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, en particular el hipotálamo , juega un papel central en la regulación de la homeostasis energética y la generación de la sensación de hambre al integrar 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 .
Definición
En los EE. UU., La energía biológica se expresa utilizando la unidad de energía Caloría con una 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 k J ). [6]
El balance energético, mediante reacciones biosintéticas , se puede medir con la siguiente ecuación: [1]
- Ingesta de energía (de alimentos y líquidos) = Energía gastada (a través del trabajo y el calor generado) + Cambio en la energía almacenada ( grasa corporal y almacenamiento de glucógeno )
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]
Energía
Consumo
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 los conjuntos de estructuras cerebrales que son responsables del control de estímulos (es decir, condicionamiento operante y condicionamiento clásico ) y 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]
Gasto
El gasto energético es principalmente la 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 puede estimarse midiendo el nivel de actividad física (PAL). [ cita requerida ]
Desequilibrio
La teoría del punto de ajuste , introducida por primera vez en 1953, postulaba que cada cuerpo tiene un peso fijo preprogramado, con mecanismos reguladores para compensar. Esta teoría fue rápidamente adoptada y utilizada para explicar fallas 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, que incluyen dieta , ejercicio y comer en exceso, encontró "errores energéticos" sistemáticos, la pérdida o ganancia de calorías no compensada, 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 teoría del punto de ajuste, y potencialmente explica tanto la pérdida de peso como el aumento de peso, como la obesidad . Esta revisión se realizó en estudios a corto plazo, por lo tanto, dicho mecanismo no puede excluirse a largo plazo, ya que actualmente faltan pruebas sobre este período de tiempo. [11] [12]
Balance positivo
Un balance positivo es el resultado de que la ingesta de energía es mayor que la que se consume en el trabajo externo y otros medios corporales de gasto energético. [ cita requerida ]
Las principales causas evitables son:
- Comer en exceso , lo que resulta en una mayor ingesta de energía.
- Estilo de vida sedentario , lo que resulta en una disminución del gasto energético a través del trabajo externo.
Un balance positivo hace 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.
Balance negativo
Un saldo negativo es el resultado de que la ingesta energética es menor que la consumida en el trabajo externo y otros medios corporales de gasto energético.
La causa principal es la falta de comida debido a una condición médica como disminución del apetito , anorexia nerviosa , enfermedad digestiva o debido a alguna circunstancia como el ayuno o la falta de acceso a los alimentos. El hipertiroidismo también puede ser una causa.
Requisito
Las necesidades energéticas normales y, por tanto, la ingesta energética normal, dependen 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 compilado un informe detallado sobre las necesidades de energía humana. [13] Un método más antiguo pero de uso común y bastante preciso es la ecuación de Harris-Benedict .
Sin embargo, actualmente hay estudios en curso para demostrar si la restricción de calorías 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 de calorías tiene un efecto positivo en longevidad para humanos y otros primates. [14] [15] La restricción calórica puede verse como la obtención de un 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.
sociedad y Cultura
Ha habido controversia sobre los mensajes sobre el equilibrio energético que minimizan la ingesta de energía promovida por los grupos de la industria alimentaria. [dieciséis]
Ver también
- Presupuesto energético dinámico
- Equilibrio energético de la Tierra
Referencias
- ↑ a b c d e f Frayn KN (2013). "Capítulo 11: Equilibrio energético y regulación del peso corporal" . Regulación metabólica: una perspectiva humana (3ª ed.). John Wiley e hijos. págs. 329–349. ISBN 9781118685334. Consultado el 9 de enero de 2017 .
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Las neuronas de orexina están reguladas por mediadores periféricos que transportan información sobre el equilibrio energético, como glucosa, leptina y grelina. ... En consecuencia, la orexina juega un papel en la regulación de la homeostasis de la energía, la recompensa y quizás más en general en la emoción. ... La regulación del equilibrio energético implica la exquisita coordinación de la ingesta alimentaria y el gasto energético. Los experimentos de las décadas de 1940 y 1950 mostraron que las lesiones del hipotálamo lateral (LH) reducían la ingesta de alimentos; por lo tanto, el papel 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 el núcleo ventromedial (VMH) pero también el PVN y el núcleo hipotalámico dorsomedial (DMH), aumentaron la ingesta de alimentos; por lo tanto, el papel 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 energético comenzó en serio en 1994 con la clonación del gen de la leptina (ob, para la obesidad). De hecho, existe ahora 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 avances dramáticos en la neurobiología básica de la alimentación, nuestra comprensión de la etiología de estas afecciones y nuestra capacidad para intervenir clínicamente siguen siendo limitadas.
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Sin embargo, en individuos normales, el peso corporal y el contenido de grasa corporal suelen ser bastante estables a lo largo del tiempo 2,3 debido a un proceso biológico denominado "homeostasis energética" que equipara la ingesta energética con el gasto durante largos períodos de tiempo. El sistema de homeostasis energética comprende neuronas en el hipotálamo mediobasal y otras áreas del cerebro 4 que forman parte de un neurocircuito que regula la ingesta de alimentos en respuesta a la entrada de señales humorales que circulan en concentraciones proporcionales al contenido de grasa corporal 4-6 . ... 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.
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enlaces externos
- Diagrama de regulación de las reservas de grasa y el hambre [1]
- Calculadora de necesidades energéticas diarias