Artículo 5/5 — Energy Balance (ESPEN LLL Programme 2021)

Módulo: ESPEN LLL Programme 2021 — Nutritional Assessment and Techniques — Topic 3

Módulo específico: 3.3

Autor: Lubos Sobotka, MD, PhD

Institución: 3rd Department of Medicine, Metabolic Care & Gerontology, Medical Faculty Charles University in Prague, Hradec Kralove, República Checa.

1. Objetivos de aprendizaje

Al terminar este módulo, se espera poder:

• Comprender el flujo de energía en la biosfera.

• Conocer los componentes del gasto energético en seres humanos.

• Comprender el concepto de ingesta energética y gasto energético en humanos.

• Conocer los métodos para medir el gasto energético.

• Definir cómo la ingesta energética influye sobre el gasto energético.

• Elegir un balance energético positivo o negativo según la condición clínica del paciente.

Contenido del módulo

1. Definición de gasto energético.

2. Componentes del gasto energético.

3. Métodos para medición del gasto energético (3.1 Calorimetría directa; 3.2 Calorimetría indirecta; 3.3 Estimación del gasto energético).

4. Influencia de la enfermedad sobre el gasto energético.

5. Ingesta energética y balance energético.

6. Resumen.

7. Referencias.

2. Mensajes clave (resumen inicial)

• Los procesos humanos que demandan energía se cubren con: energía proveniente de alimentos, reservas corporales de carbohidratos, reservas corporales de grasa, reservas corporales de proteína.

• El gasto energético total se compone de:

  • REE (resting energy expenditure): gasto energético en reposo.

  • DEE (diet-induced energy expenditure): gasto energético inducido por la dieta.

  • AEE (activity-induced energy expenditure): gasto energético inducido por actividad.

• El AEE es la parte más variable del gasto energético.

• La calorimetría indirecta es el método más exacto y aplicable en la práctica para medir gasto energético.

• El REE depende principalmente de la masa celular corporal o masa libre de grasa, pero se modifica por: enfermedad, actividad inflamatoria, estado hormonal, tratamiento farmacológico.

• La inflamación se asocia con: aumento del catabolismo o menor anabolismo en músculo; estado anabólico en órganos importantes para respuesta inmune e inflamatoria, como bazo y médula ósea.

• El balance energético positivo es necesario para: crecimiento, desarrollo, cicatrización, reparación, ganancia muscular durante rehabilitación.

• El balance energético positivo sin actividad física conduce al desarrollo de obesidad en el adulto.

3. Definición de gasto energético

Todos los organismos vivos necesitan energía para actividades básicas como: crecimiento, reparación, transporte a través de membranas, movimiento, mantenimiento de funciones celulares.

La energía se transforma en moléculas altamente fosforiladas, principalmente: ATP (adenosín trifosfato), CP (creatina fosfato), y otras moléculas fosforiladas.

Flujo de energía en la biosfera

Plantas, algas y bacterias fotosintéticas:

1. Los fotones son capturados durante la fotosíntesis en los tilacoides.

2. La energía luminosa se transforma directamente en ATP y NADPH.

3. El CO₂ del aire se fija en el ciclo de Calvin–Benson–Bassham (CBB).

4. Se forma gliceraldehído-3-fosfato (G-3-P).

5. El G-3-P se usa para sintetizar hexosas, especialmente glucosa.

6. La glucosa se transforma en otros sustratos metabólicos: carbohidratos complejos, grasas, proteínas.

Animales: utilizan la energía proveniente de plantas para crecimiento, movimiento, reparación, procesos metabólicos y otros procesos que requieren energía. La energía se libera a partir de sustratos ingeridos (carbohidratos, lípidos, proteínas) mediante oxidación, principalmente en las mitocondrias.

Productos finales de la oxidación: agua, dióxido de carbono, compuestos nitrogenados (como urea). Parte de la energía también se produce en la glucólisis; sin embargo, si los sustratos no se usan para síntesis o almacenamiento, finalmente se oxidan de nuevo a agua y CO₂.

Fig. 1 — Flow of energy in the biosphere: representa cómo la energía solar permite fotosíntesis; las plantas generan sustratos energéticos; los animales consumen carbohidratos, grasas y proteínas; mediante oxidación, los animales producen energía, CO₂, agua y compuestos nitrogenados.

4. Componentes del gasto energético

El gasto energético total (TEE) es la suma de todos los procesos que demandan energía en el organismo humano. Sus componentes varían según la situación clínica.

Componentes del TEE

Resting Energy Expenditure (REE)

El REE es la energía requerida para funciones homeostáticas indispensables.

Funciones incluidas en el REE: respiración, función cardiaca, función gastrointestinal básica, metabolismo intermediario, proteosíntesis continua, degradación proteica continua, mantenimiento de gradientes iónicos a través de membranas celulares, actividad de Na-K ATPasa, termogénesis, energía necesaria para crecimiento en niños, energía necesaria para recuperación de masa corporal (p. ej., durante rehabilitación posterior a enfermedad catabólica).

Órganos con alto consumo energético: en reposo, casi 60% del REE es utilizado por corazón, riñones, cerebro e hígado. Estos órganos representan solo aproximadamente 5% del peso corporal, pero tienen altísima actividad metabólica.

Factores que modifican el REE

El REE depende principalmente de la masa libre de grasa, pero también se modifica por múltiples factores:

Crecimiento, reparación y REE

Durante crecimiento, reparación, regeneración y rehabilitación: parte de los sustratos energéticos no se oxida, se utiliza como material estructural para síntesis de tejidos y órganos. Por eso, el gasto medido por calorimetría indirecta no siempre equivale a las necesidades energéticas reales.

Idea clínica clave: durante crecimiento, reparación, regeneración y rehabilitación, la ingesta energética debe ser mayor que el gasto energético medido, porque parte de la energía se usa para procesos anabólicos.

Diet-Induced Energy Expenditure (DEE)

El DEE es el aumento del gasto energético después de: ingesta de comida, administración de nutrición enteral, administración de nutrición parenteral. Comparado con el gasto durante ayuno, la administración de nutrientes incrementa el gasto energético.

Valor aproximado: convencionalmente, el DEE se estima como aproximadamente 10% del TEE. Sin embargo, depende de: composición de la dieta, efecto térmico de cada sustrato, rapidez de administración del sustrato, tipo de nutrición (especialmente nutrición artificial).

Relevancia clínica: tasas altas de administración de nutrición artificial pueden aumentar mucho el gasto energético y generar efectos negativos, por ejemplo sobre la función cardiovascular en pacientes con insuficiencia cardiaca.

Thermic Effect of Nutrition (TEN)

Se define como el aumento del gasto energético por encima del nivel basal en ayuno, dividido entre el contenido energético del alimento ingerido. Se expresa como porcentaje de la ingesta energética.

Fórmula:

TEN = (REE después de una comida − REE basal) / EI × 100

(TEN: efecto térmico de la nutrición; REE: gasto energético en reposo; EI: ingesta energética)

Duración: el TEN suele durar aproximadamente 5–10 horas después de la alimentación.

Efecto térmico según macronutriente:

Por qué las proteínas tienen mayor TEN: el metabolismo de aminoácidos exige energía para: metabolismo de aminoácidos, síntesis proteica, ureagénesis.

Activity-Induced Energy Expenditure (AEE)

El AEE es el componente más variable del gasto energético. Depende de: actividad física durante el día, capacidad física individual, tipo de ejercicio, peso corporal.

Tabla 1 — Ejemplos de gasto energético por actividad física (kcal/minuto, para sujetos de 60 kg y 80 kg)

5. Métodos para medición del gasto energético

La energía necesaria para metabolismo, actividad y crecimiento se produce por oxidación de carbohidratos, lípidos y proteínas. Durante este proceso: se consume oxígeno, se produce dióxido de carbono, se produce agua, se generan compuestos nitrogenados (principalmente urea), se libera calor.

Fig. 2 — Oxidative processes in organisms: muestra que los sustratos provenientes de alimentos o reservas corporales se oxidan usando oxígeno y producen calor, CO₂, H₂O y nitrógeno.

3.1 Calorimetría directa

Principio: el calor liberado por el cuerpo equivale al gasto energético. Se mide en dispositivos especiales llamados calorímetros directos de cuerpo completo.

Fig. 3 — Principle of direct calorimetry: la energía liberada por el cuerpo, ΔQ, equivale al gasto energético total del organismo.

Limitaciones: es compleja, requiere dispositivos especializados, no puede usarse de forma práctica en la clínica diaria. Por eso, para investigación y práctica clínica, el método aplicable es la calorimetría indirecta.

3.2 Calorimetría indirecta

En la calorimetría indirecta, la producción energética se calcula a partir del conocimiento de las vías oxidativas de los sustratos.

Qué mide: consumo de oxígeno (VO₂), producción de dióxido de carbono (VCO₂).

Dispositivos usados: los analizadores se conectan a: campana ventilada o ventilated hood/canopy, boquilla, cámaras especiales de cuerpo completo.

Fig. 4 — Ventilated hood (canopy): muestra una campana ventilada usada para medición de intercambio gaseoso.

Fig. 5 — Principle of indirect calorimetry: aire ambiente entra al sistema → el paciente respira dentro de campana o cámara → se mide el flujo de aire → se analiza O₂ y CO₂ del aire inspirado/espirado → se calcula el gasto energético.

Fórmula de gasto energético por calorimetría indirecta

El equivalente energético de VO₂ y VCO₂ depende de la cantidad oxidada de carbohidratos, proteínas y grasas. La oxidación proteica se calcula mediante nitrógeno urinario.

Fórmula:

EE (MJ) = 16.20 × VO₂ + 5.00 × VCO₂ − 0.95 × P

(EE: gasto energético; VO₂: consumo de oxígeno; VCO₂: producción de dióxido de carbono; P: oxidación de proteína en gramos)

Agua doblemente marcada

También es una forma de calorimetría indirecta.

Principio: se administra una dosis de agua marcada con isótopos estables: ²H y ¹⁸O. Después: ²H se elimina como agua; ¹⁸O se elimina como agua y como dióxido de carbono. La diferencia entre las tasas de eliminación mide la producción de CO₂.

Utilidad: se usa para medición a largo plazo del gasto energético, usualmente durante 14 días.

Fig. 6 — Principle of the doubly labelled water (²H₂ ¹⁸O) method: la tasa de eliminación de ²H depende de la pérdida de agua; la tasa de eliminación de ¹⁸O depende de la pérdida de agua y la producción de CO₂; la diferencia permite estimar rCO₂.

Método de Fick inverso

Se usa para medir consumo de oxígeno en UCI. Se basa en: medición del gasto cardiaco por termodilución; diferencia en concentración de oxígeno entre sangre arterial y sangre venosa mixta.

Cociente respiratorio y oxidación de sustratos

La oxidación de sustratos se calcula mediante ecuaciones estequiométricas.

Oxidación de glucosa: 1 mol glucosa + 6 mol O₂ → 6 mol H₂O + 6 mol CO₂. RQ = VCO₂/VO₂ = 1

Oxidación de grasa: 1 mol palmitato + 23 mol O₂ → 16 mol H₂O + 16 mol CO₂. RQ = VCO₂/VO₂ = 0.7

Respiratory Quotient (RQ)

RQ = VCO₂ / VO₂

Oxidación proteica (en gramos):

Proteína oxidada (g) = 6.25 × nitrógeno urinario (g)

Con VO₂, VCO₂ y nitrógeno urinario se puede calcular la oxidación de carbohidratos, grasas y proteínas.

Ecuaciones para consumo de O₂ y producción de CO₂

(CHO: carbohidratos; P: proteína; F: grasa)

3.3 Estimación del gasto energético

En la práctica clínica, uno de los métodos más comunes para estimar el REE son las ecuaciones de Harris-Benedict.

Harris-Benedict para hombres:

REE = 66.5 + (13.8 × peso) + (5.0 × talla) − (6.8 × edad)

Harris-Benedict para mujeres:

REE = 655.1 + (9.6 × peso) + (1.8 × talla) − (4.7 × edad)

Variables usadas: sexo, edad, talla, masa corporal.

Limitación importante: estas ecuaciones no consideran la composición corporal. Fueron desarrolladas en la década de 1920 y aún se usan ampliamente, pero ninguna fórmula es universalmente válida.

Gold standard: la calorimetría indirecta es considerada el estándar de referencia práctico para medir gasto energético.

6. Influencia de la enfermedad sobre el gasto energético

Las enfermedades agudas y crónicas suelen aumentar el gasto energético.

Causas del aumento de gasto en enfermedad: reacción inflamatoria, aumento de temperatura corporal, escalofríos, aumento del ciclo de sustratos, aumento de actividad simpática, mayor trabajo respiratorio, tratamientos o fármacos.

Fiebre

El aumento de temperatura corporal incrementa el gasto energético aproximadamente 10–15% por cada 1 °C. En UCI, la tabla del módulo reporta 13% por cada 1 °C.

Quemaduras graves

En pacientes con quemaduras severas: el aumento del gasto energético puede reducirse con temperatura ambiental más alta. La zona termoneutral en quemaduras es 30 °C. En sujetos normales es aproximadamente 28 °C.

Ambientes termoneutrales

Los ambientes termoneutrales también disminuyen el gasto energético en pacientes de UCI.

Tabla 2 — Parámetros que influyen en el gasto energético en UCI

Zona termoneutral

Es la temperatura ambiental en la cual el organismo no necesita gastar energía adicional para mantener la temperatura corporal. Es decir, la temperatura ambiental donde el gasto metabólico basal es mínimo.

7. Ingesta energética y balance energético

En un organismo estable y no en crecimiento, la ingesta energética debe equilibrar el gasto energético.

Diferencia entre gasto e ingesta

Por esto, en periodos cortos el balance energético puede variar entre positivo y negativo. En sujetos estables, a largo plazo: EI = EE (EI: energy intake/ingesta energética; EE: energy expenditure/gasto energético).

Sustratos energéticos principales

Balance energético positivo (EI > EE)

Se asocia con: síntesis de glucógeno hepático, síntesis de glucógeno muscular, almacenamiento de grasa en tejido adiposo, almacenamiento parcial de grasa en tejidos no adiposos (como músculo e hígado), ganancia de proteína solo en contextos anabólicos.

Glucógeno: las reservas de glucógeno son limitadas y cubren requerimientos energéticos por máximo aproximadamente 24 horas.

Proteína: no existen depósitos genuinos de proteína comparables al tejido adiposo para grasa. Por eso, la ganancia proteica ocurre solo con: crecimiento, cicatrización, ganancia muscular. En adultos, la síntesis de proteína muscular requiere actividad física.

Balance energético negativo (EI < EE)

Se asocia con: degradación y oxidación de reservas de glucógeno, agotamiento del glucógeno corporal en aproximadamente 24 horas, lipólisis, liberación de ácidos grasos, oxidación de ácidos grasos, degradación y oxidación de proteínas.

Relación con inflamación: en presencia de inflamación, cierto grado de degradación proteica es inevitable. Esto explica por qué en lesiones o enfermedad catabólica se pierde proporcionalmente más masa magra que en ayuno puro.

Crecimiento, cicatrización y recuperación

En organismos en crecimiento (neonatos, lactantes, niños), una parte importante de los sustratos energéticos consumidos se dedica al crecimiento y no se oxida. Por eso, el balance energético es positivo.

Neonatos:

Cuándo se necesita balance energético positivo: crecimiento, catch-up growth posterior a malnutrición en niños, rehabilitación tras enfermedad grave, cicatrización, regeneración, ganancia muscular, recuperación postquirúrgica.

Balance nitrogenado positivo: necesario para crecimiento, cicatrización de heridas, rehabilitación después de enfermedad severa, ganancia muscular relacionada con ejercicio.

Fig. 7 — Energy intake and energy oxidation: muestra que porciones variables de los sustratos energéticos aportados no se oxidan. Parte de los sustratos se utiliza para: crecimiento, reservas energéticas, regeneración, reparación, células inmunes, inflamación. Otra parte se usa para: actividad, procesos metabólicos básicos.

Tabla 3 — Relación entre ingesta y gasto energético en diferentes condiciones

Interpretación clínica del balance energético

EI < EE — indicado en: paciente obeso estable; paciente malnutrido en fase inicial (para prevenir síndrome de realimentación).

EI = EE — indicado en: adulto estable; paciente crítico en UCI (según este módulo).

EI > EE — indicado en: recuperación tardía de malnutrición, crecimiento, convalecencia, cicatrización, rehabilitación, recuperación posquirúrgica.

EI >> EE — indicado en: neonatos, por el alto costo energético del crecimiento.

Riesgo del balance positivo prolongado

El balance energético positivo prolongado por exceso de ingesta, muy poca actividad física, o ambas, conduce a: ganancia de tejido adiposo, sobrepeso, obesidad.

8. Tablas comparativas integradoras

Componentes del gasto energético

Métodos de medición del gasto energético

9. 💡 Mensajes clave para examen

1. El TEE tiene tres componentes: TEE = REE + DEE + AEE (REE: funciones vitales; DEE: efecto térmico de alimentos; AEE: actividad física).

2. El REE depende sobre todo de masa libre de grasa, pero cambia con hormonas, enfermedad, inflamación, edad, fármacos.

3. La proteína tiene el mayor efecto térmico: carbohidratos 4–6%, lípidos 2–3%, proteínas 20–40%.

4. La calorimetría indirecta es el método clínico más exacto — mide VO₂ y VCO₂, y permite calcular gasto energético.

5. El RQ orienta qué sustrato se oxida: RQ 1.0 → predominan carbohidratos; RQ 0.7 → predominan grasas.

6. Enfermedad e inflamación aumentan gasto energético, especialmente por: fiebre, escalofríos, catecolaminas, trabajo respiratorio, inflamación.

7. No todo paciente necesita balance positivo — el balance energético debe elegirse según objetivo clínico: obeso estable (EI < EE), adulto estable (EI = EE), recuperación/crecimiento/cicatrización (EI > EE), malnutrido temprano (EI < EE para evitar realimentación).

8. El balance positivo sin ejercicio favorece obesidad — el exceso de energía crónico se almacena sobre todo como grasa.

Mini mapa conceptual

Alimentos / reservas corporales

↓

Carbohidratos + lípidos + proteínas

↓

Oxidación con O2

↓

Producción de ATP + calor

↓

Liberación de CO2 + H2O + nitrógeno

↓

Gasto energético total

↓

REE + DEE + AEE

↓

Comparado con ingesta energética:

EI < EE → balance negativo

EI = EE → estabilidad

EI > EE → balance positivo

↓

Según contexto clínico:

Pérdida de peso en obesidad

Mantenimiento en estabilidad

Recuperación, crecimiento y cicatrización en anabolismo

10. Conclusión

El balance energético es un concepto central en nutrición clínica porque permite decidir si un paciente necesita déficit, mantenimiento o superávit energético. El gasto energético total se compone de REE, DEE y AEE, siendo el AEE el componente más variable. La calorimetría indirecta es el método práctico más exacto para medir gasto energético, mientras que las ecuaciones como Harris-Benedict son útiles pero limitadas.

La clave clínica es que la ingesta energética no debe elegirse "en automático": debe depender del objetivo del paciente. Un paciente obeso estable puede requerir balance negativo; un paciente en recuperación, crecimiento, cicatrización o rehabilitación requiere balance positivo.

Notas Relacionadas

• Dentro del compilado: Anterior: 09 Artículo 4 - Terapias basadas en incretinas (EASO, EFAD, ECPO) · Siguiente: 11 Artículo 6 - Dietary Strategies for Metabolic Syndrome · Índice
• Sx Metabólico: Síndrome Metabólico - Apunte
• Conexión sugerida: Base teórica de la clase 3 (gasto energético y balance energético).
• Temas para enlazar o ampliar en el vault: Balance energético · Gasto energético total · Termogénesis · Leptina