Eficiencia variable y energía no usable

Cuántas calorías ingerimos nada nos dice sobre lo realmente importante, que es cómo nuestro cuerpo va a usar la comida ingerida: nuestro cuerpo puede comportarse con una eficiencia variable y esa eficiencia ¡no la determinan las calorías! Por otro lado, las necesidades energéticas de nuestro cuerpo no son constantes: ante la abundancia o escasez de ATP se pueden regular al alza o a la baja caminos metabólicos destinados o bien a generar más o menos ATP o a hacer que el ATP intracelular se use en mayor o menor medida, por ejemplo regulando a la baja/alta funciones no vitales (fuente). En definitiva, nuestro organismo tiene varias capas de funcionamiento con eficiencia variable.

La energía total es el factor individual que más influye en tu peso final. Marcos Vázquez (Fitness Revolucionario)

Esa teoría, que no es otra cosa que la teoría del balance energético, no es más que estúpida pseudociencia. La teoría del balance energético se basa en una percepción intuitiva y simplista: el hecho de que “todo tiene que encajar” y que “la grasa acumulada no puede salir de la nada“. Si se acumula, “ha tenido que entrar más de lo que ha salido” (ver). Es una idea que, lamentablemente, todo el mundo “entiende”. Pero esa teoría no resiste un mínimo análisis crítico. Por ejemplo, como he explicado en otras entradas (ver,ver,ver), basta con analizar por qué no usamos el balance energético para hablar de ninguna otra “acumulación de energía” en un ser vivo, y por qué cualquier intento de usarlo se percibe como evidentemente estúpido.

Experiments demonstrating variable energy efficiency in the context of weight loss, however, remain controversial because of the difficulty in validating compliance in dietary interventions and because of a resistance to what is perceived as a violation of thermodynamics, that is, an intuitive feeling that, in the end, everything must even out. Thus, progress in this field still depends on a proper understanding of caloric efficiency and a description of how energy balance can account for differences in weight loss in isocaloric comparisons (fuente)

Nuestras mitocondrias producen ATP, la partícula que nuestras células/órganos usan para funcionar, empleando para ello como sustrato la comida que consumimos (o energía que estaba almacenada en nuestro cuerpo en algún tipo de formato). Un hecho que quiero resaltar en esta entrada es que no toda la comida se transforma en ATP. De hecho, la mayor parte, alrededor de un 60%, se disipa en forma de calor (ver,ver,fuente,fuente):

Energy derived from nutrients (carbohydrates, lipids, proteins) becomes usable only after being transformed into high-energy phosphate bonds in molecules of ATP.

Only the ATP, representing the useful energy, is retained. The wasted heat constitutes 60% of the energy of oxidation, while the efficiency is reflected in the retained ATP, available for reactions in the organism.

¿Por qué resalto este dato? Porque ayuda a combatir el simplismo de la teoría del balance energético: no sólo existe ingesta energética y gasto energético, parte de la energía simplemente no se usa más que para ser expulsada del cuerpo en forma de calor. Como se ve en los siguientes esquemas, este hecho es más revelador de lo que pueda parecer en un primer momento.

El destino de la energía contenida en la comida es, por tanto

  • energía usable, la que es convertida en ATP,
  • energía disipada en forma de calor o
  • energía acumulada.

De forma gráfica, si estamos ganando peso:

Y si estamos bajando de peso:

Imagina que estás en una sala en la que la temperatura es muy baja. ¿Qué reacción cabe esperar en tu cuerpo, de acuerdo con las igualdades matemáticas anteriores? La respuesta, lógicamente, es que la reacción de un ser vivo no se puede deducir NUNCA de una ley general de la física. La reacción, que podría depender de la especie animal o de otras circunstancias, podría ser a) reducir la cantidad de grasa corporal y usar esa grasa para aumentar la disipación en forma de calor, pero también podría ser b) aumentar la disipación de calor reduciendo la porción de la comida que se convierte en energía usable. En este último caso, si la falta de alimento se prolonga en el tiempo, nuestro organismo se puede hacer más eficiente y aprovechar al máximo la “energía usable” que tiene. Las necesidades energéticas de nuestro organismo no son constantes: se adaptan a las circunstancias.

¿Y si “comemos más de la cuenta”? La pregunta lleva trampa implícita, pues se está dando a entender que el problema del que vamos a hablar es un problema de “cantidad”: “más“. Ignorando esa trampa del lenguaje, las alteraciones en la cantidad de comida se pueden convertir en fluctuaciones en la energía disipada en forma de calor (ver), sin que necesariamente existan cambios en los tamaños de nuestros tejidos (e.g. glucógeno, tejido muscular, tejido adiposo, etc.). Si una persona come poco, es perfectamente posible, y además es lo lógico, que la respuesta de nuestro organismo sea aprovechar mejor lo que se come para generar ATP (ver). Esa posibilidad confiere una ventaja fisiológica para la especie en cuestión:

Individuals with reduced food intake tend to exhibit an increase in the P/O ratio (e.g. by an average of 15% in fasting king penguins Aptenodytes patagonicus [35]). This is thought to be beneficial since an increase in P/O ratio minimizes the cost of ATP synthesis, thereby reducing energy substrate requirements. Such plasticity may confer a physiological advantage by helping animals cope with periodic decreases in food intake

¿Puede ser que un animal —el ser humano, por ejemplo— no tenga esa capacidad de hacerse más eficiente cuando come poco, que sí tienen otros animales? Sí, claro, hipotéticamente pudiera ser, pero lo que está claro es que no es algo que las leyes de la física prohíban. Ni siquiera lo sugieren. Ni siquiera pueden sugerirlo.

¿Y si comemos “mal“? ¿Puede la composición de la dieta afectar a en qué medida la comida ingerida acaba siendo ATP, calor disipado o acumulación de energía (en cualquiera de sus formas)? ¿Por qué no? ¿Qué ley de la física lo impide? Ya hemos visto algún ejemplo (ver,ver) en el blog de cómo dos dietas isoenergéticas, idénticas además en términos de macronutrientes, pueden producir diferente acumulación de grasa corporal y diferente disipación de energía en forma de calor. La idea de que las leyes de la física establecen que al final del día lo que más importa es la ingesta energética total (ver) no deriva de las leyes de la física: es sólo pseudociencia y una pseudociencia que, en mi opinión, nos está destrozando la salud.

El hecho de que una dieta, por su composición, pueda ser mejor o peor que otra para perder/ganar peso no es una cuestión sobre la que las leyes de la física tengan nada que decir. Es una cuestión empírica, i.e. algo que hay que deducir de los resultados de los experimentos (ver):

The existence of variable efficiency and metabolic advantage is therefore an empiric question rather than a theoretical one, confirmed by many experimental isocaloric studies (fuente)

También la genética puede influir en la eficiencia. Por ejemplo, los animales que crecen con mayor facilidad aprovechan mejor la comida (para extraer ATP de ella) que los que tienen más problemas para crecer:

individuals with higher growth efficiencies exhibit lower UCP expression in their muscle mitochondria [71,73] and reduced proton leak, resulting in a higher P/O ratio

En un estudio (fuente) en el que se comparó la actividad de los adipocitos marrones (i.e. los que tienen como función principal disipar energía en forma de calor) de individuos de constitución delgada con los de individuos de peso normal, se vio que la actividad de estos era mucho mayor en los individuos constitucionalmente delgados. En principio eso sugiere una mayor capacidad de lo normal para deshacerse, disipándola como calor, de la energía de la comida. Este estudio también venía a reforzar el hallazgo de que en las personas que sufren de anorexia nerviosa la actividad de esos adipocitos marrones puede ser mínima (fuente).

¿Cuáles son los efectos del gasto energético logrado con ejercicio físico? Un aumento del trabajo realizado consumirá ATP y aumentará la cantidad energía disipada en forma de calor. Consecuentemente la cantidad de ATP disponible para ser usada es amenazada y nuestro organismo puede reaccionar activando los mecanismos que le hacen producir más ATP y regulando a la baja procesos no vitales que lo consumen (fuente). Es decir, existe una regulación de la eficiencia para adaptarse a las circunstancias:

When this occurs, AMPK sets in motion processes that potentially both increase ATP generation such as fatty-acid oxidation and glucose transport, and decreases others that consume ATP, but are not acutely required for survival, such as lipid and protein synthesis and cell growth and proliferation

Mis conclusiones

Cuando nos explican la teoría del balance energético se nos oculta tanto la capacidad de nuestro cuerpo para repartir la energía consumida como considere adecuado, como el hecho de que se disipa en forma de calor una cantidad no predeterminada de esa energía. El hecho de que la eficiencia de nuestro cuerpo (definida como el porcentaje de la energía de la comida que acaba en forma de ATP) sea variable y que la cantidad de energía disipada sea adaptativa (y por tanto no constante) es todo lo que necesitamos saber para comprender que la teoría del balance energético es una estafa intelectual, un descomunal engaño, pues se hace evidente que la ingesta calórica no necesariamente determina los cambios en la grasa acumulada:

los cambios adaptativos en la eficiencia de nuestro cuerpo pueden eliminar “excesos” o compensar la “escasez” de alimento (ver)

Y, más importante aún, las leyes de la física no impiden que la composición de la dieta juegue el papel clave en la ganancia o pérdida de grasa corporal (ver). Contrariamente a lo que la pseudociencia del balance energético establece, es perfectamente posible que un exceso de calorías¹ no engorde de por sí, al tiempo que la presencia de ciertos productos alimentarios o químicos en la dieta sea lo que sí nos engorda (ver) incluso en ausencia de exceso calórico (ver). Hablar de energía en temas de obesidad está igual de justificado que hablar de gramos (ver): no podemos controlar nuestro peso corporal contando gramos, de la misma forma que no podemos controlarlo contando calorías.

Hablar por separado de la energía usable representada por el ATP y la energía disipada en forma de calor, me parece una buena forma de escapar de la trampa que nos tiende la teoría del balance energético. Cuando esos dos términos se presentan por separado, el simplismo del balance energético ya no es “evidente”. Ése es uno de los grandes aciertos de esta presentación (en inglés) de Benjamin Bikman, que recomiendo ver:

¹ NOTA: no entro aquí a explicar la falacia que siempre supone el uso del tautológico “exceso” en la expresión “exceso calórico”. Prefiero no desviar la atención y remito al lector interesado a que pinche en el enlace para más explicaciones sobre por qué “exceso calórico” es una expresión siempre falaz.

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¿Sigues pensando que las calorías importan? Piénsalo de nuevo

El calorímetro es un dispositivo que se emplea para medir el calor disipado al quemar materia. Si lo que introducimos es comida, ésta se quema y la cantidad de calor disipado son las calorías de dicha comida. Ya hablé de eso en esta entrada del blog.

calorimeter

Dedicar un rato a analizar el comportamiento del calorímetro nos puede permitir sacar conclusiones interesantes.

Si le pongo comida con 100 kcal, quema 100 kcal. No engorda. Si le doy 200 kcal, quema 200 kcal. Tampoco engorda.

Es decir, le aumento las calorías en la dieta ¡y engorda lo mismo! Los “expertos” dicen que eso no es posible “según la leyes de la termodinámica”. Según ellos, si comes más tienes que engordar más. Pero el calorímetro no engorda más, engorda lo mismo. ¿Y crees que al hacerlo viola alguna ley del universo?

Es curioso que algunos expertos en nutrición usan como referencia para decirnos si vamos a engordar o no, el comportamiento de un dispositivo que ni engorda ni adelgaza. 

Pero podemos sacar otras conclusiones interesantes de este dispositivo. Por ejemplo, supongamos que le doy comida equivalente a 200 kcal, ¿cuánto calor va a disipar y cuánto peso va a engordar? Piénsalo un momento.

¿Crees que las leyes de la termodinámica dan respuesta a esa pregunta? ¿Crees que las leyes de la termodinámica dicen si el calorímetro va a engordar o no?

¿Ya lo has pensado? ¿Has tenido en cuenta que a lo mejor no enciendo el calorímetro? ¿O que puedo apagarlo a mitad de combusión? O a lo mejor decido que si la comida es grasa lo enciendo (y toda la energía se disipa en forma de calor, sin engordar ni un gramo), pero si son carbohidratos no lo enciendo (y esa comida se traduce al completo en aumento de peso). ¿Dirías que no es posible apagarlo y encenderlo a voluntad, porque hacerlo viola alguna ley universal? Fíjate que con las mismas calorías en la dieta, se puede engordar o no, sin que eso viole ninguna ley universal. Fíjate que en el resultado final, si engorda o no, lo que más importa es lo que yo haga con el encendido/apagado, no tanto las calorías totales de la comida. Y las leyes de la termodinámica en ningún caso pueden ayudar a predecir el resultado.

¿Ves alguna razón para que nuestro cuerpo no pueda hacer lo mismo, decidir si genera más o menos calor, decidir si almacena más o menos comida como grasa corporal, en función de lo que comes? ¿Crees que tomar esa decisión viola alguna ley física del universo en el caso de una persona, pero no la viola en el caso del calorímetro?

Aunque dos alimentos tengan las mismas calorías, uno puede engordar y el otro no. Todo depende de la fisiología: contar las calorías de la comida NO nos sirve para saber si esa comida nos va a engordar o no. Contar calorías no es útil para controlar el peso corporal.

No debería sorprendernos que reducir las calorías de la dieta no sirva para bajar de peso (ver,ver). La clave para perder peso no es controlar cuántas calorías entran, sino qué hace nuestro cuerpo con ellas. Y eso depende de qué comes.

NOTA: si estás pensando que un calorímetro no es una persona, estamos totalmente de acuerdo. Precisamente ésa es la cuestión: el calorímetro no es capaz de decidir si almacena la comida o si la quema para generar calor. Pero nuestro cuerpo, infinitamente más sofisticado que un calorímetro, sí tiene mecanismos para decidir qué hacer, si engordar o si disipar calor, en función de qué comes. Y sin que eso viole, de ninguna manera, ninguna ley universal.

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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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