Metabolismo energético humano

“El cuerpo humano es una ‘máquina’ capaz de liberar energía química ligada al ‘combustible’ de los alimentos; este ‘combustible’ son los carbohidratos, las grasas, las proteínas y el alcohol” (OMS).

El uso preferencial de cualquiera de las fuentes enumeradas tiene características diferentes en términos de la magnitud del intercambio de energía y los cambios metabólicos asociados.

Características de diversas fuentes metabólicas de suministro de energía alimentaria.

Indicadores	Glucosa	Palmitato	Proteína
Liberación de calor, kcal:
Por cada mol oxidado	673	2398	475
Por 1 g oxidado	3.74	9.30	5.40
Consumo de oxígeno:
Polilla	66.0	23.0	5.1
Yo	134	515	114
Producción de dióxido de carbono:
Polilla	66.0	16.0	4.1
Yo	134	358	92
Producción de ATP, moles:	36	129	23
Costo de los productos ATP:
Infierno	18.7	18.3	20.7
Enfermedad venérea	3.72	3,99	4.96
Dakota del Sur	3.72	2.77	4.00
Cociente respiratorio	1.00	0,70	0.81
Equivalente energético por cada litro de oxígeno utilizado	5.02	4.66	4.17

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Etapas del intercambio de energía

Si bien la disimilación y síntesis de proteínas, grasas y carbohidratos presentan características y formas específicas, existen varias etapas y patrones fundamentalmente comunes en la transformación de estas diferentes sustancias. En relación con la energía liberada durante el metabolismo, este se divide en tres etapas principales.

En la fase I, las moléculas grandes de nutrientes se descomponen en moléculas más pequeñas en el tracto gastrointestinal. Los carbohidratos forman 3 hexosas (glucosa, galactosa, fructosa), las proteínas, 20 aminoácidos, las grasas (triglicéridos), glicerol y ácidos grasos, así como azúcares más raros (por ejemplo, pentosas, etc.). Se ha calculado que, en promedio, 17,5 toneladas de carbohidratos, 2,5 toneladas de proteínas y 1,3 toneladas de grasas pasan por el cuerpo humano durante su vida. La cantidad de energía liberada en la fase I es insignificante y se libera en forma de calor. Por lo tanto, alrededor del 0,6 % de la energía total se libera durante la descomposición de polisacáridos y proteínas, y el 0,14 % de las grasas, que se forma durante su descomposición completa en los productos metabólicos finales. Por lo tanto, la importancia de las reacciones químicas en la fase I consiste principalmente en preparar los nutrientes para la liberación real de energía.

En la etapa II, estas sustancias sufren una mayor descomposición por combustión incompleta. El resultado de estos procesos —la combustión incompleta— parece inesperado. De las 25 a 30 sustancias, además del CO₂ y el H₂O, solo se forman tres productos finales: ácido α-cetoglutárico, ácido oxalacético y ácido acético en forma de acetil coenzima A. Cuantitativamente, predomina la acetil coenzima A. En la fase II, se libera aproximadamente el 30 % de la energía contenida en los nutrientes.

En la etapa III, el llamado ciclo de Krebs de los ácidos tricarboxílicos, los tres productos finales de la fase II se queman para formar dióxido de carbono y agua. En este proceso, se libera entre el 60 % y el 70 % de la energía de los nutrientes. El ciclo de Krebs es la vía final general de la descomposición de carbohidratos, proteínas y grasas. Es un punto clave en el intercambio, donde convergen las transformaciones de diversas estructuras y es posible la transición mutua de reacciones sintéticas.

A diferencia de la etapa I, las etapas de hidrólisis en el tracto gastrointestinal, en las fases II y III de la descomposición de sustancias no solo se libera energía, sino también un tipo especial de acumulación.

Reacciones de intercambio de energía

La conservación de energía se logra convirtiendo la energía de la descomposición de los alimentos en una forma especial de compuestos químicos llamados macroérgicos. Los portadores de esta energía química en el organismo son diversos compuestos de fósforo, en los que el enlace del residuo de ácido fosfórico es el enlace macroérgico.

El enlace pirofosfato con la estructura del ácido adenosín trifosfato desempeña un papel fundamental en el metabolismo energético. Este compuesto utiliza entre el 60 % y el 70 % de la energía liberada durante la descomposición de proteínas, grasas y carbohidratos. El uso de energía (oxidación en forma de ATP) es de gran importancia biológica, ya que este mecanismo permite distinguir el lugar y el momento de la liberación de energía de su consumo real durante el funcionamiento de los órganos. Se ha calculado que, en 24 horas, la cantidad de ATP formado y degradado en el cuerpo es aproximadamente igual al peso corporal. La conversión de ATP en ADP libera entre 41,84 y 50,2 kJ, o entre 10 y 12 kcal.

La energía generada por el metabolismo se destina al metabolismo básico, es decir, al mantenimiento de la vida en un estado de reposo absoluto a una temperatura ambiente de 20 °C, al crecimiento (metabolismo plástico), al trabajo muscular y a la digestión y asimilación de los alimentos (acción dinámica específica de los alimentos). Existen diferencias en el gasto de energía generada por el metabolismo entre adultos y niños.

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BX

En un niño, como en todos los mamíferos que nacen inmaduros, se produce un aumento inicial del metabolismo basal hacia el año y medio, que luego continúa aumentando de forma constante en términos absolutos y disminuye con la misma regularidad por unidad de masa corporal.

A menudo se utilizan métodos de cálculo para calcular la tasa metabólica basal. Las fórmulas suelen basarse en indicadores de longitud o peso corporal.

Cálculo de la tasa metabólica basal a partir del peso corporal (kcal/día). Recomendaciones de la FAO/OMS.

Edad	Niños	Chicas
0-2 años	60.9 R-54	61 R-51
3-9 años	22.7 R + 495	22,5 R + 499
10-17 »	17.5 R +651	12.2 R +746
17-30»	15.3 R +679	14.7 R + 496

La energía total recibida con los alimentos se distribuye para asegurar el metabolismo básico, la acción dinámica específica de los alimentos, la pérdida de calor asociada a la excreción, la actividad física (motora) y el crecimiento. En la estructura de la distribución energética, es decir, el metabolismo energético, se distingue entre:

• Energía recibida (de los alimentos) = Energía depositada + Energía utilizada.
• Energía absorbida = Energía recibida - Energía excretada con los excrementos.
• Energía metabolizada = Energía recibida – Energía de mantenimiento (vida) y actividad, o “costes básicos”.
• La energía de los costes principales es igual a la suma:
  • tasa metabólica basal;
  • termorregulación;
  • efecto de calentamiento de los alimentos (WEF);
  • costos de actividad;
  • costos de sintetizar nuevos tejidos.
• La energía de deposición es la energía gastada en la deposición de proteínas y grasas. El glucógeno no se considera, ya que su deposición (1%) es insignificante.
• Energía depositada = Energía metabolizada – Energía de gasto básico.
• Coste energético del crecimiento = Energía de síntesis de nuevos tejidos + Energía depositada en el nuevo tejido.

Las principales diferencias de edad radican en la relación entre los costes del crecimiento y, en menor medida, los de la actividad.

Características relacionadas con la edad de la distribución del gasto energético diario (kcal/kg)

Edad	BX	SDDP	Pérdidas por excreción	Actividad	Altura	Total
Prematuro	60	7	20	15	50	152
8 semanas	55	7	11	17	20	110
10 meses	55	7	11	17	20	110
4 años	40	6	8	25	8-10	87-89
14 años	35	6	6	20	14	81
Adulto	25	6	6	10	0	47

Como puede observar, los costos de crecimiento son muy significativos para un recién nacido con bajo peso y durante el primer año de vida. Naturalmente, estos costos son inexistentes en un adulto. La actividad física genera un gasto energético significativo incluso en un recién nacido y un lactante, manifestándose en la succión del pecho, la inquietud, el llanto y los gritos.

Cuando un niño está inquieto, el gasto energético aumenta entre un 20 % y un 60 %, y cuando llora, entre dos y tres veces. Las enfermedades exigen un gasto energético específico. Este aumenta especialmente con el aumento de la temperatura corporal (con un aumento de 1 °C, el metabolismo aumenta entre un 10 % y un 16 %).

A diferencia de los adultos, los niños gastan mucha energía en su crecimiento (metabolismo plástico). Se ha establecido que para acumular 1 g de masa corporal, es decir, tejido nuevo, es necesario gastar aproximadamente 29,3 kJ (7 kcal). La siguiente estimación es más precisa:

• "Costo" energético del crecimiento = Energía de síntesis + Energía de deposición en tejido nuevo.

En un bebé prematuro con bajo peso, la energía de síntesis es de 1,3 a 5 kJ (de 0,3 a 1,2 kcal) por cada gramo de peso corporal añadido. En un bebé a término, es de 1,3 kJ (0,3 kcal) por cada gramo de nuevo peso corporal.

Costo energético total del crecimiento:

• hasta 1 año = 21 kJ (5 kcal) por 1 g de tejido nuevo,
• después de 1 año = 36,5-50,4 kJ (8,7-12 kcal) por 1 g de tejido nuevo, o aproximadamente el 1% de la energía total del contenido de nutrientes.

Dado que la intensidad del crecimiento infantil varía según la etapa, la proporción del metabolismo plástico en el gasto energético total varía. El crecimiento más intenso se produce en el período intrauterino, cuando la masa del embrión humano aumenta 120 millones de veces (1,02 x 109). La tasa de crecimiento se mantiene bastante alta durante los primeros meses de vida, como lo demuestra un aumento significativo del peso corporal. Por lo tanto, en los primeros 3 meses de vida, la proporción del metabolismo plástico en el gasto energético es del 46 %, disminuyendo posteriormente durante el primer año. Sin embargo, a partir de los 4 años, y especialmente en el período prepuberal, se observa un aumento en la intensidad del crecimiento, lo que se refleja en un aumento del metabolismo plástico. En promedio, el 12 % del requerimiento energético se destina al crecimiento en niños de 6 a 12 años.

Costos energéticos para el crecimiento

Edad	Peso corporal, kg	Aumento de peso, g/día	Valor energético , kcal/día	Valor energético, kcal/(kg-día)	Como porcentaje de la tasa metabólica basal
1 mes	3.9	30	146	37	71
3 »	5.8	28	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	28
1 año	10.4	10	63	6	11
5 años	17.6	5	32	2	4
14 años, niñas	47.5	18	113	2	8
16 años, chicos	54.0	18	113	2	7

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Consumo de energía para pérdidas difíciles de contabilizar

Las pérdidas difíciles de explicar incluyen la pérdida de grasa, jugos digestivos y secreciones producidas en la pared del tracto digestivo y las glándulas con las heces, la exfoliación de las células epiteliales, la caída de las células que recubren la piel, el cabello y las uñas, el sudor y, al llegar a la pubertad en las niñas, con la menstruación. Desafortunadamente, este problema en niños apenas se ha estudiado. Se cree que en niños mayores de un año representa aproximadamente el 8% del gasto energético.

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Gasto energético en actividad y mantenimiento de la temperatura corporal

La proporción del gasto energético destinado a la actividad y al mantenimiento de la temperatura corporal varía con la edad del niño (después de los 5 años, se incluye en el concepto de trabajo muscular). En los primeros 30 minutos tras el nacimiento, la temperatura corporal del recién nacido disminuye casi 2 °C, lo que provoca un gasto energético significativo. En niños pequeños, el cuerpo del niño se ve obligado a gastar de 200,8 a 418,4 kJ/(kg • día), o de 48 a 100 kcal/(kg • día) para mantener una temperatura corporal constante a una temperatura ambiente inferior a la crítica (28-32 °C) y en actividad. Por lo tanto, con la edad, el gasto energético absoluto para mantener una temperatura corporal constante y la actividad aumenta.

Sin embargo, el gasto energético destinado a mantener una temperatura corporal constante en niños de primer año de vida es menor cuanto menor es el tamaño del niño. Posteriormente, el gasto energético vuelve a disminuir, ya que la superficie corporal por kg de peso corporal disminuye. Al mismo tiempo, el gasto energético en actividad (trabajo muscular) aumenta en niños mayores de un año, cuando comienzan a caminar, correr, practicar educación física o deportes de forma independiente.

Costo energético de la actividad física

Tipo de movimiento	Calorías por minuto
Ciclismo a baja velocidad	4.5
Ciclismo a velocidad media	7.0
Conducir una bicicleta a alta velocidad	11.1
Baile	3.3-7.7
Fútbol americano	8.9
Ejercicios de gimnasia en aparatos	3.5
Carrera de velocidad	13.3-16.8
Carrera de larga distancia	10.6
Patinaje sobre hielo	11.5
Esquí de fondo a velocidad moderada	10.8-15.9
Esquí de fondo a máxima velocidad	18.6
Nadar	11.0-14.0

En los niños de 6 a 12 años, la proporción de energía gastada en actividad física es aproximadamente el 25% del requerimiento energético, y en los adultos, 1/3.

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Acción dinámica específica de los alimentos

El efecto dinámico específico de los alimentos varía según la naturaleza de la dieta. Es más pronunciado con alimentos ricos en proteínas, y menos con grasas y carbohidratos. En niños de segundo año de vida, el efecto dinámico específico de los alimentos es del 7-8%, y en niños mayores, de más del 5%.

Costos de implementación y superación del estrés

Esta es una dirección natural de la actividad vital y el gasto energético. El proceso de adaptación social, la educación y el deporte, y la formación de relaciones interpersonales pueden conllevar estrés y un gasto energético adicional. En promedio, esto representa un 10% adicional de la ración energética diaria. Al mismo tiempo, en enfermedades o lesiones agudas y graves, el nivel de gasto energético puede aumentar considerablemente, lo que debe tenerse en cuenta al calcular la ración de alimentos.

A continuación se presentan datos sobre el aumento de los requerimientos energéticos durante el estrés.

Estados	Cambio en el requerimiento de energía
Quemaduras según el porcentaje de superficie corporal quemada	+ 30...70%
Lesiones múltiples con ventilación mecánica	+ 20...30%
Infecciones graves y traumatismos múltiples	+ 10...20%
Periodo postoperatorio, infecciones leves, fracturas óseas.	0... + 10%

Un desequilibrio energético persistente (exceso o deficiencia) provoca cambios en el peso y la talla corporales en todos los indicadores de edad biológica y de desarrollo. Incluso una deficiencia energética moderada (4-5%) puede causar retraso en el desarrollo infantil. Por lo tanto, el aporte energético alimentario se convierte en una de las condiciones más importantes para un crecimiento y desarrollo adecuados. El cálculo de este aporte debe realizarse regularmente. Para la mayoría de los niños, las recomendaciones sobre la energía total de la dieta diaria pueden servir como punto de referencia para el análisis; para algunos niños con condiciones de salud o de vida especiales, se requiere un cálculo individual basado en la suma de todos los componentes que consumen energía. Los siguientes métodos para calcular el gasto energético pueden servir como ejemplo del uso de estándares generales de aporte energético por edad y la posibilidad de alguna corrección individual de estos estándares.

Método de cálculo para determinar la tasa metabólica basal

Hasta 3 años	3-10 años	10-18 años
Niños
X = 0,249 kg - 0,127	X = 0,095 kg + 2,110	X = 0,074 kg + 2,754
Chicas
X = 0,244 kg - 0,130	X = 0,085 kg + 2,033	X = 0,056 kg + 2,898

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Gastos adicionales

Compensación de daños: el metabolismo basal se multiplica: en caso de cirugía menor, por 1,2; en caso de traumatismo esquelético, por 1,35; en caso de sepsis, por 1,6; en caso de quemaduras, por 2,1.

Acción dinámica específica de los alimentos: + 10% de la tasa metabólica basal.

Actividad física: en cama + 10% de tasa metabólica basal; sentado en silla + 20% de tasa metabólica basal; paciente confinado en sala de hospitalización + 30% de tasa metabólica basal.

Costes de la fiebre: por cada 1°C de aumento medio diario de la temperatura corporal +10-12% de la tasa metabólica basal.

Aumento de peso: hasta 1 kg/semana + 1260 kJ (300 kcal) por día.

Se acepta establecer estándares de suministro de energía según la edad para la población. Muchos países cuentan con estos estándares. Todas las raciones de alimentos de los grupos organizados se basan en ellos. Las raciones individuales también se verifican con base en ellos.

Recomendaciones sobre el valor energético de la nutrición para niños de edad temprana y hasta los 11 años

	0-2 meses	3-5 meses	6-11 meses	1-3 años	3-7 años	7-10 años
Energía, total, kcal	-	-	-	1540	1970	2300
Energía, kcal/kg	115	115	110	-	-	-

Recomendaciones para la estandarización energética (kcal/(kg • día))

Edad, meses	FAO/OMS (1985)	ONU (1996)
0-1	124	107
1-2	116	109
2-3	109	111
3^	103	101
4-10	95-99	100
10-12	100-104	109
12-24	105	90

El cálculo y la corrección del metabolismo energético tienen como objetivo eliminar las deficiencias de los principales portadores de energía, principalmente carbohidratos y grasas. Al mismo tiempo, el uso de estos portadores para los fines especificados solo es posible considerando y corrigiendo el aporte de muchos micronutrientes esenciales. Por lo tanto, es especialmente importante prescribir potasio, fosfatos, vitaminas del grupo B, especialmente tiamina y riboflavina, y en ocasiones carnitina, antioxidantes, etc. El incumplimiento de esta condición puede causar afecciones incompatibles con la vida, que surgen precisamente con la nutrición energética intensiva, especialmente la parenteral.