Para el cálculo de la energía disponible de los alimentos se utiliza el sistema Atwater , [1] que lleva el nombre de Wilbur Olin Atwater , o derivados de este sistema . El sistema se desarrolló en gran medida a partir de los estudios experimentales de Atwater y sus colegas a finales del siglo XIX y primeros años del XX en la Universidad Wesleyan de Middletown, Connecticut . Su uso ha sido frecuentemente motivo de controversia, pero se han propuesto pocas alternativas. Al igual que con el cálculo de proteínas a partir del nitrógeno total, el sistema Atwater es una convención y sus limitaciones pueden verse en su derivación.
La energía disponible (tal como la usa Atwater) es equivalente al uso moderno del término energía metabolizable (EM).
En la mayoría de los estudios en humanos se ignoran las pérdidas de secreciones y gases. La energía bruta (GE) de un alimento, medida mediante calorimetría de bomba , es igual a la suma de los calores de combustión de los componentes: proteínas (GE p ), grasas (GE f ) y carbohidratos (GE cho ) (por diferencia). en el sistema próximo.
Atwater consideró del mismo modo el valor energético de las heces.
Midiendo los coeficientes de disponibilidad o, en terminología moderna, la digestibilidad aparente, Atwater desarrolló un sistema para calcular las pérdidas de energía fecal.
donde D p , D f y D cho son respectivamente los coeficientes de digestibilidad de proteínas, grasas y carbohidratos calculados como
para el constituyente en cuestión.
Las pérdidas urinarias se calcularon a partir de la relación energía-nitrógeno en la orina. Experimentalmente, esto fue 7,9 kcal/g (33 kJ/g) de nitrógeno urinario y, por lo tanto, su ecuación para la energía metabolizable quedó
Atwater recopiló valores de la literatura y también midió el calor de combustión de proteínas, grasas y carbohidratos. Estos varían ligeramente según las fuentes y los valores ponderados derivados de Atwater para el calor bruto de combustión de las proteínas, grasas y carbohidratos en la dieta mixta típica de su época. Se ha argumentado que estos valores ponderados no son válidos para alimentos individuales y para dietas cuya composición en términos de alimentos es diferente de la que se consumía en los Estados Unidos a principios del siglo XX.
Atwater midió una gran cantidad de coeficientes de digestibilidad para mezclas simples y, en experimentos de sustitución, obtuvo valores para alimentos individuales. Estos los combinó de forma ponderada para derivar valores para dietas mixtas. Cuando se probaron experimentalmente con dietas mixtas, no dieron una buena predicción y Atwater ajustó los coeficientes para las dietas mixtas.
La relación energía/nitrógeno en la orina muestra una variación considerable y la energía/materia orgánica es menos variable, pero el valor energía/nitrógeno proporcionó a Atwater un enfoque viable, aunque esto ha causado cierta confusión y solo se aplica a sujetos en equilibrio de nitrógeno.
Basado en el trabajo de Atwater, se convirtió en una práctica común calcular el contenido energético de los alimentos utilizando 4 kcal/g para carbohidratos y proteínas y 9 kcal/g para lípidos . [2] El sistema fue mejorado posteriormente por Annabel Merrill y Bernice Watt del USDA , quienes derivaron un sistema mediante el cual se propusieron factores de conversión de calorías específicos para diferentes alimentos. [3] Esto tiene en cuenta el hecho de que, en primer lugar, los valores energéticos brutos de las proteínas, las grasas y los carbohidratos de diferentes fuentes de alimentos son diferentes y, en segundo lugar, que la digestibilidad aparente de los componentes de los diferentes alimentos es diferente.
Este sistema se basa en medir los calores de combustión de una amplia gama de proteínas, grasas y carbohidratos aislados. También depende de datos de estudios de digestibilidad, en los que se han sustituido alimentos individuales por dietas basales para medir los coeficientes de digestibilidad aparente de esos alimentos. Este enfoque se basa en el supuesto de que no hay interacciones entre los alimentos en una mezcla en el intestino y, desde un punto de vista práctico, tales estudios con humanos son difíciles de controlar con la precisión requerida.
El enfoque de carbohidratos por diferencia presenta varios problemas. En primer lugar, no distingue entre azúcares, almidón y carbohidratos no disponibles (forraje o " fibra dietética ").
Esto afecta primero a la energía bruta asignada a los carbohidratos: la sacarosa tiene un calor de combustión de 3,95 kcal/g (16,53 kJ/g) y el almidón de 4,15 kcal/g (17,36 kJ/g).
En segundo lugar, no prevé el hecho de que los azúcares y los almidones se digieran y absorban prácticamente por completo y, por tanto, proporcionen una energía metabolizable equivalente a su calor de combustión.
Los carbohidratos no disponibles (fibra dietética) se degradan en mayor medida en el intestino grueso. Los productos de esta digestión microbiana son ácidos grasos, CO 2 (dióxido de carbono), metano e hidrógeno. Los ácidos grasos (acetato, butirato y propionato) se absorben en el intestino grueso y proporcionan cierta energía metabolizable. El grado de degradación depende de la fuente de la fibra dietética (su composición y estado de división) y del individuo que la consume. No hay datos suficientes para dar una orientación firme sobre la energía disponible de esta fuente.
Finalmente, la fibra dietética afecta las pérdidas fecales de nitrógeno y grasa. No está claro si el aumento de la pérdida de grasa se debe a un efecto sobre la absorción del intestino delgado. Las mayores pérdidas de nitrógeno fecal en dietas ricas en fibra probablemente se deben a un mayor contenido de nitrógeno bacteriano en las heces. Sin embargo, ambos efectos conducen a reducciones en la digestibilidad aparente y, por lo tanto, el sistema Atwater justifica pequeños cambios en los factores de conversión de energía adecuados para esas dietas.
La evidencia experimental de la magnitud de esta variación es muy limitada, pero como los calores de combustión de los aminoácidos individuales son diferentes, es razonable esperar variaciones entre diferentes proteínas. Se informó un rango observado de 5,48 para conglutina (de altramuz azul) a 5,92 para Hordein (cebada), que se compara con el rango de Atwaters de 5,27 para gelatina a 5,95 para gluten de trigo. Es difícil calcular los valores esperados para una proteína a partir de datos de aminoácidos, ya que algunos de los calores de combustión no se conocen con precisión. Los cálculos preliminares sobre la leche de vaca sugieren un valor de alrededor de 5,5 kcal/g (23,0 kJ/g).
De manera análoga, la evidencia experimental es limitada, pero dado que los ácidos grasos difieren en sus calores de combustión, uno debería esperar que las grasas varíen en sus calores de combustión. Sin embargo, estas diferencias son relativamente pequeñas: por ejemplo, la grasa de la leche materna tiene un calor de combustión calculado de 9,37 kcal/g (39,2 kJ/g) en comparación con el de la grasa de la leche de vaca de 9,19 kcal/g (38,5 kJ/g). .
Los monosacáridos tienen calores de combustión de alrededor de 3,75 kcal/g (15,7 kJ/g), los disacáridos de 3,95 kcal/g (16,5 kJ/g) y los polisacáridos de 4,15 a 4,20 kcal/g (17,4 a 17,6 kJ/g). El calor de hidrólisis es muy pequeño y estos valores son esencialmente equivalentes cuando se calculan en base a monosacáridos. Así, 100 g de sacarosa dan por hidrólisis 105,6 g de monosacárido y 100 g de almidón dan por hidrólisis 110 g de glucosa.
El tracto digestivo humano es un órgano muy eficiente y la excreción fecal de material nitrogenado y grasas constituye una pequeña proporción (normalmente menos del 10%) de la ingesta. Atwater reconoció que la excreción fecal era una mezcla compleja de secreciones intestinales no absorbidas, material bacteriano y metabolitos, células mucosas descamadas, moco y, solo en pequeña medida, componentes dietéticos no absorbidos. Ésta podría ser una de las razones por las que optó por utilizar la disponibilidad en lugar de la digestibilidad . Su opinión era que estos constituyentes fecales realmente no estaban disponibles y que su aparente desprecio por la naturaleza de la excreción fecal era justificable en un contexto práctico.
La proporción siempre que la excreción fecal sea pequeña se aproximará a la unidad y, por lo tanto, estos coeficientes tienen una varianza baja y parecen constantes. Esto es falso ya que la excreción fecal es variable incluso con una dieta constante, y no hay evidencia que sugiera que la excreción fecal esté realmente relacionada con la ingesta en la forma que implican estos coeficientes.
El cálculo de los valores energéticos debe considerarse como una alternativa a la medición directa y, por lo tanto, es probable que presente cierta inexactitud en comparación con la evaluación directa. Estas inexactitudes surgen por varias razones.
Es probable que las objeciones teóricas y fisiológicas a los supuestos inherentes al sistema Atwater den lugar a errores mucho menores que estas cuestiones prácticas. Los factores de conversión se derivaron de estudios experimentales con bebés pequeños, pero produjeron valores de ingesta de energía metabolizable que fueron insignificantemente diferentes de los obtenidos mediante la aplicación directa de los factores de Atwater modificados.
