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Tasa metabólica basal

Agosto 19, 2021

La tasa metabólica basal (TMB) es la tasa de gasto energético por unidad de tiempo de los animales endotérmicos en reposo.[1]​ Se informa en unidades de energía por unidad de tiempo que van desde vatios (joule/segundo) a ml O2/min o joule por hora por kg de masa corporal J/(h·kg). La medición adecuada requiere que se cumpla un estricto conjunto de criterios. Estos criterios incluyen estar en un estado de tranquilidad física y psicológica, en un ambiente térmicamente neutro, mientras que en el estado de posabsorción (es decir, sin digerir alimentos activamente). En animales bradimetabólicos, como peces y reptiles, se utiliza el término equivalente tasa metabólica estándar (SMR). Sigue los mismos criterios que la TMB, pero requiere la documentación de la temperatura a la que se midió la tasa metabólica. Esto hace que la TMB sea una variante de la medición de la tasa metabólica estándar que excluye los datos de temperatura, una práctica que ha dado lugar a problemas para definir las tasas de metabolismo "estándar" para muchos mamíferos.

El metabolismo comprende los procesos que el cuerpo necesita para funcionar.[2]​ La tasa metabólica basal es la cantidad de energía por unidad de tiempo que una persona necesita para mantener el funcionamiento del cuerpo en reposo. Algunos de esos procesos son la respiración, la circulación sanguínea, el control de la temperatura corporal, el crecimiento celular, la función cerebral y nerviosa y la contracción de los músculos. La tasa metabólica basal afecta la velocidad a la que una persona quema calorías y, en última instancia, si esa persona mantiene, gana o pierde peso. La tasa metabólica basal representa alrededor del 60 al 75% del gasto calórico diario de los individuos. Está influenciado por varios factores. La TMB generalmente disminuye entre un 1 y un 2% por década después de la edad 20, principalmente debido a la pérdida de masa libre de grasa,[3]​ aunque la variabilidad entre individuos es alta.[4]​

Descripción

La generación de calor del cuerpo se conoce como termogénesis y se puede medir para determinar la cantidad de energía gastada. La TMB generalmente disminuye con la edad y con la disminución de la masa corporal magra (como puede ocurrir con el envejecimiento). El aumento de la masa muscular tiene el efecto de aumentar la TMB. El nivel de condición física aeróbica (resistencia), un producto del ejercicio cardiovascular, aunque anteriormente se pensaba que tenía un efecto sobre la TMB, se demostró en la década de 1990 que no se correlaciona con la TMB cuando se ajusta a la masa corporal libre de grasa. Pero el ejercicio anaeróbico aumenta el consumo de energía en reposo (ver "ejercicio aeróbico vs. anaeróbico").[5]​ Las enfermedades, los alimentos y bebidas consumidos anteriormente, la temperatura ambiental y los niveles de estrés pueden afectar el gasto energético general y la TMB.

 
Laboratorio de calorimetría indirecta con campana de dosel (técnica de dilución)

La TMB se mide en circunstancias muy restrictivas cuando una persona está despierta. Una medición precisa de la TMB requiere que no se estimule el sistema nervioso simpático de la persona, una condición que requiere un descanso completo. Una medida más común, que utiliza criterios menos estrictos, es la tasa metabólica en reposo(RMR).[6]​

La TMB se puede medir mediante análisis de gases mediante calorimetría directa o indirecta, aunque se puede obtener una estimación aproximada a través de una ecuación que utilice la edad, el sexo, la altura y el peso. Los estudios del metabolismo energético que utilizan ambos métodos proporcionan evidencia convincente de la validez del cociente respiratorio (RQ), que mide la composición inherente y la utilización de carbohidratos, grasas y proteínas a medida que se convierten en unidades de sustrato energético que el cuerpo puede utilizar como energía.

Flexibilidad fenotípica

La TMB es un rasgo flexible (se puede ajustar de manera reversible dentro de los individuos), por ejemplo, las temperaturas más bajas generalmente resultan en tasas metabólicas basales más altas tanto para las aves[7]​ como para los roedores.[8]​ Hay dos modelos para explicar cómo cambia la TMB en respuesta a la temperatura: el modelo de máximo variable (VMM) y el modelo de fracción variable (VFM). El VMM afirma que el metabolismo de la cumbre (o la tasa metabólica máxima en respuesta al frío) aumenta durante el invierno, y que el metabolismo sostenido (o la tasa metabólica que puede mantenerse indefinidamente) permanece como una fracción constante del primero. El VFM dice que el metabolismo de la cumbre no cambia, pero que el metabolismo sostenido es una fracción mayor del mismo. El VMM es compatible con mamíferos y, cuando se utilizan tasas de cuerpo entero, aves paseriformes. El VFM está respaldado en estudios de aves paseriformes utilizando tasas metabólicas específicas de masa (o tasas metabólicas por unidad de masa). Esta última medida ha sido criticada, afirmando que las tasas metabólicas específicas de masa son inconsistentes estacionalmente.[9]​

Además de ajustarse a la temperatura, la TMB también puede ajustarse antes de los ciclos de migración anual.[7]​ El nudo rojo (ssp. Islandica) aumenta su TMB en aproximadamente un 40% antes de migrar hacia el norte. Esto se debe a la enérgica demanda de vuelos de larga distancia. Es probable que el aumento se deba principalmente al aumento de la masa en los órganos relacionados con el vuelo.[10]​ El destino final de los migrantes afecta su TMB: se encontró que las reinitas de rabadilla amarilla que migran hacia el norte tienen un TMB un 31% más alto que las que migran hacia el sur.

En los seres humanos, la TMB es directamente proporcional a la masa corporal magra de una persona.[11]​[12]​ En otras palabras, cuanto más masa corporal magra tenga una persona, mayor será su TMB; pero la TMB también se ve afectada por enfermedades agudas y aumenta con afecciones como quemaduras, fracturas, infecciones, fiebres, etc. En las mujeres que menstrúan, la TMB varía en cierta medida con las fases de su ciclo menstrual. Debido al aumento de la progesterona, la TMB aumenta al comienzo de la fase lútea y permanece en su nivel más alto hasta que finaliza esta fase. Hay diferentes hallazgos en la investigación sobre cuánto aumento suele ocurrir. Una pequeña muestra, los primeros estudios, encontraron varias figuras, como; un 6% más de metabolismo postovulatorio del sueño,[13]​ un 7% a 15% más de gasto en 24 horas después de la ovulación,[14]​ y un aumento y un aumento de la TMB en la fase lútea hasta en un 12%.[15]​[16]​ Un estudio de la Sociedad Estadounidense de Nutrición Clínica encontró que un grupo experimental de mujeres voluntarias tuvo un aumento promedio del 11,5% en el gasto energético de 24 horas en las dos semanas posteriores a la ovulación, con un rango de 8% a 16%. Este grupo se midió mediante calorimetría simultánea directa e indirecta y tenía comidas diarias estandarizadas y un horario sedentario para evitar que el aumento fuera manipulado por cambios en la ingesta de alimentos o el nivel de actividad.[17]​ Un estudio de 2011 realizado por el Instituto Mandya de Ciencias Médicas encontró que durante la fase folicular y el ciclo menstrual no hay una diferencia significativa en la TMB, sin embargo, las calorías quemadas por hora son significativamente más altas, hasta un 18%, durante la fase lútea. El aumento del estado de ansiedad (nivel de estrés) también aumentó temporalmente la TMB.[18]​

Fisiología

El trabajo inicial de los científicos J. Arthur Harris y Francis G. Benedict mostró que los valores aproximados de la TMB se pueden derivar utilizando el área de superficie corporal (calculada a partir de la altura y el peso), la edad y el sexo, junto con las medidas de oxígeno y dióxido de carbono tomadas de calorimetría. Los estudios también mostraron que al eliminar las diferencias de sexo que ocurren con la acumulación de tejido adiposo al expresar la tasa metabólica por unidad de masa corporal "libre de grasa" o magra, los valores entre sexos para el metabolismo basal son esencialmente los mismos. Los libros de texto de fisiología del ejercicio tienen tablas para mostrar la conversión de la altura y la superficie corporal en relación con el peso y los valores metabólicos basales.

El principal órgano responsable de regular el metabolismo es el hipotálamo. El hipotálamo se encuentra en el diencéfalo y forma el piso y parte de las paredes laterales del tercer ventrículo del cerebro. Las principales funciones del hipotálamo son:

  1. Control e integración de actividades del sistema nervioso autónomo (SNA)
    • El SNA regula la contracción del músculo liso y del músculo cardíaco, junto con las secreciones de muchos órganos endocrinos como la glándula tiroides (asociada con muchos trastornos metabólicos).
    • A través del SNA, el hipotálamo es el principal regulador de las actividades viscerales, como la frecuencia cardíaca, el movimiento de los alimentos a través del tracto gastrointestinal y la contracción de la vejiga urinaria.
  2. Producción y regulación de sentimientos de rabia y agresión
  3. Regulación de la temperatura corporal
  4. Regulación de la ingesta alimentaria, a través de dos centros:
    • El centro de alimentación o centro de hambre es el responsable de las sensaciones que provocan que busquemos alimento. Cuando se han recibido suficientes alimentos o sustratos y la leptina es alta, el centro de saciedad se estimula y envía impulsos que inhiben el centro de alimentación. Cuando no hay suficiente comida en el estómago y los niveles de grelina son altos, los receptores en el hipotálamo inician la sensación de hambre.
    • El centro de la sed funciona de manera similar cuando ciertas células del hipotálamo son estimuladas por la presión osmótica creciente del líquido extracelular. Si se satisface la sed, la presión osmótica disminuye.

Todas estas funciones juntas forman un mecanismo de supervivencia que hace que mantengamos los procesos corporales que mide la TMB.

Fórmulas de estimación de la TMB

Se han publicado varias ecuaciones para predecir la cantidad de calorías requeridas por los humanos desde principios del siglo XX al XXI. En cada una de las fórmulas siguientes:

  • P es la producción total de calor en reposo completo,
  • m es masa (kg),
  • h es la altura (cm), y
  • a es la edad (años),[19]​
La ecuación original de Harris-Benedict

Históricamente, la fórmula más notable fue la ecuación de Harris-Benedict, que se publicó en 1919.

  • para los hombres,  
  • para mujeres,  [20]​

La diferencia en la TMB para hombres y mujeres se debe principalmente a las diferencias en el peso corporal. Por ejemplo, una mujer de 55 años que pesa 130 libras (59 kg) y 5 pies 6 pulgadas (168 cm) de altura tendría una TMB de 1272 kcal por día.

La ecuación revisada de Harris-Benedict

En 1984, se revisaron las ecuaciones originales de Harris-Benedict[21]​ utilizando nuevos datos. En comparación con el gasto real, se encontró que las ecuaciones revisadas eran más precisas.[22]​

  • para los hombres,  
  • para mujeres,  

Fue la mejor ecuación de predicción hasta 1990, cuando Mifflin[23]​ introdujo la ecuación:

La ecuación de Mifflin St Jeor
  •  ,

donde s es +5 para los hombres y −161 para las mujeres.

Según esta fórmula, la mujer del ejemplo anterior tiene una TMB de 1204 kcal por día. Durante los últimos 100 años, los estilos de vida han cambiado y Frankenfield[24]​ mostró que es aproximadamente un 5% más preciso.

Estas fórmulas se basan en el peso corporal, que no tiene en cuenta la diferencia en la actividad metabólica entre la masa corporal magra y la grasa corporal. Existen otras fórmulas que tienen en cuenta la masa corporal magra, dos de las cuales son la fórmula de Katch-McArdle y la fórmula de Cunningham.

La fórmula de Katch-McArdle (gasto energético diario en reposo)

La fórmula de Katch-McArdle se utiliza para predecir el gasto energético diario en reposo (RDEE).[25]​ La fórmula de Cunningham se cita comúnmente para predecir RMR en lugar de la TMB; sin embargo, las fórmulas proporcionadas por Katch-McArdle y Cunningham son las mismas.[26]​

  •  

donde ℓ es la masa corporal magra (LBM en kg)

  •  

donde f es el porcentaje de grasa corporal. De acuerdo con esta fórmula, si la mujer en el ejemplo tiene un porcentaje de grasa corporal del 30%, su Gasto Energético Diario en Descanso (los autores usan el término de metabolismo basal y en reposo indistintamente) sería 1262 kcal por día.

Causas de diferencias individuales en la TMB

La tasa metabólica básica varía entre individuos. Un estudio de 150 adultos representativos de la población de Escocia informaron tasas metabólicas basales desde tan solo 1027 kcal por día (4301 kJ/día) hasta 2499 kcal/día (10455 kJ/día); con una TMB media de 1500 kcal/día (6279 kJ/día). Estadísticamente, los investigadores calcularon que el 62,3% de esta variación se explica por diferencias en la masa libre de grasa. Otros factores que explican la variación incluyen la masa grasa (6,7%), la edad (1,7%) y el error experimental, incluida la diferencia intraindividual (2%). El resto de la variación (26,7%) fue inexplicable. Esta diferencia restante no se explica por el sexo ni por el tamaño de tejido diferente de órganos altamente energéticos como el cerebro.[27]​

Se han observado diferencias en la TMB al comparar sujetos con la misma masa corporal magra. En un estudio, al comparar individuos con la misma masa corporal magra, el 5% superior de la TMB es de 1,28 a 1,32 veces el 5% más bajo de la TMB.[28]​ Además, este estudio informa un caso en el que dos individuos con la misma masa corporal magra de 43 kg tenían una TMB de 1075 kcal/día (4,5 MJ/día) y 1790 kcal/día (7.5 MJ/día). Esta diferencia de 715 kcal/día (67%) equivale a que uno de los individuos complete un 10 kilómetro correr todos los días.[28]​ Sin embargo, este estudio no tuvo en cuenta el sexo, la altura, el estado de ayuno o el porcentaje de grasa corporal de los sujetos.

Bioquímica

Desglose del gasto energético[29]​
Hígado 27%
Cerebro 19%
Músculo esquelético 18%
Riñones 10%
Corazón 7%
Otros órganos 19%
 
Los aumentos de termogénesis posprandial en la tasa metabólica basal ocurren en diferentes grados dependiendo de la composición de los alimentos consumidos.

Aproximadamente el 70% del gasto energético total de un ser humano se debe a los procesos vitales basales que tienen lugar en los órganos del cuerpo (ver tabla). Aproximadamente el 20% del gasto energético proviene de la actividad física y otro 10% de la termogénesis o digestión de los alimentos (termogénesis posprandial).[30]​ Todos estos procesos requieren una ingesta de oxígeno junto con coenzimas para proporcionar energía para la supervivencia (generalmente de macronutrientes como carbohidratos, grasas y proteínas) y expulsar dióxido de carbono, debido al procesamiento por el ciclo de Krebs.

Para la TMB, la mayor parte de la energía se consume para mantener los niveles de líquidos en los tejidos a través de la osmorregulación, y solo una décima parte se consume para el trabajo mecánico, como la digestión, los latidos del corazón y la respiración.[31]​

Lo que permite que el ciclo de Krebs realice cambios metabólicos en grasas, carbohidratos y proteínas es la energía, que se puede definir como la capacidad o capacidad para realizar un trabajo. La descomposición de moléculas grandes en moléculas más pequeñas, asociada con la liberación de energía, es catabolismo. El proceso de acumulación se denomina anabolismo. La descomposición de proteínas en aminoácidos es un ejemplo de catabolismo, mientras que la formación de proteínas a partir de aminoácidos es un proceso anabólico.

Las reacciones exergónicas son reacciones de liberación de energía y generalmente catabólicas. Las reacciones endergónicas requieren energía e incluyen reacciones anabólicas y la contracción del músculo. El metabolismo es el total de todas las reacciones catabólicas, exergónicas, anabólicas y endergónicas.

El trifosfato de adenosina (ATP) es la molécula intermedia que impulsa la transferencia exergónica de energía para cambiar a reacciones anabólicas endergónicas utilizadas en la contracción muscular. Esto es lo que hace que los músculos funcionen, lo que puede requerir una ruptura, y también se construye en el período de descanso, que ocurre durante la fase de fortalecimiento asociada con la contracción muscular. El ATP está compuesto de adenina, una base que contiene nitrógeno, ribosa, un azúcar de cinco carbonos (llamado colectivamente adenosina) y tres grupos fosfato. El ATP es una molécula de alta energía porque almacena grandes cantidades de energía en los enlaces químicos de los dos grupos fosfato terminales. La ruptura de estos enlaces químicos en el ciclo de Krebs proporciona la energía necesaria para la contracción muscular.

Glucosa

Debido a que la proporción de átomos de hidrógeno a oxígeno en todos los carbohidratos es siempre la misma que en el agua, es decir, 2 a 1, todo el oxígeno consumido por las células se usa para oxidar el carbono en la molécula de carbohidrato para formar dióxido de carbono. En consecuencia, durante la oxidación completa de una molécula de glucosa, se producen seis moléculas de dióxido de carbono y seis moléculas de agua y se consumen seis moléculas de oxígeno.

La ecuación general de esta reacción es:

 

(30-32 moléculas de ATP producidas según el tipo de lanzadera mitocondrial, 5-5,33 moléculas de ATP por molécula de oxígeno)

Debido a que el intercambio de gases en esta reacción es igual, el cociente respiratorio (R.Q.) para los carbohidratos es la unidad o 1,0:

 

Grasas

La composición química de las grasas difiere de la de los carbohidratos en que las grasas contienen considerablemente menos átomos de oxígeno en proporción a los átomos de carbono e hidrógeno. Cuando se enumeran en las tablas de información nutricional, las grasas generalmente se dividen en seis categorías: grasas totales, ácidos grasos saturados, ácidos grasos poliinsaturados, ácidos grasos monoinsaturados, colesterol dietético y ácidos grasos trans. Desde una perspectiva metabólica basal o metabólica en reposo, se necesita más energía para quemar un ácido graso saturado que un ácido graso insaturado. La molécula de ácido graso se descompone y clasifica en función del número de átomos de carbono en su estructura molecular. La ecuación química para el metabolismo de los doce a dieciséis átomos de carbono en una molécula de ácido graso saturado muestra la diferencia entre el metabolismo de los carbohidratos y los ácidos grasos. El ácido palmítico es un ejemplo comúnmente estudiado de la molécula de ácido graso saturado.

La ecuación general para la utilización del sustrato de ácido palmítico es:

 

(106 moléculas de ATP producidas, 4,61 moléculas de ATP por molécula de oxígeno)

Por lo tanto, el R.Q. para el ácido palmítico es 0,696:

 

Proteínas

Las proteínas están compuestas de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno dispuestos de diversas formas para formar una gran combinación de aminoácidos. A diferencia de la grasa, el cuerpo no tiene depósitos de proteínas. Todo está contenido en el cuerpo como partes importantes de los tejidos, hormonas sanguíneas y enzimas. Los componentes estructurales del cuerpo que contienen estos aminoácidos están continuamente sometidos a un proceso de descomposición y reemplazo. El cociente respiratorio para el metabolismo de las proteínas se puede demostrar mediante la ecuación química para la oxidación de la albúmina:

 

El R.Q. para la albúmina es

 

La razón por la que esto es importante en el proceso de comprensión del metabolismo de las proteínas es que el cuerpo puede mezclar los tres macronutrientes y, basándose en la densidad mitocondrial, se puede establecer una proporción preferida que determina cuánto combustible se utiliza en qué paquetes para el trabajo realizado por los músculos . Se ha estimado que el catabolismo de proteínas (descomposición) proporciona entre el 10% y el 15% del requerimiento total de energía durante una sesión de entrenamiento aeróbico de dos horas. Este proceso podría degradar severamente las estructuras proteicas necesarias para mantener la supervivencia, como las propiedades contráctiles de las proteínas en el corazón, las mitocondrias celulares, el almacenamiento de mioglobina y las enzimas metabólicas dentro de los músculos.

El sistema oxidativo (aeróbico) es la principal fuente de ATP suministrado al cuerpo en reposo y durante actividades de baja intensidad y utiliza principalmente carbohidratos y grasas como sustratos. La proteína normalmente no se metaboliza de manera significativa, excepto durante la inanición a largo plazo y los períodos prolongados de ejercicio (más de 90 minutos). En reposo, aproximadamente el 70% del ATP producido se deriva de las grasas y el 30% de los carbohidratos. Después del inicio de la actividad, a medida que aumenta la intensidad del ejercicio, hay un cambio en la preferencia de sustrato de grasas a carbohidratos. Durante el ejercicio aeróbico de alta intensidad, casi el 100% de la energía se deriva de los carbohidratos, si se dispone de un suministro adecuado.

Ejercicio aeróbico frente a anaeróbico

Existen estudios[32]​[33]​ que indican que el nivel de aptitud aeróbica de un individuo no tiene ninguna correlación con el nivel de metabolismo en reposo. Ambos estudios encuentran que los niveles de aptitud aeróbica no mejoran el poder predictivo de la masa libre de grasa para la tasa metabólica en reposo.

Sin embargo, una investigación del Journal of Applied Physiology, publicada en 2012,[34]​ comparó el entrenamiento de resistencia y el entrenamiento aeróbico sobre la masa corporal y la masa grasa en adultos con sobrepeso (STRRIDE AT/RT). Cuando considera los compromisos de tiempo contra los beneficios para la salud, el entrenamiento aeróbico es el modo óptimo de ejercicio para reducir la masa grasa y la masa corporal como consideración principal, el entrenamiento de resistencia es bueno como un factor secundario cuando el envejecimiento y la masa magra son una preocupación. El entrenamiento de resistencia causa lesiones a un ritmo mucho mayor que el entrenamiento aeróbico. En comparación con el entrenamiento de resistencia, se encontró que el entrenamiento aeróbico resultó en una reducción significativamente más pronunciada del peso corporal al mejorar el sistema cardiovascular, que es el factor principal en la utilización metabólica de los sustratos grasos. El entrenamiento de resistencia, si hay tiempo disponible, también es útil en el metabolismo posterior al ejercicio, pero es un factor complementario porque el cuerpo necesita recuperarse lo suficiente entre los episodios de entrenamiento de resistencia, mientras que con el entrenamiento aeróbico, el cuerpo puede aceptar esto todos los días. RMR y BMR son medidas del consumo diario de calorías.[35]​ La mayoría de los estudios que se publican sobre este tema analizan el ejercicio aeróbico debido a su eficacia para la salud y el control del peso.

El ejercicio anaeróbico, como el levantamiento de pesas, genera masa muscular adicional. El músculo contribuye a la masa libre de grasa de un individuo y, por lo tanto, los resultados efectivos del ejercicio anaeróbico aumentarán la TMB.[36]​ Sin embargo, el efecto real sobre la TMB es controvertido y difícil de enumerar. Varios estudios[37]​[38]​ sugieren que la tasa metabólica en reposo del músculo entrenado es de alrededor de 55 kJ por kilogramo, por día. Incluso un aumento sustancial en la masa muscular, digamos 5 kg, tendría solo un impacto menor en la TMB.

Longevidad

En 1926, Raymond Pearl propuso que la longevidad varía inversamente con la tasa metabólica basal (la "hipótesis de la tasa de vida"). El apoyo para esta hipótesis proviene del hecho de que los mamíferos con un tamaño corporal más grande tienen una esperanza de vida máxima más larga (los animales grandes tienen tasas metabólicas totales más altas, pero la tasa metabólica a nivel celular es mucho menor y la frecuencia respiratoria y los latidos del corazón son más lentos en animales más grandes) y el hecho de que la longevidad de las moscas de la fruta varía inversamente con la temperatura ambiente.[39]​ Además, la vida útil de las moscas domésticas puede prolongarse evitando la actividad física.[40]​ Esta teoría ha sido reforzada por varios estudios nuevos que relacionan una tasa metabólica basal más baja con una mayor esperanza de vida en todo el reino animal, incluidos los humanos. La restricción de calorías y la reducción de los niveles de hormona tiroidea, que disminuyen la tasa metabólica, se han asociado con una mayor longevidad en los animales.[41]​[42]​[43]​

Sin embargo, la relación entre el gasto energético diario total y la tasa metabólica en reposo puede variar entre 1,6 y 8,0 entre las especies de mamíferos. Los animales también varían en el grado de acoplamiento entre la fosforilación oxidativa y la producción de ATP, la cantidad de grasa saturada en las membranas mitocondriales, la cantidad de reparación del ADN y muchos otros factores que afectan la vida útil máxima.[44]​

Longevidad del organismo y tasa metabólica basal

En la escala alométrica, la duración máxima de vida potencial (MPLS) está directamente relacionada con la tasa metabólica (MR), donde MR es la tasa de recarga de una biomasa formada por enlaces covalentes. Esa biomasa (W) está sujeta a un deterioro con el tiempo debido a la presión entrópica termodinámica. El metabolismo se entiende esencialmente como acoplamiento redox y no tiene nada que ver con la termogénesis. La eficiencia metabólica (ME) se expresa entonces como la eficiencia de este acoplamiento, una relación de amperios capturada y utilizada por biomasa, a los amperios disponibles para tal fin. La MR se mide en vatios, W se mide en gramos. Estos factores se combinan en una ley de potencia, una elaboración de la ley de Kleiber que relaciona MR con W y MPLS, que aparece como:

 

Cuando ME es 100%, MR = W3/4; esto se conoce popularmente como escala de un cuarto de potencia, una versión de escala alométrica que se basa en estimaciones poco realistas de la eficiencia biológica.

La ecuación revela que a medida que ME cae por debajo del 20%, para W <un gramo, MR/MPLS aumenta de manera tan dramática que dota a W de inmortalidad virtual en un 16%. Para empezar, cuanto menor es W, más dramático es el aumento de la RM a medida que disminuye la EM. Todas las células de un organismo encajan en este rango, es decir, menos de un gramo, por lo que esta MR se denominará BMR.

Pero la ecuación revela que a medida que la ME aumenta más del 25%, la TMB se acerca a cero. La ecuación también muestra que para todo W> un gramo, donde W es la organización de todas las TMB de la estructura del organismo, pero también incluye la actividad de la estructura, a medida que ME aumenta más del 25%, MR/MPLS aumenta en lugar de disminuir., como ocurre con BMR. Un MR compuesto por una organización de BMR se denominará FMR. A medida que la EM disminuye por debajo del 25%, la RMF disminuye en lugar de aumentar, como lo hace con la RMB.

El antagonismo entre FMR y BMR es lo que marca el proceso de envejecimiento de la biomasa W en términos energéticos. La EM del organismo es la misma que la de las células, por lo que el éxito de la capacidad del organismo para encontrar alimento (y reducir su EM) es clave para mantener la TMB de las células impulsada, de lo contrario, por la inanición, a acercarse cero; mientras que al mismo tiempo un ME más bajo disminuye la FMR/MPLS del organismo.

Consideraciones médicas

El metabolismo de una persona varía con su condición física y actividad. El entrenamiento con pesas puede tener un impacto más prolongado en el metabolismo que el entrenamiento aeróbico, pero no existen fórmulas matemáticas conocidas que puedan predecir exactamente la longitud y la duración de un metabolismo elevado a partir de cambios tróficos con el entrenamiento neuromuscular anabólico.

Una disminución en la ingesta de alimentos generalmente reducirá la tasa metabólica a medida que el cuerpo intenta conservar energía.[45]​ El investigador Gary Foster estima que una dieta muy baja en calorías de menos de 800 calorías al día reduciría la tasa metabólica en más del 10 por ciento.

La tasa metabólica puede verse afectada por algunos medicamentos, como los agentes antitiroideos, los medicamentos utilizados para tratar el hipertiroidismo, como el propiltiouracilo y el metimazol, reducen la tasa metabólica a la normalidad y restablecen el eutiroidismo. Algunas investigaciones se han centrado en el desarrollo de fármacos contra la obesidad para aumentar la tasa metabólica, como los fármacos para estimular la termogénesis en el músculo esquelético.

La tasa metabólica puede elevarse en caso de estrés, enfermedad y diabetes. La menopausia también puede afectar el metabolismo.

Implicaciones cardiovasculares

La frecuencia cardíaca está determinada por el bulbo raquídeo y parte de la protuberancia, dos órganos ubicados por debajo del hipotálamo en el tallo cerebral. La frecuencia cardíaca es importante para la tasa metabólica basal y la tasa metabólica en reposo porque impulsa el suministro de sangre y estimula el ciclo de Krebs. Durante el ejercicio que alcanza el umbral anaeróbico, es posible administrar los sustratos que se desean para una utilización óptima de la energía. El umbral anaeróbico se define como el nivel de utilización de energía del esfuerzo de la frecuencia cardíaca que se produce sin oxígeno durante una prueba estandarizada con un protocolo específico para la precisión de la medición, como el protocolo Bruce Treadmill (equivalente metabólico de la tarea). Con cuatro a seis semanas de entrenamiento específico, los sistemas corporales pueden adaptarse a una mayor perfusión de densidad mitocondrial para una mayor disponibilidad de oxígeno para el ciclo de Krebs, ciclo tricarboxílico o ciclo glucolítico. Esto, a su vez, conduce a una frecuencia cardíaca en reposo más baja, una presión arterial más baja y un aumento de la tasa metabólica basal o en reposo.

Al medir la frecuencia cardíaca, podemos derivar estimaciones de qué nivel de utilización de sustrato está causando realmente el metabolismo bioquímico en nuestros cuerpos en reposo o en actividad. Esto a su vez puede ayudar a una persona a mantener un nivel apropiado de consumo y utilización mediante el estudio de una representación gráfica del umbral anaeróbico. Esto se puede confirmar mediante análisis de sangre y análisis de gases utilizando calorimetría directa o indirecta para mostrar el efecto de la utilización del sustrato. Las medidas de la tasa metabólica basal y la tasa metabólica en reposo se están convirtiendo en herramientas esenciales para mantener un peso corporal saludable.

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

  • BMR y personalidad
  • TDEECalculator.net
  •   Datos: Q623293
  •   Multimedia: Basal metabolic rate

Agosto 19, 2021
tasa, metabólica, basal, tasa, metabólica, basal, tasa, gasto, energético, unidad, tiempo, animales, endotérmicos, reposo, informa, unidades, energía, unidad, tiempo, desde, vatios, joule, segundo, joule, hora, masa, corporal, medición, adecuada, requiere, cum. La tasa metabolica basal TMB es la tasa de gasto energetico por unidad de tiempo de los animales endotermicos en reposo 1 Se informa en unidades de energia por unidad de tiempo que van desde vatios joule segundo a ml O2 min o joule por hora por kg de masa corporal J h kg La medicion adecuada requiere que se cumpla un estricto conjunto de criterios Estos criterios incluyen estar en un estado de tranquilidad fisica y psicologica en un ambiente termicamente neutro mientras que en el estado de posabsorcion es decir sin digerir alimentos activamente En animales bradimetabolicos como peces y reptiles se utiliza el termino equivalente tasa metabolica estandar SMR Sigue los mismos criterios que la TMB pero requiere la documentacion de la temperatura a la que se midio la tasa metabolica Esto hace que la TMB sea una variante de la medicion de la tasa metabolica estandar que excluye los datos de temperatura una practica que ha dado lugar a problemas para definir las tasas de metabolismo estandar para muchos mamiferos El metabolismo comprende los procesos que el cuerpo necesita para funcionar 2 La tasa metabolica basal es la cantidad de energia por unidad de tiempo que una persona necesita para mantener el funcionamiento del cuerpo en reposo Algunos de esos procesos son la respiracion la circulacion sanguinea el control de la temperatura corporal el crecimiento celular la funcion cerebral y nerviosa y la contraccion de los musculos La tasa metabolica basal afecta la velocidad a la que una persona quema calorias y en ultima instancia si esa persona mantiene gana o pierde peso La tasa metabolica basal representa alrededor del 60 al 75 del gasto calorico diario de los individuos Esta influenciado por varios factores La TMB generalmente disminuye entre un 1 y un 2 por decada despues de la edad 20 principalmente debido a la perdida de masa libre de grasa 3 aunque la variabilidad entre individuos es alta 4 Indice 1 Descripcion 2 Flexibilidad fenotipica 3 Fisiologia 3 1 Formulas de estimacion de la TMB 3 2 Causas de diferencias individuales en la TMB 4 Bioquimica 4 1 Glucosa 4 2 Grasas 4 3 Proteinas 4 4 Ejercicio aerobico frente a anaerobico 5 Longevidad 5 1 Longevidad del organismo y tasa metabolica basal 6 Consideraciones medicas 7 Implicaciones cardiovasculares 8 Vease tambien 9 Referencias 10 Otras lecturas 11 Enlaces externosDescripcion EditarLa generacion de calor del cuerpo se conoce como termogenesis y se puede medir para determinar la cantidad de energia gastada La TMB generalmente disminuye con la edad y con la disminucion de la masa corporal magra como puede ocurrir con el envejecimiento El aumento de la masa muscular tiene el efecto de aumentar la TMB El nivel de condicion fisica aerobica resistencia un producto del ejercicio cardiovascular aunque anteriormente se pensaba que tenia un efecto sobre la TMB se demostro en la decada de 1990 que no se correlaciona con la TMB cuando se ajusta a la masa corporal libre de grasa Pero el ejercicio anaerobico aumenta el consumo de energia en reposo ver ejercicio aerobico vs anaerobico 5 Las enfermedades los alimentos y bebidas consumidos anteriormente la temperatura ambiental y los niveles de estres pueden afectar el gasto energetico general y la TMB Laboratorio de calorimetria indirecta con campana de dosel tecnica de dilucion La TMB se mide en circunstancias muy restrictivas cuando una persona esta despierta Una medicion precisa de la TMB requiere que no se estimule el sistema nervioso simpatico de la persona una condicion que requiere un descanso completo Una medida mas comun que utiliza criterios menos estrictos es la tasa metabolica en reposo RMR 6 La TMB se puede medir mediante analisis de gases mediante calorimetria directa o indirecta aunque se puede obtener una estimacion aproximada a traves de una ecuacion que utilice la edad el sexo la altura y el peso Los estudios del metabolismo energetico que utilizan ambos metodos proporcionan evidencia convincente de la validez del cociente respiratorio RQ que mide la composicion inherente y la utilizacion de carbohidratos grasas y proteinas a medida que se convierten en unidades de sustrato energetico que el cuerpo puede utilizar como energia Flexibilidad fenotipica EditarLa TMB es un rasgo flexible se puede ajustar de manera reversible dentro de los individuos por ejemplo las temperaturas mas bajas generalmente resultan en tasas metabolicas basales mas altas tanto para las aves 7 como para los roedores 8 Hay dos modelos para explicar como cambia la TMB en respuesta a la temperatura el modelo de maximo variable VMM y el modelo de fraccion variable VFM El VMM afirma que el metabolismo de la cumbre o la tasa metabolica maxima en respuesta al frio aumenta durante el invierno y que el metabolismo sostenido o la tasa metabolica que puede mantenerse indefinidamente permanece como una fraccion constante del primero El VFM dice que el metabolismo de la cumbre no cambia pero que el metabolismo sostenido es una fraccion mayor del mismo El VMM es compatible con mamiferos y cuando se utilizan tasas de cuerpo entero aves paseriformes El VFM esta respaldado en estudios de aves paseriformes utilizando tasas metabolicas especificas de masa o tasas metabolicas por unidad de masa Esta ultima medida ha sido criticada afirmando que las tasas metabolicas especificas de masa son inconsistentes estacionalmente 9 Ademas de ajustarse a la temperatura la TMB tambien puede ajustarse antes de los ciclos de migracion anual 7 El nudo rojo ssp Islandica aumenta su TMB en aproximadamente un 40 antes de migrar hacia el norte Esto se debe a la energica demanda de vuelos de larga distancia Es probable que el aumento se deba principalmente al aumento de la masa en los organos relacionados con el vuelo 10 El destino final de los migrantes afecta su TMB se encontro que las reinitas de rabadilla amarilla que migran hacia el norte tienen un TMB un 31 mas alto que las que migran hacia el sur En los seres humanos la TMB es directamente proporcional a la masa corporal magra de una persona 11 12 En otras palabras cuanto mas masa corporal magra tenga una persona mayor sera su TMB pero la TMB tambien se ve afectada por enfermedades agudas y aumenta con afecciones como quemaduras fracturas infecciones fiebres etc En las mujeres que menstruan la TMB varia en cierta medida con las fases de su ciclo menstrual Debido al aumento de la progesterona la TMB aumenta al comienzo de la fase lutea y permanece en su nivel mas alto hasta que finaliza esta fase Hay diferentes hallazgos en la investigacion sobre cuanto aumento suele ocurrir Una pequena muestra los primeros estudios encontraron varias figuras como un 6 mas de metabolismo postovulatorio del sueno 13 un 7 a 15 mas de gasto en 24 horas despues de la ovulacion 14 y un aumento y un aumento de la TMB en la fase lutea hasta en un 12 15 16 Un estudio de la Sociedad Estadounidense de Nutricion Clinica encontro que un grupo experimental de mujeres voluntarias tuvo un aumento promedio del 11 5 en el gasto energetico de 24 horas en las dos semanas posteriores a la ovulacion con un rango de 8 a 16 Este grupo se midio mediante calorimetria simultanea directa e indirecta y tenia comidas diarias estandarizadas y un horario sedentario para evitar que el aumento fuera manipulado por cambios en la ingesta de alimentos o el nivel de actividad 17 Un estudio de 2011 realizado por el Instituto Mandya de Ciencias Medicas encontro que durante la fase folicular y el ciclo menstrual no hay una diferencia significativa en la TMB sin embargo las calorias quemadas por hora son significativamente mas altas hasta un 18 durante la fase lutea El aumento del estado de ansiedad nivel de estres tambien aumento temporalmente la TMB 18 Fisiologia EditarEl trabajo inicial de los cientificos J Arthur Harris y Francis G Benedict mostro que los valores aproximados de la TMB se pueden derivar utilizando el area de superficie corporal calculada a partir de la altura y el peso la edad y el sexo junto con las medidas de oxigeno y dioxido de carbono tomadas de calorimetria Los estudios tambien mostraron que al eliminar las diferencias de sexo que ocurren con la acumulacion de tejido adiposo al expresar la tasa metabolica por unidad de masa corporal libre de grasa o magra los valores entre sexos para el metabolismo basal son esencialmente los mismos Los libros de texto de fisiologia del ejercicio tienen tablas para mostrar la conversion de la altura y la superficie corporal en relacion con el peso y los valores metabolicos basales El principal organo responsable de regular el metabolismo es el hipotalamo El hipotalamo se encuentra en el diencefalo y forma el piso y parte de las paredes laterales del tercer ventriculo del cerebro Las principales funciones del hipotalamo son Control e integracion de actividades del sistema nervioso autonomo SNA El SNA regula la contraccion del musculo liso y del musculo cardiaco junto con las secreciones de muchos organos endocrinos como la glandula tiroides asociada con muchos trastornos metabolicos A traves del SNA el hipotalamo es el principal regulador de las actividades viscerales como la frecuencia cardiaca el movimiento de los alimentos a traves del tracto gastrointestinal y la contraccion de la vejiga urinaria Produccion y regulacion de sentimientos de rabia y agresion Regulacion de la temperatura corporal Regulacion de la ingesta alimentaria a traves de dos centros El centro de alimentacion o centro de hambre es el responsable de las sensaciones que provocan que busquemos alimento Cuando se han recibido suficientes alimentos o sustratos y la leptina es alta el centro de saciedad se estimula y envia impulsos que inhiben el centro de alimentacion Cuando no hay suficiente comida en el estomago y los niveles de grelina son altos los receptores en el hipotalamo inician la sensacion de hambre El centro de la sed funciona de manera similar cuando ciertas celulas del hipotalamo son estimuladas por la presion osmotica creciente del liquido extracelular Si se satisface la sed la presion osmotica disminuye Todas estas funciones juntas forman un mecanismo de supervivencia que hace que mantengamos los procesos corporales que mide la TMB Formulas de estimacion de la TMB Editar Se han publicado varias ecuaciones para predecir la cantidad de calorias requeridas por los humanos desde principios del siglo XX al XXI En cada una de las formulas siguientes P es la produccion total de calor en reposo completo m es masa kg h es la altura cm y a es la edad anos 19 La ecuacion original de Harris BenedictHistoricamente la formula mas notable fue la ecuacion de Harris Benedict que se publico en 1919 para los hombres P 13 7516 m 1 kg 5 0033 h 1 cm 6 7550 a 1 year 66 4730 kcal day displaystyle P left frac 13 7516m 1 mbox kg frac 5 0033h 1 mbox cm frac 6 7550a 1 mbox year 66 4730 right frac mbox kcal mbox day para mujeres P 9 5634 m 1 kg 1 8496 h 1 cm 4 6756 a 1 year 655 0955 kcal day displaystyle P left frac 9 5634m 1 mbox kg frac 1 8496h 1 mbox cm frac 4 6756a 1 mbox year 655 0955 right frac mbox kcal mbox day 20 La diferencia en la TMB para hombres y mujeres se debe principalmente a las diferencias en el peso corporal Por ejemplo una mujer de 55 anos que pesa 130 libras 59 kg y 5 pies 6 pulgadas 168 cm de altura tendria una TMB de 1272 kcal por dia La ecuacion revisada de Harris BenedictEn 1984 se revisaron las ecuaciones originales de Harris Benedict 21 utilizando nuevos datos En comparacion con el gasto real se encontro que las ecuaciones revisadas eran mas precisas 22 para los hombres P 13 397 m 1 kg 4 799 h 1 cm 5 677 a 1 year 88 362 kcal day displaystyle P left frac 13 397m 1 mbox kg frac 4 799h 1 mbox cm frac 5 677a 1 mbox year 88 362 right frac mbox kcal mbox day para mujeres P 9 247 m 1 kg 3 098 h 1 cm 4 330 a 1 year 447 593 kcal day displaystyle P left frac 9 247m 1 mbox kg frac 3 098h 1 mbox cm frac 4 330a 1 mbox year 447 593 right frac mbox kcal mbox day Fue la mejor ecuacion de prediccion hasta 1990 cuando Mifflin 23 introdujo la ecuacion La ecuacion de Mifflin St JeorP 10 0 m 1 kg 6 25 h 1 cm 5 0 a 1 year s kcal day displaystyle P left frac 10 0m 1 mbox kg frac 6 25h 1 mbox cm frac 5 0a 1 mbox year s right frac mbox kcal mbox day donde s es 5 para los hombres y 161 para las mujeres Segun esta formula la mujer del ejemplo anterior tiene una TMB de 1204 kcal por dia Durante los ultimos 100 anos los estilos de vida han cambiado y Frankenfield 24 mostro que es aproximadamente un 5 mas preciso Estas formulas se basan en el peso corporal que no tiene en cuenta la diferencia en la actividad metabolica entre la masa corporal magra y la grasa corporal Existen otras formulas que tienen en cuenta la masa corporal magra dos de las cuales son la formula de Katch McArdle y la formula de Cunningham La formula de Katch McArdle gasto energetico diario en reposo La formula de Katch McArdle se utiliza para predecir el gasto energetico diario en reposo RDEE 25 La formula de Cunningham se cita comunmente para predecir RMR en lugar de la TMB sin embargo las formulas proporcionadas por Katch McArdle y Cunningham son las mismas 26 P 370 21 6 ℓ displaystyle P 370 left 21 6 cdot ell right donde ℓ es la masa corporal magra LBM en kg ℓ m 1 f 100 displaystyle ell m left 1 frac f 100 right donde f es el porcentaje de grasa corporal De acuerdo con esta formula si la mujer en el ejemplo tiene un porcentaje de grasa corporal del 30 su Gasto Energetico Diario en Descanso los autores usan el termino de metabolismo basal y en reposo indistintamente seria 1262 kcal por dia Causas de diferencias individuales en la TMB Editar La tasa metabolica basica varia entre individuos Un estudio de 150 adultos representativos de la poblacion de Escocia informaron tasas metabolicas basales desde tan solo 1027 kcal por dia 4301 kJ dia hasta 2499 kcal dia 10455 kJ dia con una TMB media de 1500 kcal dia 6279 kJ dia Estadisticamente los investigadores calcularon que el 62 3 de esta variacion se explica por diferencias en la masa libre de grasa Otros factores que explican la variacion incluyen la masa grasa 6 7 la edad 1 7 y el error experimental incluida la diferencia intraindividual 2 El resto de la variacion 26 7 fue inexplicable Esta diferencia restante no se explica por el sexo ni por el tamano de tejido diferente de organos altamente energeticos como el cerebro 27 Se han observado diferencias en la TMB al comparar sujetos con la misma masa corporal magra En un estudio al comparar individuos con la misma masa corporal magra el 5 superior de la TMB es de 1 28 a 1 32 veces el 5 mas bajo de la TMB 28 Ademas este estudio informa un caso en el que dos individuos con la misma masa corporal magra de 43 kg tenian una TMB de 1075 kcal dia 4 5 MJ dia y 1790 kcal dia 7 5 MJ dia Esta diferencia de 715 kcal dia 67 equivale a que uno de los individuos complete un 10 kilometro correr todos los dias 28 Sin embargo este estudio no tuvo en cuenta el sexo la altura el estado de ayuno o el porcentaje de grasa corporal de los sujetos Bioquimica EditarDesglose del gasto energetico 29 Higado 27 Cerebro 19 Musculo esqueletico 18 Rinones 10 Corazon 7 Otros organos 19 Los aumentos de termogenesis posprandial en la tasa metabolica basal ocurren en diferentes grados dependiendo de la composicion de los alimentos consumidos Aproximadamente el 70 del gasto energetico total de un ser humano se debe a los procesos vitales basales que tienen lugar en los organos del cuerpo ver tabla Aproximadamente el 20 del gasto energetico proviene de la actividad fisica y otro 10 de la termogenesis o digestion de los alimentos termogenesis posprandial 30 Todos estos procesos requieren una ingesta de oxigeno junto con coenzimas para proporcionar energia para la supervivencia generalmente de macronutrientes como carbohidratos grasas y proteinas y expulsar dioxido de carbono debido al procesamiento por el ciclo de Krebs Para la TMB la mayor parte de la energia se consume para mantener los niveles de liquidos en los tejidos a traves de la osmorregulacion y solo una decima parte se consume para el trabajo mecanico como la digestion los latidos del corazon y la respiracion 31 Lo que permite que el ciclo de Krebs realice cambios metabolicos en grasas carbohidratos y proteinas es la energia que se puede definir como la capacidad o capacidad para realizar un trabajo La descomposicion de moleculas grandes en moleculas mas pequenas asociada con la liberacion de energia es catabolismo El proceso de acumulacion se denomina anabolismo La descomposicion de proteinas en aminoacidos es un ejemplo de catabolismo mientras que la formacion de proteinas a partir de aminoacidos es un proceso anabolico Las reacciones exergonicas son reacciones de liberacion de energia y generalmente catabolicas Las reacciones endergonicas requieren energia e incluyen reacciones anabolicas y la contraccion del musculo El metabolismo es el total de todas las reacciones catabolicas exergonicas anabolicas y endergonicas El trifosfato de adenosina ATP es la molecula intermedia que impulsa la transferencia exergonica de energia para cambiar a reacciones anabolicas endergonicas utilizadas en la contraccion muscular Esto es lo que hace que los musculos funcionen lo que puede requerir una ruptura y tambien se construye en el periodo de descanso que ocurre durante la fase de fortalecimiento asociada con la contraccion muscular El ATP esta compuesto de adenina una base que contiene nitrogeno ribosa un azucar de cinco carbonos llamado colectivamente adenosina y tres grupos fosfato El ATP es una molecula de alta energia porque almacena grandes cantidades de energia en los enlaces quimicos de los dos grupos fosfato terminales La ruptura de estos enlaces quimicos en el ciclo de Krebs proporciona la energia necesaria para la contraccion muscular Glucosa Editar Debido a que la proporcion de atomos de hidrogeno a oxigeno en todos los carbohidratos es siempre la misma que en el agua es decir 2 a 1 todo el oxigeno consumido por las celulas se usa para oxidar el carbono en la molecula de carbohidrato para formar dioxido de carbono En consecuencia durante la oxidacion completa de una molecula de glucosa se producen seis moleculas de dioxido de carbono y seis moleculas de agua y se consumen seis moleculas de oxigeno La ecuacion general de esta reaccion es C 6 H 12 O 6 6 O 2 6 CO 2 6 H 2 O displaystyle ce C6H12O6 6 O2 gt 6 CO2 6 H2O 30 32 moleculas de ATP producidas segun el tipo de lanzadera mitocondrial 5 5 33 moleculas de ATP por molecula de oxigeno Debido a que el intercambio de gases en esta reaccion es igual el cociente respiratorio R Q para los carbohidratos es la unidad o 1 0 R Q 6 C O 2 6 O 2 1 0 displaystyle R Q frac 6 CO 2 6 O 2 1 0 Grasas Editar La composicion quimica de las grasas difiere de la de los carbohidratos en que las grasas contienen considerablemente menos atomos de oxigeno en proporcion a los atomos de carbono e hidrogeno Cuando se enumeran en las tablas de informacion nutricional las grasas generalmente se dividen en seis categorias grasas totales acidos grasos saturados acidos grasos poliinsaturados acidos grasos monoinsaturados colesterol dietetico y acidos grasos trans Desde una perspectiva metabolica basal o metabolica en reposo se necesita mas energia para quemar un acido graso saturado que un acido graso insaturado La molecula de acido graso se descompone y clasifica en funcion del numero de atomos de carbono en su estructura molecular La ecuacion quimica para el metabolismo de los doce a dieciseis atomos de carbono en una molecula de acido graso saturado muestra la diferencia entre el metabolismo de los carbohidratos y los acidos grasos El acido palmitico es un ejemplo comunmente estudiado de la molecula de acido graso saturado La ecuacion general para la utilizacion del sustrato de acido palmitico es C 16 H 32 O 2 23 O 2 16 CO 2 16 H 2 O displaystyle ce C16H32O2 23 O2 gt 16 CO2 16 H2O 106 moleculas de ATP producidas 4 61 moleculas de ATP por molecula de oxigeno Por lo tanto el R Q para el acido palmitico es 0 696 R Q 16 C O 2 23 O 2 0 696 displaystyle R Q frac 16 CO 2 23 O 2 0 696 Proteinas Editar Las proteinas estan compuestas de carbono hidrogeno oxigeno y nitrogeno dispuestos de diversas formas para formar una gran combinacion de aminoacidos A diferencia de la grasa el cuerpo no tiene depositos de proteinas Todo esta contenido en el cuerpo como partes importantes de los tejidos hormonas sanguineas y enzimas Los componentes estructurales del cuerpo que contienen estos aminoacidos estan continuamente sometidos a un proceso de descomposicion y reemplazo El cociente respiratorio para el metabolismo de las proteinas se puede demostrar mediante la ecuacion quimica para la oxidacion de la albumina C 72 H 112 N 18 O 22 S 77 O 2 63 CO 2 38 H 2 O SO 3 9 CO NH 2 2 displaystyle ce C72H112N18O22S 77 O2 gt 63 CO2 38 H2O SO3 9 CO NH2 2 El R Q para la albumina esR Q 63 C O 2 77 O 2 0 818 displaystyle R Q frac 63 CO 2 77 O 2 0 818 La razon por la que esto es importante en el proceso de comprension del metabolismo de las proteinas es que el cuerpo puede mezclar los tres macronutrientes y basandose en la densidad mitocondrial se puede establecer una proporcion preferida que determina cuanto combustible se utiliza en que paquetes para el trabajo realizado por los musculos Se ha estimado que el catabolismo de proteinas descomposicion proporciona entre el 10 y el 15 del requerimiento total de energia durante una sesion de entrenamiento aerobico de dos horas Este proceso podria degradar severamente las estructuras proteicas necesarias para mantener la supervivencia como las propiedades contractiles de las proteinas en el corazon las mitocondrias celulares el almacenamiento de mioglobina y las enzimas metabolicas dentro de los musculos El sistema oxidativo aerobico es la principal fuente de ATP suministrado al cuerpo en reposo y durante actividades de baja intensidad y utiliza principalmente carbohidratos y grasas como sustratos La proteina normalmente no se metaboliza de manera significativa excepto durante la inanicion a largo plazo y los periodos prolongados de ejercicio mas de 90 minutos En reposo aproximadamente el 70 del ATP producido se deriva de las grasas y el 30 de los carbohidratos Despues del inicio de la actividad a medida que aumenta la intensidad del ejercicio hay un cambio en la preferencia de sustrato de grasas a carbohidratos Durante el ejercicio aerobico de alta intensidad casi el 100 de la energia se deriva de los carbohidratos si se dispone de un suministro adecuado Ejercicio aerobico frente a anaerobico Editar Existen estudios 32 33 que indican que el nivel de aptitud aerobica de un individuo no tiene ninguna correlacion con el nivel de metabolismo en reposo Ambos estudios encuentran que los niveles de aptitud aerobica no mejoran el poder predictivo de la masa libre de grasa para la tasa metabolica en reposo Sin embargo una investigacion del Journal of Applied Physiology publicada en 2012 34 comparo el entrenamiento de resistencia y el entrenamiento aerobico sobre la masa corporal y la masa grasa en adultos con sobrepeso STRRIDE AT RT Cuando considera los compromisos de tiempo contra los beneficios para la salud el entrenamiento aerobico es el modo optimo de ejercicio para reducir la masa grasa y la masa corporal como consideracion principal el entrenamiento de resistencia es bueno como un factor secundario cuando el envejecimiento y la masa magra son una preocupacion El entrenamiento de resistencia causa lesiones a un ritmo mucho mayor que el entrenamiento aerobico En comparacion con el entrenamiento de resistencia se encontro que el entrenamiento aerobico resulto en una reduccion significativamente mas pronunciada del peso corporal al mejorar el sistema cardiovascular que es el factor principal en la utilizacion metabolica de los sustratos grasos El entrenamiento de resistencia si hay tiempo disponible tambien es util en el metabolismo posterior al ejercicio pero es un factor complementario porque el cuerpo necesita recuperarse lo suficiente entre los episodios de entrenamiento de resistencia mientras que con el entrenamiento aerobico el cuerpo puede aceptar esto todos los dias RMR y BMR son medidas del consumo diario de calorias 35 La mayoria de los estudios que se publican sobre este tema analizan el ejercicio aerobico debido a su eficacia para la salud y el control del peso El ejercicio anaerobico como el levantamiento de pesas genera masa muscular adicional El musculo contribuye a la masa libre de grasa de un individuo y por lo tanto los resultados efectivos del ejercicio anaerobico aumentaran la TMB 36 Sin embargo el efecto real sobre la TMB es controvertido y dificil de enumerar Varios estudios 37 38 sugieren que la tasa metabolica en reposo del musculo entrenado es de alrededor de 55 kJ por kilogramo por dia Incluso un aumento sustancial en la masa muscular digamos 5 kg tendria solo un impacto menor en la TMB Longevidad EditarEn 1926 Raymond Pearl propuso que la longevidad varia inversamente con la tasa metabolica basal la hipotesis de la tasa de vida El apoyo para esta hipotesis proviene del hecho de que los mamiferos con un tamano corporal mas grande tienen una esperanza de vida maxima mas larga los animales grandes tienen tasas metabolicas totales mas altas pero la tasa metabolica a nivel celular es mucho menor y la frecuencia respiratoria y los latidos del corazon son mas lentos en animales mas grandes y el hecho de que la longevidad de las moscas de la fruta varia inversamente con la temperatura ambiente 39 Ademas la vida util de las moscas domesticas puede prolongarse evitando la actividad fisica 40 Esta teoria ha sido reforzada por varios estudios nuevos que relacionan una tasa metabolica basal mas baja con una mayor esperanza de vida en todo el reino animal incluidos los humanos La restriccion de calorias y la reduccion de los niveles de hormona tiroidea que disminuyen la tasa metabolica se han asociado con una mayor longevidad en los animales 41 42 43 Sin embargo la relacion entre el gasto energetico diario total y la tasa metabolica en reposo puede variar entre 1 6 y 8 0 entre las especies de mamiferos Los animales tambien varian en el grado de acoplamiento entre la fosforilacion oxidativa y la produccion de ATP la cantidad de grasa saturada en las membranas mitocondriales la cantidad de reparacion del ADN y muchos otros factores que afectan la vida util maxima 44 Longevidad del organismo y tasa metabolica basal Editar En la escala alometrica la duracion maxima de vida potencial MPLS esta directamente relacionada con la tasa metabolica MR donde MR es la tasa de recarga de una biomasa formada por enlaces covalentes Esa biomasa W esta sujeta a un deterioro con el tiempo debido a la presion entropica termodinamica El metabolismo se entiende esencialmente como acoplamiento redox y no tiene nada que ver con la termogenesis La eficiencia metabolica ME se expresa entonces como la eficiencia de este acoplamiento una relacion de amperios capturada y utilizada por biomasa a los amperios disponibles para tal fin La MR se mide en vatios W se mide en gramos Estos factores se combinan en una ley de potencia una elaboracion de la ley de Kleiber que relaciona MR con W y MPLS que aparece como M R W 4 M E 1 4 M E displaystyle MR frac W 4ME 1 4ME Cuando ME es 100 MR W3 4 esto se conoce popularmente como escala de un cuarto de potencia una version de escala alometrica que se basa en estimaciones poco realistas de la eficiencia biologica La ecuacion revela que a medida que ME cae por debajo del 20 para W lt un gramo MR MPLS aumenta de manera tan dramatica que dota a W de inmortalidad virtual en un 16 Para empezar cuanto menor es W mas dramatico es el aumento de la RM a medida que disminuye la EM Todas las celulas de un organismo encajan en este rango es decir menos de un gramo por lo que esta MR se denominara BMR Pero la ecuacion revela que a medida que la ME aumenta mas del 25 la TMB se acerca a cero La ecuacion tambien muestra que para todo W gt un gramo donde W es la organizacion de todas las TMB de la estructura del organismo pero tambien incluye la actividad de la estructura a medida que ME aumenta mas del 25 MR MPLS aumenta en lugar de disminuir como ocurre con BMR Un MR compuesto por una organizacion de BMR se denominara FMR A medida que la EM disminuye por debajo del 25 la RMF disminuye en lugar de aumentar como lo hace con la RMB El antagonismo entre FMR y BMR es lo que marca el proceso de envejecimiento de la biomasa W en terminos energeticos La EM del organismo es la misma que la de las celulas por lo que el exito de la capacidad del organismo para encontrar alimento y reducir su EM es clave para mantener la TMB de las celulas impulsada de lo contrario por la inanicion a acercarse cero mientras que al mismo tiempo un ME mas bajo disminuye la FMR MPLS del organismo Consideraciones medicas EditarEl metabolismo de una persona varia con su condicion fisica y actividad El entrenamiento con pesas puede tener un impacto mas prolongado en el metabolismo que el entrenamiento aerobico pero no existen formulas matematicas conocidas que puedan predecir exactamente la longitud y la duracion de un metabolismo elevado a partir de cambios troficos con el entrenamiento neuromuscular anabolico Una disminucion en la ingesta de alimentos generalmente reducira la tasa metabolica a medida que el cuerpo intenta conservar energia 45 El investigador Gary Foster estima que una dieta muy baja en calorias de menos de 800 calorias al dia reduciria la tasa metabolica en mas del 10 por ciento La tasa metabolica puede verse afectada por algunos medicamentos como los agentes antitiroideos los medicamentos utilizados para tratar el hipertiroidismo como el propiltiouracilo y el metimazol reducen la tasa metabolica a la normalidad y restablecen el eutiroidismo Algunas investigaciones se han centrado en el desarrollo de farmacos contra la obesidad para aumentar la tasa metabolica como los farmacos para estimular la termogenesis en el musculo esqueletico La tasa metabolica puede elevarse en caso de estres enfermedad y diabetes La menopausia tambien puede afectar el metabolismo Implicaciones cardiovasculares EditarLa frecuencia cardiaca esta determinada por el bulbo raquideo y parte de la protuberancia dos organos ubicados por debajo del hipotalamo en el tallo cerebral La frecuencia cardiaca es importante para la tasa metabolica basal y la tasa metabolica en reposo porque impulsa el suministro de sangre y estimula el ciclo de Krebs Durante el ejercicio que alcanza el umbral anaerobico es posible administrar los sustratos que se desean para una utilizacion optima de la energia El umbral anaerobico se define como el nivel de utilizacion de energia del esfuerzo de la frecuencia cardiaca que se produce sin oxigeno durante una prueba estandarizada con un protocolo especifico para la precision de la medicion como el protocolo Bruce Treadmill equivalente metabolico de la tarea Con cuatro a seis semanas de entrenamiento especifico los sistemas corporales pueden adaptarse a una mayor perfusion de densidad mitocondrial para una mayor disponibilidad de oxigeno para el ciclo de Krebs ciclo tricarboxilico o ciclo glucolitico Esto a su vez conduce a una frecuencia cardiaca en reposo mas baja una presion arterial mas baja y un aumento de la tasa metabolica basal o en reposo Al medir la frecuencia cardiaca podemos derivar estimaciones de que nivel de utilizacion de sustrato esta causando realmente el metabolismo bioquimico en nuestros cuerpos en reposo o en actividad Esto a su vez puede ayudar a una persona a mantener un nivel apropiado de consumo y utilizacion mediante el estudio de una representacion grafica del umbral anaerobico Esto se puede confirmar mediante analisis de sangre y analisis de gases utilizando calorimetria directa o indirecta para mostrar el efecto de la utilizacion del sustrato Las medidas de la tasa metabolica basal y la tasa metabolica en reposo se estan convirtiendo en herramientas esenciales para mantener un peso corporal saludable Vease tambien EditarEcuacion de Harris Benedict Hipotiroidismo Edad metabolica Sindrome metabolico Ecuacion de Schofield Efecto termico de la comidaReferencias Editar McNab B K 1997 11 On the utility of uniformity in the definition of basal rate of metabolism Physiological Zoology 70 6 718 720 ISSN 0031 935X PMID 9361146 doi 10 1086 515881 Ballesteros Fernando J Martinez Vicent J Luque Bartolo Lacasa Lucas Valor Enric Moya Andres 23 de enero de 2018 On the thermodynamic origin of metabolic scaling Scientific Reports 8 ISSN 2045 2322 PMC 5780499 PMID 29362491 doi 10 1038 s41598 018 19853 6 Manini Todd M 2010 1 Energy Expenditure and Aging Ageing research reviews 9 1 1 ISSN 1568 1637 PMC 2818133 PMID 19698803 doi 10 1016 j arr 2009 08 002 McMurray Robert G Soares Jesus Caspersen Carl J McCurdy Thomas 2014 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