En biología, la homeostasis energética , o el control homeostático del equilibrio energético , es un proceso biológico que implica la regulación homeostática coordinada de la ingesta de alimentos (entrada de energía) y el gasto de energía (salida de energía). [1] [2] [3] El cerebro humano, particularmente el hipotálamo , desempeña un papel central en la regulación de la homeostasis energética y en la generación de la sensación de hambre mediante la integración de una serie de señales bioquímicas que transmiten información sobre el equilibrio energético. [2] [3] [4] El cincuenta por ciento de la energía del metabolismo de la glucosa se convierte inmediatamente en calor. [5]
La homeostasis energética es un aspecto importante de la bioenergética .
En Estados Unidos, la energía biológica se expresa utilizando la unidad energética Caloría con C mayúscula (es decir, una kilocaloría), que equivale a la energía necesaria para aumentar la temperatura de 1 kilogramo de agua en 1 °C (aproximadamente 4,18 kJ ) . [6]
El balance energético, a través de reacciones biosintéticas , se puede medir con la siguiente ecuación: [1]
La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se puede crear ni destruir. Pero la energía se puede convertir de una forma de energía a otra. Entonces, cuando se consume una caloría de energía alimentaria, se produce uno de tres efectos particulares dentro del cuerpo: una porción de esa caloría puede almacenarse como grasa corporal , triglicéridos o glucógeno , transferirse a las células y convertirse en energía química en forma de trifosfato de adenosina (ATP, una coenzima ) o compuestos relacionados, o se disipa en forma de calor . [1] [5] [7]
La ingesta de energía se mide por la cantidad de calorías consumidas de alimentos y líquidos. [1] La ingesta de energía está modulada por el hambre, que está regulada principalmente por el hipotálamo , [1] y la elección, que está determinada por el conjunto de estructuras cerebrales responsables del control de estímulos (es decir, el condicionamiento operante y el condicionamiento clásico ) y el cognitivo. control de la conducta alimentaria. [8] [9] El hambre está regulada en parte por la acción de ciertas hormonas peptídicas y neuropéptidos (p. ej., insulina , leptina , grelina y neuropéptido Y , entre otros) en el hipotálamo . [1] [10]
El gasto energético es principalmente una suma del calor interno producido y el trabajo externo. El calor interno producido es, a su vez, principalmente una suma de la tasa metabólica basal (TMB) y el efecto térmico de los alimentos . El trabajo externo se puede estimar midiendo el nivel de actividad física (PAL). [ cita necesaria ]
La teoría del punto de ajuste , introducida por primera vez en 1953, postuló que cada cuerpo tiene un peso fijo preprogramado, con mecanismos reguladores para compensarlo. Esta teoría fue rápidamente adoptada y utilizada para explicar los fracasos en el desarrollo de procedimientos de pérdida de peso efectivos y sostenidos. Una revisión sistemática de 2019 de múltiples intervenciones de cambio de peso en humanos, incluidas dietas , ejercicio y comer en exceso, encontró "errores energéticos" sistemáticos, la pérdida o ganancia no compensada de calorías, para todos estos procedimientos. Esto muestra que el cuerpo no puede compensar con precisión los errores en la ingesta de energía/calorías, contrariamente a lo que plantea la hipótesis de la teoría del punto de ajuste, y que potencialmente explica tanto la pérdida como el aumento de peso, como la obesidad . Esta revisión se realizó en estudios a corto plazo, por lo tanto, dicho mecanismo no se puede excluir a largo plazo, ya que actualmente falta evidencia sobre este período. [11] [12]
Un equilibrio positivo es el resultado de que la ingesta de energía sea mayor que la que se consume en el trabajo externo y otros medios corporales de gasto energético. [ cita necesaria ]
Las principales causas prevenibles son:
Un equilibrio positivo da como resultado que la energía se almacene en forma de grasa y/o músculo , lo que provoca un aumento de peso . Con el tiempo, pueden desarrollarse sobrepeso y obesidad , con las consiguientes complicaciones.
Un equilibrio negativo es el resultado de que la ingesta de energía es menor que la que se consume en el trabajo externo y otros medios corporales de gasto energético.
La principal causa es la subalimentación por alguna condición médica como disminución del apetito , anorexia nerviosa , enfermedad digestiva , o por alguna circunstancia como el ayuno o la falta de acceso a los alimentos. El hipertiroidismo también puede ser una causa.
El requerimiento energético normal, y por tanto la ingesta energética normal, depende principalmente de la edad, el sexo y el nivel de actividad física (PAL). La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) ha elaborado un informe detallado sobre las necesidades energéticas humanas. [13] Un método más antiguo pero comúnmente utilizado y bastante preciso es la ecuación de Harris-Benedict .
Sin embargo, actualmente hay estudios en curso para demostrar si la restricción calórica por debajo de los valores normales tiene efectos beneficiosos, y aunque están mostrando indicaciones positivas en primates no humanos [14] [15] todavía no es seguro si la restricción calórica tiene un efecto positivo en longevidad para los humanos y otros primates. [14] [15] Se puede considerar que la restricción de calorías logra el equilibrio energético con una ingesta y un gasto más bajos y, en este sentido, generalmente no es un desequilibrio energético, excepto por un desequilibrio inicial en el que la disminución del gasto aún no ha igualado la disminución. consumo.
Ha habido controversia sobre los mensajes sobre el equilibrio energético que minimizan la ingesta de energía promovidos por grupos de la industria alimentaria. [dieciséis]
Las neuronas de orexina están reguladas por mediadores periféricos que transportan información sobre el equilibrio energético, incluidas la glucosa, la leptina y la grelina. ... En consecuencia, la orexina desempeña un papel en la regulación de la homeostasis energética, la recompensa y quizás, de manera más general, en la emoción. ... La regulación del equilibrio energético implica la exquisita coordinación de la ingesta de alimentos y el gasto energético. Los experimentos realizados en las décadas de 1940 y 1950 demostraron que las lesiones del hipotálamo lateral (LH) reducían la ingesta de alimentos; por tanto, la función normal de esta área del cerebro es estimular la alimentación y disminuir la utilización de energía. Por el contrario, las lesiones del hipotálamo medial, especialmente del núcleo ventromedial (VMH), pero también del PVN y del núcleo hipotalámico dorsomedial (DMH), aumentaron la ingesta de alimentos; por tanto, la función normal de estas regiones es suprimir la alimentación y aumentar la utilización de energía. Sin embargo, el descubrimiento de las complejas redes de neuropéptidos y otros neurotransmisores que actúan dentro del hipotálamo y otras regiones del cerebro para regular la ingesta de alimentos y el gasto de energía comenzó en serio en 1994 con la clonación del gen de la leptina (ob, para la obesidad). De hecho, ahora existe un interés explosivo en los mecanismos básicos de alimentación, dadas las proporciones epidémicas de la obesidad en nuestra sociedad y el aumento de las víctimas de los trastornos alimentarios, la anorexia nerviosa y la bulimia. Desafortunadamente, a pesar de los espectaculares avances en la neurobiología básica de la alimentación, nuestra comprensión de la etiología de estas enfermedades y nuestra capacidad para intervenir clínicamente siguen siendo limitadas.
Sin embargo, en personas normales, el peso corporal y el contenido de grasa corporal suelen ser bastante estables a lo largo del tiempo
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debido a un proceso biológico denominado "homeostasis energética" que hace coincidir la ingesta de energía con el gasto durante largos períodos de tiempo. El sistema de homeostasis energética comprende neuronas en el hipotálamo mediobasal y otras áreas del cerebro
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que forman parte de un neurocircuito que regula la ingesta de alimentos en respuesta a señales humorales que circulan en concentraciones proporcionales al contenido de grasa corporal
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. ... Un concepto emergente en la neurobiología de la ingesta de alimentos es que existen neurocircuitos que normalmente están inhibidos, pero cuando se activan en respuesta a estímulos emergentes o estresantes pueden anular el control homeostático del equilibrio energético. Comprender cómo estos circuitos interactúan con el sistema de homeostasis energética es fundamental para comprender el control de la ingesta de alimentos y puede influir en la patogénesis de los trastornos en ambos extremos del espectro del peso corporal.