Metabolismo, tasa metabólica y temperatura corporal

El metabolismo engloba la suma total de las reacciones químicas que ocurren en el organismo existiendo dos vías: el anabolismo y el catabolismo. Estos dos términos resultarán muy familiares a quienes sean muy aficionados al fitness.

El anabolismo requiere de energía ya que de sustancias simples se sintetizan sustancias más complejas. Su medición es muy difícil y para ello se usa el balance positivo de nitrógeno. Es durante el anabolismo cuando se sintetizan las proteínas a partir del nitrógeno que se considera la expresión del anabolismo. Por tanto, la actividad anabólica supone la incorporación neta de nitrógeno en el organismo.

El catabolismo es la vía metabólica que se ocupa de degradar moléculas complejas a simples, liberando energía mediante la síntesis de ATP y la utilización de moléculas como grasas e hidratos de carbono.

Las proteínas contienen nitrógeno que es muy escaso para el organismo aunque éste requiere grandes cantidades de nitrógeno ya que forma parte del ATP que es la fuente energética principal de las células. Debido a este gran consumo de nitrógeno por parte del organismo, éstas se degradan muy rápidamente. En ausencia de trabajo externo toda la energía restante se libera en forma de calor midiendo así el metabolismo energético.

La tasa metabólica mide la conversión de energía química en calor como energía liberada en forma de calor por unidad de tiempo. La tasa metabólica permite medir los requerimientos energéticos de acuerdo al metabolismo.

Por ejemplo, un animal para sobrevivir requiere tanta energía de los alimentos como la energía que almacena y la que disipa. Esto depende del sexo, edad, temperatura…

Uno de los factores que más influyen en la tasa metabólica es la temperatura corporal.

Las tasas metabólicas

Existen diferentes tasas metabólicas para observar distintos fenómenos. En particular, la tasa metabólica basal y la tasa metabólica estándar no reflejan el metabolismo natural. La tasa metabólica activa refleja mucho mejor el comportamiento metabólico natural de un animal en su estado natural.

• Tasa metabólica basal (BMR): tasa estable del metabolismo energético en condiciones de mínimo estrés ambiental y fisiológico, medido en ayunas. No representa el estado natural porque este supuesto no se produce casi nunca en el medio natural, pero sí es un indicador de la tasa metabólica imprescindible para mantener las células vivas.
• Tasa metabólica estándar (SMR): es la tasa metabólica basal pero medida a una temperatura corporal determinada.
• Tasa metabólica activa (AMR): es la que mejor describe el comportamiento metabólico de un animal en su estado natural: es la tasa promedio de actividad en condiciones normales. Suele ser 15 veces más alta que la tasa metabólica basal y la estándar.
• Índice de expansibilidad metabólica: SMR máxima – BMR, también se llama alcance factorial metabólico.

La actividad metabólica está estrechamente relacionada con la temperatura corporal:

• A temperaturas bajas las reacciones que dependen de la temperatura se ralentizan
• A temperaturas altas, se dan altas tasas metabólicas que pueden ocasionar daño celular

La forma más efectiva de almacenar energía es en forma de grasa, en el caso de los organismos sésiles usan fundamentalmente los hidratos de carbono hidratados.

Determinación de las tasas metabólicas

Las tasas metabólicas pueden determinarse a través de la ingestión de alimentos y eliminación de residuos pues son la diferencia entre la tasa de captación de energía menos la tasa de pérdida de energía por unidad de tiempo.

La captación total de energía se aproxima mucho al contenido energético de los alimentos en un tiempo determinado y la pérdida es la energía que queda en las heces en ese mismo tiempo.

Bombas calorimétricas

Para medir su energía, se usan bombas calorimétricas que son cámaras en cuyo interior se aporta oxígeno hasta que los alimentos o las heces desecados arden y sólo quedan las cenizas. El calor producido es retenido por el agua que incrementa su Tº

Calorimetría directa

Sin embargo, no toda la temperatura se usa en el metabolismo y por este motivo se utiliza la calorimetría directa: el animal se encuentra en reposo y en ayunas (no está sintetizando nuevas moléculas) y se mide la energía liberada que al no utilizarse se transforma en calor.

Esta medida se basa en la ley de Hess, la energía ni se crea ni se destruye sólo se transforma. Los animales liberan energía en forma de calor por vapor de agua.

El calor total es el calor que cambia la temperatura del agua junto con el calor que hay en el vapor de agua. Puede expresarse en calorías/hora o kilocalorías/hora.

A menor tamaño de un animal, mayor tasa metabólica.

Calorimetría indirecta

Se basa en la captación de oxígeno y la liberación de dióxido de carbono. Debido a que el anabolismo es oxidación aeróbica que libera CO2 en su mayor parte. La cantidad de calor producido está relacionado con oxígeno consumido y el CO2 liberado. Y por tanto:

Coeficiente respiratorio

(RQ) = Volumen de CO2 espirado dividido por la tasa de consumo de oxígeno.

La cantidad de energía liberada depende mucho del alimento: los hidratos de carbono liberan CO2 mientras que las proteínas requieren también de la excreción de nitrógeno, las aves lo hacen a través del ácido úrico y los mamíferos a través de la urea. Aquí tienes más información sobre la excreción.

Hay otras formas de medir y aspectos a tener en cuenta como por ejemplo son los equivalentes oxicalóricos que hace una equivalencia entre energía y consumo de oxígeno. También hay que tener en cuenta la Acción dinámica específica (ADE) que es la energía que se necesita para metabolizar y emplear los alimentos ingeridos.

Temperatura corporal y metabolismo

En función de las estrategias que utilizan los animales para afrontar la estabilidad de la temperatura corporal, los animales se clasifican en:

• Homeotermos: mantienen su temperatura corporal por mecanismos internos de formación de calor. Son capaces de mantener estable su temperatura entre márgenes estrechos. Por ejemplo, los mamíferos mantienen su temperatura entre 37 y 38º independiente del medioambiente, las aves lo hacen en 40º y algunos invertebrados y vertebrados inferiores controlan la temperatura en determinados momentos pero no siempre.
• Poiquilotermos: la temperatura corporal fluctúa en función de la temperatura del ambiente ya que no son capaces de mantener su temperatura corporal en márgenes estrechos.

Por otra parte, dependiendo de la fuente de calor corporal, los organismos también pueden clasificarse en.

• Endotermos: su fuente de calor es interna. Generan calor que se manifiesta con una temperatura corporal ligeramente superior a la del ambiente. Producen calor metabólico en proporciones elevadas pero con una conductividad térmica baja, es decir, pueden aislarse de un medio externo frío utilizando el pelo por ejemplo. Los homeotermos suelen ser endotermos ay que mantienen su temperatura corporal en un rango muy estrecho utilizando el calor procedente del metabolismo. Su tasa metabólica es 5 veces superior al de los ectotermos. Aquí puedes ver las reglas de adaptación de los endotermos a la temperatura en función de la superficie y el volumen.
• Ectotermos: producen poco calor metabólico, ya que captan rápidamente el calor del ambiente pero lo pierden rápidamente ya que tienen una alta conductividad térmica. Recurren a la regulación térmica comportamental: eligen el microclima que en un momento dado necesitan: se exponen al sol o se esconden en huecos a la sombra.
• Heterotermos: varían el grado de producción de calor endotérmico pero no lo regulan dentro de márgenes estrechos. La regulación de los márgenes estrechos puede ser:
  • Temporales: la temperatura varía con el tiempo: los insectos voladores, pitón, algunos peces… El oso por ejemplo también varía su temperatura con el tiempo mediante la hibernación: es un endotermo heterotermo temporal durante la hibernación.
  • Regionales: son generalmente poiquilotermos como los tiburones, atunes, insectos voladores… en su interior la temperatura es muy alta debido a la actividad muscular pero en la periferia de su organismo la temperatura es menor. Los atunes por ejemplo, cuentan con la rete mirabile que es un complejo de venas y arterias muy cercanas entre sí que sirven para el rápido intercambio de iones y calor.

En general, los organismos más pequeños tienen una tasa metabólica más alta y tienden a perder más calor ya que en la relación volumen superficie, tienen mayor superficie expuesta que volumen. Por este motivo, resisten menos el calor y el gran tamaño es una adaptación a climas fríos.