BROMATOLOGÍA Y NUTRICIÓN Requerimiento energético Prof. María Catalina Olguin
ENERGĺA EN LOS SERES VIVOS Los organismos vivos obtienen energía del ambiente. Convierten parte de esa energía en otras formas útiles para hacer trabajo Devuelven energía al ambiente = calor
Termodinámicamente los humanos: * máquinas operando a T y P constantes. * sistemas abiertos. * energía constante y suministro de materia. * en un estado estacionario dinámico
Requerimiento energético El R.E. humano se estima por medio del gasto energético más las necesidades adicionales derivados del: crecimiento, embarazo y lactancia. La Ingesta energética dietaria proveniente de la alimentación debe satisfacer el requerimiento para mantener un estado de salud óptimo, funciones fisiológicas y bienestar (no solo salud física).
Unidades de Energía Dado que la energía química que emplea el organismo animal, luego de su ciclo de utilización se disipa como calor (real o potencialmente) se ha usado como unidad la kcal. Según SI la unidad de expresión del GE y de los R E la unidad es el Joule (J) universal para todas las formas de E J= l kg x 1m 2 /1s 2 desde 1973 1 kcal= 4,184kJ 1kJ= 0,239 kcal
Balance Energético B = Ingesta energética Gasto energético B = I (Q + W mecánico) Si I = Q + W mecánico B =0 y P= 0 Si I > Q + W mecánico B (+) y P (+) Si I < Q + W mecánico B (-) y P (-) se tiende a mantener B= 0 disminuye W
Cuando el balance energético se mantiene en un lapso temporal prolongado = estado estacionario. Balances (+) Niños en crecimiento: ingesta energética compensa gasto y permite crecimiento adecuado. Niño con déficit energético primero disminuye actividad y luego detiene su crecimiento. Embarazo y lactancia.
Uso de la energía química de los alimentos La alimentación debe cubrir la necesidad ENERGÉTICA de modo prioritario. La oxidación (combustión) biológica de los tres macronutrientes: hidratos de carbono, proteínas y lípidos produce energía a temperatura constante (36-38º C) Sólo la energía que es convertida en compuestos de alto potencial energético es utilizable para la realización de W u otros procesos anabólicos = Energía libre.
Principal transportador de E en todos los seres vivos = ATP. ATP, PEP y fosfoguanidinas (fosfocretaina) E libre de hidrólisis -7,5 kcal/mol. Fosfatos de bajo cont de E (hexosa fosfatos) = -4kcal/mol. Fosforilación oxidativa cadena respiratoria= mayor rendimiento P:O =3 (3 ATP) Flavo proteínas dehidrogenasas P:O=2 (2ATP) Fosforilación a nivel de sustrato (glicólisis) 1ATP (1:3 difosfoglicerato y PEP)
Eficiencia en el uso de la Energía Eficiencia o rendimiento en la transferencia energética (R) = cantidad total de E libre que origina una determinada cantidad de alimento (I) R = E/I x 100 Carbohidratos 42% 1mol de glucosa = 686 kcal. 38moles de ATP R = 38 x 7,5 /686 x 100 = 42 % Lípidos 41% 1 mol Palmítico= 2340 kcal 129 moles ATP R= 129 x 7,5/2340 x 100 = 41% Proteínas 32-34%
La eficiencia depende de la vía metabólica empleada, gastos extra de energía. Glucosa Vía directa > luego de resíntesis a partir de piruvato o si previamente pasó a TAG (lipogénesis). Hormonas tiroideas: reguladores de eficiencia del uso de la energía. Desacople en la fosforilación oxidativa. Grasa parda: ineficiencia en producción de energía utilizable; adaptación especial para termogénesis. Alta eficiencia: útil en etapas de crecimiento; en producción animal. Baja eficiencia: prevención de obesidad.
Flujo de la energía del alimento en el organismo para el mantenimiento del balance energético Energía bruta ingerida Energía digerible (95%) Energía metabolizable Energía metabolizable neta Energía neta para mantenimiento y W Energía fecal y gases fermentación microbiana Energía urinaria (comp de N2) y pérdida superficial E.T.A.(10%)y calor de fermentación microbiana Termogénesis de la dieta no obligatoria, debida al frío, drogas, hormonas, etc. Metabolismo basal, actividad física, crecimiento, etc
Energía metabolizable (Em) Energía bruta o total de la dieta: en bomba calorimétrica. Combustión total. En el organismo la absorción se calcula en un 95% (digestibilidad). Carbohidratos y lípidos producen en bomba y en organismo CO2 y H2O. Proteínas en bomba: CO2, H2O y N2; en organismo: CO2, H2O + urea, ácido úrico y creatinina (E no aprovechable) equivalen a 7,5kcal/g de nitrógeno ingerido. Em (kcal/g) = (Eb x 0,95) (% N de alimento x 0,075)
Factores de conversión de energía metabolizable para los principales sustratos aportadores de energía Sustrato Factor de Conversión (kcal/g) Proteínas 4,0 Lípidos 9,0 Carbohidratos disponibles (monosac) 3,75 por diferencia 4,0 Fibra Dietaria Fermentable 2,6 No fermentable 0,0 Alcohol 6,9 Polialcoholes totales 2,4 Ácidos orgánicos 3,0
Energía neta para mantenimiento: empleada en metabolismo basal, actividad física y crecimiento embarazo lactancia (FAO, 2003). Rendimiento = aprox 40% Procesos bioquímicos internos, musculatura, vísceras, osmótico, transporte = procesos que desarrollan calor para temp corporal y disipación. ATP empleados para W externo no pasa del 25/30% de la E total ingerida.
Gasto energético El gasto energético total diario se compone de: MB (60-65%) + AF (actividad física) + E.T.A. (10%) +( T) MB influido por tamaño corporal, sexo, edad y estado fisiológico. Depende de la composición corporal (relación proteína/ grasa). Se relaciona directamente con la superficie corporal. Superficie corporal (cm 2 ) = Peso 0,425 kg x Talla 0,725 (cm) x 71,84 A.F. = W variable según individuos. Liviana, moderada, pesada. Energía productiva. E.T.A.: efecto térmico de los alimentos T: Termorregulación (incorporada en otros)
Metabolismo Basal; T.M.B.; I.M.R. =Energía de mantenimiento: funciones corporales, temperatura corporal, reparación y formación de tejidos. Tasa Metabólica Basal. Se mide en reposo físico y mental. Despierto. Neutralidad térmica. Ayuno de al menos 12 horas. Sistemas que trabajan ininterrumpidamente. Costo basal para mantenerse vivo.
Variables determinantes del MB Superficie corporal, el mantenimiento de la temperatura corporal hace que MB se relacione en forma directa con la superficie (disipación). kcal/m 2 Metabolismo basal Especie Peso (kg) kcal/día kcal/kgxdía kcal/m 2 Caballo 500 5000 10 950 Hombre 70 1745 25 948 Perro 15 800 50 1050 Ratón 0,02 4 200 1200
Metabolismo basal 0,425 0,725 Superficie corporal (cm2) = Peso (kg) x Talla (cm) x 71,84
Masa magra (MM)= tejido muscular, órganos, huesos, fluidos. No tejido adiposo. MM depende de edad, género, grado de desarrollo muscular, tamaño corporal. Si se relaciona el MB con la MM el MB de los obesos se iguala con el de los delgados y mujeres con varones. Sexo: varones hasta 10% mayor que mujeres. Distinta composición corporal Edad: MB/kg de peso es mayor en los niños que en los adultos (mayor proporción de tejidos con Metabolismo alto). Ancianos menor MM. Talla: a igual peso, género y edad, MB > altos.
Peso corporal: relación no lineal. Aumenta con el PC expresado en kcal/día, pero en kcal/kg xdía disminuye con el aumento de éste. Especie más pequeñas valores mayores por unidad de peso. MB= K x P log MB (kcal/día) 0,75 10000 1000 100 10 1 paloma perro hombre vaca 1 10 100 1000 Log Peso (kg)
Otras variables que inciden sobre MB En conjunto: composición corporal, edad, estado físico, género y genética influyen en un 80-90% en las variaciones del MB. Otras: sueño disminuye en un 10%. Embarazo: aumento impuesto por el feto, desarrollo mamario y depósito graso materno. Tiroxina: 1mg aumenta un 25%. Hipotiroidismo disminuciones de hasta 40%. Adrenalina aumenta 50 kcal/mg. Fiebre: cada grado por encima T normal aumenta 10%. Desnutrición e inanición disminuyen hasta un 20%.
Ecuaciones para predecir el MB en función del peso corporal (FAO 2004) Edad Varones Mujeres (años) kcal/día MJ/día kcal/día MJ/día 0-3 59,512 P 30,4 0,249 P 0,127 58,317 P 31,1 0,244 P 0,130 3-10 22,706 P + 504,3 0,095 P + 2,110 20,315 P + 485,9 0,085 P + 2,033 10-18 17,686 P + 658,2 0,074 P + 2,754 13,384 P + 692,6 0,056 P + 2,898 18-30 15,057 P + 692,2 0,063 P + 2,896 14,818 P + 486,6 0,062 P + 2,036 30-60 11,472 P + 873,1 0,048 P + 3,653 8,126 P + 845,6 0,034 P + 3,538 > 60 11,711 P + 587,7 0,049 P + 2,459 0,082 P + 658,5 0,038 P + 2,755 P: peso corporal en kg
Tasa metabólica basal de varones y mujeres adultos en relación a la estatura y al peso promedio aceptable por estatura Estatura (m) Peso (kg) 18-30 años 30-60 años Más de 60 Varones kcal (kj)/k/día kcal (kj)/día kcal(kj)/k/día kcal(kj)/día kcal(kj)/k/día kcal(kj)/día 1,5 49,5 29,0 (121) 1 440 (6,03) 29,4 (123) 1 450 (6,07) 23,3 (98) 1 150 (4,81) 1,6 56,5 27,4 (115) 1 540 (6,44) 27,2 (114) 1 530 (6,40) 22,2 (93) 1 250 (5,23) 1,7 63,5 26,0 (109) 1 650 (6,90) 25,4 (106) 1 620 (6,78) 21,2 (89) 1 350 (5,65) 1,8 71,5 24,8 (104) 1 770 (7,41) 23,9 (99) 1 710 (7,15) 20,3 (85) 1 450 (6,07) 1,9 79,5 23,9 (100) 1 890 (7,91) 22,7 (95) 1 800 (7,53) 19,6 (82) 1 560 (6,53) Mujeres 2,0 88,0 23,0 (96) 2 030 (8,49) 21,6 (90) 1 900 (7,95) 19,0 (80) 1 670 (6,99) 1,4 41 26,7 (112) 1 100 (4,60) 28,8 (120) 1 190 (4,98) 25,0 (105) 1 030 (4,31) 1,5 47 25,2 (105) 1 190 (4,98) 26,3 (110) 1 240 (5,19) 23,1 (97) 1 090 (4,56) 1,6 54 23,9 (100) 1 290 (5,40) 24,1 (101) 1 300 (5,44) 21,6 (90) 1 160 (4,85) 1,7 61 22,9 (96) 1 390 (5,82) 22,4 (94) 1 360 (5,69) 20,3 (85) 1 230 (5,15) 1,8 68 22,0 (92) 1 500 (6,28) 20,9 (87) 1 420 (5,94) 19,2 (81) 1 310 (5,48) Media aceptable de peso por altura: IMC 22 en varones, 21 en mujeres KJ en paréntesis
Medida del Gasto Energético Calorimetría directa Calorimetría indirecta Agua doblemente marcada : 2H y 18O. Dosis única. Recolección de orina, 7 o 21 días. Medida del decaimiento de la marca por M.E. Se correlaciona con medidas de consumo de O2 durante 22-23 horas diarias.
Antoine Lavoisier (1743-1794) Medida del calor liberado por seres vivos
Calorimetría directa
Glu +6 O2 Calorimetría indirecta 6CO2 + 6H2O + 686kcal La combustión se realiza a temperatura constante. Calorimetría indirecta y cálculo del GE, en reposo o en actividad = medida de O consumido o CO2 producido. CR= Vol CO2/Vol O2 CR Carbohidratos =1 Lípidos = 0,70 Proteínas=0,80 Dieta mixta normal = 0,82 Equivalente calórico del O2= Energía producida por l de O2 consumido = 4,825 Kcal/l O2 (para CR = 0,82)
Metabolismo basal Condiciones para su medición a) Posición acostada que asegure reposo muscular b) Despierto/a c) Ayuno previo de al menos 12 horas d) En condiciones ambientales de microclima térmicamente neutro (20-24º C para sujeto ligeramente vestido). e) En reposo mental f) En esas condiciones = E necesaria para mantener la circulación sanguínea, la respiración y el funcionamiento gastrointestinal y renal.
Factores que inciden sobre las necesidades de energía Tamaño corporal: personas pequeñas menos que grandes T.M.B.: ésta varía y puede ser afectada por enfermedades, ej: de tiroides Actividad: a mayor trabajo mayor requerimiento Embarazo: energía adicional para desarrollo fetal y para satisfacer su aumento de peso Lactancia: energía adicional para la producción de leche Edad: bebés y niños más energía para crecimiento y actividad Clima: en climas cálidos se requiere menos energía para mantener la temperatura normal del cuerpo.
Ingestas Recomendadas de Energía según Documento FAO/OMS/UNU 2004 Las necesidades de E de un individuo sano se definen como la ingesta de E Alimentaria que compensa el gasto de energía, cuando el tamaño y la composición del organismo y el grado de actividad física son compatibles con un estado duradero de salud y permiten el mantenimiento de una actividad física que sea económicamente necesaria y socialmente deseable. * Variabilidad entre individuos. Mediciones en grupos del mismo género, edad, tamaño corporal y actividad física se usan para establecer Req. E. promedio o nivel de ingesta dietaria recomendada que se emplearán para predecir los requerimientos y las I. R. de E para individuos de similares características.
* Modificaciones en los requerimientos para lactantes, niños y adolescentes. Correcciones basadas en el método del agua doblemente marcada y frecuencia cardíaca. Incluye necesidades para el crecimiento. Requerimiento = GET + E depositada. *Embarazo: energía adicional para desarrollo fetal y satisfacer su aumento de peso. * Lactancia: energía adicional para producción de leche y amamantar. * Recomendaciones de actividad física para mantener el Fitness = capacidad de realizar una actividad física moderada a vigorosa sin cansancio excesivo; y el estado de salud a fin de reducir la incidencia de obesidad y enfermedades asociadas con un estilo de vida sedentario.
Lactantes, niños y adolescentes Lactantes La ENERGÍA para el crecimiento tiene dos componentes: (1) La utilizada en la síntesis de los tejidos en crecimiento y (2) La depositada en esos tejidos como grasa y proteínas. Requerimiento = GET + E depositada Para calcular la Energía depositada: Equivalente energético: proteína 5,65 kcal/g grasa 9,25 kcal/g Ecuación para predecir GET en función del peso. GET (Kcal/día) = -99,4 + 88,6 x peso (kg)
Depósito de proteína, grasa y energía durante el crecimiento en el 1er año de vida Edad meses Ganancia de proteínas (g/día) Ganancia de grasa (g/día) Ganancia de peso (g/día) Energía depositada (kcal/g) Niños 0-3 2,6 19,6 32,7 6,0 3-6 6-9 9-12 2,3 2,3 1,6 3,9 0,5 1,7 17,7 11,8 9,1 2,8 1,5 2,7 Niñas 0-3 3-6 6-9 9-12 2,2 1,9 2,0 1,8 19,7 5,8 0,8 1,2 31,1 17,3 10,6 8,7 6,3 3,7 1,8 2,3
Requerimiento energético para lactantes 1er año de vida Edad meses Peso Kg Ganancia peso diaria GET Kcal/día Energía Depositada Kcal/día Requer Energ Diario Kcal/día Varones 0-1 4,58 35,2 306 211 518 5-6 7,93 12,8 603 36 639 11-12 9,62 8,2 753 22 775 Niñas 0-1 5-6 11-12 4,35 7,35 9,00 28,3 12,8 6,3 286 552 698 178 47 14 464 599 712 GET = -99,4 +88,6 P (Kg)
Niños y adolescentes La siguiente ecuación permitió obtener el menor error. Se usó como predictor el peso corporal. La edad no mejoró el error. Varones GET (Kcal/d) = 310,2 +63,3x peso (kg)-0,263x peso 2 Mujeres GET (Kcal/d) = 263,4 +65,3x peso (kg)-0,454x peso 2 Requerimiento : GET + Energía depositada en los tejidos. Edad Peso GET E depósito MB Req diario PAL años Kg Kcal/d Kcal/d Kcal/d Kcal/d GET/MB 9-10 29,7 1959 19 1179 1978 1,66 puede calcularse el GET usando MB por PAL
Cálculo factorial del GET Actividades diarias Tiempo dedicado Costo energético Tiempo x principales (horas) (PAR) CE (PAR) Durmiendo 8 1 8 Cuidado personal 1 2,3 2,3 Alimentarse 1 1,5 1,5 De pie, acarreando cargas livianas 8 2,2 17,6 Viajando en ómnibus 1 1,2 1,2 Caminando sin carga 1 3,2 3,2 Ejercicio de baja intensidad 1 4,2 4,2 Mirando TV, chateando 3 1,4 4,2 TOTAL 24 42,2 PAL = 42,2 /24 = 1,76 Si el PAL así calculado proviene de una población femenina de 20-25 años de edad con un peso promedio de 57 kg y un MB promedio de 1338 kcal/día, el GET será: GET = 1,76 x 1338 kcal/día = 2355kcal /día
Clasificación de estilos de vida en relación a la intensidad de la actividad física habitual (FAO 2004) Categoría PAL Sedentaria o actividad liviana 1,40 1,69 Activa o moderadamente activa 1,70 1,99 Vigorosa o vigorosamente activa 1,99 2,40
Costo energético de algunas actividades expresado como PAR (promedio) Actividad Hombres adultos Mujeres adultas Dormir 1,0 1,0 Estar acostado 1,2 1,2 Mirar televisión 1,4 1,5 Estar de pie tranquilo 1,5 1,5 Caminar lentamente 2,8 2,8 Caminar a ritmo normal 3,2 3,3 Caminar rápido colina arriba 7,5 6,6 Cocinar 1,8 1,8 Trabajo de oficina (desplazarse) 1,6 1,7 Manejar una camioneta 1,4 1,4 Trabajo pesado 5,2 4,4 Jugar al fútbol 6,6 6,3 Estas cifras se aplican como valores de aproximación promedio para el tiempo dedicado a la actividad. Fuente OMS
Cálculo de Requerimiento Energético Para una mujer sana de 20-30 años, de 55 Kg de peso y con estilo de vida moderadamente activo: (a) Se calcula el MB usando la ecuación predictiva (Tabla) se obtiene: 1392 Kcal/día (b) Se elige un PAL según el estilo de vida 1,85 (promedio) GET = 1302 x 1,85 = 2410 Kcal/día Para personas que están inactivas y dependientes PAL = 1,21 Competencias deportivas PAL 4,5-4,7 tiempos cortos
Actividad física mínima recomendada por diferentes organismos internacionales OMS 2002 30 minutos de actividad moderada todos los días. 150 min semanales American Heart Association 30-60 minutos a capacidad 2002 aeróbica 50-80% 3 a 4 días a la semana International Agency Peso saludable: 60 minutos de for Research on Cancer actividad moderada todos o casi 2002 todos los días. Prevención: vigorosa Evitar aumento de peso: 60-90 min International Association de actividad diaria moderada for the Study of Obesity Evitar transición a obesidad: 2002 45-60 min diarios (PAL 1,7)
Otras Opciones para calcular GET El informe FAO OMS brinda también ecuaciones en las que se tiene en cuenta que la Ingesta energética debe asegurar el mantenimiento de IMC adecuado. Rango normal = 18,5-24,9 Kg/m 2 Mediana: 21Kg/m 2 Tablas para rangos de edad. Incluyen peso corporal promedio, MB en Kcal/kg, diferentes PAL y tallas para los tres valores de IMC. Mayores y ancianos: el MB declina a un ritmo de 1-2% por década.
Bibliografía *Portela ML et al. Energía y Macronutrientes en la Nutrición del Siglo XXI, Ed La Prensa Médica Argentina Bs.As, 2006 *FAO/OMS/UNU. Human energy requirements. *FAO/OMS/UNU. Human energy requirements. Technical paper series Nº1 Rome, 2004