griega metabol (cambio) y el sufijo –ismo (capacidad o propiedad).
Así metabolismo es la capacidad que tienen los seres vivos de transformar o cambiar la naturaleza química de las sustancias que los forman. Como los seres vivos están compuestos por células, pues la célula es la unidad fisiológica básica, el metabolismo comprende todas las reacciones químicas que ocurren en las células del cuerpo.
Aunque a primera vista pensamos que el cuerpo humano necesita energía principalmente para moverse, también requiere materia y energía para mantener sus funciones vitales, como la respiración, circulación sanguínea, es decir, el funcionamiento de los distintos órganos y sistemas. El metabolismo implica todos estos cambios de materia y energía; podemos preguntarnos cómo se obtiene esta materia y esta energía.
Los seres humanos somos a la vez seres heterótrofos y quimiosintéticos. Esto quiere decir:
a) que respecto a la obtención de materia somos heterótrofos: dependemos de las plantas y otros animales que comemos para obtener y reponer materia.
b) que respecto a la obtención de energía somos quimiosintéticos pues la energía se consigue cuando hay reacciones que degradan los nutrientes que llegan a las células (carbohidratos, grasas y proteínas).
1. Unidades de energía
La unidad de medida de la energía que se utiliza habitualmente en procesos metabólicos del organismo es la caloría:
Caloría (cal) o caloría-gramo (calor de reacción en procesos químicos)
Una caloría se define como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14,5 a 15,5º. De forma general es “la centésima parte de la energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 0 a 100º”.
Normalmente en nutrición llaman caloría (Cal) a la kilocaloría (Kcal) por ser la caloría real un valor muy pequeño.
Kilocaloría 1Kcal = 1000 cal (Cal)
Estas son las unidades de energía utilizadas normalmente para expresar:
a) el valor energético de los alimento
b) energía del movimiento humano
Sin embargo, la unidad de energía en el sistema Internacional (SI) es el Julio.
J = 0,239 cal. 1 cal = 4,187 J.
2. Tipos de nutrientes
Como todos sabemos el organismo obtiene energía de los alimentos, para conseguir los nutrientes, los alimentos se someten en el aparato digestivo a diferentes procesos de degradación. Hay tres tipos de nutrientes esenciales: hidratos de carbono, lípidos y proteínas, cuya función no es solo servir como combustibles para obtener energía (función energética) sino que también pueden pasar a formar parte de la propia materia viva (función estructural) o participar activamente en distintas reacciones metabólicas (función reguladora).
Los glúcidos están formados por C (carbono), O (oxígeno) y H (hidrógeno) y responden a la fórmula Cn H2n On por lo que también se conocen como hidratos de carbono o azúcares ya que generalmente su sabor es dulce. De todos ellos la glucosa es el combustible celular por excelencia, el más abundante y el que circula por la sangre. La energía que se obtiene de la combustión de la glucosa es 4 Kcal/g.
Los alimentos con abundante cantidad de hidratos de carbono son los cereales y alimentos hechos con harina (galletas, pan, pasteles…). El aporte de hidratos de carbono en la dieta debe suponer el 55 – 60% del total de calorías
Dado que la glucosa es el combustible principal, y en casos el único, por ej., las células del sistema nervioso, la homeostasis de los niveles de glucosa en sangre es de vital importancia.
Si hay niveles excesivamente elevados de glucosa en la sangre (hiperglucemia), el sobrante se acumula en las células del organismo (sobre todo en el hígado y músculos) como glucógeno. Si los niveles de glucosa en sangre siguen siendo demasiado elevados, lo que sobra se convierte en grasa. Por eso la ingesta de grandes cantidades de alimentos calóricos como golosinas, bebidas dulces, etc. ocasiona una rápida acumulación de grasa en el organismo. Al contrario, si los niveles de glucosa en sangre son demasiado bajos (hipoglucemia), el hígado descompone el glucógeno almacenado y libera glucosa a la sangre.
Los lípidos están formados por C (carbono), O (oxígeno), H (hidrógeno) y ocasionalmente P (fósforo) y N (nitrógeno). Se llaman genéricamente grasas, pero en realidad las grasas son sólo uno de los tipos de lípidos, dado que hay lípidos con estructuras químicas bastante diferentes. La energía que se obtiene de la combustión de lípidos (en forma de ácidos grasos) es 9 Kcal/g. Las grasas son una importante fuente energética, pero el colesterol nunca se utiliza como combustible celular porque no es una grasa sino un componente de las membranas celulares o un precursor de hormonas y vitaminas.
Hay diferentes clasificaciones de las grasas según su origen (animal y vegetal) y composición (saturadas e insaturadas). En general, las grasas de procedencia animal, las de los pasteles y las galletas, son saturadas; mientras que las del pescado azul y las vegetales, excepto los aceites de coco y palma, son insaturadas. La grasa saturada va a dar lugar al aumento de LDL-colesterol (o fracción no recomendable del colesterol) mientras que las grasas insaturadas, por el contrario, aumentan el HDL-colesterol (o fracción benigna del colesterol).
El hecho de obtener tanta energía por unidad de peso, y el que para su almacenamiento no se necesite el agua como en otros nutrientes energéticos, determina que el almacenamiento de la energía en animales a largo plazo se haga en forma de grasa. El exceso de grasas se almacena en depósitos situados en las caderas, el abdomen, las mamas y los tejidos subcutáneos. Esta grasa juega un papel importante como aislante y protege los órganos corporales más profundos, pero las cantidades excesivas restringen el movimiento y conllevan problemas de salud.
Se recomienda que los lípidos no excedan el 30% del contenido energético total de la alimentación. Las grasas insaturadas deberían representar el 70% del consumo total de lípidos.
Las proteínas son biomoléculas orgánicas formados por C (carbono), O (oxígeno), H (hidrógeno), N (nitrógeno) y ocasionalmente S (azufre). Las unidades que conforman las proteínas se llaman aminoácidos. La composición de una proteína, el orden y número de aminoácidos viene dado por el ADN, por tanto son las proteínas son moléculas específicas de cada ser vivo.
Las funciones más comunes de las proteínas son la estructural: formando parte de los músculos y la reguladora: por su acción enzimática. En caso de necesidad, cuando no hay hidratos de carbono ni grasas disponibles, las proteínas se degradan y se usan como fuente energética obteniéndose de su combustión 4 Kcal/g, y suponen, más o menos, el 10-15% de las calorías totales. Además del aporte cuantitativo, también hay que tener en cuenta el aporte cualitativo, ya que no todas las proteínas tienen la misma composición y como veremos más adelante, en la dieta tiene que haber una cantidad suficiente de aminoácidos esenciales.
Al degradar una proteína se libera amoníaco que es tóxico para las células del organismo, especialmente para las células nerviosas. El hígado acude al rescate combinando el amoníaco con dióxido de carbono para formar urea. La urea, que no es perjudicial, se expulsa del cuerpo en la orina.
Hidratos de Carbono.................. 4 Kcal = 17 kJ
Grasas........................................ 9 Kcal = 37 kJ
Proteínas.................................... 4 Kcal = 17 kJ
3. Partes del metabolismo: Catabolismo y anabolismo
El metabolismo comprende dos partes complementarias: catabolismo y anabolismo.
Durante el catabolismo (cata = hacia abajo) las sustancias se descomponen en otros compuestos más simples y en el anabolismo (anabol= hacia arriba) se recomponen. Es similar al concepto yin yang del taoísmo, ambas partes están ligadas y son interdependientes, de forma que no pueden darse catabolismo sin anabolismo y a la inversa.
El catabolismo es la fase destructiva del metabolismo. Su función es reducir, es decir de una sustancia o molécula compleja hacer una (o varias) más simples. Catabolismo es, entonces, el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales las moléculas orgánicas más o menos complejas (glúcidos, lípidos), que proceden del medio externo o de reservas internas, se rompen o degradan total o parcialmente transformándose en otras moléculas más sencillas (CO2, H2O, ácido láctico, amoniaco, etc.) y al romperse los enlaces se libera energía en mayor o menor cantidad que se almacena en una molécula llamada ATP (adenosín trifosfato) o moneda de energía.
Las reacciones catabólicas se caracterizan por:
a) Son reacciones degradativas, mediante ellas compuestos complejos se transforman en otros más sencillos.
b) Son reacciones exergónicas en las que se libera energía que se almacena en forma de ATP. Evidentemente también se libera calor.
En las reacciones de anabolismo (anabol=construcción) se forman estructuras o moléculas más grandes a partir de otras más pequeñas. Este proceso de formación requiere energía de forma que se utiliza la obtenida en procesos de catabolismo anteriores.
El anabolismo es fase constructiva del metabolismo, es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de compuestos sencillos (inorgánicos u orgánicos) se sintetizan moléculas más complejas. Mediante estas reacciones se crean nuevos enlaces por lo que se requiere un aporte de energía que provendrá del ATP. Las moléculas sintetizadas son usadas por las células para formar sus componentes celulares y así poder crecer y renovarse o serán almacenadas como reserva para su posterior utilización como fuente de energía. Las reacciones anabólicas se caracterizan por:
a) son reacciones de síntesis, mediante ellas a partir de compuestos sencillos se sintetizan otros más complejos.
b) son reacciones endergónicas que requieren un aporte de energía que procede de la hidrólisis del ATP.
4. EL ATP: la molécula energética básica
El adenosín trifosfato (ATP) o trifosfato de adenosina es la moneda de energía de las células. Esta molécula se obtiene en procesos catabólicos, por degradación de los nutrientes, glucosa y ácidos grasos principalmente. Las células usan ATP para llevar a cabo todas sus actividades vitales, por ej. secreción, conducción de impulsos nerviosos, contracción muscular, síntesis de otras moléculas, transformación de moléculas, transporte de sustancias dentro de la célula etc.
La célula que utiliza ATP lo transforma en adenosín difosfato (ADP) liberándose un grupo fosfato inorgánico (Pi) y energía. Se liberan unas 8 kilocalorías, por cada mol de ATP descompuesto.
La molécula de ATP es un compuesto de alta energía cuya estructura química tiene tres componentes:
a) Una base nitrogenada llamada adenina.
b) Un azúcar simple de 5 átomos de carbono, es la ribosa.
c) Tres moléculas de ácido fosfórico (Pi).
Estos tres componentes forman lo que se llama un nucleótido, que en este caso es:
Nucleótido: {base nitrogenada (adenina) + azúcar (ribosa) + 3 fosfatos}
Dado que la cantidad de ATP es muy pequeña y se agota rápidamente la célula debe realizar el proceso inverso y recargar el ADP con nuevos Pi, utilizando para ello la energía que se obtiene de la degradación de nuevos nutrientes.
5. Aporte energético en el ejercicio
Cuando el ATP se rompe en ADP (adenosín difosfato) y Pi (fosfato) se libera energía, y esta es la energía que se usa para diversas funciones del cuerpo, por ej., contraer los músculos. Por tanto la energía necesaria para contraer nuestros músculos y poder realizar cualquier actividad física proviene de una sola fuente: el ATP (adenosín trifosfato).
Las células musculares sólo pueden almacenar una cantidad pequeña de ATP, que permite únicamente unos segundos de máximo esfuerzo muscular. Por eso el cuerpo tiene distintos caminos para conseguir más cantidad de ATP, que permite mover las células del músculo durante el esfuerzo muscular más o menos prolongado. Estos caminos son rutas metabólicas y en medicina deportiva se llaman sistemas energéticos.
En relación a la cantidad de O2 necesaria, las células del cuerpo obtiene ATP de dos formas:
a) anaeróbica (sin O2), aquí se incluye dos posibilidades: (1) el uso de ATP almacenado en una molécula de reserva llamada fosfocreatina o fosfágeno; (2) la descomposición anaeróbica de la glucosa (glucolisis/fermentación láctica).
b) aeróbica (con O2) que supone la respiración celular en las mitocondrias celulares de restos de glucosa y ácidos grasos.
Los sistemas energéticos funcionan como un continuum energético. Se puede definir el continuum energético como la capacidad que posee el organismo de mantener simultáneamente activos a los tres sistemas energéticos en todo momento, pero otorgándole una predominancia a uno de ellos sobre el resto de acuerdo a:
a) Duración del ejercicio.
b) Intensidad de la contracción muscular.
c) Cantidad de nutrientes almacenados.
Por tanto, aunque existen tres vías de aporte energético claramente diferenciadas cuando se inicia una actividad física; el aporte de energía procede de una o varias vías en función del tiempo de duración del ejercicio y de la intensidad del mismo.
Así, en actividades de potencia (pocos segundos de duración y de elevada intensidad) el músculo utilizará el llamado sistema de ATP-PCr.
Para actividades de alrededor de 60 segundos de duración a la máxima intensidad posible, utilizará preferentemente las fuentes de energía glucolíticas no oxidativas (metabolismo anaeróbico).
Mientras que para actividades de más de 120 segundos, el sistema aeróbico (metabolismo aeróbico) será el que soporte fundamentalmente las demandas energéticas.
Al iniciarse un ejercicio intenso de forma inmediata se ponen en marcha las tres vías, sin embargo, la vía láctica y la aeróbica necesitan un tiempo para poder aportar ATP, por tanto es la vía de la fosfocreatina es la primera que interviene en ejercicios muy cortos, p.ej. una carrera de 60 m. ni siquiera se utilizará PCr, ya que el ejercicio se puede realizar con las reservas de ATP muscular.
Si el ejercicio se prolonga se utilizará PCr y la degradación de la glucosa hasta ácido láctico (ruta anaeróbica), por ej., en carreras de 200 y 400 m. Finalmente, si el ejercicio continua, el oxígeno que llega al músculo permite eliminar el ácido láctico (pasa a pirúvico) y producir la energía necesaria por medio de la vía aeróbica.
Por ejemplo, si iniciamos una carrera continua muy suave, el primer aporte energético se realiza a partir del ATP muscular, pero los requerimientos de energía son muy bajos y la síntesis de ATP se puede cubrir mediante la vía aeróbica, de forma que a los dos minutos de trote no se realiza un aporte significativo a través de la vía anaeróbica láctica, no se acumula este producto de desecho y no se produce fatiga muscular. Por tanto, se podría establecer una distribución diferente de las rutas de aporte energético en función no solo del tiempo sino también de la intensidad del ejercicio.
6. Rutas metebólicas para obtener ATP
6.1. Sistema energético ATP-PCr
La célula muscular al iniciar el trabajo utiliza en primer lugar del ATP que se encuentra almacenado para obtener la energía necesaria para la contracción; sin embargo ya se comentó que esta cantidad es muy pequeña (5 – 6 mmol/Kg. músculo fresco) y sólo permite realizar un trabajo intenso durante 6 s.
A continuación se pone en marcha el sistema de reserva de la fosfocreatina o sistema ATP-PCr, que implica la conversión de las reservas de alta energía de la forma de fosfocreatina a creatina con formación de ATP.
El ATP se forma porque la fosfocreatina o fosfato de creatina (PCr) pierde el grupo fosfato (Pi) pasando a creatina, este Pi se une al ADP formando ATP. Con esta reacción se obtiene energía química utilizable sin necesidad de oxígeno y sin producir sustancias residuales. Este sistema se utiliza para esfuerzos musculares breves y de máxima exigencia.
El enlace fosfato de alta energía de la fosfocreatina al romperse libera un poco más de energía que el enlace del Pi en el ATP, unas 10.300 cal/mol, por lo que puede proporcionar con facilidad la energía suficiente para reconstituir el enlace del Pi al ADP y formar una molécula de ATP. De esta manera alarga el período de utilización de fuerza máxima hasta unos 10 s. (incluso 25-30 s) de duración, que permite realizar series cortas de movimientos a la máxima velocidad y potencia.
La cantidad de PCr presente en las células musculares es reducida: 16 m mol/Kg. de músculo, y se agotan pronto, pero también se recuperan de forma rápida en el periodo de descanso. Se recupera hasta el 80–90 % del valor inicial durante el primer minuto de reposo.
Cuando las reservas de ATP – PCr se agotan el músculo consigue ATP a partir de la glucosa, por glucolisis.
6.2. Sistema anaeróbico láctico
Este sistema anaeróbico láctico utiliza como fuente las reservas de glucógeno almacenado en el músculo, que se convierte en glucosa. Durante el proceso este glucógeno se degrada, por acción enzimática, en unidades de glucosa, que es la que en realidad produce energía. Si este glucógeno se acaba, la fuente de glucosa será el glucógeno hepático o la glucosa presente en la sangre.
Consiste en la generación de ATP en el citoplasma celular mediante una ruta catabólica anaerobia llamada glucólisis. Durante esta glucólisis cada molécula de glucosa, que tiene 6 carbonos, se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico, de 3 átomos de carbono, y se producen dos moléculas netas de ATP. Si la glucosa proviene de la degradación del glucógeno ya viene como glc-6P así que se ahorra el ATP necesario para fosforilar la glucosa.
Para que esta ruta pueda seguir funcionando debo regenerar el NAD+ que se ha convertido en NADH+. Al ser anaerobia no puedo hacerlo en una cadena respiratoria así que debo hacerlo mediante la fermentación láctica.
Debo tener cuidado porque en ocasiones se utiliza el término fermentación para referirse a todo el proceso (incluida la glucolisis). También que hay organismos, como las levaduras, que realizan una fermentación alcohólica donde el producto final es el etanol en lugar del lactato (pero no nos interesa en este momento).
Como producto desecho se libera ácido láctico o lactato, que se acumula en el músculo y la sangre.
Este ATP de origen anaeróbico glucolítico produce energía para realizar ejercicios de sub-máxima intensidad (entre el 80-90% de la CMI o capacidad máxima individual) y puede durar entre 30 s y 1-3 min. Proporciona la máxima energía a los 20-35 s de ejercicio de alta intensidad.
Si comparamos esta ruta anaeróbica con la vía aeróbica que veremos a continuación (la que usa O2), la anaeróbica produce mucha menos energía por unidad de glucosa (menos ATP) y además como producto metabólico final se forma ácido láctico que ocasiona una acidosis metabólica que limita la capacidad de realizar ejercicio produciendo fatiga.
Pero como ventaja, el sistema anaeróbico forma moléculas de ATP con una rapidez 2,5 veces mayor que el mecanismo aeróbico. Cuando se requieren grandes cantidades de ATP para un período moderado de contracción muscular es el más adecuado.
El daño del lactato no es permanente, pues se recicla más o menos rápido (en 1 hora de media). El exceso sale de las células y va a la sangre, donde puede ser captado por otras células. Una parte llegará hasta el hígado y se vuelve a convertir en glucosa.
Por tanto, este sistema es adecuado para ejercicios de alta intensidad y de poca duración. Por ejemplo: hacer pesas, carreras de velocidad y ejercicios que requieran gran esfuerzo en poco tiempo, ejercicios explosivos. Este tipo de ejercicios son buenos para el trabajo y fortalecimiento del sistema músculo-esquelético (tonificación muscular).
6.3. Sistema aeróbico u oxidativo
Esta vía metabólica transcurre en las mitocondrias de las células musculares. El ácido pirúvico obtenido en la glucolisis se degrada en la mitocondria con ayuda del oxígeno y como productos finales se obtienen CO2 y H2O y en total 38 moléculas de ATP por cada glucosa original.
La respiración celular aeróbica comprende dos grandes partes: el ciclo de Krebs (que ocurre en la matriz mitocondrial y cuya función es generar mucho poder reductor y un poco de ATP) y la cadena respiratoria (que ocurre en la membrana de las crestas mitocondriales y cuya función es gastar ese poder reductor para producir un gradiente de concentración de H+ que producirá grandes cantidades de ATP al pasar por la ATPasa, o ATP sintasa, a favor de gradiente de concentración).
La producción de energía mediante esta vía se inicia cuando empieza el ejercicio pero no se completa hasta 3 minutos después, aunque puede continuar mientras duren la fuente de glucosa (o ácidos grasos u otros nutrientes) y llegue suficiente oxígeno a las células.
Mientras el músculo consume energía la va reponiendo continuamente y se puede mantener el esfuerzo durante mucho tiempo dado que los productos de desecho son completamente inocuos para la célula (CO2 que se elimina por la respiración y agua que es un componente celular). Es la vía de aporte energético única si el ejercicio es prolongado, es decir si supera los 3 minutos de duración.
Como los carbohidratos (glucosa) se puede metabolizar para obtener energía más rápidamente que las grasas, entonces, la mayoría de la energía que utiliza el cuerpo proviene de los carbohidratos.
En definitiva, este es un sistema energético adecuado para ejercicios de media o baja intensidad y de larga duración, donde el organismo necesita quemar hidratos y grasas para obtener energía y para ello necesita oxígeno. Como ej. de ejercicios aeróbico: correr, nadar, ir en bici, caminar, etc.
Se suele utilizar a menudo para bajar de peso, ya que con este tipo de ejercicio se quema grasa. También, al necesitar mucho oxígeno, el sistema cardiovascular se ejercita y produce numerosos beneficios.
Hemos visto que la glucólisis es la descomposición anaeróbica de la glucosa cuyo producto final es el piruvato. Si el oxígeno no está disponible regularmente en suficientes cantidades, el cuerpo convierte el piruvato en lactato. Cuando el oxígeno está disponible en suficientes cantidades, el piruvato es convertido en ácido acético y entra a la vía aeróbica.
La reacción anaeróbica es casi inmediata, pero cuando hay mucho ácido láctico en el cuerpo, no tenemos ni energía ni capacidad para contraer los músculos, esto no es otra cosa que fatiga y lo mejor que se pude hacer es parar el ejercicio o actividad.
¿Cómo evitar la acumulación de ácido láctico? con entrenamiento, no hay otra solución. Se trata de entrenar para que el músculo no comprima los vasos sanguíneos y se garantice el suministro de oxígeno a las células. A base de entrenar, el ácido láctico no se acumule tan rápidamente y si comienza a hacerlo, el músculo lo soporte de forma más efectiva, se trata de mover el llamado “umbral láctico”.
El "umbral láctico o umbral anaeróbico" corresponde a la intensidad de la actividad física en donde la oferta de O2 se hace incapaz de mantener por sí sola la energía, por lo tanto, el aumento en el gasto energético es suplido gracias al aporte del sistema anaeróbico de glucosa, el que genera fatiga progresiva y lactato.
7. Rendimiento energético total
Para realizar los procesos básicos vitales, es decir, respirar, digestión, circulación, etc. se necesita consumir un número determinado de calorías al día.
En disciplinas relacionadas con el deporte y la nutrición es importante saber cuántas calorías tienes que ingerir para adelgazar o para engordar. Hay muchas variables que influyen, como sexo, altura, edad, constitución (endomórfica, ectomórfica, mesomórfica), ritmo de vida diaria (se te pasas el día sentado o no paras de moverte), etc. La media se sitúa en unas 2 000 kcal al día, y dentro de estas 2 000 kcal diarias entran todos los procesos de gasto metabólicos, calor corporal, movimiento de músculos, respiración, gastos del sistema nervioso, etc.
Como ya hemos hablado en otros temas, es interesante destacar que la mayoría de las calorías se consumen simplemente "viviendo", mientras que una panzada monstruosa de ejercicio, como es correr a casi 20 km/h durante 1 hora, no consume ni 600 kcal. Por eso se le da mucha más importancia a comer de forma sana y equilibrada, más que a matarse a hacer deporte.
El cuerpo es una máquina térmica, y a la hora de calcular el rendimiento y hacer el balance hay que tener en cuenta los ingresos que vienen dados por las calorías que ingerimos y las pérdidas, al restar las que perdemos. Se consideran pérdidas el gasto energético diario, por ej., el que se gasta haciendo deporte, las pérdidas de calor o las calorías de los desechos, como heces y orina.
El peso corporal se mantendrá constante cuando la ingesta o aporte calórico sea igual al gasto calórico. Puede ocurrir que tengamos un:
a) Balance positivo: se ingiere más energía de la que se gasta. Una de sus principales consecuencias es el aumento de peso. Se toman más calorías de las que se queman. Este exceso se acumulará como reserva en forma de triglicéridos (grasa) en el tejido adiposo y glucógeno en el hígado y los músculos.
b) Balance negativo: el balance negativo, o déficit calórico, hace perder peso pues se gasta más de lo que se ingiere. Puede llegar a ser muy peligroso en extremo o si va acompañado de déficit nutricional. Si existe un déficit en la ingesta, el organismo utilizará las reservas energéticas: primero el glucógeno, después las grasas y finalmente, las proteínas.
Se ha demostrado que, si alguien baja su ingesta calórica mucho, como a 1 000 kcal al día de golpe, el cuerpo actúa como si se encontrara en una situación de emergencia alimenticia, y consume menos energía, acumulando casi todo el alimento que le llega. Por eso hay gente que se pone a dieta y aunque que come mucho menos que antes, aun así engorda, y es porque el cuerpo tiene que acostumbrarse poco a poco a los cambios de metabolismo basal.
c) Balance neutro: el consumo y el gasto son prácticamente iguales. Esta es la situación de equilibrio que busca el cuerpo. Hay que recordar que el organismo cuenta con mecanismos homeostáticos de regulación del balance energético; estos mecanismos incluyen señales químicas y neuronales para regular los distintos procesos implicados en la ingesta y en el gasto de energía. Por ejemplo, señales del sistema nervioso central para generar sensación de saciedad y dejar de comer.
Pero: ¿Cómo se controla el aporte alimentario? Es una pregunta difícil que aún no se ha contestado. Los investigadores creen que varios factores, como el aumento o la disminución de los niveles de nutrientes en la sangre (glucosa y aminoácidos), las hormonas (insulina, glucagón y leptina) o la temperatura del organismo (el aumento de la temperatura es un inhibidor) y los factores psicológicos, afectan a la conducta alimentaria mediante señales de respuesta al cerebro. De hecho, se cree que los factores psicológicos influyen bastante en la obesidad. No obstante, incluso cuando los factores psicológicos son la causa subyacente de obesidad, los individuos no continúan ganando peso indefinidamente. Parece que sus controles de alimentación siguen funcionando, pero actúan para mantener el contenido energético corporal total a niveles más elevados de lo normal.
Como acabamos de ver, para mantener una situación de equilibrio, el aporte energético (alimentos) = Gasto energético total diario (GETD) + energía perdida.
Dentro del GETD hay que considerar cinco componentes:
GETD = TMB + TR + ETA + EAF + EC
Metabolismo basal (TMB), Termorregulación (TR), Gasto en la digestión o efecto térmico de los alimentos (ETA), Gasto por actividad física (EAF) y Gasto por crecimiento (EC).
7.1. Metabolismo basal (TMB)
El metabolismo basal (TMB) es la mínima cantidad de energía necesaria para vivir. Permite mantener los procesos vitales del cuerpo en estado de reposo; despierto pero recostado y completamente relajado. Es el componente cuantitativamente más importante y representa el 60-65 % del gasto energético total diario (GETD); llegando en personas sedentarias al 70% de las necesidades totales de energía.
La tasa metabólica basal (TMB) y gasto metabólico en reposo (GER) son términos que se usan indistintamente, aunque existe una pequeña diferencia entre ellos. El gasto metabólico en reposo representa la energía gastada por una persona en condiciones de reposo y a una temperatura ambiente moderada. La tasa metabólica basal sería el gasto metabólico en unas condiciones de reposo y ambientales muy concretas (condiciones basales: medida por la mañana y al menos 12 horas después de haber comido). En la práctica, la tasa metabólica basal y el gasto metabólico en reposo difieren menos de un 10%, por lo que ambos términos pueden ser intercambiables.
En el metabolismo basal influyen varios factores:
a) Constitución física: El metabolismo basal es mayor en individuos con una constitución física musculosa, y es menor en personas obesas. Esto se debe a que los músculos son tejidos relativamente activos, en comparación con el tejido adiposo que presenta escasa actividad metabólica.
b) Edad: Los niños tienen un metabolismo basal más elevado que los adultos. Esto se debe a la gran intensidad de las reacciones celulares, y a la rápida síntesis de material celular y al crecimiento del organismo. Por el otro lado, en la edad adulta el metabolismo basal desciende porque decrece la masa celular activa y porque además suele aumentar la grasa corporal total.
c) Sexo: En general el sexo masculino tiene un metabolismo basal más elevado que el femenino. La razón es que los hombres cuentan con menos cantidad de tejido adiposo y más masa muscular.
d) Secreción de hormonas: Hay una serie de hormonas que influyen, como la tiroxina (hormona producida por el tiroides), que aumenta la tasa de metabolismo. Si la secreción de esta hormona disminuye (hipotiroidismo), el metabolismo basal se reduce también.
El hipertiroidismo provoca multitud de efectos debido al excesivo índice metabólico que produce. El organismo cataboliza las y grasas almacenadas e incluso las proteínas tisulares, y a pesar de que el aporte alimentario es mayor, la persona pierde peso con frecuencia. Los huesos se debilitan y los músculos del organismo, incluido el corazón, se atrofian por falta de proteínas. En contraste, el hipotiroidismo ralentiza el metabolismo, provoca obesidad y disminuye la actividad neuronal del encéfalo.
Otra hormona que hay destacar es la adrenalina, llamada hormona del estrés que es secretada por la médula adrenal y provoca una elevación de la tasa metabólica.
e) Sueño: Durante el sueño el metabolismo disminuye al relajarse músculos y trabajar menos las neuronas.
f) Embarazo: El metabolismo basal suele aumentar durante el último trimestre de la embarazada; pues el feto y la placenta incrementan su actividad metabólica debido a que se produce un período de mayor crecimiento preparándose para el parto.
7.2. Termorregulación
Aunque hemos destacado que los alimentos se “queman” para producir ATP, dicho ATP no es el único producto del catabolismo celular. Como ocurre en todas las reacciones una parte de la energía liberada se pierde o escapa en forma de calor. En este caso concreto, de catabolismo u oxidación de los alimentos se pierde aproximadamente un 60-75% de la energía total.
Este calor liberado calienta los tejidos y, lo que es más importante, la sangre, que circula por todo el organismo, de modo que lo mantiene a temperatura adecuada (sobre 37ºC), lo que permite que los enzimas y toda la maquinaria celular funcionen de forma eficaz.
El gasto en termorregulación (TR) mide el costo energético necesario para regular la temperatura corporal y mantenerla estable en condiciones ambientales desfavorables. En condiciones normales, la temperatura corporal se mantiene a expensas del calor producido en las rutas metabólicas de degradación de azúcares, grasas y otros combustibles, y el TR prácticamente es cero. Por eso, en condiciones normales TR representa una fracción bastante pequeña del gasto energético total diario.
En caso de temperaturas muy frías, el gasto energético en TR se debe al esfuerzo adicional que realiza el individuo para calentarse y está regulada por el sistema nervioso simpático. Por ej., llevar sobre el cuerpo toda la indumentaria. También actúan músculos (tiriteo, contracciones musculares involuntarias) y el tejido adiposo marrón (no tiriteo), tejidos considerados como los lugares principales donde se desarrolla el proceso de termogénesis facultativa o adaptativa.
En condiciones de calor excesivo, también hay gasto en TR, uno de los mecanismos fisiológicos que se pone en marcha es el aumento del riego cutáneo, que contribuye de manera eficaz a perder calor corporal por radiación.
7.3. Gasto por digestión o efecto térmico de los alimentos
El gasto en la digestión o efecto térmico de los alimentos (ETA) corresponde al gasto energético que se produce al ingerir una comida, se explica por las distintas reacciones químicas asociadas principalmente con la digestión, y también al gasto que se produce durante la absorción y almacenamiento de los nutrientes en las células del organismo. Incluye la secreción de enzimas digestivos, transporte activo de nutrientes, formación de tejidos corporales, de reserva de grasa, de formación de glucógeno, proteínas, etc. Está regulado por el sistema parasimpático y representa aproximadamente el 10-15 % del GETD (230 kcal/día) en una dieta equilibrada.
El ETA depende bastante de la cantidad y calidad de la dieta. El gasto energético para digerir alimentos es bastante diferente en los distintos nutrientes, siendo mayor para los hidratos de carbono y proteínas que para las grasas. Por ej. una dieta alta en proteínas tendrá una termogénesis de 309.5 Kcal/d frente a una alta en grasas de sólo 222.5 Kcal/dia.
Es también mayor en los alimentos condimentados (picantes) y aumenta con la cafeína y la nicotina. Asimismo, se ha observado que el efecto térmico de un exceso de comida es menor en los pacientes obesos que en sujetos de control, lo que puede contribuir a acumular más grasa en los pacientes con tendencia a la obesidad.
Evidentemente, cuanto mayor sea la termogénesis dietética, menor será la contribución energética real de un alimento, ya que a la cantidad de calorías teóricas que nos aporta (que viene indicada en las tablas nutricionales) hay que restarle las calorías del gasto ETA necesarias para metabolizarlo.
7.4. Gasto por actividad física
El gasto por actividad física (EAF) es el componente del gasto energético diario asociado a actividades o comportamientos que implican movimiento corporal, o sea, actividad del músculo esquelético. Este componente es muy difícil de cuantificar, ya que depende de la intensidad y duración del ejercicio realizado, de la composición corporal y del estilo de vida. Su valor varía mucho inter- e intra-individualmente, según el sexo y la edad. En general niños y adolescentes varones presentan unos valores de actividad física significativamente mayores que los del sexo femenino. En líneas generales:
a) en individuos sedentarios constituye el 10% del gasto total.
b) en jóvenes supone un 25-30% del gasto total.
c) en deportistas puede llegar a ser del 50% en deportistas de élite.
Este gasto energético es el que marca las mayores diferencias entre individuos. Además, la actividad física aumenta el metabolismo basal y la oxidación de grasas; tras una sesión de ejercicio, el metabolismo basal se mantiene elevado por un período de tiempo.
Es importante indicar que la reducción del ejercicio físico en la sociedad contemporánea (ir siempre en coche, ver la televisión, el menor esfuerzo doméstico, el estilo de vida sedentario...) es un gran determinante de la creciente tasa de obesidad en nuestra sociedad. Por ejemplo, durante una hora de sueño sólo gastamos 76 kilocalorías; si estamos sentados viendo la televisión o charlando el gasto es también muy pequeño: tan sólo 118 kcal/hora; pasear sólo quema 160 kcal/h y conducir durante una hora supone un gasto de 181 kcal. Sin embargo, hay otras actividades que conllevan un mayor gasto energético. Por ejemplo, 1 hora jugando al tenis, quema 458 kcal; montando en bicicleta, 504 kcal/h; subiendo a la montaña, 617; nadando, 727 o cuidando el jardín, 361 kcal/h. Una de las actividades que consume más energía es subir escaleras: si estuviéramos durante 1 hora subiendo escaleras podríamos llegar a gastar hasta 1 000 kcal.
Existe además un componente no-voluntario en la actividad física denominado NEAT (actividad física no voluntaria), que incluye la contracción muscular espontánea, el mantenimiento de la postura, la agitación o inquietud y ha sido analizado en estudios recientes y que parece ser responsable de la variabilidad en la susceptibilidad individual a ganar peso en respuesta a extras de comida. En un estudio realizado en sujetos no obesos a los que se alimentaba con un exceso de 1 000 Kcal por día sobre los requerimientos diarios, se midieron los distintos componentes del gasto energético: metabolismo basal en reposo, efecto térmico de la comida y aumento del tejido adiposo; se observaron enormes variaciones durante un mes de estudio entre unos individuos y otros, llegándose a la conclusión de que el NEAT, actividad física no voluntaria, es un índice y predice la resistencia individual a ganar peso. Este componente parece que tiene base genética y es difícilmente modificable.
7.5. Gasto por crecimiento
El gasto por crecimiento (EC) incluye la energía utilizada para formar nuevas células que almacenan grasas, proteínas e hidratos de carbono, así como la energía utilizada en la síntesis de las moléculas depositadas. El costo energético promedio del crecimiento es de 5 Kcal/g de tejido nuevo creado, de las cuales aproximadamente 4 Kcal/g corresponden al contenido energético del tejido y 1 Kcal/g al costo de síntesis.
El gasto en EC es máximo durante el primer trimestre de la vida, etapa en la cual corresponde aproximadamente al 30% del requerimiento total. Durante los cuatro primeros años de vida hay un período de crecimiento rápido que va disminuyendo progresivamente y se queda en un 2% y que se mantiene así desde los cuatro años hasta el inicio de la pubertad.
En la pubertad la ganancia de talla, desde el inicio del estirón hasta la finalización del crecimiento, supone unos 25-30 cm en varones y unos 23-27 cm en mujeres, alrededor del 15- 20 % de la talla adulta. La ganancia media de peso por año es de 7-9 kg de forma que el peso ganado en este periodo supone alrededor del 40-50 % del peso adulto. Por tanto el gasto energético sube hasta al 5% y de aquí en adelante disminuye en forma progresiva hasta el 2% el resto del periodo adolescente, luego se va deteniendo y alrededor de los 18-20 años cae a 0.
En casos de malnutrición infantil, la disminución o detención del crecimiento es la respuesta más característica a la privación de calorías, cualquiera sea la edad del niño. En etapas de crecimiento acelerado o de recuperación nutricional, el gasto energético para crecimiento aumenta en forma significativa, lo que puede significar un incremento en el gasto energético total hasta en un 100%.
7.6. Cálculo del gasto energético en adultos
Hemos visto que el GETD comprende cinco factores (TMB + TR + ETA + EAF + EC). En un individuo adulto normal la energía consumida por el organismo proviene básicamente del Gasto Energético Basal TMB, la termogénesis de los alimentos ETA y gasto energético por actividad física EAF, pues la TR es despreciable y no hay consumo por crecimiento.
Hay diversas fórmulas para calcular la tasa metabólica basal (TMB). La ecuación de Harris y Benedict es la más antigua y una de las más utilizadas; aunque algunos estudios sugieren que esta ecuación sobrestima el GETD entre el 10 y el 15%, especialmente en personas de bajo peso. Las fórmulas que utiliza la FAO/ONU son muy similares a las de Harris y Benedict, y parece que también sobreestiman el GETD. Estas fórmulas tienen en cuenta los factores que vimos antes: peso, edad, sexo etc. que influyen en la TMB:
Hombres TMB = (10 x P) + (6,25 × T) - (5 × E) + 5
Mujeres TMB = (10 x P) + (6,25 × T) - (5 × E) - 161
Siendo P = Peso (kg); T = Talla (cm); E = Edad (años).
El gasto energético por actividad física (EAF) se puede estimar haciendo un cálculo más o menos exacto según la actividad física desarrollada de acuerdo con tablas.
Para calcularlo de una forma más general se puede dividir el día en tres partes, cada una de ocho horas de duración (sueño, trabajo y tiempo libre), a las que se asigna su correspondiente valor EAF. El valor medio obtenido describe el nivel de actividad física en el gasto energético por actividad:
EAF total = [EAF trabajo físico fuerte + EAF tiempo libre + EAF sueño] / 3
El efecto térmico de los alimentos (ETA) se considera:
ETA = 0.1 x (TMB + EAF)
La suma de TMB + EAF + ETA da el valor de calorías que cada persona necesita y sobre ello se ajusta la dieta normal. Obviamente esto solo me indica un valor genérico que luego hay que ajustar al paciente y a sus circunstancias (salud, embarazo, lactancia, etc).
Y con esto terminamos el tema^^
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