La energía alimentaria es la energía química que los animales (incluidos los humanos ) obtienen de sus alimentos para mantener su metabolismo , incluida su actividad muscular . [1]
La mayoría de los animales obtienen la mayor parte de su energía de la respiración aeróbica , es decir, combinando los carbohidratos , las grasas y las proteínas con el oxígeno del aire o disuelto en el agua . [2] Otros componentes más pequeños de la dieta, como los ácidos orgánicos , los polioles y el etanol (alcohol potable) pueden contribuir al aporte de energía. Algunos componentes de la dieta que proporcionan poca o ninguna energía alimentaria, como el agua , los minerales , las vitaminas , el colesterol y la fibra , pueden ser necesarios para la salud y la supervivencia por otras razones. Algunos organismos tienen, en cambio, respiración anaeróbica , que extrae energía de los alimentos mediante reacciones que no requieren oxígeno.
El contenido energético de una masa dada de alimento se expresa habitualmente en la unidad de energía del sistema métrico decimal (SI) , el julio (J), y su múltiplo, el kilojulio (kJ); o en la unidad tradicional de energía térmica, la caloría (cal). En contextos nutricionales, esta última es a menudo (sobre todo en Estados Unidos) la variante "grande" de la unidad, también escrita "caloría" (con el símbolo Cal, ambos con "C" mayúscula) o "kilocaloría" (kcal), y equivalente a 4184 J o 4,184 kJ. [3] Así, por ejemplo, las grasas y el etanol tienen la mayor cantidad de energía alimentaria por unidad de masa, 37 y 29 kJ/g (9 y 7 kcal/g), respectivamente. Las proteínas y la mayoría de los carbohidratos tienen alrededor de 17 kJ/g (4 kcal/g), aunque existen diferencias entre los distintos tipos. Por ejemplo, los valores de glucosa, sacarosa y almidón son 15,57, 16,48 y 17,48 kilojulios por gramo (3,72, 3,94 y 4,18 kcal/g) respectivamente. La diferente densidad energética de los alimentos (grasas, alcoholes, carbohidratos y proteínas) radica principalmente en sus proporciones variables de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Los carbohidratos que no se absorben fácilmente, como la fibra o la lactosa en individuos intolerantes a la lactosa , contribuyen menos energía alimentaria. Los polioles (incluidos los alcoholes de azúcar ) y los ácidos orgánicos contribuyen con 10 kJ/g (2,4 kcal/g) y 13 kJ/g (3,1 kcal/g) respectivamente. [4]
El contenido energético de un plato o comida compleja se puede aproximar sumando el contenido energético de sus componentes.
Las primeras determinaciones del contenido energético de los alimentos se realizaron quemando una muestra seca en un calorímetro de bomba y midiendo el cambio de temperatura en el agua que rodeaba el aparato, un método conocido como calorimetría directa . [5]
Sin embargo, el método calorimétrico directo generalmente sobreestima la energía real que el cuerpo puede obtener de los alimentos, porque también cuenta el contenido energético de la fibra dietética y otros componentes no digeribles, y no permite la absorción parcial y/o el metabolismo incompleto de ciertas sustancias. Por esta razón, hoy en día el contenido energético de los alimentos se obtiene indirectamente, mediante el uso de análisis químicos para determinar la cantidad de cada componente dietético digerible (como proteínas, carbohidratos y grasas), y agregando los respectivos contenidos energéticos de los alimentos, previamente obtenidos mediante la medición del calor metabólico liberado por el cuerpo. [6] [7] En particular, se excluye el contenido de fibra. Este método se conoce como el sistema Atwater modificado , en honor a Wilbur Atwater , quien fue pionero en estas mediciones a fines del siglo XIX. [1] [8]
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. [9]
La dieta humana típica consiste principalmente en carbohidratos, grasas, proteínas, agua, etanol y componentes no digeribles como huesos , semillas y fibra (principalmente celulosa ). Los carbohidratos, las grasas y las proteínas generalmente comprenden el noventa por ciento del peso seco del alimento. [10] Los rumiantes pueden extraer energía alimentaria de la respiración de la celulosa gracias a las bacterias en sus rumenes que la descomponen en carbohidratos digeribles.
Otros componentes menores de la dieta humana que contribuyen a su contenido energético son los ácidos orgánicos como el cítrico y el tartárico , y los polioles como el glicerol , el xilitol , el inositol y el sorbitol .
Algunos nutrientes tienen funciones reguladoras afectadas por la señalización celular , además de proporcionar energía al cuerpo. [11] Por ejemplo, la leucina juega un papel importante en la regulación del metabolismo proteico y suprime el apetito de un individuo. [12] Pequeñas cantidades de ácidos grasos esenciales , constituyentes de algunas grasas que no pueden ser sintetizadas por el cuerpo humano, se utilizan (y son necesarias) para otros procesos bioquímicos.
Los contenidos aproximados de energía alimentaria de los distintos componentes de la dieta humana, que se deben utilizar en el etiquetado de los paquetes de acuerdo con las regulaciones de la UE [13] y las regulaciones del Reino Unido [14] , son:
(1) Algunos polioles, como el eritritol , no se digieren y deben excluirse del recuento.
(2) Esta entrada existe en la normativa de la UE de 2008, [13] pero no en la normativa del Reino Unido, según la cual no se debe contabilizar la fibra. [14]
Muchas organizaciones han publicado tablas más detalladas para alimentos específicos; por ejemplo, la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura también ha publicado una tabla similar. [3]
Otros componentes de la dieta humana no son calóricos o se consumen en cantidades tan pequeñas que pueden pasar desapercibidos.
La energía alimentaria que se obtiene mediante la respiración es utilizada por el cuerpo humano para una amplia gama de propósitos, incluido el metabolismo basal de varios órganos y tejidos, el mantenimiento de la temperatura corporal interna y el ejercicio de fuerza muscular para mantener la postura y producir movimiento. Aproximadamente el 20% se utiliza para el metabolismo cerebral. [3]
La eficiencia de conversión de la energía de la respiración en potencia muscular (física) depende del tipo de alimento y del tipo de uso de energía física (por ejemplo, qué músculos se utilizan, si el músculo se utiliza aeróbicamente o anaeróbicamente ). En general, la eficiencia de los músculos es bastante baja: solo entre el 18 y el 26% de la energía disponible de la respiración se convierte en energía mecánica. [15] Esta baja eficiencia es el resultado de aproximadamente el 40% de eficiencia en la generación de ATP a partir de la respiración de los alimentos, pérdidas en la conversión de energía de ATP en trabajo mecánico dentro del músculo y pérdidas mecánicas dentro del cuerpo. Las dos últimas pérdidas dependen del tipo de ejercicio y del tipo de fibras musculares que se utilizan (de contracción rápida o de contracción lenta). Para una eficiencia general del 20%, un vatio de potencia mecánica equivale a 18 kJ/h (4,3 kcal/h). Por ejemplo, un fabricante de equipos de remo muestra que las calorías liberadas al "quemar" alimentos son cuatro veces el trabajo mecánico real, más 1.300 kJ (300 kcal) por hora, [16] lo que equivale a una eficiencia de alrededor del 20% a 250 vatios de salida mecánica. Pueden ser necesarias hasta 20 horas de poco esfuerzo físico (por ejemplo, caminar) para "quemar" 17.000 kJ (4.000 kcal) [17] más de lo que un cuerpo consumiría de otra manera. Como referencia, cada kilogramo de grasa corporal equivale aproximadamente a 32.300 kilojulios de energía alimentaria (es decir, 3.500 kilocalorías por libra o 7.700 kilocalorías por kilogramo). [18]
Muchos países y organizaciones de salud han publicado recomendaciones sobre los niveles saludables de ingesta diaria de energía alimentaria. Por ejemplo, el gobierno de los Estados Unidos estima que las mujeres y los hombres de entre 26 y 45 años necesitan 8.400 y 10.900 kJ (2.000 y 2.600 kcal), respectivamente, cuya actividad física total equivale a caminar entre 2,5 y 5 km ( 1+1 ⁄ 2 a 3 mi) por día además de las actividades de la vida sedentaria. Estas estimaciones son para una "mujer de referencia" que mide 1,63 m (5 pies 4 pulgadas) de alto y pesa 57 kg (126 libras) y un "hombre de referencia" que mide 1,78 m (5 pies 10 pulgadas) de alto y pesa 70 kg (154 libras). [19] Debido a que los requerimientos calóricos varían según la altura, la actividad, la edad, el estado de embarazo y otros factores, el USDA creó la Calculadora de DRI para profesionales de la salud con el fin de determinar las necesidades calóricas individuales. [20] [21]
Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura , el requerimiento mínimo promedio de energía por persona por día es de aproximadamente 7.500 kJ (1.800 kcal). [22] Aunque EE. UU. ha cambiado con el tiempo con un crecimiento de la población y de los alimentos procesados o alimentos en general, los estadounidenses hoy tienen disponible aproximadamente el mismo nivel de calorías que la generación anterior. [1]
Las personas mayores y las que llevan un estilo de vida sedentario necesitan menos energía, mientras que los niños y las personas físicamente activas necesitan más. Teniendo en cuenta estos factores, el Consejo Nacional de Salud e Investigación Médica de Australia recomienda diferentes ingestas energéticas diarias para cada grupo de edad y género. [23] No obstante, las etiquetas nutricionales de los productos alimenticios australianos suelen recomendar una ingesta energética diaria promedio de 8.800 kJ (2.100 kcal).
La ingesta mínima de energía alimentaria también es mayor en ambientes fríos. Se ha relacionado el aumento de la actividad mental con un consumo de energía cerebral moderadamente mayor . [24]
Muchos gobiernos exigen a los fabricantes de alimentos que indiquen en las etiquetas el contenido energético de sus productos para ayudar a los consumidores a controlar su ingesta energética. Para facilitar la evaluación por parte de los consumidores, los valores energéticos de los alimentos (y otras propiedades nutricionales) que aparecen en las etiquetas o tablas de los envases suelen indicarse en cantidades convenientes del alimento, en lugar de por gramo o kilogramo; por ejemplo, en "calorías por ración", "kcal por 100 g" o "kJ por envase". Las unidades varían según el país: