Fundamentos de Proteínas y Metabolismo Energético en Nutrición Humana

Proteínas: Fundamentos y Metabolismo

Constituyentes y Características

Las proteínas son constituyentes esenciales que contienen Nitrógeno (N) en el organismo. Son polímeros de alto peso molecular (PM), formados por aminoácidos (AA) unidos mediante enlaces peptídicos. Aportan aproximadamente 4 kcal/g.

Pérdida Obligatoria de Nitrógeno

Se refiere a la excreción urinaria de Nitrógeno en función del tiempo (de forma progresiva durante 7-14 días) después de seguir una dieta libre en proteínas, hasta que alcanza un valor mínimo y constante. En humanos, la pérdida mínima de proteínas eliminada por orina es de aproximadamente 2 mg de N / kcal por día.

Digestión y Disponibilidad

La digestibilidad (D) se refiere a la disponibilidad de la proteína para ser absorbida. Se calcula como:

D = (N absorbido / N ingerido) * 100

Esta depende de las características de la proteína, el alimento que la contiene y el procesamiento tecnológico aplicado.

• Digestibilidad Aparente: Se calcula como D = (N ingerido - N fecal) / N ingerido * 100.

Proteínas de Rápido Recambio

Son proteínas tisulares que se movilizan en situaciones de demanda energética, mostrando una alta velocidad de degradación y síntesis. Su función específica varía según el tejido en que se encuentren. Diferentes órganos pierden peso en función de su contenido proteico durante la privación (ej. hígado 40%, cerebro 4%). En el adulto, estas reservas se agotan en 6-8 días.

Recambio Proteico

Todas las proteínas del organismo se hallan en un estado constante de degradación y síntesis, a diferentes velocidades según su vida media. Los objetivos de este recambio son:

1. Degradación de proteínas dañadas o innecesarias.
2. Remodelación de tejidos.
3. Proporcionar aminoácidos en periodos de ayuno y privación de nutrientes.

Determinación de Requerimientos de Nitrógeno (N)

Se define como la mínima ingesta de Nitrógeno que permite alcanzar el equilibrio de Nitrógeno (Balance N = 0) para mantener la composición corporal, más las necesidades adicionales para la ganancia de tejido durante el crecimiento.

Métodos de Estimación

1. Método Factorial: Utilizado por la FAO/OMS para estimar los requerimientos durante el crecimiento. Evalúa las pérdidas obligatorias de Nitrógeno (Req. N = NU + NF + NT, donde NU=N urinario, NF=N fecal, NT=N tegumentario) cuando la ingesta de N es cero. Se basa en que la excreción de N es constante e ignora cambios relativos al recambio proteico.
2. Método del Balance de Nitrógeno: Utilizado por la FAO/OMS para estimar los requerimientos de mantenimiento en adultos. Determina la menor ingesta de Nitrógeno que permite alcanzar un balance de Nitrógeno igual a cero (B=0). El balance (B) se estudia en función de la ingesta de N, y el requerimiento (Req N) se define en el punto donde B=0.
3. Método Epidemiológico: Considera la ingesta de N de poblaciones que se consideran sanas y que desarrollan un crecimiento satisfactorio. La FAO/OMS no lo utilizó en sus recomendaciones de 2007.

Criterios Utilizados por la FAO/OMS para Necesidades de N

• Lactantes, niños y adolescentes: Se suman los requerimientos de mantenimiento (estimados por el método del balance) y los requerimientos de crecimiento (calculados según la deposición de N en nuevos tejidos).
• Adultos: Se estiman utilizando el método del balance de Nitrógeno.

Calidad Proteica

Es la capacidad de una proteína dietética para reemplazar las pérdidas de Nitrógeno del organismo. Depende fundamentalmente de su composición de aminoácidos esenciales (AAE) y su digestibilidad.

• Valor Biológico (VB): Se refiere a la proporción de aminoácidos esenciales y su facilidad de asimilación. Se calcula como VB = (N retenido / N absorbido) * 100. Representa la capacidad máxima de utilización de la proteína y depende de la composición en AAE y del sujeto que la ingiere. Se evalúa mediante métodos biológicos o puntaje químico.
• Utilización Neta de la Proteína (VN): Se calcula como VN = (N retenido / N ingerido) * 100. Es afectado por factores propios de la proteína (características fisicoquímicas) o externos (procesamiento tecnológico, ritmo y volumen de ingesta).

Mejora de la Calidad Proteica

Se busca comparar la composición de aminoácidos de un alimento con una proteína de referencia para determinar si es deficiente en uno o más AAE, con el fin de corregir y aumentar su valor biológico.

• Suplementación: Disminuye o elimina el déficit al añadir el o los AAE limitantes. Se alcanza el VB máximo al agregar todos los aminoácidos en déficit. Este sistema usualmente solo añade el primer aminoácido limitante hasta igualar al segundo limitante (ej. en arroz, lisina y treonina). Desventajas: posible pérdida de aminoácidos por cocción, diferente velocidad de absorción y aumento del costo.
• Complementación: Combinación de dos o más fuentes proteicas con diferentes perfiles de AAE para mejorar el perfil global y aumentar la concentración proteica de la mezcla.
  • Ejemplo 1 (Maní + Maíz): Mezclar dos proteínas con déficit en el mismo AAE pero en concentraciones diferentes o similares.
  • Ejemplo 2 (Maíz + Semilla de algodón): Mezclar dos proteínas con el mismo AAE deficiente, pero una con mayor concentración que la otra.
  • Ejemplo 3 (Porotos negros + Semilla de algodón): Considerado un ejemplo ideal de complementación proteica.
  • Ejemplo 4 (Harina de trigo + Harina de pescado): Mezcla de proteínas con una gran diferencia en la calidad de su composición.
• Técnicas de Modificación Genética: Para mejorar el perfil de aminoácidos de las fuentes proteicas.

Proteína de Referencia

Es un patrón teórico, calculado a partir de la combinación de los requerimientos de AAE y Nitrógeno total para un grupo de edad específico. No son proteínas naturales.

Ingestas Dietéticas de Referencia (IDR)

• IDR (Ingesta Diaria Recomendada): Nivel de ingesta diaria de un nutriente que es suficiente para cubrir las necesidades nutritivas de casi todos (97.5%) los individuos sanos de un grupo determinado (por edad, sexo, etc.).
• IA (Ingesta Adecuada): Valor de ingesta promedio diaria basado en observaciones o determinaciones experimentales en un grupo de personas aparentemente sanas que mantienen un adecuado estado nutricional. Se utiliza cuando no se puede establecer una IDR.
• IMT (Ingesta Máxima Tolerable): Nivel más alto de ingesta diaria de un nutriente que probablemente no implica riesgos adversos para la salud en la mayoría de los individuos de un grupo determinado.
• IPE (Ingesta Promedio Estimada): Nivel de ingesta de un nutriente que se estima cubre los requerimientos de la mitad (50%) de los individuos sanos de un grupo determinado.

Metabolismo Energético

Metabolismo Basal (MB)

Es la energía necesaria para el desarrollo de las funciones vitales y el mantenimiento de la temperatura corporal en reposo.

Variables que afectan el MB

• Peso corporal
• Masa magra
• Superficie corporal
• Sexo
• Edad
• Talla
• Otros: Estado de vigilia o sueño, embarazo, desnutrición, condiciones patológicas.

Condiciones para su Determinación

• Estado post-absorción (ayuno de 10-12 horas).
• Reposo muscular completo.
• Ambiente termoneutro (temperatura ambiental confortable).
• Despierto y en reposo mental.

Balance Energético (Be)

Es la relación entre la energía ingerida y el gasto energético total.

Be = Energía ingerida (Eing) - Gasto energético total

El gasto energético resulta de la suma del calor producido (Q) y el trabajo externo (Wext): Gasto = Q + Wext.

Por lo tanto: Be = Eing - (Q + Wext)

• Equilibrio energético (Be = 0): Cuando Eing = Q + Wext. El peso corporal se mantiene estable.
• Balance energético positivo (Be > 0): Cuando Eing > Q + Wext. La energía excedente se almacena, principalmente como tejido adiposo, resultando en un aumento de peso. Es fisiológico durante el crecimiento, embarazo y lactancia.
• Balance energético negativo (Be < 0): Cuando Eing < Q + Wext. El organismo utiliza sus reservas energéticas, resultando en una pérdida de peso.

Eficiencia en la Utilización de la Energía

Durante la formación de ATP (energía química utilizable), parte de la energía contenida en los nutrientes no es capturada como energía libre y se disipa como calor (Q).

Eficiencia (%) = (Cantidad de Energía libre capturada / Cantidad de energía del alimento) * 100

Ejemplo con Hidratos de Carbono: 1 mol de glucosa contiene 686 kcal. Su oxidación completa origina aproximadamente 38 moles de ATP. Sabiendo que 1 mol de ATP almacena ~7.5 kcal de energía libre, la eficiencia es de aproximadamente (38 * 7.5 / 686) * 100 ≈ 42%.

Formas de Energía y su Utilización

El flujo de energía desde los alimentos hasta su uso metabólico sigue estos pasos:

1. Energía Bruta (Eb): Contenido energético total del alimento, determinado por combustión completa en una bomba calorimétrica.
2. Energía Digerible: Energía bruta menos la energía perdida en las heces.
3. Energía Metabolizable (EM): Energía potencialmente utilizable por el organismo. Es menor que la Energía Bruta debido a: (1) la digestibilidad incompleta, (2) pérdidas de energía en la orina (principalmente por productos del metabolismo proteico como urea, ácido úrico, creatinina) y gases. Los Hidratos de Carbono y Lípidos liberan cantidades similares de calor y los mismos productos finales (CO2 + H2O) tanto *in vitro* (bomba calorimétrica) como *in vivo* (oxidación biológica), pero la combustión de proteínas *in vitro* libera más energía que su metabolismo *in vivo* debido a la excreción de compuestos nitrogenados.
4. Energía Metabolizable Neta: Energía metabolizable menos la energía perdida como calor durante los procesos metabólicos (efecto térmico de los alimentos).
5. Energía Neta para Mantenimiento: Parte de la energía neta utilizada para mantener las funciones vitales (Metabolismo Basal).

Gasto Energético Total (GET)

Es la suma de la energía utilizada por el organismo en un periodo de 24 horas. Sus componentes principales son:

GET = MB + W + ETA + T

• MB: Metabolismo Basal.
• W: Energía gastada en el Trabajo físico o actividad física.
• ETA: Efecto Térmico de los Alimentos (o Termogénesis Inducida por la Dieta).
• T: Termogénesis adaptativa (ej. mantenimiento de la temperatura corporal en ambientes fríos).

Factores Constantes y Variables del Gasto Energético

• Factores Constantes (componentes del MB): Respiración celular, actividad del aparato digestivo en reposo, mantenimiento de la temperatura corporal basal, actividad del músculo cardíaco y respiratorio, etc.
• Factores Variables: Trabajo físico voluntario e involuntario, proceso de alimentación (ETA), mantenimiento de la temperatura corporal frente a cambios ambientales, crecimiento, embarazo, lactancia, etc.

Efecto Térmico de los Alimentos (ETA)

Es el aumento del gasto energético (producción de calor) que ocurre después de la ingestión de alimentos, asociado a los procesos de digestión, absorción, transporte, metabolismo y almacenamiento de nutrientes. Su magnitud varía según la composición de la dieta:

• Proteínas: Aumentan el gasto energético entre un 20% y 30% de la energía que aportan.
• Lípidos: Aumentan el gasto energético entre un 0% y 5%.
• Hidratos de Carbono: Aumentan el gasto energético entre un 5% y 10%.

Es un proceso que no puede ser evitado y es útil para el mantenimiento de la temperatura corporal.

Métodos para Medir el Gasto Energético

1. Calorimetría Directa: Mide directamente el calor disipado por el organismo. Se realiza en cámaras especiales (calorímetros) donde el sujeto puede realizar actividades (ej. en un ergómetro). Ventajas: Se basa en el principio de conservación de la energía, no requiere suposiciones sobre la fisiología del metabolismo energético. Desventajas: Costoso, complejo, difícil de aplicar en condiciones de vida libre. Considerado un método de referencia para investigación.
2. Calorimetría Indirecta: Mide el consumo de oxígeno (O2) y la producción de dióxido de carbono (CO2). Permite calcular el calor producido por los procesos oxidativos, asumiendo que todo el O2 consumido se usa para oxidar nutrientes. Se calcula cuántas kcal se producen por cada litro de O2 consumido (equivalente calórico del oxígeno). Ventajas: Más sencillo y económico que la directa, permite medir el GET en periodos cortos (mediciones puntuales) o el MB. Desventajas: Requiere equipo especializado (metabolímetro), asume condiciones estables.
3. Agua Doblemente Marcada (H2O con 2H y 18O): Método de referencia utilizado por la FAO/OMS para estimar los requerimientos energéticos en estudios poblacionales. Permite medir el GET durante periodos largos (días o semanas) en individuos en condiciones de vida libre. Se basa en la diferencia en las tasas de eliminación de los isótopos (2H se elimina como agua, 18O se elimina como agua y CO2). Ventajas: Mide el GET en condiciones habituales. Desventajas: Alto costo, requiere análisis isotópico.
4. Monitoreo de Frecuencia Cardíaca: Existe una relación entre la frecuencia cardíaca y el consumo de oxígeno (y por ende, el gasto energético) durante la actividad física. La FAO/OMS lo utiliza para completar bases de datos para el cálculo de requerimientos energéticos, especialmente para estimar el gasto por actividad física. Ventajas: Relativamente económico y fácil de usar para periodos largos. Desventajas: La relación FC-Gasto varía entre individuos y con factores como estrés, temperatura, etc. Requiere calibración individual.

Requerimientos Energéticos (RE)

Es la cantidad de energía necesaria para compensar el gasto energético total y cubrir las necesidades adicionales durante el crecimiento, embarazo y lactancia, permitiendo mantener un buen estado de salud y un nivel adecuado de actividad física.