Tasa metabólica basal

tasa metabólica basal (TMB) es la tasa de gasto de energía por unidad de tiempo de los animales endotérmicos en reposo. Se informa en unidades de energía por unidad de tiempo que van desde vatios (julios/segundo) hasta ml de O₂/min o julios por hora por kg de masa corporal J/(h·kg). Una medición adecuada requiere que se cumpla un conjunto estricto de criterios. Estos criterios incluyen estar en un estado física y psicológicamente tranquilo y estar en un ambiente térmicamente neutro mientras se encuentra en el estado post-absorción (es decir, no digerir activamente los alimentos). En animales bradimetabólicos, como peces y reptiles, se aplica el término equivalente tasa metabólica estándar (SMR). Sigue los mismos criterios que la TMB, pero requiere la documentación de la temperatura a la que se midió la tasa metabólica. Esto convierte a la BMR en una variante de la medición estándar de la tasa metabólica que excluye los datos de temperatura, una práctica que ha generado problemas a la hora de definir la tasa metabólica "estándar". tasas de metabolismo de muchos mamíferos.

El metabolismo comprende los procesos que el cuerpo necesita para funcionar. La tasa metabólica basal es la cantidad de energía por unidad de tiempo que una persona necesita para mantener el cuerpo funcionando en reposo. Algunos de esos procesos son la respiración, la circulación sanguínea, el control de la temperatura corporal, el crecimiento celular, la función cerebral y nerviosa y la contracción de los músculos. La tasa metabólica basal afecta la velocidad a la que una persona quema calorías y, en última instancia, si ese individuo mantiene, gana o pierde peso. La tasa metabólica basal representa aproximadamente del 60 al 75% del gasto calórico diario de los individuos. Está influenciado por varios factores. En los seres humanos, la TMB suele disminuir entre un 1 y un 2 % por década después de los 20 años, principalmente debido a la pérdida de masa magra, aunque la variabilidad entre individuos es alta.

Descripción

La generación de calor del cuerpo se conoce como termogénesis y se puede medir para determinar la cantidad de energía gastada. La TMB generalmente disminuye con la edad y con la disminución de la masa corporal magra (como puede suceder con el envejecimiento). El aumento de la masa muscular tiene el efecto de aumentar la TMB. El nivel de condición física aeróbica (resistencia), un producto del ejercicio cardiovascular, aunque anteriormente se pensaba que tenía efecto sobre la TMB, en la década de 1990 se demostró que no se correlaciona con la TMB cuando se ajusta a la masa corporal libre de grasa. Pero el ejercicio anaeróbico aumenta el consumo de energía en reposo (ver "ejercicio aeróbico versus ejercicio anaeróbico"). Las enfermedades, los alimentos y bebidas consumidos previamente, la temperatura ambiental y los niveles de estrés pueden afectar el gasto energético general, así como la TMB.

La TMB se mide en circunstancias muy restrictivas cuando una persona está despierta. Una medición precisa de la TMB requiere que el sistema nervioso simpático de la persona no sea estimulado, condición que requiere reposo completo. Una medición más común, que utiliza criterios menos estrictos, es la tasa metabólica en reposo (RMR).

La TMB se puede medir mediante análisis de gases mediante calorimetría directa o indirecta, aunque se puede obtener una estimación aproximada mediante una ecuación que utiliza la edad, el sexo, la altura y el peso. Los estudios del metabolismo energético que utilizan ambos métodos proporcionan evidencia convincente de la validez del cociente respiratorio (RQ), que mide la composición inherente y la utilización de carbohidratos, grasas y proteínas a medida que se convierten en unidades de sustrato energético que el cuerpo puede utilizar como energía.

Flexibilidad fenotípica

La TMB es un rasgo flexible (puede ajustarse de manera reversible dentro de los individuos); por ejemplo, temperaturas más bajas generalmente resultan en tasas metabólicas basales más altas tanto para aves como para roedores. Hay dos modelos para explicar cómo cambia la BMR en respuesta a la temperatura: el modelo de máximo variable (VMM) y el modelo de fracción variable (VFM). El VMM afirma que el metabolismo cumbre (o la tasa metabólica máxima en respuesta al frío) aumenta durante el invierno, y que el metabolismo sostenido (o la tasa metabólica que puede mantenerse indefinidamente) sigue siendo una fracción constante del primero. El VFM dice que el metabolismo cumbre no cambia, pero que el metabolismo sostenido es una fracción mayor del mismo. El VMM se admite en mamíferos y, cuando se utilizan tasas de cuerpo entero, en aves paseriformes. El VFM está respaldado por estudios de aves paseriformes que utilizan tasas metabólicas específicas de masa (o tasas metabólicas por unidad de masa). Esta última medición ha sido criticada por Eric Liknes, Sarah Scott y David Swanson, quienes dicen que las tasas metabólicas específicas de masa son inconsistentes estacionalmente.

Además de adaptarse a la temperatura, la TMB también puede ajustarse antes de los ciclos migratorios anuales. El playero colorado (ssp. islandica) aumenta su TMB en aproximadamente un 40 % antes de migrar hacia el norte. Esto se debe a la demanda energética de los vuelos de larga distancia. Es probable que el aumento se deba principalmente al aumento de masa en los órganos relacionado con el vuelo. El destino final de los migrantes afecta su TMB: se encontró que las reinitas de rabadilla amarilla que migran hacia el norte tienen una TMB un 31% más alta que las que migran hacia el sur.

En los seres humanos, la TMB es directamente proporcional a la masa corporal magra de una persona. En otras palabras, cuanta más masa corporal magra tenga una persona, mayor será su TMB; pero la TMB también se ve afectada por enfermedades agudas y aumenta con afecciones como quemaduras, fracturas, infecciones, fiebres, etc. En las mujeres que menstrúan, la TMB varía hasta cierto punto según las fases de su ciclo menstrual. Debido al aumento de progesterona, la TMB aumenta al inicio de la fase lútea y permanece en su nivel más alto hasta que finaliza esta fase. Hay diferentes hallazgos en las investigaciones sobre cuánto aumento suele producirse. Pequeña muestra, primeros estudios, encontraron diversas figuras, tales como; un metabolismo del sueño postovulatorio un 6% más alto, un gasto de 24 horas después de la ovulación entre un 7% y un 15% más alto y un aumento de la TMB en la fase lútea de hasta un 12%. Un estudio de la Sociedad Estadounidense de Nutrición Clínica encontró que un grupo experimental de voluntarias tuvo un aumento promedio del 11,5% en el gasto de energía de 24 horas en las dos semanas posteriores a la ovulación, con un rango del 8% al 16%. Este grupo se midió mediante calorimetría directa e indirecta simultáneamente y tenía comidas diarias estandarizadas y un horario sedentario para evitar que el aumento fuera manipulado por cambios en la ingesta de alimentos o el nivel de actividad. Un estudio de 2011 realizado por el Instituto Mandya de Ciencias Médicas encontró que durante la fase folicular y el ciclo menstrual de una mujer no hay una diferencia significativa en la TMB, sin embargo las calorías quemadas por hora son significativamente mayores, hasta un 18%, durante el período lúteo. fase. El aumento del estado de ansiedad (nivel de estrés) también aumentó temporalmente la TMB.

Fisiología

Los primeros trabajos de los científicos J. Arthur Harris y Francis G. Benedict demostraron que se podían derivar valores aproximados de la TMB utilizando la superficie corporal (calculada a partir de la altura y el peso), la edad y el sexo, junto con el oxígeno y el carbono. medidas de dióxido tomadas de la calorimetría. Los estudios también demostraron que al eliminar las diferencias de sexo que ocurren con la acumulación de tejido adiposo al expresar la tasa metabólica por unidad de tejido adiposo "libre" o masa corporal magra, los valores entre sexos para el metabolismo basal son esencialmente los mismos. Los libros de texto de fisiología del ejercicio tienen tablas que muestran la conversión de la altura y la superficie corporal en relación con el peso y los valores metabólicos basales.

El principal órgano responsable de regular el metabolismo es el hipotálamo. El hipotálamo está situado en el diencéfalo y forma el suelo y parte de las paredes laterales del tercer ventrículo del cerebro. Las principales funciones del hipotálamo son:

1. control e integración de actividades del sistema nervioso autonómico (ANS)
   • El ANS regula la contracción de músculo liso y músculo cardíaco, junto con las secreciones de muchos órganos endocrinos como la glándula tiroides (asociada con muchos trastornos metabólicos).
   • A través del ANS, el hipotálamo es el principal regulador de las actividades viscerales, como la frecuencia cardíaca, el movimiento de alimentos a través del tracto gastrointestinal y la contracción de la vejiga urinaria.
2. producción y regulación de sentimientos de ira y agresión
3. regulación de la temperatura corporal
4. regulación de la ingesta de alimentos, a través de dos centros:
   • El centro de alimentación o el centro de hambre es responsable de las sensaciones que nos hacen buscar comida. Cuando se han recibido suficientes alimentos o sustratos y la leptina es alta, entonces el centro de saciedad es estimulado y envía impulsos que inhiben el centro de alimentación. Cuando la comida insuficiente está presente en el estómago y los niveles de ghrelina son altos, los receptores en el hipotálamo inician el sentido del hambre.
   • El centro de sed funciona de forma similar cuando ciertas células del hipotálamo son estimuladas por la presión osmótica creciente del fluido extracelular. Si la sed está satisfecha, la presión osmótica disminuye.

Todas estas funciones tomadas en conjunto forman un mecanismo de supervivencia que nos hace sostener los procesos corporales que mide la TMB.

Fórmulas de estimación de TMB

Desde principios del siglo XX y XXI se han publicado varias ecuaciones para predecir la cantidad de calorías necesarias para los seres humanos. En cada una de las fórmulas siguientes:

P es la producción total de calor en reposo completo,

m es masa (kg),

h es altura (cm),

a es edad (años).

La ecuación original Harris-Benedict

Históricamente, la fórmula más notable fue la ecuación de Harris-Benedict, que se publicó en 1919:

para hombres, ${displaystyle P=left {13.7516m}{1~{kg}}}+{frac} {5.0033h}{1~ {text{cm}}} {frac} {fnMicroc}}} {6.7550a}{1~ {text{year}}}}}+66.4730right){frac {text{kcal}}{text{day}}}}}}}}$

para las mujeres, ${displaystyle P=left({frac {9.5634m}{1~{kg}}}+{frac {1.8496h}{1~text{cm}} {frac} {4.6756a}{1~{text{year}}}}}+655.0955right){frac {text{kcal}}{text{day}}}}}}}} {4.6756a}{1}{text{text{year}}}}}}}}}}}}}}}}$

La diferencia en la TMB entre hombres y mujeres se debe principalmente a diferencias en la masa corporal. Por ejemplo, una mujer de 55 años que pese 59 kg (130 libras) y 170 cm (66 pulgadas) de altura tendría una TMB de 1272 kilocalorías (5320 kJ) por día.

La ecuación revisada de Harris–Benedicto

En 1984, las ecuaciones originales de Harris-Benedict fueron revisadas utilizando nuevos datos. En comparación con el gasto real, se encontró que las ecuaciones revisadas eran más precisas:

para hombres, ${displaystyle P=left {13.397m}{1~{kg}}+{frac} {4.799h}{1~{cm}} {frac}} {5.677}{1~text{year}}}}+88.362right){frac {text{kcal}{text{day}}}}}}}}}}$

para las mujeres, ${displaystyle P=left({frac {9.247m}{1~text{kg}}}+{frac {3.098h}{1~{cm}}}-{frac {4.330a}{1~text{year}}}}}+447.593right){frac {text{kcal}}{text{day}}}}}}} {4.330a}{f}} {f}}}}} {4.330a}}}}} {4.330a}}}} {4}}}}}}}$

Fue la mejor ecuación de predicción hasta 1990, cuando Mifflin et al. introdujeron la ecuación:

La ecuación de Mifflin St Jeor

${displaystyle P=left({frac {0,0m}{text{kg}}}+{frac {6.25h}{1~text{cm}}} {frac {5.0a}{1~{text{year}}}}}+sright){frac {text{kcal}{text{day}}}}}}}}$

donde s es +5 para hombres y −161 para mujeres.

Según esta fórmula, la mujer del ejemplo anterior tiene una TMB de 1204 kilocalorías (5040 kJ) por día. Durante los últimos 100 años, los estilos de vida han cambiado y Frankenfield et al. demostraron que era aproximadamente un 5 % más preciso.

Estas fórmulas se basan en la masa corporal, que no tiene en cuenta la diferencia en la actividad metabólica entre la masa corporal magra y la grasa corporal. Existen otras fórmulas que tienen en cuenta la masa corporal magra, dos de las cuales son la fórmula de Katch-McArdle y la fórmula de Cunningham.

La fórmula Katch-McArdle (resting daily energy expenditure)

La fórmula de Katch-McArdle se utiliza para predecir el gasto energético diario en reposo (RDEE). La fórmula de Cunningham se cita comúnmente para predecir la TMR en lugar de la TMB; sin embargo, las fórmulas proporcionadas por Katch-McArdle y Cunningham son las mismas.

${displaystyle P=370+21.6cdot ell}$

donde ℓ es la masa corporal magra (LBM en kg):

${displaystyle ell =mleft(1-{frac {f}right),}$

donde f es el porcentaje de grasa corporal.

Según esta fórmula, si la mujer del ejemplo tiene un porcentaje de grasa corporal del 30 %, su gasto energético diario en reposo (los autores utilizan el término metabolismo basal y en reposo indistintamente) sería de 1262 kcal por día.

Investigación sobre las diferencias individuales en la TMB

La tasa metabólica básica varía entre individuos. Un estudio de 150 adultos representativos de la población de Escocia informó tasas metabólicas basales desde tan solo 1027 kilocalorías (4300 kJ) por día hasta 2499 kilocalorías (10 460 kJ); con una TMB media de 1500 kilocalorías (6300 kJ) por día. Estadísticamente, los investigadores calcularon que el 62% de esta variación se explicaba por diferencias en la masa libre de grasa. Otros factores que explican la variación incluyeron la masa grasa (7%), la edad (2%) y el error experimental, incluida la diferencia entre sujetos (2%). El resto de la variación (27%) quedó inexplicable. Esta diferencia restante no se explica por el sexo ni por el diferente tamaño de los tejidos de órganos altamente energéticos como el cerebro.

Un estudio transversal de más de 1400 sujetos en Europa y EE. UU. demostró que una vez ajustada por las diferencias en la composición corporal (masa magra y grasa) y la edad, la TMB ha disminuido en los últimos 35 años. La disminución también se observó en un metanálisis de más de 150 estudios que se remontan a principios de la década de 1920, lo que se tradujo en una disminución del gasto energético total de alrededor del 6%.

Bioquímica

Aproximadamente el 70% del gasto energético total de un ser humano se debe a los procesos vitales basales que tienen lugar en los órganos del cuerpo (ver tabla). Aproximadamente el 20% del gasto energético proviene de la actividad física y otro 10% de la termogénesis o digestión de los alimentos (termogénesis posprandial). Todos estos procesos requieren una ingesta de oxígeno junto con coenzimas para proporcionar energía para la supervivencia (generalmente de macronutrientes como carbohidratos, grasas y proteínas) y expulsar dióxido de carbono, debido al procesamiento del ciclo de Krebs.

Para la TMB, la mayor parte de la energía se consume para mantener los niveles de líquido en los tejidos a través de la osmorregulación, y sólo alrededor de una décima parte se consume para trabajos mecánicos, como la digestión, los latidos del corazón y la respiración.

Lo que permite que el ciclo de Krebs realice cambios metabólicos en las grasas, los carbohidratos y las proteínas es la energía, que puede definirse como la habilidad o capacidad de realizar un trabajo. La descomposición de moléculas grandes en moléculas más pequeñas, asociada con la liberación de energía, es el catabolismo. El proceso de construcción se denomina anabolismo. La descomposición de proteínas en aminoácidos es un ejemplo de catabolismo, mientras que la formación de proteínas a partir de aminoácidos es un proceso anabólico.

Las reacciones exergónicas son reacciones de liberación de energía y generalmente son catabólicas. Las reacciones endergónicas requieren energía e incluyen reacciones anabólicas y la contracción del músculo. El metabolismo es el total de todas las reacciones catabólicas, exergónicas, anabólicas y endergónicas.

El trifosfato de adenosina (ATP) es la molécula intermedia que impulsa la transferencia exergónica de energía para cambiar a reacciones anabólicas endergónicas utilizadas en la contracción muscular. Esto es lo que hace que los músculos trabajen, lo que puede requerir un descanso, y también el período de descanso, que ocurre durante la fase de fortalecimiento asociada con la contracción muscular. El ATP está compuesto de adenina, una base que contiene nitrógeno, ribosa, un azúcar de cinco carbonos (llamados colectivamente adenosina) y tres grupos fosfato. El ATP es una molécula de alta energía porque almacena grandes cantidades de energía en los enlaces químicos de los dos grupos fosfato terminales. La ruptura de estos enlaces químicos en el ciclo de Krebs proporciona la energía necesaria para la contracción muscular.

Glucosa

Debido a que la proporción de átomos de hidrógeno y oxígeno en todos los carbohidratos es siempre la misma que en el agua (es decir, 2 a 1), todo el oxígeno consumido por las células se utiliza para oxidar el carbono de la molécula de carbohidratos para formar dióxido de carbono. En consecuencia, durante la oxidación completa de una molécula de glucosa, se producen seis moléculas de dióxido de carbono y seis moléculas de agua y se consumen seis moléculas de oxígeno.

La ecuación general para esta reacción es

${displaystyle {ce {C6H12O6 + 6 O2 - Confía 6 CO2 + 6 H2O}}$

(Se producen entre 30 y 32 moléculas de ATP según el tipo de lanzadera mitocondrial, entre 5 y 5,33 moléculas de ATP por molécula de oxígeno).

Debido a que el intercambio de gases en esta reacción es igual, el cociente respiratorio (R.Q.) para los carbohidratos es la unidad o 1,0:

${displaystyle {text{R.Q}}={frac {ce {6 CO2}{ce} {c} {c} {c}} {c}} {c}} {c}}} {cc}}}} {c}} {c}}}}}} {cc}}} {ccc}}}}}} {cc}}}}} {c}}} {c}}}}}}}}}}}} {cc}}}}}}}}} {cc}}}}}} {c}}}}}}}}}}}}} {cc}}}}}}} {c}}}}} {cc}}}} {c}}}}}} {ccc} {ccccc}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {c}}} {6 O2}}=1.0}$

Grasas

La composición química de las grasas difiere de la de los carbohidratos en que las grasas contienen considerablemente menos átomos de oxígeno en proporción a los átomos de carbono e hidrógeno. Cuando se enumeran en las tablas de información nutricional, las grasas generalmente se dividen en seis categorías: grasas totales, ácidos grasos saturados, ácidos grasos poliinsaturados, ácidos grasos monoinsaturados, colesterol dietético y ácidos grasos trans. Desde una perspectiva metabólica basal o metabólica en reposo, se necesita más energía para quemar un ácido graso saturado que un ácido graso insaturado. La molécula de ácido graso se descompone y clasifica según la cantidad de átomos de carbono en su estructura molecular. La ecuación química para el metabolismo de los doce a dieciséis átomos de carbono en una molécula de ácido graso saturado muestra la diferencia entre el metabolismo de los carbohidratos y los ácidos grasos. El ácido palmítico es un ejemplo comúnmente estudiado de molécula de ácido graso saturado.

La ecuación general para la utilización del sustrato del ácido palmítico es

${displaystyle {ce {C16H32O2 + 23 O2 - Confía 16 CO2 + 16 H2O}}$

(106 moléculas de ATP producidas, 4,61 moléculas de ATP por molécula de oxígeno).

Así, el R.Q. para el ácido palmítico es 0,696:

${displaystyle {text{R.Q}}={frac {ce {fnMicrosoft Sans Serif}=0.696} {fnMicrosoft Sans Serif}$

Proteínas

Las proteínas están compuestas de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno dispuestos de diversas formas para formar una gran combinación de aminoácidos. A diferencia de la grasa, el cuerpo no tiene depósitos de almacenamiento de proteínas. Todo está contenido en el cuerpo como partes importantes de los tejidos, hormonas sanguíneas y enzimas. Los componentes estructurales del cuerpo que contienen estos aminoácidos están continuamente experimentando un proceso de descomposición y reemplazo. El cociente respiratorio para el metabolismo de las proteínas se puede demostrar mediante la ecuación química para la oxidación de la albúmina:

${displaystyle {ce {C72H112N18O22S + 77 O2 - título 63 CO2 + 38 H2O + SO3 + 9 CO(NH2)2}}}$

El R.Q. para la albúmina es 0,818:

${displaystyle {text{R.Q}}={frac {cHFF}=0.818.}$

La razón por la que esto es importante en el proceso de comprender el metabolismo de las proteínas es que el cuerpo puede combinar los tres macronutrientes y, según la densidad mitocondrial, se puede establecer una proporción preferida que determina cuánto combustible se utiliza y en qué paquetes para el trabajo realizado. por los músculos. Se ha estimado que el catabolismo (descomposición) de las proteínas proporciona entre el 10% y el 15% del requerimiento total de energía durante una sesión de entrenamiento aeróbico de dos horas. Este proceso podría degradar gravemente las estructuras proteicas necesarias para mantener la supervivencia, como las propiedades contráctiles de las proteínas en el corazón, las mitocondrias celulares, el almacenamiento de mioglobina y las enzimas metabólicas dentro de los músculos.

El sistema oxidativo (aeróbico) es la principal fuente de ATP que se suministra al cuerpo en reposo y durante actividades de baja intensidad y utiliza principalmente carbohidratos y grasas como sustratos. Normalmente, las proteínas no se metabolizan significativamente, excepto durante la inanición prolongada y las sesiones prolongadas de ejercicio (más de 90 minutos). En reposo, aproximadamente el 70% del ATP producido se deriva de las grasas y el 30% de los carbohidratos. Después del inicio de la actividad, a medida que aumenta la intensidad del ejercicio, hay un cambio en la preferencia de sustrato de las grasas a los carbohidratos. Durante el ejercicio aeróbico de alta intensidad, casi el 100% de la energía proviene de los carbohidratos, si se dispone de un suministro adecuado.

Ejercicio aeróbico versus anaeróbico

Los estudios publicados en 1992 y 1997 indican que el nivel de aptitud aeróbica de un individuo no tiene ninguna correlación con el nivel de metabolismo en reposo. Ambos estudios encuentran que los niveles de aptitud aeróbica no mejoran el poder predictivo de la masa libre de grasa para la tasa metabólica en reposo.

Sin embargo, una investigación reciente del Journal of Applied Physiology, publicada en 2012, comparó el entrenamiento de resistencia y el entrenamiento aeróbico sobre la masa corporal y la masa grasa en adultos con sobrepeso (STRRIDE AT/RT). Cuando se consideran los compromisos de tiempo frente a los beneficios para la salud, el entrenamiento aeróbico es el modo óptimo de ejercicio para reducir la masa grasa y la masa corporal como consideración principal, el entrenamiento de resistencia es bueno como factor secundario cuando el envejecimiento y la masa magra son una preocupación. El entrenamiento de resistencia provoca lesiones a un ritmo mucho mayor que el entrenamiento aeróbico. En comparación con el entrenamiento de resistencia, se descubrió que el entrenamiento aeróbico daba como resultado una reducción significativamente más pronunciada del peso corporal al mejorar el sistema cardiovascular, que es el principal factor en la utilización metabólica de los sustratos grasos. El entrenamiento de resistencia, si se dispone de tiempo, también es útil en el metabolismo post-ejercicio, pero es un factor complementario porque el cuerpo necesita curarse lo suficiente entre los episodios de entrenamiento de resistencia, mientras que con el entrenamiento aeróbico, el cuerpo puede aceptar esto todos los días. RMR y BMR son medidas del consumo diario de calorías. La mayoría de los estudios publicados sobre este tema analizan el ejercicio aeróbico debido a su eficacia para la salud y el control del peso.

El ejercicio anaeróbico, como el levantamiento de pesas, desarrolla masa muscular adicional. El músculo contribuye a la masa libre de grasa de un individuo y, por lo tanto, los resultados efectivos del ejercicio anaeróbico aumentarán la TMB. Sin embargo, el efecto real sobre la TMB es controvertido y difícil de enumerar. Varios estudios sugieren que la tasa metabólica en reposo del músculo entrenado es de alrededor de 55 kJ/kg por día. Incluso un aumento sustancial de la masa muscular, digamos 5 kg, tendría sólo un impacto menor en la TMB.

Longevidad

En 1926, Raymond Pearl propuso que la longevidad varía inversamente con la tasa metabólica basal (la "hipótesis de la tasa de vida"). El apoyo a esta hipótesis proviene del hecho de que los mamíferos con mayor tamaño corporal tienen una esperanza de vida máxima más larga (los animales grandes tienen tasas metabólicas totales más altas, pero la tasa metabólica a nivel celular es mucho menor, y la frecuencia respiratoria y los latidos del corazón son más lentos en animales más grandes) y el hecho de que la longevidad de las moscas de la fruta varía inversamente con la temperatura ambiente. Además, la vida útil de las moscas domésticas se puede prolongar previniendo la actividad física. Esta teoría se ha visto reforzada por varios estudios nuevos que relacionan una tasa metabólica basal más baja con una mayor esperanza de vida en todo el reino animal, incluidos los humanos. La restricción calórica y los niveles reducidos de hormona tiroidea, los cuales disminuyen la tasa metabólica, se han asociado con una mayor longevidad en los animales.

Sin embargo, la relación entre el gasto energético diario total y la tasa metabólica en reposo puede variar entre 1,6 y 8,0 entre especies de mamíferos. Los animales también varían en el grado de acoplamiento entre la fosforilación oxidativa y la producción de ATP, la cantidad de grasa saturada en las membranas mitocondriales, la cantidad de reparación del ADN y muchos otros factores que afectan la esperanza de vida máxima.

Un problema para comprender las asociaciones entre la esperanza de vida y el metabolismo es que los cambios en el metabolismo a menudo se confunden con otros factores que pueden afectar la esperanza de vida. Por ejemplo, bajo restricción calórica la tasa metabólica de todo el cuerpo disminuye a medida que aumentan los niveles de restricción, pero la temperatura corporal también sigue el mismo patrón. Al manipular la temperatura ambiente y la exposición al viento, se demostró en ratones y hámsteres que la temperatura corporal es un modulador de la esperanza de vida más importante que la tasa metabólica.

Longevidad del organismo y tasa metabólica basal

En el escalado alométrico, la esperanza de vida potencial máxima (MPLS) está directamente relacionada con la tasa metabólica (MR), donde MR es la tasa de recarga de una biomasa formada por enlaces covalentes. Esa biomasa (W) está sujeta a deterioro con el tiempo debido a la presión entrópica termodinámica. El metabolismo se entiende esencialmente como acoplamiento redox y no tiene nada que ver con la termogénesis. La eficiencia metabólica (EM) se expresa entonces como la eficiencia de este acoplamiento, una relación entre los amperios capturados y utilizados por la biomasa y los amperios disponibles para ese fin. MR se mide en vatios, W se mide en gramos. Estos factores se combinan en una ley de potencia, una elaboración de la ley de Kleiber que relaciona MR con W y MPLS, que aparece como MR = W^ (4ME-1)/4ME. Cuando ME es 100%, MR = W^3/4; esto se conoce popularmente como escalamiento de un cuarto de potencia, una versión del escalamiento alométrico que se basa en estimaciones poco realistas de la eficiencia biológica.

La ecuación revela que cuando ME cae por debajo del 20%, para W < un gramo, MR/MPLS aumenta tan dramáticamente que dota a W de una inmortalidad virtual en un 16%. Para empezar, cuanto menor sea W, más dramático será el aumento de MR a medida que ME disminuya. Todas las células de un organismo entran en este rango, es decir, menos de un gramo, por lo que a esta RM la denominaremos TMB.

Pero la ecuación revela que a medida que la EM aumenta más del 25%, la TMB se acerca a cero. La ecuación también muestra que para todo W > un gramo, donde W es la organización de todos los BMR de la estructura del organismo, pero también incluye la actividad de la estructura, ya que ME aumenta más del 25%, MR/MPLS aumenta en lugar de disminuir, como ocurre con TMB. Un MR formado por una organización de BMR se denominará FMR. A medida que la ME disminuye por debajo del 25%, la FMR disminuye en lugar de aumentar como ocurre con la TMB.

El antagonismo entre FMR y BMR es lo que marca el proceso de envejecimiento de la biomasa W en términos energéticos. La EM del organismo es la misma que la de las células, de modo que el éxito de la capacidad del organismo para encontrar alimento (y disminuir su EM), es clave para mantener la TMB de las células impulsadas, de lo contrario, por el hambre, hasta acercarse a cero; mientras que al mismo tiempo un ME más bajo disminuye la FMR/MPLS del organismo.

Consideraciones médicas

El metabolismo de una persona varía según su condición física y su actividad. El entrenamiento con pesas puede tener un impacto más prolongado en el metabolismo que el entrenamiento aeróbico, pero no se conocen fórmulas matemáticas que puedan predecir exactamente la longitud y duración de un metabolismo elevado a partir de cambios tróficos con el entrenamiento neuromuscular anabólico.

Una disminución en la ingesta de alimentos generalmente reducirá la tasa metabólica a medida que el cuerpo intenta conservar energía. El investigador Gary Foster estima que una dieta muy baja en calorías, de menos de 800 calorías al día, reduciría la tasa metabólica en más de un 10 por ciento.

La tasa metabólica puede verse afectada por algunos medicamentos, como los agentes antitiroideos; los medicamentos utilizados para tratar el hipertiroidismo, como el propiltiouracilo y el metimazol, reducen la tasa metabólica a la normalidad y restauran el eutiroidismo. Algunas investigaciones se han centrado en el desarrollo de fármacos contra la obesidad para aumentar la tasa metabólica, como fármacos para estimular la termogénesis en el músculo esquelético.

La tasa metabólica puede estar elevada en situaciones de estrés, enfermedades y diabetes. La menopausia también puede afectar el metabolismo.

Implicaciones cardiovasculares

La frecuencia cardíaca está determinada por el bulbo raquídeo y parte de la protuberancia, dos órganos ubicados por debajo del hipotálamo en el tronco del encéfalo. La frecuencia cardíaca es importante para la tasa metabólica basal y la tasa metabólica en reposo porque impulsa el suministro de sangre y estimula el ciclo de Krebs. Durante el ejercicio que alcanza el umbral anaeróbico, es posible proporcionar los sustratos deseados para una utilización óptima de la energía. El umbral anaeróbico se define como el nivel de utilización de energía del esfuerzo de frecuencia cardíaca que ocurre sin oxígeno durante una prueba estandarizada con un protocolo específico para la precisión de la medición, como el protocolo Bruce Treadmill (ver equivalente metabólico de la tarea). Con cuatro a seis semanas de entrenamiento específico, los sistemas del cuerpo pueden adaptarse a una mayor perfusión de densidad mitocondrial para aumentar la disponibilidad de oxígeno para el ciclo de Krebs, el ciclo tricarboxílico o el ciclo glucolítico. Esto, a su vez, conduce a una frecuencia cardíaca en reposo más baja, una presión arterial más baja y un aumento de la tasa metabólica basal o en reposo.

Al medir la frecuencia cardíaca, podemos obtener estimaciones de qué nivel de utilización de sustratos está causando realmente el metabolismo bioquímico en nuestros cuerpos en reposo o en actividad. Esto, a su vez, puede ayudar a una persona a mantener un nivel adecuado de consumo y utilización mediante el estudio de una representación gráfica del umbral anaeróbico. Esto puede confirmarse mediante análisis de sangre y análisis de gases mediante calorimetría directa o indirecta para mostrar el efecto de la utilización del sustrato. Las medidas de la tasa metabólica basal y la tasa metabólica en reposo se están convirtiendo en herramientas esenciales para mantener un peso corporal saludable.