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Universidad Evangélica de El Salvador Facultad de Medicina Departamento de Ciencias Fisiológicas

Determinación del gasto energético FISIOLOGÍA Y BIOQUÍMICA I Doctorado en Medicina Ciclo I-2018

Dra. Carolina Pineda

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FISIOLÓGICAS

Determinación del Gasto Energético

DETERMINACIÓN DEL GASTO ENERGÉTICO INTRODUCCIÓN El tejido vivo se mantiene por el gasto de energía. Está energía se obtiene por el ATP y de forma indirecta por la respiración celular de la glucosa, ácidos grasos, cuerpos cetónicos, aminoácidos y otras moléculas orgánicas. Estas moléculas se producen, en último término, del alimento, pero también pueden obtenerse a partir del glucógeno, grasa y proteínas almacenados en nuestro cuerpo. El valor energético de los alimentos suele medirse en kilocalorías. Una kilocaloría se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura un grado centígrado de un centímetro cúbico de agua (por ejemplo, de14.5 a 15.5 °C = 1 kilocaloría gastada). La cantidad de energía que se libera en forma de calor cuando se quema in vitro una cantidad de alimento equivale a la cantidad de energía liberada en el interior de las células en el proceso de la respiración aerobia. La Energía liberada en cada gramo de carbohidratos, tras su oxidación a dióxido de carbono y agua, es de 4.1kilocalorías y cada gramo de grasa a 9.3 kilocalorías. La energía liberada por el metabolismo de las proteínas habituales a dióxido de carbono, agua y urea representa 4.3 kilocalorías. Por lo tanto, el porcentaje medio que se absorbe de estas sustancias en el tubo digestivo varía: cerca del 98% de carbohidratos, el 92% de las proteínas y el 95% de las grasas. Por lo tanto la energía fisiológica disponible media contenida en cada gramo de estos 3 principios inmediatos de la alimentación corresponde a: CHO

4 Kcal/gramo

Proteínas

4 Kcal/gramo

Grasa

9 Kcal/gramo

DEFINICIONES ALIMENTACIÓN: Es el proceso mediante el cual nos procuramos los alimentos necesarios para mantener la vida, los seleccionamos según disponibilidades, los preparamos según usos y costumbres y terminamos por ingerirlos. Es por tanto un proceso voluntario y educable. La alimentación debe ser suficiente en cuanto a cantidad de kilocalorías que proporcione al sujeto, completa en cuanto tenga los nutrimentos esenciales que requiera el individuo, armónica en cuanto a las proporciones correctas de los nutrimentos para garantizar una situación de equilibrio, y adecuada en cuanto a las necesidades fisiológicas, psicológicas, culturales y socioeconómicas de los sujetos.

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ALIMENTO: Son vehículos de nutrimentos y que la cantidad y calidad que contengan de estos, les va a conferir el valor nutricional. Cualquier sustancia de origen animal, vegetal o mineral, que contenga uno o varios de los principios que la química ha catalogado como hidratos de carbono (glúcidos), grasas (lípidos), proteínas, vitaminas o minerales y que son útiles para el funcionamiento orgánico. Los nutrimentos pueden ser esenciales o no esenciales. Un nutrimento dietéticamente esencial es toda sustancia indispensable para llevar a cabo funciones vitales, la cual el organismo es incapaz de sintetizar por sí mismo, y que se adquiere en condiciones normales, en compañía de los alimentos. Los nutrimentos no esenciales pueden en cambio, sintetizarse en el organismo a partir de sus propias sustancias, por lo que además de su adquisición exógena a través de los alimentos, es posible obtenerlos por vía endógena. Además pueden clasificarse en 2 categorías principales en cuanto a los requerimientos energéticos: nutrimentos energéticos y no energéticos. NUTRICIÓN: Se ha considerado que la alimentación y la nutrición son dos conceptos centrales e indisolubles, aunque no son lo mismo. La nutrición se define como el conjunto de funciones armónicas y solidarias entre sí, las cuales tiene por objeto mantener la integridad normal de la materia y asegurar la vida y consta de 3 tiempos: alimentación, metabolismo y excreción. PIRAMIDE ALIMENTARIA: Es una figura que intenta orientar a la población para que adopte una alimentación saludable. Los principales alimentos que deben consumirse durante el día aparecen distribuidos en grupos que contienen un aporte nutricional semejante. Su ubicación y el tamaño de cada compartimiento sugieren la proporción en que debería ser incluido cada grupo en la alimentación diaria.

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Todo esto para lograr una adecuada nutrición y cumplir con los requerimientos diarios necesarios para mantenerla.

FUNCIONES DE LOS ALIMENTOS DE ACUERDO A SUS COMPONENTES NUTRIMENTOS ENERGÉTICOS: El ser humano satisface sus necesidades calóricas a partir de la energía química contenida en los carbohidratos, lípidos y proteínas de la dieta. 

Carbohidratos:

Una de las funciones de los carbohidratos es proporcionar energía, toda vez que en el organismo se oxidan hasta dióxido de carbono y agua. Polisacáridos: los polisacáridos energéticos son el glucógeno (es producido y almacenado por el cuerpo) y almidón, este último es el más abundante en la dieta y su distribución en la naturaleza es muy amplia, los cereales son los alimentos que más los contienen. Disacáridos: Los que proporcionan energía están la maltosa, sacarosa y

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lactosa. La primera es producto de las hidrólisis enzimáticas parciales del almidón. La sacarosa es muy abundante en la dieta debido a que constituye el azúcar de cocina. La lactosa es igualmente abundante en la alimentación pues el constituyente básico de la leche. Los disacáridos son separados enzimáticamente en el intestino delgado mediante enzimas denominadas disacáridas para obtener así los monosacáridos glucosa, galactosa y fructosa.

OXIDACION DE LOS CARBOHIDRATOS



Lípidos

Debido a su carácter apolar se almacenan prácticamente sin agua (el tejido adiposo tiene el 10% de agua) lo cual permite que el organismo contenga, en pequeños volúmenes, gran cantidad de energía. Los lípidos más abundantes en la dieta son los triacilgliceroles constituidos por glicerol esterificado a 3 ácidos grasos. Los ácidos grasos pueden ser saturados o insaturados. Tres ácidos grasos insaturados han sido clasificados como Nutrimento Dietéticamente Esencial: Ácido Araquidónico, Ácido Linoleico y Ácido Linolénico. El éster de colesterol se hidroliza enzimáticamente a su estado libre en el intestino delgado y es entonces absorbido e incorporado a las micelas lipídicas. A su paso por el intestino del 80 al 90% del colesterol se reesterifica y en ambos estados pasa a formar parte de las lipoproteínas (quilomicrones y VLDL), mismas que se encargan de su transporte hasta los tejidos. La importancia del colesterol es que se vincula con enfermedades cardiovasculares como la arterioesclerosis. 

Proteínas

Son fundamentalmente estructurales, pues todos los tejidos las necesitan para su crecimiento y desarrollo, sin embargo, la función reguladora no les es ajena pues todas las enzimas son proteínas y un gran número de hormonas son de naturaleza proteínica y se encargan de regular el metabolismo. Además son una importante fuente de energía ya que sus unidades constitutivas, los aminoácidos, pueden oxidarse hasta dióxido de carbono y agua.

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Las fuentes dietéticas más importantes de proteínas son los alimentos de origen animal, así, lec he, huevos, vísceras y carnes. Los vegetales y los tubérculos contienen proteínas de mediana calidad. Y las frutas y las legumbres de mala calidad.

OXIDACION DE LAS PROTEINAS

NUTRIMENTOS NO ENERGÉTICOS: Son componentes de la dieta que no proporcionan calorías, pero son indispensables para el funcionamiento del organismo humano que no puede sintetizar o lo hace en cantidades insuficientes, por tanto son nutrimentos esenciales. Se trata del agua, minerales y vitaminas. 

Vitaminas

Son compuestos orgánicos no relacionados químicamente que no pueden ser sintetizados en cantidades adecuadas por los seres humanos y por consiguiente deben suministrarse en la dieta. Las vitaminas se necesitan para realizar funciones celulares específicas, por ejemplo las coenzimas. 

Minerales

Son necesarios como cofactores de enzimas específicas y para otra gama de funciones cruciales. Muchos de los minerales esenciales son abundantes en los alimentos. Entre los que son necesarios diariamente en cantidades relativamente grandes se encuentran el sodio, potasio, magnesio, calcio, fósforo y cloro. Se consideran esenciales los siguientes oligoelementos: hierro, zinc, manganeso, flúor, cobre, cromo y selenio. 

Agua

Las funciones que cumple el agua son de una diversidad asombrosa para su estructura química en apariencia simple. Interviene en: -

Digestión, absorción y transporte de numerosas sustancias

-

Es el contenido de prácticamente todas las estructuras orgánicas a las cuales proporciona el medio ideal para que se lleven a cabo las reacciones metabólicas

-

Distribuye uniformemente el calor resultante de dichas reacciones

y participa en su

eliminación corporal. -

Interviene en las reacciones de hidrólisis

La cantidad de agua requerida diariamente está relacionada con la que se pierde, de manera que siempre se encuentra una situación de equilibrio. La deshidratación y el desequilibrio hidroelectrolítico suele resultar del déficit agudo de agua o aumento de las pérdidas por situaciones

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patológicas o de ambos. Los ingresos de agua se llevan a cabo por las vías endógena y exógena. La primera procede de las oxidaciones biológicas. Aunque no es una cantidad importante, puede incrementarse cuando se acelera el metabolismo como sucede en la fiebre. El agua exógena es contenida en bebidas y alimentos. Se recomienda 1 ml por cada kilocaloría ingerida y por consiguiente gastada (aproximadamente 2lts/día). RECOMENDACIONES Y REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES Los nutrimentos dietéticamente esenciales se utilizan con atención al momento metabólico en que se encuentra el organismo, por tanto la cantidad optima de determinado nutrimento varía, no sólo de persona a persona, sino también en el interior de un mismo sujeto y de acuerdo con muy diversas condiciones. De este modo se acepta universalmente que los nutrimentos dietéticamente esenciales deben consumirse en determinadas cantidades, diariamente y de acuerdo a la edad o el estado fisiológico de la persona. -Requerimiento nutricio: se entiende la cantidad de cada Nutriente Dietético Esencial necesaria para cumplir adecuadamente con las funciones biológicas del organismo. Estimaciones de las canti dades de nutrientes necesarios para evitar las carencias y mantener la salud y un crecimiento óptimos. Los distintos requerimientos se han determinado con base en estudios bioquímicos individuales y reflejan los límites dentro de los cuales el organismo puede funcionar sin alteraciones por déficit o exceso. -Recomendación nutricia: es la cantidad de cada nutrimento dietéticamente esencial propuesta para el consumo diario de los grupos poblacionales, con base en la variabilidad de la utilización biológica de los nutrimentos, así como los hábitos y costumbres de consumo. Se entiende que las recomendaciones son mayores que los requerimientos. La cantidad diaria recomendada es el nivel Vitamina A (requerimientos y recomendaciones en hombres)

900µg/

Microgramos 1000 800

medio diario de ingesta alimentaria que es suficiente para satisfacer los requisitos nutricionales de casi todas las personas en etapas de la vida y sexo. La diferencia

600µg/

600

fundamental entre el requerimiento y la

400

recomendación radica que el primero hace

200

referencia a los límites de la acción

0 Requerimientos

Recomendaciones

metabólica en tanto que la recomendación

se refiere a los límites de las necesidades poblacionales y por tanto asegura un mayor margen de seguridad biológica. A diferencia de las recomendaciones, los requerimientos establecen límites superiores para el consumo de algunos nutrientes o nutrimentos e incorporan el papel de estos al mantenimiento de la salud a lo largo de la vida, yendo más allá de las enfermedades carenciales.

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ENERGÍA EMPLEADA PARA LA ACTIVIDAD FISICA. El factor que más aumenta la tasa metabólica es el ejercicio intenso. Los brotes cortos de contracción muscular máxima de un músculo pueden liberar en muy pocos segundos hasta 100 veces la cantidad habitual de calor generada en reposo. El ejercicio muscular máximo de todo el cuerpo aumenta la producción de calor del organismo durante unos segundos hasta 50 veces con respecto a lo normal, o hasta 20 veces el valor normal si se trata de un ejercicio más pausado y lo ejecuta una persona entrenada. Dada la variación entre la magnitud de actividad física entre las personas, este componente del gasto energético es la causa más importante de las diferencias de aporte calórico que se requiere para mantener el balance energético. De todas maneras, en los países industrializados con un surtido variado de alimentos, como en EE. UU., el aporte calórico excede de manera intermitente el consumo de energía y este exceso se deposita sobre todo en forma de grasa. Está observación subraya la importancia que tiene la actividad física mantenida para evitar un depósito excesivo de grasa y la obesidad. No obstante, incluso las personas sedentarias que realizan poco o ningún ejercicio físico o trabajo físico diario, invierten energía en la actividad física espontanea que se necesita para mantener el tono muscular y la postura corporal entre otras actividades. En conjunto, estas actividades de tipo no físico justifican un 7% del gasto energético diario de una persona.

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Relaciones entre respiración, Latido Cardíaco y Gasto Calórico para Diferentes Actividades físicas en Adultos Humanos Velocidad respiratoria L/min

Consumo de Latido Oxígeno Cardiaco L/min Latido/min

Gasto Calórico Kcal/min

Kcal/K/h

Muy Ligero: Descansando, sentado, cociendo, parado, planchando.

< 10

< 0.5

< 80

< 2.5 1.0 - 1.1 1.1 - 1.5

1.3 - 1.5

Ligero: Caminando (2.5-3.5mts), comprando, tenis de mesa.

10 - 20

0.5 – 1.0

80 - 100

2.5 - 5.0

Moderado: Fregar, deshierbar, cavar, ciclismo, tenis, bailar

20 - 35

1.0 – 1.5

100 - 120

5.0 - 7.5

4.1 - 4.3

Pesado: Subir cuesta con carga, nadar, palear, baloncesto

35 - 50

1.5 – 2.0

120 - 140

7.5 - 10.0

8.0 - 8.4

Muy pesado: Correr, escalar

50 - 65

2.0 – 2.5

140 - 180

10.0 - 12.5

Excesivamente Pesado

65 - 85

2.5 – 3.0

160-180

12.5 - 15.0

Esfuerzo Físico con ejemplos

COCIENTE RESPIRATORIO Es la relación entre la producción de CO2 y la utilización de O2 y sirve para estimar el consumo de grasa, proteínas y carbohidratos. Cuando se metabolizan los carbohidratos con el oxígeno, se forma una molécula de dióxido de carbono por cada molécula de oxígeno consumida. A esta relación entre la eliminación de dióxido de carbono y el consumo de oxígeno se denomina Cociente Respiratorio, por eso el cociente respiratorio de los carbohidratos es igual a 1. Cuando se oxidan las grasas en las células corporales, se forman 70 moléculas de dióxido de carbono por cada 100 de oxígeno consumidas. El cociente respiratorio de las grasas metabolizadas se aproxima a 0.7. El cociente respiratorio medio para las proteínas oxidadas en las células es de 0.8.

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2.6 - 2.9

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La razón por la que el cociente respiratorio de las grasas y proteínas es menor que la de los carbohidratos radica en que gran parte del oxígeno metabolizado con estos alimentos ha de combinarse con el exceso de átomos de hidrógeno de sus moléculas y, por esta razón, se forma menos dióxido de carbono en relación con el oxígeno empleado. METABOLISMO: Se refiere a todos los procesos físicos y químicos que ocurren en los organismos, donde se genera y utiliza energía. Se clasifica en anabolismo y catabolismo. Catabolismo: Procesos que se realizan en los organismos para trasformar las sustancias nutritivas en energía. (Produce liberación de energía). Anabolismo: Procesos que se realizan en los organismos para trasformar las sustancias nutritivas en los componentes que forman las células (da lugar al almacenamiento de energía). Utiliza la energía del catabolismo. El índice metabólico puede medirse por la cantidad de calor que genera el cuerpo o por la cantidad de oxígeno que consume el cuerpo por minuto. Por ejemplo el índice metabólico aumenta con la actividad física y al comer. - METABOLISMO BASAL: Tasa del metabolismo (expresada como consumo de oxígeno o producción de calor) en condiciones de reposo o basales 8-12hrs después de comer. Para mantener en condiciones mínimas de eficacia sus diversas funciones vitales, todo ser vivo requiere cierta cantidad de energía que ha de gastarse inevitablemente. Dichas funciones son: las que mantienen los signos vitales (frecuencia cardíaca y respiratoria, presión sanguínea y temperatura corporal), el tono muscular y las secreciones glandulares, entre otras. El valor calórico de este gasto es variable y existen condiciones que lo modifican, tales como: superficie corporal, edad, sexo, temperatura corporal y ambiental, estado de nutrición, enfermedades y estados de tensión, situaciones todas ampliamente reconocidas por su efecto positivo o negativo sobre el gasto calórico basal. -METABOLISMO TOTAL: Es el gasto total de energía que tiene una persona. Para calcularlo se necesita conocer tanto el metabolismo basal como la termogénesis inducida por la actividad física, la cual depende de la actividad física que realice la persona, y la termogénesis inducida por los alimentos, lo cual también varía de persona a persona y a través del cual se obtiene cálculo más exacto de este. Fórmula: TMT= TMB+TIA+TAF

TMT: Tasa metabólica total TMB: Tasa metabólica basal TIA: Termogénesis inducida por los alimentos TAF: Termogénesis inducida por la actividad física

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TASA METABÓLICA BASAL Como ya se mencionó, una persona aunque permanezca en reposo completo, consume energía para todas las reacciones químicas del organismo. Este valor mínimo de energía, necesario para subsistir, se conoce como Tasa Metabólica (o metabolismo) Basal y representa el 50 al 70% del gasto energético diario de la mayoría de las personas sedentarias. Como el grado de actividad física mucho de una persona a otra, la medición de la TMB aporta un índice valioso para comparar la tasa metabólica de las distintas personas. El método habitual con el que se determina la TMB consiste en medir la tasa de utilización de oxígeno en un período determinado en las siguientes condiciones: 1-

El último alimento debe haberse ingerido 12hrs antes como mínimo.

2- La TMB se determina después de una noche de sueño reparador. 3- Desde 1hr antes de la prueba, como mínimo, no se efectuara ninguna actividad agotadora. 4- Se eliminarán todos los factores de excitación psíquica o física. 5- La temperatura atmosférica será confortable, entre 20°C y 27°C. 6- No se permitirá ningún ejercicio físico durante la prueba. La TMB suele representar de 65 a 75 kilocalorías por hora para un varón de 70kg. Gran parte de la TMB obedece a las actividades esenciales de SNC, corazón, riñones y otros órganos, pero las variaciones entre las distintas personas dependen, en principio, de las diferencias en la cantidad de músculo esquelético y de la constitución física. El musculo esquelético, aun en reposo representa 20 al 30% de la TMB. Por esta razón, la TMB suele corregirse según las diferencias de constitución y se expresa en calorías por hora por metro cuadrado de superficie corporal, estimada a partir de la talla y el peso (Índice de Masa Corporal). ESTIMACIÓN RÁPIDA DE LA TASA METABÓLICA BASAL Hombre T.M.B = 1.0 Kcal/kg/hr. Mujer

T.M.B = 0.9 Kcal/kg/hr

ÍNDICE DE MASA CORPORAL: (IMC) Este índice se calcula por el peso en kilogramos dividido la talla en metros elevado al cuadrado, siendo la actual clasificación válida para personas mayores de 18 años de ambos sexos (según la OMS):

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Clasificación de la OMS del estado nutricional de acuerdo con el IMC Clasificación

IMC (kg/m2) Valores principales

Valores adicionales

Infrapeso