E8 Metabolismo energético

Tópico

El metabolismo energético es la cuantificación de los flujos de energía que el organismo consume y produce en cada momento. La forma más directa de medir cuánta energía gasta el organismo en reposo es la calorimetría indirecta, que no mide la energía directamente sino que mide cuánto oxígeno consume el organismo y cuánto dióxido de carbono produce, porque ambos gases reflejan la oxidación de los distintos combustibles —grasas, carbohidratos y proteínas— que el organismo quema para obtener esa energía.

La relación entre cuánto dióxido de carbono produce el organismo y cuánto oxígeno consume al mismo tiempo, el cociente respiratorio, no es la misma para los tres combustibles: quemar grasa produce relativamente poco dióxido de carbono por cada unidad de oxígeno consumido, quemar carbohidratos produce la misma cantidad de dióxido de carbono que de oxígeno consumido, y quemar proteínas produce una cantidad intermedia entre ambas. Por eso, midiendo ese cociente respiratorio junto con el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, la calorimetría indirecta no solo estima cuánta energía gasta el organismo en reposo, sino que además permite inferir qué combustible está oxidando principalmente el organismo en ese momento.

Ese oxígeno que el organismo consume para oxidar sus combustibles se usa, en última instancia, dentro de las mitocondrias de cada célula, donde una cadena de transportadores utiliza el oxígeno para convertir la energía liberada por la oxidación de los combustibles en un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial, y ese gradiente de protones es lo que finalmente impulsa la producción de ATP, la molécula que el organismo usa como moneda energética. Cuando hay suficiente oxígeno disponible, una molécula de glucosa puede rendir, a través de esta cadena mitocondrial, muchas más moléculas de ATP que las que rinde una vía alternativa que no requiere oxígeno, la glucólisis anaeróbica, la cual produce apenas un puñado de moléculas de ATP por cada molécula de glucosa. Cuando el suministro de oxígeno a un tejido se vuelve insuficiente, ya sea por isquemia o por un ejercicio de intensidad muy alta, ese tejido depende cada vez más de la glucólisis anaeróbica para seguir produciendo ATP, y como esta vía anaeróbica es mucho menos eficiente y además genera lactato como producto derivado, el lactato se acumula rápidamente en la sangre en cuanto el suministro de oxígeno deja de ser suficiente.

La cantidad de energía que un organismo en reposo gasta por unidad de tiempo, su metabolismo basal, no depende de la masa corporal de una forma simplemente proporcional: cuando se compara entre distintas especies de tamaños muy diferentes, el metabolismo basal crece más lento que la masa corporal, de modo que un organismo diez veces más pesado que otro no gasta diez veces más energía en reposo, sino bastante menos que eso. Esta regularidad, una de las más robustas de toda la biología, probablemente refleja que la red de vasos sanguíneos que reparte el oxígeno y los combustibles por todo el organismo tiene una estructura ramificada que no crece en la misma proporción que el volumen del cuerpo a medida que el organismo es más grande. Esto implica que los organismos grandes son metabólicamente más eficientes por cada unidad de masa corporal, aunque en términos absolutos sigan necesitando más energía total que un organismo pequeño.

La capacidad máxima que tiene un organismo para consumir oxígeno durante un esfuerzo físico intenso, el consumo máximo de oxígeno, marca el límite superior de su capacidad aeróbica y depende de cuánta sangre es capaz de bombear el corazón por minuto en su punto máximo y de cuánto oxígeno es capaz de extraer el tejido muscular de esa sangre que le llega. En una persona no entrenada, ese límite lo impone principalmente cuánta sangre puede bombear el corazón por minuto en su punto máximo; en un atleta de élite, además de ese límite cardiaco, empiezan a pesar también qué tan bien difunde el oxígeno a través de la membrana alveolo-capilar hacia la sangre y qué tan bien extrae ese oxígeno el músculo entrenado. El consumo máximo de oxígeno alcanzado de esta forma es, entre todos los indicadores fisiológicos que se pueden medir, uno de los que mejor predice tanto la longevidad de una persona como la capacidad funcional de su propio corazón.

Para cuantificar de forma práctica cuánta energía gasta el organismo durante distintas actividades físicas cotidianas, se usa una unidad que compara el gasto energético de esa actividad con el gasto energético del organismo en reposo: caminar a un ritmo moderado gasta unas tres veces y media la energía que el organismo gasta en reposo, mientras que correr a un ritmo más exigente puede gastar diez veces esa misma energía de reposo. Esta forma de cuantificar el gasto energético permite comparar directamente el costo de distintas actividades físicas sin necesidad de repetir en cada una la calorimetría indirecta completa.

En los pacientes críticamente enfermos que están hospitalizados en una unidad de cuidados intensivos, el gasto energético del organismo puede llegar a ser mucho más alto de lo que predicen las fórmulas estándar basadas solo en el peso, la edad y el sexo, un estado que se conoce como hipermetabolismo y que puede duplicar el gasto energético esperado. En estos pacientes, la calorimetría indirecta descrita al principio deja de ser solo una herramienta de medición y pasa a guiar directamente el tratamiento: permite ajustar la cantidad de nutrición artificial que recibe cada paciente al gasto energético real que está midiendo, en vez de a una estimación genérica, evitando tanto la desnutrición como la sobrealimentación, esta última capaz de elevar el azúcar en la sangre, aumentar la producción de dióxido de carbono y dificultar que el paciente pueda desconectarse del ventilador mecánico que lo ayuda a respirar.

En conjunto, todos estos indicadores del metabolismo energético —la calorimetría indirecta y el cociente respiratorio que revelan qué combustible oxida el organismo, la eficiencia de la fosforilación oxidativa frente a la glucólisis anaeróbica, la manera en que el metabolismo basal escala con la masa corporal, el consumo máximo de oxígeno como límite de la capacidad aeróbica, y los equivalentes metabólicos que cuantifican el costo de la actividad física— permiten a la clínica y a la fisiología del ejercicio cuantificar con precisión cuánta energía necesita un organismo en cada circunstancia. Desde el reposo hasta el ejercicio máximo, y desde una persona sana hasta un paciente hipermetabólico en cuidados intensivos, el mismo metabolismo energético que se cuantifica midiendo consumo de oxígeno y producción de dióxido de carbono termina siendo la magnitud que determina cuánto combustible, cuánto oxígeno y cuánta nutrición necesita ese organismo para sostener sus funciones vitales.

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