Eficiencia y reparto de energía

No debería sorprendernos que dos dietas isocalóricas con distinto reparto de macronutrientes den resultados muy diferentes. Lo que debería sorprendernos es que dieran el mismo resultado.

Si quemamos un poco de comida, y se calcula cuánto calor se ha desprendido, ese resultado son las calorías de esa comida. Es decir, las calorías contabilizan el resultado en un proceso en el que el 100% de lo que se obtiene es calentamiento. No se produce nada útil, solo calor que se disipa.

Comida + O2 —> CO2+ H2O + Calor

calorimeter

Las calorías miden el calor desprendido en una reacción concreta, en la que el único reactivo añadido es el oxígeno. Si la reacción es diferente y participan otros reactivos, la cantidad de calor extraída sería diferente. Nótese que la energía desprendida está relacionada con la reacción química empleada en su obtención, no siendo algo intrínseco a la comida.

El cuerpo humano no funciona como un calorímetro. En el cuerpo humano, a partir de la comida lo que se obtiene son partículas cargadas energéticamente (i.e. ATP), que como vimos son importantes para funciones básicas, como hacer que nuestro corazón lata. Pero el proceso no es completamente eficiente, y se pierde energía en forma de calor. La mayor parte de la energía, rondando el 60%, se pierde en forma de calor.

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Las calorías de la comida lo que nos dicen es cuánto calor se podría llegar a obtener si el proceso fuese 0% eficiente, es decir, si no generásemos nada de ATP y toda la energía se perdiese en forma de calor, empleando una reacción de oxidación.

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¿Qué nos aporta saber cuánto calor se podría llegar a perder, hipotéticamente, si lo único que hiciéramos fuera disipar calor empleando oxidación? Ese dato no sirve de nada si no sabemos cuánto se pierde y cuánto ATP se genera a partir de la comida, es decir, cuánto se aprovecha. El total es irrelevante, si no se sabe cuánto va a parar a cada cosa. Pero no se puede dar una cifra para el reparto de energía, porque nuestro cuerpo puede comportarse con una eficiencia variable.

Por ejemplo, ¿cuánto ATP se puede sacar de la glucosa? Pues depende:

glucogeno

 La glucosa puede “quemarse” directamente, en cuyo caso obtendríamos CO2 y una cierta cantidad de ATP, o puede ser almacenada temporalmente en forma de glucógeno, y posteriormente reconvertida a glucosa y quemada, en cuyo caso se obtiene menos ATP, porque el proceso de conversión de glucosa a glucógeno y posteriormente de vuelta a glucosa, tiene un coste energético (ATP). El resultado final depende de cuántas veces se realice ese proceso de conversión de un formato a otro, antes de la oxidación final. Es lo que se llaman ciclos fútiles: transformaciones que son reversibles, y que pueden producirse en un sentido y en el opuesto, en cuyo caso aparentemente lo dejan todo como estaba, pero que en el proceso gastan energía. Es como si nos preguntaran cuánta gasolina se gasta en ir de Valencia a Vigo: no existe una respuesta, pues puedo ir directamente a Vigo, pero también puedo ir a Castellón y volver a Valencia todas las veces que quiera, antes de ir definitivamente a Vigo. En el caso de la glucosa, cada vez que una molécula es convertida a glucógeno y de vuelta a glucosa, la pérdida energética es de un 5% del total de ATP que puedo sacar de la glucosa con la oxidación.

Exactamente lo mismo sucede con las grasas, ya que los ácidos grasos pueden ser almacenados provisionalmente en forma de triglicéridos. En cómputos globales, quemar directamente los ácidos grasos proporciona más ATP que quemar un ácido graso que ha pasado por varios ciclos de esterificación-desesterificación (conversión a triglicérido y de vuelta a ácido graso libre).

¿Tiene sentido hablar de las calorías de la comida, cuando su aprovechamiento (generando ATP) es variable e impredecible?

Pero no solo los ciclos fútiles hacen que hablar de calorías sea absurdo. Siguiendo con la analogía de los viajes por carretera, en general, en nuestro cuerpo no hay un único camino para llegar de un sitio a otro. Conocer la distancia por el camino más corto no es suficiente para predecir el consumo de gasolina. Por ejemplo, los cuerpos cetónicos son una forma que tiene nuestro cuerpo de trasladar energía de un sitio a otro (digamos que son un formato que permite viajar a las moléculas de Acetyl-Coa). Si en lugar de quemar directamente un ácido graso, éste es convertido a cuerpo cetónico y posteriormente quemado, obtenemos menos energía en forma de ATP (un 6% menos), que si directamente se quema el ácido graso.

los organismos vivos son sistemas abiertos, lejos del equilibrio, y por tanto sujetos a diferentes eficiencias en función del camino metabólico (ver)

Por ejemplo, para generar 95 unidades de ATP se puede partir de 2.3 unidades de glucosa, que proporcionarían 90 ATP, mientras que la quema de reservas de grasa podría aportar otros 5 ATP. En un contexto de menor eficiencia, las 95 unidades de ATP podrían proceder de 2.5 unidades de glucosa y la misma cantidad de grasa. Sin reducir la ingesta también se puede perder grasa corporal, si la eficiencia disminuye.

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Otro ejemplo: cuando una persona está adaptada a una dieta low-carb, una parte importante de sus necesidades de glucosa son cubiertas por la gluconeogénesis: generación de glucosa a partir de proteína. No es igual de eficiente quemar glucosa procedente de carbohidratos, que quemar glucosa que ha tenido que ser generada a partir de proteínas. En este segundo caso, se puede perder hasta un 20% del ATP en el proceso de conversión. Ese simple cambio dietario puede hacer que nuestro cuerpo gaste unas 100 kcal más al día, simplemente convirtiendo proteína a glucosa.

Además de todo lo anterior, hay que tener en cuenta que, a diferencia de lo que sucede en un calorímetro, nuestro cuerpo “desmonta” las proteínas para obtener los aminoácidos y a partir de ellos crear nuevas proteínas. A su vez esas proteínas deben ser hidrolizadas para poder sacar energía de sus aminoácidos. Todo ese proceso consume energía. Digamos que mientras que el calorímetro, y por tanto los datos que se nos dan de calorías de la comida, solo nos dice cuánta energía se puede sacar de bajar una piedra de una mesa, nuestro cuerpo no se limita a bajar la piedra de la mesa, sino que se entretiene rompiéndola, volviéndola a pegar, pasándola a una silla y volviéndola a dejar en la mesa, todo ello posiblemente varias veces, para finalmente extraer su energía.

Las leyes de la termodinámica, en concreto la segunda, nos dicen que las reacciones que se producen en nuestro cuerpo siempre tienen un coste energético neto, unas pérdidas. Nos dicen que siempre se pierde energía en forma de calor. Puesto que a menudo hay varios caminos para llegar desde un sitio hasta otro, y teniendo en cuenta que algunos de esos caminos son simplemente hacer y deshacer un cambio (ciclos fútiles), las leyes de la termodinámica lo que dicen es que no tiene sentido hablar de las calorías de la comida, pues la energía que se puede extraer de ella no es ni fija ni predecible. Y lo que es más importante, tampoco las calorías de la comida son un indicativo de cuánto del ATP generado se va a emplear en los adipocitos en crear triglicéridos.

Un pequeño resumen:

  • Si por la primera ley de la termodinámica fuera, toda la energía procedente de la comida podría disiparse en forma de calor, y no aprovecharíamos nada de ella. En nutrición, hablar de la primera ley no nos aporta nada.
  • La segunda ley lo que nos dice es que va a haber pérdida de energía en cualquier proceso que hace nuestro cuerpo, por lo que la energía que finalmente se extraiga de la comida dependerá del camino metabólico concreto empleado. La eficiencia es variable y depende del metabolismo. La segunda ley tampoco aporta mucho, pero de ella se deduce que contar calorías es absurdo.
  • En un calorímetro, una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un litro de agua desde 14.5 a 15.5 ºC.
  • Una persona es una máquina de eficiencia variable, cuyo comportamiento no viene descrito por el cómputo total de las calorías de la comida, medidas en un calorímetro.
  • La eficiencia metabólica es diferente en diferentes personas y es función de la composición de la dieta. Las leyes de la termodinámica no impiden que sea así.

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4 thoughts on “Eficiencia y reparto de energía

  1. Llevo mucho tiempo discutiendo sobre la tan manida y casi nunca cuestionada teoría de las calorías y como José Mota repite una y otra vez ” las gallinas que entran por las que salen” , harto de decir que el cuerpo humano no es un motor de F1, en el que se puede predecir con mucha fiabilidad cuanto combustible necesitará para recorrer X km. te felicito por lo claro y sencillo que explicas lo erróneo de empeñarse en hablar de calorías cuando se habla de dietas y de adelgazar, a ver si se consigue que cada vez que se hable de nutrición y peso al final siempre se acabe nombrando a las calorías que no dejan de ser una medida de la física mas pura y castiza pero de muy poca o ninguna utilidad cuando hablamos de metabolismo Y como suelo decir si alguna utilidad tienen sería a nivel explicativo una vez comprobado el aumento o pérdida de peso , pero nunca pre-dictivo , que es lo que caracteriza a la ciencia , entre otras cosas. salu2 y enhorabuena por el post. lo tomaré de referencia para futuras discusiones.

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