Unidad Didáctica 1: Energía y Requerimientos Energéticos del Ser Humano PDF

UNIDAD DIDÁCTICA 1 ENERGÍA Y REQUERIMIENTOS ENERGÉTICOS DEL SER HUMANO MÓDULO PROFESIONAL: ALIMENTACIÓN EQUILIBRADA Índice RESUMEN INTRODUCTORIO............................................................................................. 2 INTRODUCCIÓN...............................................

UNIDAD DIDÁCTICA 1 ENERGÍA Y REQUERIMIENTOS ENERGÉTICOS DEL SER HUMANO MÓDULO PROFESIONAL: ALIMENTACIÓN EQUILIBRADA Índice RESUMEN INTRODUCTORIO............................................................................................. 2 INTRODUCCIÓN................................................................................................................ 2 CASO INTRODUCTORIO.................................................................................................... 2 1. TERMODINÁMICA Y BIOENERGÉTICA: OBTENCIÓN DE ENERGIA EN LOS ORGANISMOS VIVOS, TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS CELULARES................................................ 4 1.1 Macromoléculas que participan en el proceso metabólico................................... 4 1.2 Enzimas................................................................................................................... 5 1.3 Bioelementos que participan en el proceso metabólico........................................ 6 1.4 Reacciones químicas que tienen lugar en las células............................................. 7 1.5 ATP como moneda energética................................................................................ 7 1.6 Metabolismo energético......................................................................................... 8 1.7 Metabolismo intermediario.................................................................................. 16 1.8 Regulación del metabolismo................................................................................. 20 2. DETERMINACIÓN DEL GASTO ENERGÉTICO: CALORIMETRÍA, METABOLISMO BASAL, BALANCE ENERGÉTICO Y REGULACIÓN.......................................................................... 22 2.1 Balance energético............................................................................................... 23 2.2 Técnicas de calorimetría....................................................................................... 30 2.3 balance energético en situaciones especiales...................................................... 38 3. PAPEL BIOLÓGICO DE LOS ALIMENTOS: VALOR CALÓRICO, PRINCIPIO DE ISODINAMIA, DIGESTIBILIDAD, ACCIÓN DINÁMICO - ESPECÍFICA........................................................ 39 3.1 Valor calórico de los alimentos............................................................................. 39 3.2 Principio de isodinamia y ley del mínimo............................................................. 41 3.3 Digestibilidad de los alimentos............................................................................. 43 3.4 Acción dinámico - específica................................................................................. 45 RESUMEN FINAL............................................................................................................. 47 1 RESUMEN INTRODUCTORIO En este primer tema del módulo sobre alimentación equilibrada, estableceremos las bases mediante las cuales nuestro organismo es capaz de utilizar los nutrientes que le aportamos a través de los alimentos, para transformarlos en energía. Conoceremos además las distintas formas que existen para cuantificar nuestro gasto calórico, así como algunos principios básicos sobre la energía y su circulación por nuestro organismo. INTRODUCCIÓN El metabolismo es el principal proceso que ocurre en el organismo mediante el cual se digieren, absorben y emplean los nutrientes que se aportan a través de los alimentos. Una vez que son absorbidos, estos nutrientes se utilizan como fuente de energía para que nuestro cuerpo realice las funciones vitales. El balance energético se traduce en la diferencia entre el ingreso y el gasto de esa energía en nuestro cuerpo. Dependiendo de numerosos factores como nuestra ingesta, nuestra actividad física, o determinadas situaciones fisiológicas especiales, este balance puede verse modificado. Para ello existen diversas técnicas que ayudan a la cuantificación de dicha energía en nuestro organismo. Por último, es importante conocer cuál es el papel biológico que tienen los alimentos en nuestro organismo, y cómo pueden intercambiarse unos por otros para que éstos aporten la misma energía, aunque no los mismos nutrientes. Esto también hace referencia a la ley de isodinamia y ley del mínimo. CASO INTRODUCTORIO Como profesionales de la alimentación, nos llega a nuestra consulta un paciente que quiere tener una alimentación más saludable. El paciente no quiere aumentar el peso ni tampoco reducirlo, aunque sí quiere mejorar su salud a través de su alimentación. Quiere conocer más acerca de los alimentos y cómo combinarlos de forma saludable. 2 Para que dicho paciente no aumente ni disminuya su peso, debemos conocer cuántas calorías serían necesarias establecer en su dieta para mantener un balance energético equilibrado. Para ello, además de emplear diversas herramientas como un tallímetro o una báscula que nos determine su peso y altura, debemos conocer otros factores que influyen en su gasto energético: su edad, su sexo, su estado fisiológico, su ingesta actual, si ingiere algún que otro fármaco, así como su actividad física. Una vez que tengamos toda esta información, podremos utilizarla para saber cuál sería su gasto energético, y por tanto poder establecer las bases de su dieta, haciéndola variada a través de la combinación de alimentos. Al finalizar esta unidad, conocerás cómo funciona nuestro metabolismo y cómo es empleada la energía que obtenemos de los nutrientes de nuestra dieta, además de la gran utilidad de todo este proceso a la hora de nuestro desempeño profesional. 3 1. TERMODINÁMICA Y BIOENERGÉTICA: OBTENCIÓN DE ENERGÍA EN LOS ORGANISMOS VIVOS, TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS CELULARES Ha llegado un nuevo paciente a la consulta para comenzar a realizar las maniobras dietéticas necesarias. Te dispones a conocer en profundidad cuál es el mecanismo a través del cual su cuerpo obtiene energía, a través de qué nutrientes y cómo se transforman los alimentos que consumimos en dicha energía. Empiezas por determinar qué sustancias son las que se encuentran en los alimentos que pueden dar lugar a energía, qué elementos son lo que transforman esas sustancias en energía, cómo se transforman, en qué se transforman, cómo se utiliza dicha energía y en qué lugares y cómo se regula la misma. De todos es conocido que para la existencia de la vida es necesario que se produzca un complejo proceso en el organismo que requiere energía. A través de la obtención e intercambio de energía, nuestro cuerpo es capaz de enlazar todos y cada uno de los procesos que ocurren en los organismos vivos. El proceso por el cual se producen todas estas interrelaciones de energía en nuestro organismo se conoce con el término de metabolismo. Para conocer mejor todo el proceso metabólico, es necesario dominar algunos términos que forman parte del mismo. 1.1 Macromoléculas que participan en el proceso metabólico Las principales macromoléculas que serán en primera instancia los sustratos de todas las reacciones metabólicas son: Hidratos de carbono. Son compuestos orgánicos formados por hidrógeno, oxígeno carbono, que contienen en su estructura una función aldehído o cetona y el resto de los carbonos generalmente hidroxilados (-OH). Lípidos o grasas. Son sustancias orgánicas insolubles en agua, pero solubles en disolventes, formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre, que incluyen los triglicéridos, fosfolípidos y esteroles. Proteínas. Son sustancias orgánicas complejas y de elevado peso molecular, formadas por la unión de diferentes aminoácidos, que son compuestos orgánicos 4  de bajo peso molecular, constituidos por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. PARA SABER MÁS Conoce más sobre la función aldehído y la función cetona de los hidratos de carbono: 1.2 Enzimas Las enzimas son de naturaleza proteica. Se tratan de catalizadores de las reacciones metabólicas. Nos ayudan a ahorrar energía en las reacciones metabólicas. Estas enzimas necesitan un cofactor que puede ser orgánico o inorgánico (coenzima). Podemos clasificar las enzimas en: Óxido reductasas. Son enzimas que catalizan una reacción en la que existe una transferencia de electrones desde una molécula que los dona (agente reductor) a otra aceptora (agente oxidante). Transferasas. Son enzimas que catalizan la transferencia de grupos funcionales. Hidrolasas. Son enzimas que catalizan la hidrólisis o rotura de un enlace químico. Liasas. Las liasas son enzimas que también catalizan la rotura de enlaces químicos, normalmente de C – C, C – S o C – N. Se realizan por métodos distintos a la hidrólisis. Isomerasas. Catalizan la transformación de un isómero de un compuesto químico en otro. 5  Ligasas. Las ligasas son enzimas que catalizan la unión de dos moléculas a partir de un enlace covalente y el gasto de una molécula de ATP. 1.3 Bioelementos que participan en el proceso metabólico Para que nuestro metabolismo funcione, necesitamos determinados bioelementos que ayuden en los procesos metabólicos, a grandes rasgos podemos clasificarlos en: Macroelementos o bioelementos primarios. Son los componentes estructurales de células y tejidos, encargados de formar las principales macromoléculas. Se encuentran presentes en el organismo en proporciones elevadas (96%). Algunos de ellos son el oxígeno, fósforo, azufre, carbono, nitrógeno o hidrógeno. Microelementos o bioelementos secundarios. Son componentes que participarán en las diferentes reacciones químicas, estarán en el organismo en menor proporción (3%). Ejemplos de estos microelementos pueden ser el magnesio, calcio, sodio, potasio o cloro. Oligoelementos esenciales o elementos traza. Son compuestos que se encuentran en cantidades muy pequeñas (menos del 0.01%) pero su carencia puede provocar graves problemas de salud. Algunos ejemplos son el hierro, zinc, yodo, flúor o selenio. ENLACE DE INTERÉS Profundiza en la clasificación de los bioelementos: 6 1.4 Reacciones químicas que tienen lugar en las células El metabolismo constituye el conjunto de reacciones y vías mediante las cuales se obtienen determinados productos, destinados a la obtención de energía. Algunas de las reacciones más importantes que se producen en las células, que son siempre catalizadas por las diferentes enzimas, son: Transferencia de grupo: se llevan a cabo a través de las enzimas transferasas. En este tipo de reacciones hay un grupo aceptor y otro dador. Óxido – reducción: se llevan a cabo a través de las enzimas deshidrogenasas y oxidoreductasas. Estas enzimas necesitan la ayuda de cofactores como NAD+, NADP+, FAD o FADH, entre otros. Reordenación (isomerización): pasan de distintos grupos. Las enzimas que catalizan las diferentes reacciones son las isomerasas. Rotura: división en dos moléculas diferentes. Estas enzimas son las aldolasas. Condensación: se unen dos aminoácidos para formar un dipéptido y una molécula de agua. El metabolismo abarca dos vías, siendo éstas el metabolismo energético y el metabolismo intermediario. Ambos forman parte de un mismo proceso, pero a la hora de estudiarlos es conveniente separarlos para comprender mejor cómo se integran estas dos vías en nuestro metabolismo en general. El metabolismo energético, hará referencia siempre a la producción y utilización de la energía mediante el ATP; por otro lado, el metabolismo intermediario, se referirá a las vías que se siguen para la obtención de dicha energía en forma de ATP. 1.5 ATP como moneda energética Uno de los conceptos más importantes a la hora de entender cómo funciona el metabolismo, es el de la molécula ATP (Adenosín Trifosfato). Esta molécula se consigue tras la metabolización de los diferentes sustratos que aportan energía para el organismo: hidratos de carbono, grasas y proteínas. Estos sustratos provenientes de los alimentos que ingerimos en la dieta no pueden ser empleados directamente como energía, por ello requieren un proceso mediante el cual 7 son reducidos a ATP, que viene a ser la moneda energética del organismo. Dicha molécula es la que utiliza nuestro cuerpo para realizar todos los procesos que requieren energía. Este ATP, será la molécula que nuestro organismo podrá almacenar en algunos de nuestros tejidos para su posterior utilización. Llegados a este punto: ¿Cómo se produce el ATP? ¿De qué forma es utilizado por nuestro cuerpo? ¿Existe ATP ilimitado? ¿De qué se compone el ATP? ¿Se obtiene el ATP en cualquier condición? Todas estas preguntas las resolveremos a lo largo de esta unidad. 1.6 Metabolismo energético El ATP es la moneda energética del metabolismo. Se compone de una molécula adenina unida a una pentosa (D –ribosa) unida a su vez a tres grupos fosfato. La molécula de ATP. Fuente: https://www.revista.unam.mx/vol.16/num1/art03/img/img2.jpg Cuando está unida a un solo fosfato, la molécula sería AMP (Adenosín Monofosfato), mientras que, si está unida a dos grupos fosfato, pasaríamos a tener un ADP (Adenosín Difosfato). La molécula de ATP es una energía inmediata, almacenada principalmente en el músculo. Al ser una energía que se acaba fácilmente, nuestro sistema muscular cuenta con numerosas herramientas para resintetizar de nuevo el ATP y así no vernos desprovistos de energía para continuar con el correcto funcionamiento del organismo. 8 Dependiendo del tipo de sustrato empleado, se dará lugar a un mayor o menor número de moléculas de ATP. De esta forma, los sustratos que darán lugar a la obtención de ATP principalmente son: Hidratos de carbono. Este sustrato facilitará principalmente glucosa, que será la molécula que se transformará mediante diversos procesos metabólicos hasta obtener moléculas de ATP. Proteínas. Serán los aminoácidos componentes de las mismas los que se metabolizarán para la obtención de energía. Lípidos o grasas. Los ácidos grasos que forman la grasa serán los sustratos empleados para la obtención de dicho ATP. Estos tres sustratos, que corresponden a los tres macronutrientes, son degradados hasta su forma más simple para que, a partir de aquí, el organismo sea capaz de empezar a trabajar con cada molécula hasta la obtención de ATP. Para la obtención del 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. EJEMPLO PRÁCTICO Eres técnico en dietética y nutrición en una clínica privada. Un paciente ha acudido esta mañana a dicha clínica para comunicarte una duda: para él, todas las kcal son iguales y que piensa que da igual qué tipo de alimentos ingiera, ya que al fin y al cabo todos son metabolizados hasta obtener dichas kcal. ¿Cómo podrías explicarle de forma esquemática que no todos los nutrientes se digieren y metabolizan del mismo modo? Hidratos de carbono complejos → hidratos de carbono simples → AMP → ADP → ATP. Proteínas→ aminoácidos → AMP → ADP → ATP. Grasas → ácidos grasos → AMP → ADP → ATP. 9  Metabolización en ausencia de oxígeno: Cuando obtenemos energía a través de esta vía, será única y exclusivamente a partir de los hidratos de carbono. El resto de macronutrientes (proteínas y lípidos) requerirán la presencia de oxígeno para poder ser sintetizados y transformados posteriormente en energía. El proceso metabólico en ausencia de oxígeno para la obtención de energía a partir de hidratos de carbono se conoce con el nombre de glucólisis anaerobia. Como ocurre en otros procesos en los que el sustrato es oxidado hasta originar una molécula que pueda servir para comenzar la obtención de energía, en el caso de la glucólisis anaerobia realmente se produce una óxido-reducción interna. Esta vía se utiliza en determinados tejidos en los que la presencia de oxígeno es escasa (ejercicios de alta intensidad, tejido muscular) o inexistente (hipoxia o ausencia de oxígeno en tejidos, hematíes, médula renal, cristalino). Al no existir oxígeno durante el proceso, realmente se obtiene poca cantidad de energía, concretamente 2 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa. En este proceso de glucólisis anaerobia, partimos de una molécula de glucosa, la cual es fosforilada (recibe un grupo fosfato) y gastará dos moléculas de ATP para ello. Una vez fosforilada dicha molécula de glucosa, obtendremos 2 moléculas de piruvato. Hasta este punto, el proceso es el mismo tanto en presencia como en ausencia de oxígeno. Molécula de piruvato. Fuente: https://biologia.laguia2000.com/bioquimica/la-importancia-del-piruvato A partir de este punto, cuando el tejido presenta ausencia de oxígeno, es cuando realmente comienza la llamada glucólisis anaerobia. Se produce entonces una oxidación de la glucosa, y una posterior reducción, obteniendo como resultado lactato (fermentación láctica). 10  La fermentación láctica. Fuente: https://portalacademico.cch.unam.mx/materiales/al/cont/exp/bio/bio1/fermentacion/img/B1u2oa10i11.jpg Este lactato será el sustrato más simple que posteriormente el cuerpo utilizará para la obtención de energía; no se aprovechará en el tejido que se ha originado, sino que será transportado al hígado. Una vez que el lactato está en el hígado, allí podrá ser transformado a glucosa (mediante el ciclo de Cori). De esta forma podrá ser empleada de nuevo como sustrato energético. Mediante el ciclo de Cori, el lactato será transformado de nuevo a glucosa por gluconeogénesis. Si seguimos en ausencia de oxígeno, esta glucosa volverá al músculo para ser transformada de nuevo en lactato, y éste pasará de nuevo a la sangre hasta llegar de nuevo al hígado. 11  Ciclo de Cori. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Cori#/media/Archivo:CoriCycle-es.svg Si por el contrario pasamos a condiciones aerobias (en presencia de oxígeno), el lactato originado en el músculo volverá al hígado, se volverá a transformar en glucosa y ésta ya comenzará su glucólisis en presencia de oxígeno, obteniendo mayor cantidad de ATP. ¿SABÍAS QUE…? También existe otra vía de obtención de energía en ausencia de oxígeno que es empleada por levaduras en la que, en lugar de obtener lactato, obtendremos etanol (fermentación alcohólica), aunque no se produce en el organismo humano. VÍDEO DE INTERÉS Visualiza y escucha un breve resumen sobre la glucólisis anaerobia o en ausencia de oxígeno. Además, aquí se menciona también la fermentación alcohólica: 12  Metabolización en presencia de oxígeno: Cuando existe presencia de oxígeno, pueden ser diferentes las moléculas que se oxiden hasta obtener energía: hidratos de carbono, lípidos y proteínas. En este caso, los aminoácidos, los ácidos grasos y la glucosa, siempre en presencia de oxígeno, se transforman en una molécula de Acetil CoA (acetil coenzima A). El Acetil CoA será la molécula que iniciará el llamado ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos), mediante el cual se obtendrá energía en forma de ATP. Este ciclo de obtención de energía se produce en las mitocondrias celulares. Se trata de obtener además determinados cofactores o también llamadas coenzimas reducidas (NADH Y FADH), que posteriormente serán oxidadas en la cadena respiratoria, dando como resultado ATP y agua. Mediante la glucólisis aeróbica (principal vía metabólica de obtención de energía a partir de glucosa y en presencia de oxígeno), se obtienen muchas más moléculas de ATP que en la anaeróbica que describimos anteriormente (38 ATP vs. 2ATP). Este proceso es especialmente empleado por tejidos como el miocardio y el sistema nervioso (dependientes exclusivos de glucosa). El ciclo de Krebs comienza a partir de una molécula de Acetil CoA y, tras 10 diferentes reacciones metabólicas (descarboxilación, isomerización, reducción), en las que se van originando diversos productos con la ayuda de los cofactores mencionados anteriormente y 8 enzimas, obtendremos oxalacetato como producto final, además de 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. 13  El ciclo de Krebs. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Krebs#/media/Archivo:Citric_acid_cycle_with_aconitate_2-es.svg Cuando llegamos a la cadena respiratoria, también conocida como cadena de transporte electrónico, que se produce en la membrana interna de la mitocondria. Los cofactores obtenidos en el ciclo de Krebs (NADH y FADH2), ceden sus electrones altamente energéticos al oxígeno, pasando por una serie de intermediarios (complejos enzimáticos), hasta originar agua y energía en forma de un gradiente de protones. Esta energía se origina a consecuencia del flujo de electrones (gradiente de protones que pasan al espacio intermembrana) a través de la enzima ATP sintasa, volviendo a entrar a la matriz mitocondrial y aprovechando esa energía para la producción de ATP. Este complejo 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. 14  La cadena de transporte de electrones. Fuente: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/63/Cadena_de_transporte_de_electrones.svg/1024px- Cadena_de_transporte_de_electrones.svg.png En la siguiente tabla se muestra un esquema del balance energético total de una molécula de glucosa en la respiración aerobia: Producción Lugar de producción de moléculas energéticas total de Proceso energía (ATP) Matriz Cresta Citosol mitocondrial mitocondrial 2 ATP 2 ATP Glucolisis 2 NADH (x2)* 6 ATP 6 ATP Formación de 1 NADH (x3)* 3 ATP (x2 Piruvatos) 6 ATP Acetil CoA 1 GTP* (x2 Acetil 2 ATP CoA) 9 ATP (x2 Acetil 18 ATP Ciclo de Krebs 3 NADH (x3)* CoA) 4 ATP 1 FADH2 (x2)* 2 ATP (x2 Acetil CoA) 38 ATP *Nota: 1 GTP=1 ATP; 1 NADH=3 ATP; y 1 FADH2=2 ATP. 15  VÍDEO DE INTERÉS Conoce más información sobre el balance energético total de la glucosa en la respiración aerobia: 1.7 Metabolismo intermediario En este apartado, haremos mayor hincapié en las fases del metabolismo que podemos dividir como anabolismo o catabolismo. Dentro de cada una de estas vías existen diferentes procesos en función del tipo de sustrato (hidratos de carbono, grasas y proteínas), así como de las condiciones (ausencia o presencia de oxígeno ya tratadas anteriormente). Podemos definir el anabolismo como el conjunto de vías o rutas metabólicas destinadas al almacenamiento de compuestos para su posterior utilización en forma de energía. Por otro lado, el catabolismo se define como el conjunto de vías o rutas metabólicas destinadas a la degradación de compuestos para la obtención de energía. De manera resumida, estas vías podemos agruparlas en tres fases: Fase 1: transformación de las macromoléculas (hidratos de carbono, grasas y proteínas) en moléculas simples (glucosa, ácidos grasos, aminoácidos, etc.). Fase 2: transformación de moléculas simples en Acetil CoA. Fase 3: transformación y utilización del Acetil CoA a través del ciclo de Krebs, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa. 16 Mientras que las dos primeras fases pueden ser anabólicas o catabólicas en función de la situación en la que se encuentre nuestro organismo, además de ser específicas para cada tipo de macronutriente, la tercera es fundamentalmente catabólica, destinada principalmente a la obtención de energía mediante los tres procesos mencionados anteriormente, con confluyen en la molécula de Acetil CoA. Las fases anabólicas harán posible la síntesis de glucógeno, triglicéridos y proteínas. Las fases catabólicas harán posible la obtención de ATP. Todos los productos originados en todas y cada una de estas tres fases pueden ser utilizados en otros procesos ya sea como sustrato o como cofactor (ayudando a que se produzca la reacción). El metabolismo intermediario. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Metabolismo#/media/Archivo:Gluconeog%C3%A9nesis_svg.svg Aunque como sustratos emplearemos principalmente los tres grandes macronutrientes, también necesitaremos de otros micronutrientes para el correcto funcionamiento de las rutas, como son ciertas vitaminas y minerales. Estas vitaminas y minerales actuarán en el papel de cofactores principalmente, por lo que cobra gran importancia el aporte adecuado de vitaminas y minerales a través de la dieta para poder llevar a cabo la realización de todas y cada una de las rutas metabólicas. Por ejemplo, algunas vitaminas como la tiamina, riboflavina y otras del grupo B son de vital importancia en determinados procesos metabólicos. Lo mismo ocurre con minerales como el cobre, el hierro o el zinc entre otros. 17 Una alimentación pobre en vitaminas y minerales conllevará por tanto un déficit de los mismos, originando alteraciones en los procesos metabólicos, traducidos en patologías o enfermedades según la deficiencia. Aunque algunas de dichas vitaminas y minerales pueden sintetizarse en el propio organismo, en la mayoría de ocasiones derivan de otro nutriente esencial que sí debe ser aportado en su totalidad a través de la dieta. A la hora de conocer más acerca del metabolismo intermediario, es importante saber dónde se realizan todos y cada uno de los procesos celulares, así como los distintos tejidos. PARA SABER MÁS Existen otros compuestos, los semiesenciales, que son aquellos que pueden ser sintetizados por el organismo, pero no en cantidades ilimitadas. Por ello, deben ser aportados en una proporción variable a través de la dieta. Algunos de estos compuestos semiesenciales son: aminoácidos y otros componentes nitrogenados (aminoácidos azufrados y derivados, glutamina y arginina, carnitina, colina y derivados, histidina), ácidos grasos (omega 3 de cadena larga) y nucleótidos. Compartimento tisular (tejidos). Uno de los tejidos más importantes a la hora de llevar a cabo la degradación o síntesis de nuevos compuestos es el hígado. Es el órgano metabólico por excelencia. En él, se desarrollan procesos tan importantes como la síntesis de colesterol, ácidos grasos y triglicéridos, también adquiere bastante importancia en el hígado el proceso de gluconeogénesis a partir de aminoácidos, entre otros. A pesar de ser el órgano metabólico central, existen otros muchos tejidos y órganos que envían al hígado productos metabólicos para su almacenamiento, degradación o conversión. Es por ejemplo el caso de los eritrocitos, que, al ser células que carecen de mitocondrias, no pueden llevar a cabo determinados procesos metabólicos que se realizan en dicho orgánulo celular. De acuerdo a esto, el ciclo tricarboxílico (ciclo de Krebs) se realizará en el hígado en lugar de en los eritrocitos. Compartimento celular. 18 De igual forma, dependiendo de la ruta de la que hablemos, ésta se realizará en una u otra parte de la célula. Célula eucariota. Fuente: https://www.areaciencias.com/imagenes/celulas-eucariotas.gif De manera general, podemos clasificarlas en: Rutas metabólicas que se producen en el citosol. Dentro de las rutas que se producen en el citosol de la célula encontramos la glucólisis, parte de la gluconeogénesis, el ciclo de las pentosas, síntesis de ácidos grasos y activación de aminoácidos. Todas las células que cuenten con citosol pueden realizar todas estas rutas metabólicas. Rutas metabólicas que se producen en la mitocondria. En la mitocondria ocurren procesos tan importantes como el ciclo de Krebs, transporte de electrones, fosforilación oxidativa, oxidación de ácidos grasos y catabolismo de aminoácidos. Rutas metabólicas que se producen en el retículo endoplasmático. Las células que cuenten con retículo endoplasmático podrán realizar la síntesis de lípidos, esteroides y metabolizar xenobióticos. Otras rutas metabólicas. 19 Además de estos orgánulos o compartimentos celulares, también pueden sintetizarse proteínas en los ribosomas o replicar el ADN en el núcleo. Por otro lado, encontramos catalasas en los peroxisomas. 1.8 Regulación del metabolismo Para que todo el organismo realice correctamente su función, el metabolismo de todos y cada uno de sus nutrientes debe ser flexible, adaptándose a las situaciones que se le presenten. A nivel nutricional, el metabolismo deberá adaptarse en función al aporte dietético de los alimentos que realicemos. Por otro lado, el metabolismo debe adaptar su funcionamiento a determinadas situaciones fisiológicas especiales, como pueden ser el embarazo o la lactancia. En determinadas situaciones patológicas, el funcionamiento de las diferentes vías metabólicas también puede verse modificado para intentar aprovechar al máximo la absorción de determinados nutrientes que se encuentran en escasez en nuestro organismo, o bien inhibir total o parcialmente su absorción si aparecen en exceso en nuestro organismo. Para regular el metabolismo, se pueden utilizar diversas vías, la mayoría de ellas enfocadas en la regulación a nivel de la célula. Una enzima será 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. 20  EJEMPLO PRÁCTICO Trabajas como dietista y cuentas con más de 15 años de experiencia en el sector. Estás empleado desde hace varios años en un hospital público de tu comunidad autónoma, y una de tus pacientes se ha puesto en contacto contigo para decirte que, a pesar de seguir todas las pautas dietéticas que le indicaste, se siente muy cansada y agotada. La paciente también te comunica que acaba de enterarse de que está embarazada. ¿Cómo atenderías o aconsejarías a la paciente? En este caso, has de explicarle a la paciente que se encuentra en unas condiciones fisiológicas especiales, de forma que su gasto energético puede verse aumentado estando embarazada. Esto se debe a la creación de nuevos tejidos: mamario, placenta, pared uterina, además del propio feto, el cual necesita un aporte extra de energía para la fabricación de todos los tejidos del bebé. En la próxima cita presencial, se valorará algún cambio alimenticio. Regulación de la actividad enzimática: Esta situación la podemos traducir en que cuando existe una gran concentración del producto resultante de la vía metabólica en cuestión, se produce una inhibición de la actividad de la primera enzima de dicha vía. A veces un exceso del producto puede ser nocivo, además de innecesario, por lo que al inhibirse la actividad de la enzima se reducen los posibles efectos negativos que supone una alta concentración del producto. También puede producirse el efecto contrario, es decir, que una determinada concentración de un metabolito presente en el medio desencadene la activación de una vía metabólica para su utilización. Un claro ejemplo de esta regulación de la actividad enzimática ocurre con el ATP. Cuando en la célula se detecta una cantidad determinada de ATP, se produce la inhibición de la fabricación de dicha molécula. Por otro lado, cuando en la célula se detecta una cantidad determinada de ADP, la enzima encargada de la conversión a ATP se activa para que aumenten las reservas energéticas de la célula. Regulación de la concentración enzimática: También existe otra forma de regular la cantidad de producto que se origina, sin que éste se encuentre en exceso. Es el caso de la regulación de la concentración de la enzima presente, existiendo mayor o menor número de unidades de dicha enzima para la transformación del sustrato en un determinado producto. Esto se consigue cuando entra en juego nuestra maquinaria genética, aumentando o disminuyendo la velocidad de fabricación de dicha enzima. 21  Regulación del metabolismo a través de las hormonas: Como ya hemos visto, la concentración de un producto o metabolito puede determinar tanto la actividad enzimática como la concentración de dicha enzima. Ahora bien, para que todo nuestro metabolismo funcione como un solo conjunto, necesitará de una regulación a mayores rasgos. Es aquí donde entran en juego las hormonas. Dependiendo de la naturaleza de la hormona, ésta se centrará en regular una u otra forma enzimática. Las hormonas liposolubles se encargan de regular la concentración enzimática. En el apartado anterior, pudimos comprobar que, al modificar la concentración enzimática, entraba en juego la maquinaria genética. Al ser hormonas que pueden atravesar la membrana celular, pueden actuar a dicho nivel. Las hormonas hidrosolubles se encargarán de regular la actividad de dicha enzima. Al no poder atravesar la membrana por no ser liposolubles, sólo pueden actuar a nivel de la concentración del metabolito o producto. COMPRUEBA LO QUE SABES Una vez estudiados los dos procesos que se engloban dentro del metabolismo, como son el anabolismo y catabolismo, ¿sabrías indicar cuáles de las rutas metabólicas mencionadas pertenece a cada uno? Responde/coméntalo en el foro de la unidad. 2. DETERMINACIÓN DEL GASTO ENERGÉTICO: CALORIMETRÍA, METABOLISMO BASAL, BALANCE ENERGÉTICO Y REGULACIÓN Cuando ya has aprendido cómo funciona el metabolismo de tu paciente, llega uno de los pasos en los que debes prestar mayor atención: hacer cálculos. Te dispones a conocer qué elementos pueden interferir en el gasto energético de su metabolismo, qué tipo de alimentos ingiere, qué actividad física realiza el individuo, o si presenta alguna patología que pueda influir en dicho cálculo, entre otros aspectos. 22 Cuando tienes la información adecuada, los cálculos resultan adecuados, aunque también debes buscar determinados equipos que te faciliten los cálculos de cuánta energía ingiere y gasta el individuo, pero sabes que eso dependerá de tus posibilidades a nivel económico y a nivel de tiempo. 2.1 Balance energético El balance energético nos refleja la situación entre el ingreso y el gasto energético del organismo. Un balance energético equilibrado, será por tanto aquel en el que el ingreso es igual al gasto energético. Por otro lado, cuando el balance energético no es equilibrado, existen dos situaciones: o Balance energético positivo. El ingreso supera al gasto. Cuando esto ocurre, nuestro organismo entra en una fase anabólica, de crecimiento y reparación de tejidos (fases de crecimiento u obesidad). o Balance energético negativo. El gasto supera al ingreso. Cuando el balance energético es negativo, se produce la acción contraria, entramos en una fase catabólica en la que se reducen las reservas corporales (baja el peso). COMPRUEBA LO QUE SABES Si una embarazada que se encuentra en el primer trimestre de gestación posee un balance energético negativo, ¿qué podría ocurrirle? Responde en el foro de la unidad. 23  El balance energético. Fuente: elaboración propia Esta energía, cuando hablamos en términos de energía para el organismo, podemos definirla de dos formas distintas, en kcal (kilocalorías) o kj (kilojulios). Más correctamente hablaremos del término caloría, que se define como la cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado centígrado la temperatura de 1g o 1ml de agua que está a 14,5 °C. Al ser esta unidad muy pequeña, hablamos por tanto del término kilocaloría. A pesar de ello, en el Sistema Internacional de Medidas, la unidad es el Julio, por lo que deben establecerse las siguientes equivalencias: (1kcal = 4.184kj // 1kj = 0.239kcal) Así, el balance energético cumple con la 1ª ley de la termodinámica: “La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. De esta forma, el balance energético tiene dos componentes: La ingesta o ingreso energético y el gasto energético. RECUERDA El balance energético es el resultado de la diferencia entre el gasto energético y la ingesta energética. Cuando el gasto es mayor, el balance será negativo; cuando la ingesta es mayor, el balance será positivo. 24  Ingesta energética: El ingreso energético corporal se debe principalmente a la ingesta de alimentos a través de la dieta. Los nutrientes de dichos alimentos serán por tanto los responsables de un mayor o menor ingreso energético del organismo. Así, cada tipo de nutriente nos ofrecerá un valor energético diferente: Hidratos de carbono: 4kcal / g Grasas o lípidos: 9kcal / g Proteínas: 4kcal / g Alcohol: 7kcal / g (no es un nutriente, aunque aporta energía) También debemos tener en cuenta que no toda la energía que ingerimos la aprovechamos como tal, ya que existen otros factores que intervienen en que la energía total ingerida se vea reducida. Una vez que ingerimos los alimentos (energía bruta), éstos sufren pérdidas a través de la orina y las heces (energía desechable). Una vez sufrido este proceso, tendremos lo que sería la energía metabolizable, que será la energía neta que nuestro cuerpo recibirá para su almacenamiento y posterior utilización en forma de energía. Gasto energético: o Gasto energético basal o metabolismo basal. Supone el mayor porcentaje del gasto energético total (50 - 60%), se trata de la energía que gastamos cuando nos encontramos en reposo, para que nuestro organismo realice las funciones vitales para su existencia. Para calcular dicho gasto, el sujeto debe estar en condiciones basales (recién despierto, tras 8 horas de descanso, 12 horas de ayuno y temperatura entre 26- 30ºC). Influyen también diversos factores en dicho gasto. - Tamaño y superficie corporal: a mayor tamaño, mayor gasto energético. - Sexo: el metabolismo basal de los hombres suele ser más alto que el de las mujeres, debido a su composición corporal. - Composición corporal: a mayor masa magra libre de grasa, nuestro metabolismo basal aumentará. La masa muscular o masa magra es metabólicamente más activa que la masa grasa o tejido adiposo, de tal forma que, una mayor 25  proporción de masa magra implica un mayor gasto energético, mientras que una mayor proporción de masa grasa conlleva un menor gasto energético. - Edad: a medida que aumenta la edad, nuestro gasto energético basal disminuye. A partir de los 20 años, nuestro metabolismo basal desciende entre un 3-5% cada 10 años. Durante la infancia las necesidades nutricionales son mayores, puesto que estamos en una etapa de crecimiento y desarrollo, a diferencia de la edad adulta en la que dichas necesidades se estabilizan, para luego verse disminuidas en la vejez, donde el gasto energético es menor y la cantidad de masa muscular disminuye. - Gestación y lactancia: durante este período la mujer tendrá un gasto energético mayor para atender a las necesidades extra que se le presentan. - Balance hormonal: cuando existen un desajuste hormonal, se pueden producir cambios en el metabolismo basal. - Patologías: algunas patologías pueden alterar nuestro gasto energético. - Fármacos. - Temperatura ambiente: cuando la temperatura es inferior a 20 °C, el metabolismo basal aumenta. Cuando se realiza actividad física en ambientes cálidos, el ajuste es del 0.5% por cada grado superior a 30 °C. - Sueño: hace descender un 10% el metabolismo basal. PARA SABER MÁS Cuando existe una patología, el gasto energético se altera. Esto ocurre en los procesos febriles, en los que, para mantener el cuerpo en una temperatura más elevada, nuestro organismo requiere de mayor energía, y por tanto mayor gasto energético. o Gasto energético por actividad física. Es el gasto de energía destinado a la actividad física que el individuo realiza a lo largo del día. Representa entre un 20 – 40% del gasto energético total. 26  Al depender de nuestro grado de actividad física, puede modificarse de forma voluntaria. Existen diversos factores que influyen en el gasto energético por actividad física, como la actividad propiamente dicha (intensidad, duración, frecuencia), el tamaño corporal, la eficacia de los hábitos de movimiento o la condición física. Para controlar el gasto de energía por actividad física, se han establecido unas tablas en las que aparecen las kcal por kilo de peso y por hora para cada tipo de actividad física; éstas van desde las más cotidianas como ducharse, ver la tele o comer, hasta las más altas relacionadas con todo tipo de deportes. Realizando una distribución horaria de todo el día, podremos realizar un cálculo aproximado de las kcal que quemamos con nuestra actividad física diaria. También podremos establecer un factor de actividad (1, 2, 3, etc.) en función de nuestro grado de actividad física media. 27 Gasto energético por actividades en kcal/kg/minuto ACTIVIDAD Kcal/kg/min ACTIVIDAD Kcal/kg/min Actividades cotidianas Dormir 0.02 Planchar 0.06 Aseo (lavarse, vestirse, 0.05 Pasar el 0.068 ducharse, peinarse, etc.) aspirador Estar sentado (coser, leer, 0.03 Limpiar cristales 0.061 conversar, trabajar o jugar con el ordenador, etc.) Estar de pie (esperar, 0.03 Lavar los platos 0.037 charlar, etc.) Estar tumbado despierto 0.02 Cuidar el jardín 0.09 Bajar escaleras 0.10 Actividades lúdicas Subir escaleras 0.25 Tocar el piano 0.038 Conducir un coche 0.04 Bailar 0.07 Conducir una moto 0.05 Bailar 0.101 vigorosamente Montar en bicicleta 0.12 Actividades deportivas Caminar (5km/h) 0.06 Correr (8- 0.15 10km/h) Pasear 0.04 Jugar al tenis 0.11 Comer 0.03 Jugar al fútbol 0.14 Actividades domésticas Jugar al ping - 0.06 pong Barrer 0.04 Jugar baloncesto 0.14 Fregar el suelo 0.07 Jugar frontón y 0.15 squash Hacer la cama 0.06 Jugar balonmano 0.12 Lavar la ropa 0.07 Jugar al 0.12 balonvolea Limpiar zapatos 0.04 Nadar a crawl 0.17 Cocinar 0.05 Esquiar 0.15 TRABAJO Remar 0.09 Ligero: empleados de oficina, profesionales (abogados, profesores, 0.06 contables, médicos, arquitectos, etc.), empleados de comercio, etc. Activo: industria ligera, obreros de la construcción (excepto algunos 0.10 trabajos ligeros), trabajadores agrícolas (sembrar, fumigar, etc.), pescadores, etc. Muy activo: trabajos agrícolas (segar, cavar), leñadores, soldados 0.13 en maniobras, mineros, metalúrgicos, atletas, bailarines, etc.) 28  o Efecto térmico de los alimentos. Es la energía que se emplea en la digestión, absorción, metabolización y excreción de los nutrientes ingeridos con los alimentos. También denominado termogénesis inducida por la dieta. Es el calor atribuido al consumo de los alimentos o el gasto energético empleado en la utilización de los nutrientes de los alimentos que depende de la composición de la dieta. Representa entre el 8-10% del gasto energético total. ENLACE DE INTERÉS Conoce un artículo que habla sobre el consumo del gasto energético y cómo influye en el aumento de peso conforme se cumplen años: VÍDEO DE INTERÉS Profundiza sobre la importancia de tener un balance energético adecuado y todos los aspectos que influyen en su equilibrio: 29  BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA Roach, B. 2010. Lo Esencial en Metabolismo y Nutrición. 3ª edición. Ed. Elsevier. 2.2 Técnicas de calorimetría Para conocer con la mayor exactitud posible cuál es nuestro gasto energético, existen diversas formas de calcularlos. Métodos calorimétricos: A partir de este método tendremos dos formas de calcular el gasto energético: calorimetría directa o indirecta. o Calorimetría directa: La calorimetría directa mide el calor disipado por el cuerpo. Cuando calculamos nuestro gasto energético por calorimetría directa, debemos hacerlo mediante una cámara calorimétrica. Ésta, calcula el calor producido por el individuo, que es el resultado de la transformación de la energía. Las cámaras calorimétricas son equipos herméticos y aislados térmicamente, que permiten determinar el calor producido en determinadas circunstancias. Es el método que proporciona mayor exactitud en la medida, pero al ser de gran complejidad, no se utiliza más allá que en programas de investigación o como método de validez de métodos indirectos. 30  Cámara calorimétrica. Fuente: https://es.slideshare.net/litaMerchan/nutricin-8394749 o Calorimetría indirecta: En este método, se mide el calor liberado por el proceso oxidativo, por lo que la cantidad de calor que se produce será proporcional al oxígeno consumido y el dióxido de carbono liberado. Cada macronutriente liberará un valor de dióxido de carbono distinto, en función a su nivel calórico. Podemos medir el calor generado mediante un espirómetro o a través del cociente respiratorio. Métodos no calorimétricos. o Técnica del agua doblemente marcada: Es una técnica que mide el recambio de agua y la producción de dióxido de carbono. Se equilibra y diluye con el agua presente en los líquidos corporales y va a intervenir en las diversas reacciones metabólicas. Cuando se producen combustiones celulares se libera dióxido de carbono, que se expulsará con el aire espirado, y agua que se pierde a través de la orina. Se mide por tanto la cantidad de 2H2O, H2O18 y CO2, y conociendo la cantidad ingerida de esta agua marcada, se calculará el volumen de CO2, liberado en combustión, y a partir de éste, se halla el gasto energético asociado. Esta técnica permite medir el gasto energético a largo plazo, en cualquier tipo de situación fisiológica y además es sencilla, su principal inconveniente es que suele ser una 31 técnica de alto coste y que además no se puede emplear para valorar el gasto energético de una sola actividad concreta. o Medida del gasto cardíaco: Para ello, la medición se debe realizar en 24 horas. Se establece una relación existente entre gasto cardíaco y gasto energético medido por calorimetría indirecta. o Fórmulas y tablas de referencia: El uso de este tipo de fórmulas y ecuaciones es el método más extendido a la hora de calcular el gasto energético, ya que no se precisa de gran equipación y además es una técnica bastante barata. En primer lugar, las principales fórmulas utilizadas para calcular el metabolismo en reposo o metabolismo basal (MB), son las siguientes: - Fórmulas de Harris y Benedict: se calcula en función de la edad, talla, peso y sexo. El resultado se expresa en kcal/día. Mujeres: 655 + [9.6 x Peso (kg)] + [1.7 x Altura (cm)]- [4.7 x Edad (años)] Hombres: 66 + [13.7 x Peso (kg)] + [5 x Altura (cm)]- [6.8 x Edad (años)] - Fórmulas de la FAO/OMS: calcularán el metabolismo en reposo en función de la edad, el sexo y el peso. También se expresarán en kcal/día. 32  Sexo y rango de edad Ecuación para el cálculo de MB (kcal/día) Hombres 0–3 (60.9 x Peso) – 54 3 – 10 (22.7 x Peso) + 495 10 – 18 (17.5 x Peso) + 651 18 – 30 (15.3 x Peso) + 679 30 – 60 (11.6 x Peso) + 879 > 60 (13.5 x Peso) + 487 Mujeres 0–3 (61.0 x Peso) – 51 3 – 10 (22.5 x Peso) + 499 10 – 18 (12.2 x Peso) + 746 18 – 30 (14.7 x Peso) + 496 30 – 60 (8.7 x Peso) + 829 > 60 (10.5 x Peso) + 596 - Nomogramas y tablas de referencia: se basa 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 nuestra superficie corporal expresada en m2. 33  Nomograma de Du Bois para calcular la superficie corporal. Fuente: http://www.sabelotodo.org/cuerpohumano/superficiecorporal.html Una vez que hemos obtenido el valor de la superficie corporal, éste se multiplica por el valor correspondiente al gasto energético (kcal/m2/h) para hombre o mujer de una edad determinada (coeficiente C). El valor obtenido se multiplicará por 24 h. De esta forma conoceremos el metabolismo en reposo por día. El valor del coeficiente C lo podemos encontrar en las tablas de Boothby, Berkson y Dunn. 34  Sexo y Edad Coeficiente C (kcal/m2/día) Hombres 13-15 46.35 18 43.25 25 40.24 30 39.34 35 38.68 45 37.37 55 36.10 65 34.80 Mujeres 13 42.10 15 40.10 18 36.74 25 35.70 30 35.70 35 35.70 45 34.94 55 33.18 65 32.30 Cálculo del gasto energético asociado al desarrollo de una actividad física: Supone incrementar el metabolismo en reposo añadiendo un factor de actividad que determina el grado de intensidad de cada tipo de actividad. Los factores de actividad física propuestos por la FAO/OMS, en función del tipo de actividad realizada y del sexo, son los siguientes: Tipo de Ligera Moderada Alta Actividad Hombres 1.55 1.78 2.10 Mujeres 1.56 1.64 1.82 De esta forma, podemos calcular el gasto energético total (GET), una vez calculado el gasto en reposo o metabolismo basal (MB), aplicándole el factor de actividad física (FA) correspondiente, de la siguiente manera: GET = MB x FA. 35  En el caso de querer hacer un cálculo del factor de actividad física de forma individualizada para cada persona y más personalizada, tendríamos que conocer el tiempo de actividad que es dedicado a cada actividad física a lo largo de las 24 horas que componen un día completo. A continuación, se propone un modelo para realizar dicho cálculo individualizado, donde el tiempo empleado en cada actividad lo multiplicaremos por su factor de actividad correspondiente, y la suma del total la dividiremos entre las 24 horas del día, para así obtener el factor de actividad física individualizado. 36  Actividad Factor de Tiempo Total actividad empleado Reposo 1 Sueño, tendido Muy ligera 1.5 Actividades que se hacen sentado o de pie, como pintar, conducir, trabajo de laboratorio, escribir a máquina, planchar, jugar a las cartas, tocar un instrumento musical Ligera 2.5 Caminar sobre superficie plana a 4 – 5km/h, trabajo de taller, instalaciones eléctricas, carpintería, camarera, limpieza doméstica, cuidado de los niños, golf, vela, tenis de mesa Moderada 5 Caminar 5.5 – 6.5km/h, arrancar hierba y cavar, transportar una carga, bicicleta, esquí, tenis, baile Intensa 7 Caminar con carga cuesta arriba, cortar árboles, cavar con fuerza, baloncesto, escalada, fútbol, rugby 37 2.3 balance energético en situaciones especiales Como hemos mencionado al principio de este apartado, cuando existe un estado fisiológico distinto, el gasto energético puede estar alterado. Uno de estos casos, es cuando estamos enfermos. Normalmente aquí la actividad física está frecuentemente reducida, haciendo por tanto que se modifique dicho gasto energético. Pueden darse determinadas situaciones en las que existe un hipercatabolismo (politraumatismos, quemaduras, sepsis, cirugía mayor, etc.) donde existe un aumento del gasto energético considerable. Se debe principalmente a la alteración de los niveles circulantes de ciertas hormonas. En casos de obesidad, existe un balance energético positivo, en los que el ingreso es mayor que el gasto. Normalmente, en este estado fisiológico existe un aumento de grasa o tejido adiposo, siendo éste metabólicamente inactivo, por tanto, estaríamos hablando de una sobreestimación de las necesidades energéticas si intentamos calcular el gasto energético utilizando el valor del peso corporal real. Por tanto, este peso tendría que ser adaptado de la siguiente forma: Peso corregido= (PCR – PCD) x 0.25 + PCD Donde PCR sería el peso corporal real, PCD el peso corporal deseable o ideal según el sexo y la altura, y 0,25 sería el porcentaje de exceso de peso metabólicamente activo en el individuo obeso. Para calcular el valor del PCD, podemos emplear la fórmula de Lorentz: PCD (kg)= (altura (cm) – 100) – [(altura (cm)-150/K] En hombres K=4; y en mujeres K=2.5. Por otro lado, la OMS establece el índice de Quetelet o índice de masa corporal (IMC) como un indicador del estado nutricional de una persona, que relaciona el peso con la altura a través de la siguiente fórmula: IMC = Peso (kg) / Altura2 (m2) 38  IMC (kg/m2) Estados nutricionales < 18,5 Delgadez o bajo peso 18,5 - 24,9 Peso normal 25,0 - 29,9 Sobrepeso o pre-obesidad 30,0 - 34,9 Obesidad leve o de clase I 35,0 - 39,9 Obesidad severa o de clase II > 40 Obesidad mórbida o de clase III COMPRUEBA LO QUE SABES Según lo que has podido estudiar en función al gasto energético, ¿qué tipo de maniobras podríamos realizar en un individuo con obesidad para aumentar el gasto energético, teniendo en cuenta que su metabolismo es más lento? Comenta tus ideas en el foro de la unidad. 3. PAPEL BIOLÓGICO DE LOS ALIMENTOS: VALOR CALÓRICO, PRINCIPIO DE ISODINAMIA, DIGESTIBILIDAD, ACCIÓN DINÁMICO - ESPECÍFICA Aunque ya has realizado los cálculos, tienes que tener en cuenta otros factores que pueden alterar el metabolismo energético de tu paciente, y que, aunque parezcan insignificantes, pueden resultar de vital importancia y ser algunos de ellos la clave que hará que tu paciente se encuentre sano o malnutrido. Tienes que tener en cuenta que no todos los nutrientes aportarán las mismas calorías, que no todos se absorberán ni estarán disponibles en la misma proporción, y sobre todo, que al ingerir estos nutrientes, también supone un gasto energético para su metabolización. Tampoco debes dejar de lado el proceso de digestión, que comienza en la boca y terminará con la expulsión de orina y/o heces. 3.1 Valor calórico de los alimentos Después de conocer todo acerca de la energía, su cuantificación y su balance, debemos relacionar todos estos conceptos con los alimentos, que será el ejemplo más claro para entenderlo todo. 39 Así, el valor calórico de un alimento vendrá determinado por el número de kcal que proporcione en presencia de oxígeno. Para calcular cuál es el valor calórico de los macronutrientes, se emplean los coeficientes establecidos por Atwater o Southgate. Como bien mencionamos anteriormente, cada tipo de macronutriente posee un valor calórico diferente. Dentro de cada grupo de macronutrientes, aunque existen diferencias a nivel cualitativo, a nivel cuantitativo tendrán el mismo valor calórico. Así, de manera general, cada macronutriente tendrá. 1g hidratos de carbono = 4kcal/g (Atwater) 3.75kcal/g (Southgate) 1g proteínas = 4 kcal/g (Atwater) 4kcal/g (Southgate) 1g grasas = 9 kcal/g (Atwater) 9kcal/g (Southgate) Prácticamente coinciden todos los valores excepto el de los hidratos de carbono, que de manera generalizada se emplea 4kcal/g. Por otro lado, el alcohol, no es un nutriente, pero también produce energía metabólicamente utilizable, con un rendimiento de 7 kcal/g. Además, de acuerdo con las recomendaciones de la FAO, es importante tener presente el valor calórico de la fibra (2 kcal/g) a la hora de determinar el contenido energético de los alimentos. Teniendo en cuenta la composición nutricional de cada alimento, en función a dichos nutrientes, su valor calórico será mayor o menor. Aparte del valor calórico de los alimentos que vendrá determinado principalmente por el contenido energético de los hidratos de carbono, lípidos y proteínas presentes en cada alimento, además de la fibra y el alcohol, en su caso. Los alimentos también tendrán un valor nutricional, asociado a su composición en el tipo y la calidad de los macronutrientes y los micronutrientes, como son las vitaminas, minerales o fibra. Por tanto, pueden existir alimentos muy ricos a nivel calórico pero pobres nutricionalmente hablando. También puede darse el caso contrario, en el que el alimento tiene un valor calórico reducido pero un valor nutricional muy elevado, que serán los alimentos más adecuados a la hora de perder peso. 40  EJEMPLO PRÁCTICO Eres técnica en dietética y nutrición. Cuentas con experiencia en tu puesto ya que, desde hace más de diez años, tienes una consulta especializada en un centro médico con diferentes especialidades. Esta mañana ha acudido a tu consulta un nuevo paciente, Luis. Tiene un ligero sobrepeso, pero sobre todo pretende recibir asesoramiento sobre qué alimentos son los más adecuados para la pérdida de peso y cuáles son los más propensos a un aumento de peso. ¿Cómo deberás asesorar a Luis? A la hora de perder peso, debes informar a Luis de los distintos tipos de alimentos que existen y cuáles de estos serían beneficiosos para la pérdida de peso y cuáles no. Además, también debes hacerle hincapié en cuáles mejorarán notablemente su salud. Le explicas que algunos de estos alimentos, como, por ejemplo, pueden ser la bollería industrial o alimentos ultra procesados, no son beneficiosos para la salud ni para la pérdida de peso. También le dices que, por otro lado, también existen alimentos con alto valor nutricional y bajo nivel calórico, que serán, por tanto, los más recomendados a la hora de perder peso, ya que poseen pocas calorías, haciendo que disminuya nuestra ingesta energética, y por otro lado poseen muchos nutrientes, por lo que la pérdida de peso no conllevará pérdida de salud ni ningún proceso de desnutrición asociado. Como ejemplo de alimento con alto valor nutricional y bajo valor calórico serían las frutas y verduras. No todos los alimentos se utilizan por tanto para producir energía, sino que se utilizan para la fabricación de tejidos y reposición, entre otros aspectos. A partir de esto, podemos hablar sobre el principio de isodinamia. 3.2 Principio de isodinamia y ley del mínimo El principio de isodinamia nos hará entender por qué a veces se dan carencias nutricionales a pesar de que tomemos cantidad suficiente de dichos nutrientes. Ley de isodinamia: la ley de la isodinamia nos indica que los nutrientes de los alimentos pueden sustituirse según sus calores de combustión. Es decir, es posible intercambiar alimentos entre ellos para obtener el mismo nivel calórico. A pesar de ello existen algunas limitaciones, ya que como hemos visto anteriormente, además de la función meramente energética, los alimentos tienen otro tipo de funciones, que no son intercambiables entre sí. 41  ¿SABÍAS QUE…? Teniendo en cuenta la ley de isodinamia, se realizan las llamadas dietas por intercambios, muy empleadas para personas con diabetes mellitus. Aquí se tiene en cuenta la carga de hidratos de carbono de la dieta y se reparte en función de las inyecciones de insulina y actividad física que se realice. Aunque hoy en día se opta más por introducir productos integrales, las dietas por intercambios ayudan a controlar de manera mucho más exhaustiva la cantidad de glucosa en sangre. La forma de intercambio será siempre a nivel cuantitativo (mismas calorías), pero nunca a nivel cualitativo (a pesar de tener mismas calorías, el efecto en el organismo y las funciones de cada alimento varían en relación a su composición en micronutrientes). También ocurre a nivel de los macronutrientes, ya que, aunque el valor calórico de 1g de hidratos de carbono y 1g de proteínas es el mismo, a nivel cualitativo su composición será diferente. Mientras que los hidratos de carbono están compuestos por carbono, oxígeno e hidrógeno principalmente, las proteínas cuentan además con nitrógeno y azufre en su composición. Por tanto, aunque nos aporten las mismas calorías, la forma de metabolizarse será diferente debido a su composición. VÍDEO DE INTERÉS Visualiza un ejemplo práctico de cómo realizar una dieta personalizada con intercambios de alimentos: La ley de la isodinamia no considera importante el valor de los micronutrientes como las vitaminas, los minerales, aminoácidos esenciales o ácidos grasos esenciales, ya que no son nutrientes energéticos. Debemos también tener en cuenta la ley del mínimo. 42 Ley del mínimo: el valor nutritivo de una ración viene determinado por el factor nutritivo presente en proporciones adecuadas y/o se encuentre al mínimo. Explicado de otra forma podríamos decir que el nutriente que se encuentre menos disponible será el que limite la producción, aun cuando los demás estén en cantidades suficientes. Se necesitarán por tanto unas cantidades básicas de cada nutriente para que funcionen adecuadamente las cadenas metabólicas. Representación gráfica de la ley del mínimo. Fuente: http://4.bp.blogspot.com/-goOrfmDiIu0/Ug9fnNqtGjI/AAAAAAAAAKc/cCm-JZYg55g/s1600/ley+del+m%C3%ADnimo.jpg PARA SABER MÁS Como explica la ley del mínimo, si existe un nutriente limitante, por mucha cantidad de alimento que aportemos, siempre se verá descompensado. Esto ocurre por ejemplo con las vitaminas hidrosolubles, las cuales no se almacenan si existe un exceso. Por tanto, si aportamos más cantidad de alimento, una vez que nuestro organismo haya alcanzado los niveles mínimos de dichas vitaminas, no servirá de nada que sigamos aportando dicho alimento, pues no tendremos más cantidad almacenada de la que nuestro cuerpo necesita. 3.3 Digestibilidad de los alimentos Para poder aprovechar todos los beneficios que a nivel nutricional y calórico que nos aportan los diversos tipos de alimentos, se requiere el llamado proceso de digestión. La digestión es el proceso mediante el cual los alimentos pasan de su estado original fuera del cuerpo, a través de todos y cada uno de los órganos que componen el aparato digestivo hasta que son asimilados y empleados en los diferentes procesos que afectan al organismo. 43 Es el sistema digestivo, formado por el tracto gastrointestinal, el que se encargará íntegramente del proceso de digestión y absorción de nutrientes. Su función principal será la de procesar diversas sustancias presentes en los alimentos denominados nutrientes para que se incorporen al medio interno. Estas sustancias, una vez en el medio interno, pasarán a formar parte del organismo para su correcto funcionamiento. Al contener los alimentos moléculas muy complejas, se requerirá un proceso previo de degradación a moléculas más sencillas. En esto por tanto consistirá el proceso de digestión. Al no ser todas las moléculas iguales, existirán determinadas zonas del tracto digestivo que absorberán determinados nutrientes, mientras que otras zonas harán lo propio con el resto de nutrientes. Para el proceso de digestión, el tracto digestivo cuenta con numerosas enzimas, de las que ya hablamos con anterioridad. Estas enzimas serán, por tanto, en última instancia, las encargadas de hacer más fácil el proceso de digestión y absorción de nutrientes. COMPRUEBA LO QUE SABES Sabiendo que existen determinadas zonas del intestino que absorberán determinados nutrientes, ¿sabrías poner un ejemplo de alguna enfermedad que esté relacionada con la absorción/no absorción de un determinado nutriente? Expón tus ejemplos en el foro de la unidad. A esto, añadimos la participación de determinadas glándulas anejas que ayudarán con la secreción de determinadas sustancias que facilitarán el proceso de digestión. Muchas de estas sustancias secretadas por las glándulas también contienen enzimas que también participarán en dicho proceso. Además de la digestión, secreción y absorción, añadimos un cuarto elemento que ayudará en este complejo proceso: la motilidad. Se trata de los movimientos que llevará a cabo la musculatura del tracto gastrointestinal que ayudará a que todas las secreciones se mezclen con las sustancias de los alimentos, así como a la absorción y secreción de las mismas. 44  ¿SABÍAS QUE…? Gracias al movimiento perfectamente coordinado de la musculatura lisa del aparato digestivo, concretamente del esófago, se comienza el proceso de digestión. Este movimiento se conoce como ondas peristálticas. 3.4 Acción dinámico - específica Cuando hablamos sobre la acción dinámica – específica de los alimentos, nos referimos al efecto térmico que dichos alimentos tienen sobre el metabolismo basal. Aunque el término hace referencia sólo a la proteína dietética, ya se habla del efecto térmico de los alimentos para referirnos a todos los macronutrientes. Este gasto energético supone entre un 5 y un 10% del total, pero dependerá de la composición nutricional del alimento en cuestión. En el caso de la proteína, el efecto térmico debido a su metabolización ronda el 20 – 24%. Así, las proteínas necesitan un alto coste energético para la síntesis y degradación de nuevos tejidos, también para el proceso de gluconeogénesis. Para el caso de los hidratos de carbono, su efecto térmico se encuentra entre el 5 – 10%. Cuando la glucosa se absorbe, puede ser empleada para su oxidación y aprovecharse por completo o bien almacenarse en forma de glucógeno muscular. La serie de reacciones que requieren la transformación de la glucosa para su adecuado almacenamiento también requieren energía, aunque en menor medida que las proteínas. Por último, el porcentaje del efecto térmico de las grasas es del 2 al 5%. Tras la ingestión de alimentos, la transformación metabólica es prácticamente nula, por lo que no se necesita demasiada energía. Por ello, el papel tan importante de las grasas en la dieta debe ser tenido muy en cuenta, ya que además de suponer un mayor aporte calórico, el porcentaje que se deshecha para su metabolismo es el más pequeño. La variación en estos porcentajes depende del grado de complejidad a la hora de su digestión o facilidad para su utilización. 45 Una vez que esa energía ha sido empleada, hablamos entonces de las kcal netas que nuestro cuerpo recibe directamente de esos alimentos, y que se emplearán para el resto de los procesos del organismo que requieran un determinado nutriente. Si se produce una disminución en la ingesta de alimentos durante período concreto de tiempo, esto conduce a una disminución progresiva del metabolismo basal. A raíz de esto se producen determinados cambios hormonales. Cuando se sigue durante un tiempo prolongado una ingesta de alimentos muy reducida (caso de las dietas muy bajas en calorías), esto puede conllevar a que se reduzca significativamente nuestro metabolismo basal, haciendo por tanto que el proceso de pérdida de peso sea más dificultoso. ENLACE DE INTERÉS Conoce más información veraz sobre varios aspectos relacionados con la nutrición. En este caso, información ampliada sobre el efecto termogénico de los alimentos y algunas curiosidades: RECUERDA Los alimentos constituyen una parte esencial en el gasto energético. Cada macronutriente tendrá un porcentaje distinto dentro del efecto térmico de los alimentos. Las proteínas son los macronutrientes con mayor efecto térmico, mientras que las grasas constituyen el macronutriente que emplea menor cantidad de energía en su metabolización. 46 RESUMEN FINAL Gracias al estudio del funcionamiento del metabolismo y su rentabilidad energética, hemos podido aprender a afrontar los primeros pasos a la hora de enfrentarnos a un paciente por primera vez. Se han establecido las bases a partir de las cuales se obtienen energía, además de conocer las formas que tenemos de cuantificar dicha energía que gasta nuestro paciente. Nuestro correcto trabajo dependerá de una adecuada recogida de datos personales, así como de una buena entrevista dietética que nos oriente acerca de la ingesta que realiza nuestro paciente, además del gasto energético que puede llevar asociado. También es fundamental saber identificar los diferentes macronutrientes como son los hidratos de carbono, grasas y proteínas, así como su funcionamiento y metabolización en nuestro organismo. Todo este proceso debe estar guiado por el profesional de la nutrición que contará con los conocimientos básicos para que el servicio ofrecido al paciente sea el más correcto posible. 47