Metabolismo

Una vez digeridos, los alimentos son absorbidos en el intestino y combustionados posteriormente en el proceso del metabolismo, que aporta la energía indispensable para la realización de las funciones del organismo. El metabolismo es, por consiguiente, el conjunto de todos aquellos procesos que el ser vivo utiliza para la obtención de energía, a partir de los alimentos ingeridos. Esta energía es requerida para la actividad de los órganos y tejidos, la síntesis de diversas sustancias, para su almacenamiento y finalmente para la eliminación de los componentes inservibles resultantes de estos procesos. Los mecanismos de degradación de los alimentos digeridos y absorbidos hasta componentes más simples (fase catabólica) y la formación a partir de éstos, de compuestos nuevos (fase anabólica), es materia de la bioquímica y, por lo tanto, no será tratada en este capítulo.
Cualquier organismo en condiciones basales (ver más adelante) produce, mediante la combustión de sustancias orgánicas, una cantidad de energía (trabajo, calor). Esta energía proviene, en primer lugar, de la combustión de sustancias (calor de combustión) y en segundo lugar, de la conversión de una sustancia en otra (calor de conversión). Una parte de la energía así producida es utilizada, como ya hemos dicho, en la síntesis de nuevas sustancias. La otra parte, para el transporte de iones a través de la membrana celular, para el trabajo muscular o para las diversas secreciones. En el caso de que se ingiera combustibles en exceso sobre los requerimientos, este exceso puede almacenarse (energía química potencial).
La creación de un potencial de trabajo, mediante consumo de energía, es un proceso irreversible. Durante este proceso se libera también calor, denominado calor primario. Por calor secundario se entiende el producido por la fricción generada en los músculos que se contraen, por el flujo de la sangre, etc. La suma del calor primario y secundario, es prácticamente igual al calor total producido por el metabolismo energético. Esto está de acuerdo con la ley de la conservación de energía, la cual postula que la conversión de una forma de energía en otra no puede resultar en pérdida de energía. Por la misma razón, en condiciones basales, el total de la energía producida en el organismo por los procesos metabólicos es prácticamente igual al calor total entregado, dado que la cantidad de energía requerida para la mantención de las funciones basales (trabajo cardiaco, respiración, mantención del tono muscular esquelético, etc.), es relativamente pequeña.
Se ha demostrado experimentalmente que la cantidad de calor producido en el organismo por la combustión de los componentes de nuestra alimentación es sensiblemente igual a la que producirían al ser combustionadas in Vitro, en un calorímetro. Tanto en el organismo, como en el calorímetro, la combustión requiere la presencia de O2 en cantidad que varía de acuerdo con la calidad del combustible. Mediante el calorímetro es posible determinar, no sólo la cantidad de calor producido por la combustión de hidratos de carbono, proteínas o grasas, sino al mismo tiempo el volumen de O2 utilizado durante este proceso. Sobre la base de estos datos, es posible determinar la cantidad de calor que produce un litro de O2 al combustionar cualquier componente de nuestra alimentación. Se entiende por valor calórico o equivalente calórico del O2, la cantidad de calor que se produce por la combustión de una de las sustancias que forman nuestra alimentación o de una mezcla de ellas, mientras se consume un litro de O2.
Este valor es diferente para cada uno de los componentes de nuestro alimento. Los hidratos de carbono producen 5.o Kcalorias, las grasas 4.7 y las proteínas 4.5. Estos datos permiten calcular, conociendo el volumen de O2 consumido, la cantidad de calor producido por la combustión de cualquier alimento en un tiempo dado.
La comparación de los valores obtenidos por la combustión en el calorímetro y en el organismo muestra las siguientes cifras.

.	Calorímetro	Organismo
Hidatros de carbono	4.1	4.1
Grasas	9.5	9.5
Proteína	5.3	4.1

Como se puede apreciar los valores son iguales, con excepción de los correspondientes a las proteínas. La diferencia en el caso de las proteínas se debe a la incapacidad del organismo para combustionarlas totalmente. Tan es así, que los productos finales del metabolismo proteico (urea, ácido úrico, etc.) eliminados por el organismo, liberan todavía calor al combustionarse completamente en el calorímetro.
Mediante ciertas técnicas es posible medir, tanto la cantidad de 02 consumido, como el C02 producido durante la combustión de cualquier componente o mezcla de componentes energía-productores de los alimentos. Estas cantidades pueden ser calculadas si se conoce la composición química del combustible. Así, por ejemplo, en el caso de una hexosa, cuya fórmula química es C6H12 O6, su combustión total requiere 6 moléculas de O2 y produce b moléculas de CO2 y 6 de H2O: C6H12O2 + 6O2 = 6CO2 + M0 + energía. En este caso el volumen de O2 consumido es igual al CO2 producido y la relación entre ambas tiene un valor de 1( 6O2 = 1).
................................................................................ 6CO2
La relación entre CO2 producido y O2 consumido es llamada cuociente respiratorio o CR. Su valor depende del número relativo de moléculas de carbono, de hidrógeno y de oxígeno del material combustible. Es así como las grasas, pobres en O2 pero ricas en moléculas de carbono y de hidrógeno, requieren para su combustión un volumen elevado de O2, como puede apreciarse en la oxidación de dos moléculas de ácido tripalmítico: 2 (C51 H98 O6) + 145 O2 = 102 CO2 + 98 H2O + energía. El CR es, en este caso, igual a 0.703 ( 102 moléculas de CO2 producido )
........................................................................ 142 moléculas de O2 consumido
El CR de las proteínas tiene en el organismo un valor de o.8 que corresponde a su combustión incompleta, que ya hemos mencionado. En caso de sobrealimentación con compuestos ricos en O2 (hidratos de carbono) éstos se convierten en grasas pobres en ese elemento. Queda, por lo tanto, O2 disponible que es utilizado en la combustión de sustancias orgánicas. Esto resulta en una disminución del O2 atmosférico requerido por el organismo y, por consiguiente, en un incremento del CR, que puede en estas circunstancias alcanzar hasta un valor de 1.4.
Teóricamente el CR permitiría determinar la composición de la mezcla de materiales combustionados. Sin embargo, no se puede, sobre la base del CR, sacar conclusiones acerca de la proporción relativa de grasas, proteínas e hidratos de carbono combustionado durante una medición corta del metabolismo basal. Un CR de 1.0, no significa forzosamente que el organismo está utilizando como combustible exclusivamente hidratos de carbono. Tampoco un CR de 0.7 indica una utilización exclusiva de grasas.

Los diámetros de los círculos expresan los volúmenes utilizados de O₂ y CO_{2 producidos durante el metabolismo de los diferentes componentes de los alimentos.}

El CR puede modificarse también a consecuencia de cambios de la actividad respiratoria, como sucede, por ejemplo, durante una hiperventilación pulmonar. En este caso se elimina no sólo el volumen de CO2 producido por los procesos metabólicos, sino además una parte del CÓ2 alveolar. Esto produce un aumento del Numerador (CO2 )
.............................................................................................................................................. O2
y el correspondiente incremento del CR. A causa de los múltiples factores capaces de modificar el CR, éste no es utilizado corrientemente para determinar la calidad de los materiales combustionados en un momento dado.
Con una alimentación mixta el valor del CR es alrededor de o.85 y el valor calórico promedio del 02 es 4.8, o sea, cada litro de O2 consumido está produciendo 4.8 Kcalorías.
Las variaciones del valor del CR durante la combustión de los diferentes componentes de nuestra alimentación están resumidas en la figura 79.
Para cubrir sus requerimientos energéticos el organismo recurre a la ingestión de alimentos y/o a las reservas de materiales almacenados. Los vegetales utilizan para este fin el Hz0 y el CO2. Mediante la fotosíntesis, en que intervienen la clorofila y la energía solar, éstos son convertidos en sustancias orgánicas, especialmente almidón, liberándose al mismo tiempo 02. Se trata, por lo tanto, de un proceso anaeróbico. Hemos visto que el metabolismo en los animales es aeróbico, es decir, necesita 02.
El reino vegetal sintetiza compuestos ricos en energía a partir de moléculas simples. Los animales liberan energía, como hemos explicado, por degradación o por oxidación de las sustancias ricas en energía, contenidas en los alimentos. Esquemáticamente:

En resumen, el resultado de la fotosíntesis es la formación de sustancias ricas en energía. En el reino animal, a su vez, la combustión con ayuda del aporte de 02 mediante la respiración, conduce a la liberación de energía.
Los vegetales forman compuestos proteicos a partir del nitrógeno del aire, lo que el reino animal es incapaz de realizar. En los animales la fuente de energía es, en último término, el alimento ingerido, o sea, las sustancias orgánicas que por disolución de las uniones H-C llevan a la formación de H20 y C02 y a la liberación de energía. Sin embargo, sólo el 2o% de la energía así producida se convierte en trabajó y su mayor parte, alrededor del 80%, en calor. Esto significa que, desde el punto de vista de la realización de trabajo, el calor es energía perdida. Sin embargo, este calor es utilizado por el organismo para la conservación de su temperatura y para asegurar, de acuerdo con la ley de Van't Hoff, una velocidad óptima de las reacciones químicas. Otra parte de la energía se utiliza para la síntesis de compuestos de alto valor energético, que sirven como una reserva cuando la ingestión de alimentos está suspendida. Esquemáticamente se puede representar el resultado de la combustión de los alimentos ingeridos en la siguiente forma:

Combustión de los alimentos ingeridos