ALEQ

Energía y Requerimientos Energéticos del Ser Humano

• El módulo explora cómo el cuerpo usa nutrientes para transformarlos en energía.
• Se abordan métodos para cuantificar el gasto calórico y los principios básicos de la energía y circulación en el cuerpo.
• El metabolismo es el proceso clave para digerir, absorber y utilizar los nutrientes de los alimentos.
• El balance energético es la diferencia entre la energía consumida y gastada, influenciado por la dieta, actividad física y condiciones fisiológicas.
• Comprender el papel biológico de los alimentos y su intercambio para proveer energía es esencial.
• Se establece la cantidad de calorías necesarias para mantener un balance energético equilibrado.
• Para determinar el gasto energético, se consideran factores como edad, sexo, estado fisiológico, ingesta actual, medicamentos y actividad física.

Termodinámica y Bioenergética

• Para la existencia de la vida se necesita un proceso complejo que requiere energía.
• El metabolismo es el término que designa el proceso por el cual se producen interrelaciones de energía.

Macromoléculas en el Proceso Metabólico

• Las principales macromoléculas que actúan como sustratos en las reacciones metabólicas son los hidratos de carbono, los lípidos o grasas y las proteínas.
• Los hidratos de carbono son compuestos orgánicos de hidrógeno, oxígeno y carbono con función aldehído o cetona.
• Los lípidos o grasas son insolubles en agua pero solubles en disolventes y contienen carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre (triglicéridos, fosfolípidos y esteroles).
• Las proteínas son complejas, de alto peso molecular, formadas por aminoácidos.

Enzimas

• Las enzimas son catalizadores de naturaleza proteica que ayudan a ahorrar energía en reacciones metabólicas y requieren cofactores orgánicos o inorgánicos (coenzimas)
• Óxido reductasas catalizan la transferencia de electrones de una molécula donante (agente reductor) a otra aceptora (agente oxidante).
• Transferasas catalizan la transferencia de grupos funcionales.
• Hidrolasas catalizan la hidrólisis o ruptura de enlaces químicos.
• Liasas catalizan la ruptura de enlaces químicos, como C-C, por métodos distintos a la hidrólisis.
• Isomerasas catalizan la transformación de un isómero de un compuesto químico en otro.
• Ligasas catalizan la unión de dos moléculas mediante un enlace covalente y el gasto de ATP.

Bioelementos en el Proceso Metabólico

• El metabolismo necesita bioelementos que se clasifican en macroelementos, microelementos y oligoelementos.
• Los macroelementos son componentes estructurales de células y tejidos que forman macromoléculas (96%), como oxígeno, fósforo, azufre, carbono, nitrógeno e hidrógeno.
• Los microelementos participan en reacciones químicas en menor proporción (3%), como magnesio, calcio, sodio, potasio y cloro.
• Los oligoelementos son esenciales en cantidades pequeñas (menos del 0.01%) y su carencia puede causar problemas de salud (hierro, zinc, yodo, flúor o selenio).

Reacciones Químicas Celulares

• El metabolismo comprende reacciones y vías para obtener productos que facilitan la obtención de energía.
• La transferencia de grupo es mediada por enzimas transferasas e involucra un grupo aceptor y uno dador.
• La óxido-reducción es realizada por enzimas deshidrogenasas y oxidoreductasas, que necesitan cofactores como NAD+, NADP+, FAD o FADH.
• La reordenación (isomerización) involucra el paso de distintos grupos catalizado por isomerasas.
• La rotura es la división en dos moléculas diferentes, catalizada por aldolasas.
• La condensación es cuando se unen dos aminoácidos para formar un dipéptido y una molécula de agua.
• El metabolismo energético se centra en la producción y uso de ATP, mientras que el metabolismo intermediario se enfova en las vías para obtener energía en forma de ATP.

ATP Como Moneda Energética

• El trifosfato de adenosina (ATP) se obtiene tras la metabolización de los hidratos de carbono, grasas y proteínas.
• El ATP es la moneda energética del organismo, la molécula que se utiliza para todos los procesos del cuerpo que requieren energía.
• La molécula de ATP se compone de una molécula de adenina unida a una pentosa (D-ribosa) y tres grupos fosfato.
• Cuando está unida a un solo fosfato, la molécula es monofosfato de adenosina AMP, si está unida a dos grupos fosfato, es difosfato de adenosina ADP.
• La molécula de ATP es una energía inmediata, almacenada en el músculo y que resintetiza nuevamente el sistema muscular.

El Metabolismo Energético

• La cantidad de ATP generada depende del tipo de sustrato: hidratos de carbono, que principalmente producen glucosa, proteínas, que producen aminoácidos, y lípidos o grasas, que producen ácidos grasos.
• Para la obtención de ATP a través de diferentes vías según las condiciones del medio, existen dos vías diferentes: sin la presencia de oxígeno o con la presencia de oxígeno

Metabolización en ausencia de oxígeno

• La energía se obtiene exclusivamente a partir de los hidratos de carbono.
• El proceso metabólico en ausencia de oxígeno para la obtención de energía es la glucólisis anaerobia.
• En la glucólisis anaerobia se produce una óxido-reducción interna.
• Esta vía ocurre donde el oxígeno es escaso (tejido muscular) o inexistente.
• En ausencia de oxígeno se obtienen 2 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.
• En glucólisis anaerobia, una molécula de glucosa es fosforilada y gasta dos moléculas de ATP, obteniendo dos moléculas de piruvato.
• En ausencia de oxígeno, cuando el tejido presenta ausencia de oxígeno comienza la glucólisis anaerobia.
• Se produce una oxidación de la glucosa, y una posterior reducción, obteniendo como resultado lactato.
• El lactato se transporta al hígado, donde se transforma en glucosa mediante el ciclo de Cori para ser reutilizado como sustrato energético.
• A través del ciclo de Cori, el lactato se transforma de nuevo a glucosa por gluconeogénesis.

Metabolización en presencia de oxígeno

• En presencia de oxígeno, las moléculas que se oxidan para obtener energía son los hidratos de carbono, los lípidos y las proteínas.
• En presencia de oxígeno, los aminoácidos, los ácidos grasos y la glucosa, se transforman en una molécula de Acetil CoA (acetil coenzima A).
• El Acetil CoA inicia el ciclo de Krebs, que sintetiza energía en las mitocondrias celulares y también cofactores o coenzimas reducidas (NADH Y FADH).
• Mediante glucólisis aeróbica, la via principal con presencia de oxígeno, se obtienen más ATP que los 2ATP anaeróbios. El glucolosis aeróbico es especialmente util para tejidos como el miocardio y el sistema nervioso (que son dependientes exclusivos de glucosa).
• Tras 10 diferentes reacciones metabolicas (descarboxilación, isomerización, reducción), en las que se van originando diversos productos con la ayuda de los cofactores mencionados anteriormente y 8 enzimas, obtendremos oxalacetato.
• Tras haberse originado 24 moléculas de ATP, que junto con junto con las 8 moléculas de ATP procedentes de la glucolisis aerobia y las 6 moléculas de ATP procedentes de la formación de Acetil CoA a partir de piruvato, hacen un balance total neto de 38 ATP.
• La cadena respiratoria es conocida como cadena de transporte electrónico, en la membrana interna de la mitocondria.
• Los cofactores obtenidos en el ciclo de Krebs ceden sus electrones altamente energéticos al oxígeno, pasando por una serie de intermediarios, hasta originar agua y energía en forma de un gradiente de protones.
• La energía se origina por el flujo de electrones a través de la enzima ATP sintasa, aprovechando esa energía para la producción de ATP.
• Este proceso de obtención de ATP, resultado de la oxidación de NADH y FADH2 y la transferencia de electrones a favor de un gradiente de protones, se conoce con el nombre de fosforilación oxidativa.

Metabolismo intermediario

• Las fases del metabolismo se dividen como anabolismo o catabolismo.
• Cada vía tiene diferentes procesos en función del tipo de sustrato e las condiciones (ausencia o presencia de oxígeno)
• El anabolismo es el conjunto de vías o rutas metabólicas destinadas al almacenamiento de compuestos para su posterior utilización en forma de energía.
• El catabolismo es el conjunto de vías o rutas metabólicas destinadas a la degradación de compuestos para la obtención de energía.
• Fase 1 es la transformación de las macromoléculas en moléculas simples (glucosa, ácidos grasos, aminoácidos, etc.).
• Fase 2 es la transformación de moléculas simples en Acetil CoA.
• Fase 3 es la transformación y utilización del Acetil CoA a través del ciclo de Krebs, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa.
• Las dos primeras fases pueden ser anabólicas o catabólicas en función de la situación en la que se encuentre el organismo. mientras que la tercera es fundamentalmente catabólica.
• Las fases anabólicas permiten la síntesis de glucógeno, triglicéridos y proteínas, mientras que las fases catabólicas permiten la obtención de ATP.
• Todos los productos originados en las tres fases pueden ser utilizados en otros procesos como sustrato o cofactor.

Compartimento tisular

• Uno de los tejidos más importantes a la hora de llevar a cabo la degradación o síntesis de nuevos compuestos es el hígado.

Compartimiento Celular

• Dependiendo de la ruta, el metabolismo se realiza en una parte distinta de la célula.
• Las rutas metabólicas en el citosol incluyen glucólisis, gluconeogénesis, ciclo de las pentosas, síntesis de ácidos grasos y activación de aminoácidos.
• Las células con citosol pueden realizar todas estas rutas metabólicas.
• En la mitocondria se realiza el ciclo de Krebs, transporte de electrones, fosforilación oxidativa, oxidación de ácidos grasos, metabolismo de cuerpos cetónicos y catabolismo de aminoácidos.
• Las rutas metabólicas que se producen en el retículo endoplasmático.
• Las células con retículo endoplasmático pueden sintetizar lípidos y esteroides y metabolizar xenobióticos.

Regulación del Metabolismo

• El metabolismo debe ser flexible y adaptarse a las situaciones que se le presenten para que el organismo realice correctamente su función.
• El metabolismo se adaptará en función al aporte dietético de los alimentos y a situaciones fisiológicas especiales, como el embarazo o la lactancia
• En situaciones patológicas, el funcionamiento de las diferentes vías metabólicas puede verse modificado.
• Para regular el metabolismo, se pueden utilizar diversas vías enfocadas en la regulación a nivel de la célula.
• Alguna enzima es la principal responsable de modular o regular todos y cada uno de los pasos dentro de una ruta metabólica.
• Algunas enzimas regularán el proceso dependiendo de diferentes situaciones, ya sea a nivel de la actividad de las mismas o bien de la concentración de dichas enzimas.
• Las hormonas pueden determinar tanto la actividad enzimática como la concentración de dicha enzima. Las hormonas liposolubles se encargan de regular la concentración enzimática, mientras que las hidrosolubles regulan la actividad.

Determinación del Gasto Energético

• Se dispone a conocer qué elementos pueden interferir en el gasto energético de metabolismo: qué tipo de alimentos ingiere, qué tipo de actividad física que realiza el individuo, o si presenta alguna patología, entre otros aspectos.

• El balance energético refleja la relación entre el ingreso y el gasto energético del organismo. Un balance equilibrado se da cuando ingreso al gasto.

• Un balance energético positivo es cuando el ingreso supera al gasto. Cuando esto ocurre el organismo entra en una fase anabólica, de crecimiento y reparación (fases de crecimiento u obesidad).

• Un balance energético negativo, cuando el gasto supera al ingreso. Cuando el balance energético es negativo, entramos en una fase catabólica en la que se reducen las reservas corporales (baja el peso).

• La energía se define en kcal (kilocalorías) o kj (kilojulios).

• 1kcal = 4.184kj // 1kj = 0.239kcal

• El balance energético cumple con la 1ª ley de la termodinámica: "La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma".

• Existen dos componentes del balance energético: La ingesta o ingreso energético y el gasto energético.

• El balance energético es el resultado de la diferencia entre el gasto y la ingesta. Cuando el gasto es mayor, el balancees negativo; cuando la ingesta es mayor, el balance es positivo.

• El ingreso de la energía corporal se debe a la ingesta de alimentos a través de la dieta.

• Cada tipo de nutriente ofrece diferente cantidad de energía: hidratos de carbono: 4kcal / g, grasas o lípidos: 9kcal / g, proteínas: 4kcal / g, alcohol: 7kcal / g (no es un nutriente, aunque aporta energía)

• Se deben tener en cuenta factores que intervienen en que la energía total ingerida se vea reducida para aprovechar la energía ingerida como tal

• Una vez ingerimos los alimentos (energía bruta), éstos sufren pérdidas a través de la orina y las heces (energía desechable).

• La energía metabolizable es la energía neta que el cuerpo recibe para su almacenamiento y posterior utilización.

• El gasto energético es el el gasto energético que el organismo realiza cada día y que es esencial para funciones vitales.

• El gasto energético basal o metabolismo basal supone el mayor porcentaje del gasto energético total entre un 50 - 60%.

• Influyen diversos factores en dicho gasto: Tamaño y superficie corporal, sexo, composición corporal, edad, embarazo, balance hormonal, patologías, fármacos, temperatura ambiente y sueño

• El gasto energético por actividad física es entre un 20 - 40% del gasto energético total. Influyen diversos factores como la actividad propiamente dicha (intensidad, duración, frecuencia), el tamaño corporal, la eficacia de los hábitos de movimiento.

• El efecto térmico de los alimentos es la energía empleada en la digestión, absorción, metabolización y excreción de los nutrientes ingeridos. Representa entre el 8-10% del gasto energético total.

Técnicas de Calorimetría

• Existen diversas formas de calcular el gasto energético.
• Los métodos de calorimetría tienen dos formas de calcular el gasto energético: calorimetría directa o indirecta.
• La calorimetría directa es para medir y cuantificar el calor disipado por el cuerpo, mediante una cámara calorimétrica. Ésta calcula el calor producido por el individuo.
• La calorimetría indirecta es para calcular el calor liberado por el proceso oxidativo.
• Podemos medir el calor generado mediante un espirómetro o a través del cociente respiratorio.
• Los métodos no calorimétricos incluyen la técnica del agua doblemente marcada, midienco el recambio de agua y producción de dióxido de carbono.

Medida del gasto cardíaco

• Para ello, la medición establece una relación existente entre gasto cardíaco y gasto energético medido por calorimetría indirecta.

• Las fórmulas y tablas de referencia son métodos más extendido a la hora de calcular el gasto energético, es más barata, pero también menos precisa.

• En primer lugar, las principales fórmulas utilizadas para calcular el metabolismo en reposo o metabolismo basal (MB), son las siguientes:

• Según las Fórmulas de Harris y Benedict, se calcula en función de la edad, talla, peso y sexo. El resultado se expresa en kcal/día.

• Según las Fórmulas de la FAO/OMS, calcularán el metabolismo en reposo en función de la edad, el sexo y el peso.

• Los nomogramas y tablas de referencia se basan en la relación del metabolismo en reposo con la superficie corporal.

• Se trata de emplear un nomograma en el que la intersección de la altura y del peso determinará vuestra superficie corporal expresada en m².

• Una vez que hemos obtenido el valor de la superficie corporal, se multiplica por el valor correspondiente al gasto energético (kcal/m²/h) para hombre o mujer de una edad determinada (coeficiente C).

• El Gasto energético total (GET) es el gasto en reposo (MB) y el factor de actividad física (FA)

Balance energético en Situaciones Especiales

• Cuando existe un estado fisiológico distinto, el gasto energético puede estar alterado.
• La actividad física normalmente aquí está reducida cuando se está enfermo.
• Determinas situaciones pueden llevar al higpercatabilismo y aumenta del gasto energetico, politraumatismos, quemaduras, sepsis, cirugía mayor, etc.
• En casos de obesidad y cuando el ingreso es mayor que el gasto existe un un balance energético positivo.
• En este estado fisiológico existe lo un aumento de grasa o tejido adiposo de forma inactiva, así que estaríamos hablando de una sobreestimación de las necesidades energéticas si intentamos se calcula utilizando el valor del peso corporal real.
• El peso corregido, el peso deseable o ideal según el sexo y la altura y.
• La OMS establece el índice de Quetelet o índice de masa corporal (IMC) como un indicador que relaciona el peso con el con la altura a: IMC = Peso (kg) / Altura²

Papel Biológico de los Alimentos

• Para los papeles biológicos de los alimentos hay que tener en cuenta el valor calórico, principio de isodinamia, digestibilidad y acción dinámico - específica

• Tienes que tener en cuenta que no todos se absorberán, ni estarán en la misma proporción. Al ingerir los nutrientes también supone un gasto nutritivo.

• Hay que estar atento al proceso de digestión, que empieza en la boca con la masticación y termina con la excrección.

• El valor calórico de un alimento vendrá entonces de un número de kcal. Para saber se emplean los coeficientes establecidos por Atwater o Southgate. Existen distintos valores macronutrientes:

• 1g hidratos de carbono = 4kcal/g (Atwater)

• 1g grasas = 9 kcal/g (Atwater)

• 1g proteínas = 4 kcal/g (Atwater)

• De acuerdo con las recomendaciones de la FAO, es importante tener presente el valor calórico de la fibra (2 kcal/g)

• El valor nutricional será la suma los macro y micronutrientes , así como la la suma por su composición.

• Es posible encontrar alimentos ricos calóricamente pero pobres con bajo valor. Al revés también los habrá, estos son los que ayudarán a perder peso.

• Aparte de energía, los alimentos se utilizan para la fabricación de tejidos y reposición.

Principio de isodinamia y ley del mínimo

• El principios de isodinamia mostrará porqué se dan las carencias nutricionales.
• La ley de isodinamia indica que los nutrientes se ven sustituidos por el calor y se intercambiar para obtener el mismo valor calórico. La forma de intercambiar debe ser cualitativa pero no cuantitativa

Digestibilidad de los alimentos

• Para poder aprovechar los beneficios de nutrición que nos ofrece el proceso es, la digestión.
• El es sistema digestivo, formado por el que sistema digestivo. Su fonción será digerir para pasar a nutrir.
• Al tener los alimentos estructuras complejas, se requiere un proceso de degradación a moléculas más sencillas. En esto por tanto consistirá el proceso de
• Existirán unas zonas del cuerpo digestivo, que se encargan de obtener determinados nutrientes, mientras que otros la tienen propia con el resto.
• Gracias a las enzimas los proceso pueden ser facilitados para la digestión.
• A esto, añadimos la participación de determinadas glándulas anejas que ayudarán con que sustancia son más secretadas, para facilitar la digesión
• Muchos de esto proceso también contienen elementos que ayudarán a mejorar el proceso de digestión.
• Se trata de los movimientos realizados en la musculutartua
• Para esto tambíen ayudan la movilidad para digerir la comida

Acción Dinámico - Específica

• Hablamos del efecto que los alimentos, nos referimos que el efecto térmico tiene sobre el metabolismo basal, sobre la proteína.
• Este elemento entre 5 y 10% dependiendo composición.
• En el caso de la proteína efecto térmico debido a 20 - 24%, hay que conseguir coste energético para la sinterización. En hidratos de carbono su efecto entre 5 - 10%. Cuando se absorbe para su oxidación y aprovecharse para su almacenamiento . Transforma la glucosa y la convierte en requerimientos.
• Tras energía prácticamente nula, en los grasa no se necesitatan mucha necesidad, para la metabolización es menor