TERMOGENESIS Y BALANCE ENERGÉTICO

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1 UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FUNCIONALES SECCION DE FISIOLOGIA TERMOGENESIS Y BALANCE ENERGÉTICO Dr. Ramfis E. Nieto Martínez. Médico Internista y MS en nutrición y metabolismo. Profesor Asociado - Sección de Fisiología. Decanato de Ciencias de la Salud. Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado. Dirección: Unidad de Investigación en Fisiología. Decanato de Medicina (UCLA). Av. Andrés Bello con Av. Libertador. Apartado 516. Barquisimeto, Edo. Lara, Venezuela. Teléfonos: Secretaria , Laboratorio: rnieto6@yahoo.com TERMOGENESIS El METABOLISMO es la suma de todas las transformaciones de materia y energía que tienen lugar en los sistemas biológicos. Las transformaciones de materia (reacciones químicas para degradación o síntesis de biomoléculas) se cumplen mediante procesos acoplados de energía (metabolismo energético). Sin embargo, las células solo aprovechan la energía que se libera de las reacciones químicas. Esta energía proviene del CATABOLISMO de moléculas complejas (Carbohidratos, lípidos y proteínas), pero no se aprovecha directamente, sino que se incorpora a compuestos de alta energía (ATP). La fuente inmediata de energía química es la Reserva Metabólica que tiene un intercambio dinámico con cada célula. La E. química que se utiliza constantemente debe reponerse con la E. química proveniente de los alimentos ingeridos. La energía química se utiliza en las células para realizar diversas clases de TRABAJO: - Mecánico: Contracción muscular - Osmótico: Gradientes de concentración a través de la membrana celular - Eléctrico: Transmisión del impulso nervioso - Químico: Síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas simples (ANABLISMO). Es decir, el almacenamiento de E. química en forma de proteínas, glucógeno o triglicéridos también produce un gasto de energía. Sin embargo, sólo el 20 a 25% de la E. química se transforma en trabajo. El resto se transforma en E. térmica o calor, que no se puede usar para realizar trabajo. Además, del calor que se libera en las reacciones químicas, el trabajo finalmente se transforma o se disipa en calor. La producción de E. térmica o calor en el organismo se conoce como TERMOGENESIS. La termogénesis involucra procesos que persiguen 2 cosas: en primer

2 lugar, producir calor para mantener la temperatura corporal; y en segundo lugar, disipar energía para mantener el peso corporal. BALANCE ENERGETICO De acuerdo a la primera ley de la termodinámica, la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma de un tipo a otro. Por tanto, Energía ingerida = energía gastada (Gasto energético) Energía química de los alimentos = E. Trabajo (mecánico, osmótico, eléctrico, químico) + E. Térmica (Calor) ± E. química almacenada 1. Cuando la cantidad de energía ingerida alcanza justo para proveer la energía que se gasta en trabajo y calor, los depósitos de Carbohidratos, Proteínas y grasa (E. química almacenada) se mantienen constantes. 2. Cuando el ingreso de energía es mayor que su egreso como trabajo y calor, los depósitos corporales de grasa aumentan (Obesidad) para equilibrar la ecuación. 3. Cuando el ingreso de energía es menor que su ingreso como trabajo y calor, los depósitos corporales disminuyen (Desnutrición) para equilibrar la ecuación. Por tanto, el balance energético es un equilibrio entre la energía metabolizable ingerida (energía disponible en el cuerpo restando las pérdidas en heces y orina) y el gasto energético total (GET). En un individuo con un peso corporal estable, la medición del gasto energético total es equivalente a la energía ingerida (requerimiento energético). GASTO ENERGETICO En términos prácticos el gasto energético o termogénesis tiene 3 componentes: 1. Gasto energético Basal (GEB) o Tasa metabólica basal (TMB) 2. Efecto térmico de los alimentos (ETA) antes llamado Termogénesis inducida por la dieta (TID) 3. Termogénesis por Actividad Física (TAF) 1. Gasto energético Basal (GEB) o Tasa metabólica basal (TMB) Es la energía requerida para el mantenimiento de las funciones básicas de las células del cuerpo y la temperatura corporal. En la mayoría de los sujetos sedentarios la TMB representa el 60 a 70% del GE. Los factores que determinan el 80% de variación de la TMB son: Masa magra (MM), masa grasa (MG), sexo y edad. La contribución de la MM a la TMB por Kg de peso, es mayor que la grasa por Kg. La relación entre MM y TMB explica porque la TMB es mayor en hombres que en mujeres y porque disminuye con la edad. Sin embargo, se ha observado que sujetos de la misma edad, sexo y MM pueden tener una TMB hasta 30% diferente. Por tanto, sujetos que ingieren la misma cantidad de alimentos por Kg de MM pueden ganar peso y otros no. Por tanto, diversas personas mantendrán pesos diferentes a diversas ingestas calóricas.

3 2. Efecto térmico de los alimentos (ETA) o Termogénesis inducida por la dieta (TID) El ETA es el aumento de la TM sobre el nivel basal después de comer. Alrededor del 10% de la dieta ingerida que puede ser metabolizada se pierde en forma de calor, el cual es utilizado en el metabolismo intermediario de sustratos, en la utilización de ATP, y en la síntesis de ATP a partir de coenzimas reducidas por fosforilación oxidativa. Antes se pensaba que la energía se gastaba en los procesos digestivos y absortivos del alimento solamente pero luego se observo que el gasto era similar cuando se administraba el nutriente por nutrición parenteral. Y que hay otros factores responsables del ETA. 3. Termogénesis por Actividad Fisica (TAF) Ocurre en el músculo esquelético y es la única categoría modificable por la voluntad. EVALUACION PRÁCTICA DE LA TERMOGENESIS Para estudiar el balance energético de un paciente se deben medir las variables de la formula anterior (TMB ETA - TAF). a. Medicion de la TMB Si un sujeto se encuentra en ayunas se excluye el ETA y si se encuentra en reposo se excluye la TAF. En estas circunstancias: - Energía química almacenada = energía térmica En estado de reposo y en ayunas una persona utiliza determinada cantidad de energía química almacenada en los depósitos corporales y esta se convierte completamente en calor. La medición de la cantidad de calor producida en el organismo se denomina Calorimetría. La energía gastada en condiciones basales (12 a 14 horas después de la última comida, en la mañana después de 8 horas de sueño, en completo reposo mental y físico y temperatura adecuada) se denomina METABOLISMO BASAL O TASA METABOLICA BASAL. En estas condiciones la energía química solo se destina al mantenimiento de las funciones vitales del organismo. La medición de la tasa metabólica basal puede hacerse 2 formas: 1. Calorimetría directa: Midiendo directamente la cantidad de calor que el sujeto produce en unidad de tiempo 2. Calorimetría indirecta: Calculando la producción de calor de una persona a partir del consumo de oxigeno. Esto se basa en que el calor que genera el cuerpo como resultado del consumo de E. química proviene de la oxidación de los depósitos corporales de carbohidratos, proteínas y grasa. Para calcular la producción de calor de una persona a partir del consumo de oxigeno, debemos saber primero el volumen de oxígeno que se consume durante la oxidación de carbohidratos, grasas y proteínas. Es decir, cuantas Calorías se producen cuando se consume un litro de oxigeno en la oxidación de cada uno de los sustratos. Este es el equivalente calórico del oxigeno (Kcal/L de O 2 ). Los carbohidratos y grasas reaccionan con cantidades definidas de O 2 para producir cantidades definidas de CO2 y agua.

4 En el caso de la glucosa: - C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O - 1 mol glucosa = 180 g de glucosa g glucosa L O2 134 L CO2 + Agua - 1 g glucosa se oxida con 0,75 L O2-1 g glucosa produce 3,7 Kcal - Por tanto, es necesario 5 Kcal/L O2 para oxidar carbohidratos Realizando cálculos similares se obtiene que el equivalente calórico del oxigeno para la oxidación de los macronutrientes son: 1. Carbohidratos = 5 Kcal/L 2. Grasa = 4,7 Kcal/L 3. Proteína = 4,5 Kcal/L 4. Promedio = 4,8 Kcal/L Considerando que la cantidad de calor que se genera por la oxidación individual de carbohidratos, proteínas y grasas es muy similar; la producción de calor calcula con bastante precisión usando el valor promedio de los 3 macronutrientes principales (4,8 Kcal/L de O2). Ejemplo: La medición de consumo de O2 en condiciones basales fue 322 ml/min = 19,3 L/h = 463 L/24 h. Si multiplicamos este valor por el equivalente calórico del oxigeno 4,8 Kcal/l nos da que el gasto energético basal de este individuo es 2200 Kcal/día. En el laboratorio podemos hacer determinaciones de calorimetría Indirecta.

5 El cociente entre VCO2/VO2 se denomina cociente respiratorio (RQ). Cada macronutriente tiene un valor específico de RQ. Se el valor es 0,7 indica que se esta oxidando predominantemente grasa, si es 0,82 se oxida proteínas, si es 1 carbohidratos y si es 0,84 se oxida una mezcla de sustratos. En esta paciente del ejemplo anterior se determino la TMR (Tasa metabólica en reposo = GER). La TMR puede medirse a cualquier hora del día y generalmente es 10% superior a la TMB. Si el GER medido es mayor al calculado por la ecuación de Harris-Benedict se dice que el paciente esta hipermetabólico, si es similar normometabólico y si es inferior hipometabólico. Si conocemos la excreción urinaria de nitrógeno podemos calcular el cociente respiratorio no proteico y podemos calcular que proporción de las calorías oxidadas provienen de cada macronutriente. b. Medicion del Gasto Energético total en la consulta En la consulta externa generalmente no es posible medir por calorimetría indirecta la TMB o GEB a todos los pacientes. Por tanto, utilizamos ecuaciones predictivas para hacer los cálculos. La base para el cálculo del requerimiento energético debe ser el gasto energético y no la ingesta energética. La ingesta puede no representar el requerimiento, mientras que las necesidades energéticas deberían ser reemplazar el gasto energético. La FAO/OMS/UNU (1989) sugiere que la TMB debe ser la base del cálculo y el requerimiento de energía debería expresarse como un múltiplo de la TMB. Así, una

6 persona muy sedentaria podría necesitar 1,5 x TMB, mientras que una persona con actividad moderada 1,8 x TMB. Este sistema tiene algunas ventajas: a. Utiliza los datos recolectados en los últimos 70 años b. Una proporción sustancial del GE proviene de la TMB (50% en una persona físicamente activa y 70% en una persona sedentaria). c. La otra variable importante del GE que es la TAF es expresada como múltiplo de la TMB d. El ETA o TID esta incluida en el cálculo de las actividades ocupacionales y no ocupacionales. El gasto energético total (GET) es la suma del GER + TAF + ETA. La estimación del GET nos permitirá calcular el balance energético o calórico de la siguiente forma. Balance energético = Ingesta calórica (24 h) GET (24 h). De este modo podemos conocer el riesgo de obesidad en pacientes con balance calórico positivo y de desnutrición en pacientes con balance calórico negativo REFERENCIAS Durnin J Nutrition 1991;121:1889:1890 Ravussin E. J Clin Invest 78:1568, Bogardus C et al N Eng J Med 315:96, 1986