CÁLCULOS METABÓLICOS DE ACSM:
EXPENDIO ENERGÉTICO Y EL COSTO DE OXÍGENO PARA DIVERSAS FORMAS DE ACTIVIDADES FÍSICAS

Profesor Edgar Lopategui Corsino
Catedrático Asociado
M.A., Fisiología del Ejercicio
Ed.D., Liderazgo e Instrucción en la Educación a Distancia

FUENTES DE ENERGÍA

La energía que requiere el organismo humano para mantener sus órganos vitales en funcionamiento óptimo y poder llevar a cabo activades de movimiento, se obtiene de los alimentos (energía general o gross energy, GE) y aquella disponible de las reservas energéticas en el cuerpo humano (energía metabolizable o metabolizable energy, ME). Por su parte, la energía derivada de la dieta es el resultado del consumo de una mezcla de macromoléculas que disponen de energís, identificadas como hidratos de carbono, grasas y proteínas. El alcohol también provee energía, pero no es lo que se recomienda aqui. No importa si el uso de energía se obtiene de una ingesta dietética o se deriva de las reservas de energía en el cuerpo, el organimo humano utiliza tres sistemas energéticos principales para sustentar la vida y el movimiento, es decir: fosfágeno, glucólisis anaeróbica y metabolismo aeróbico (Das & Roberts, 2025)

EXPENDIO ENERGÉTICO

Todos los organismos vivos utilizan combustibles dietéticos (derivados de la dieta) o almacenados (i.e., glucosa, ácidos grasos libres, aminoácidos y cuerpos cetónes) para mantener sus ciclos vitales, sea en reposo o durante el movimiento humano. Así, constantemente, el organismo humano se encuentra utilizando y generando energía, en la forma de trifosfato de adenoina (adenosine triophosfate o ATP). La energía interna que produce el cuerpo (energía o calor metabólico) se origina de los procesos metabólicos, a partir de los cuales se libera calor. Este calor se puede expresar mediante varias unidades de medida, una de las más comunes es la kiloaoria (kcal). Consecuentemente, el costo energético requerido para el metabolismo en reposo y durante el movimiento humano se conoce como el expendio energético (EE). Durante el transcurso del día, el cuerpo humano produce energía mediante: (a) la tasa metabólica basal (TMB, basal metabolic rate, BMR, también conocido como expendio energético basalo basal energy expenditure, BEE, aproximadamente 60%), (b) expendio energético de las actividades físicas (AF, physical activity, PA, aprox 25%), (c) actividades que no se consideran como ejercicios (aprox 7%) y (d) el efecto termogénico de los alimentos (thermic efect of food, TEF o termogénesis posprandial, de 8 a 10% del gasto energético total de un individuo). Con lo anterior, se establece el expendio energético total (total energy expenditure o TEE) (Das & Roberts, 2025; Elia & Livesey, 1992; Popli et al., 2024; Roberts & Silver, 2023; Vaz & Raj, 2013; White et al., 2024).

Por lo tanto, para poder cumplir con las actividades de la vida diaria (activities of daily living, ADL), el organismo humano requiere generar energía. Esto implica que los requisitos energéticos del movimiento humano son esenciales para mantener el trabajo biológico. Existen una variedad de enfoques fisiológicos para medir la energía que produce el cuerpo durante su metabolismo, desde la medición directa del calor (calorimetria directa) hasta la metodología que establece la tasa para el consumo de oxígeno (VO2), que es un tipo de calorimetría indirecta. La calorimetría indirecta representa un método no invasivo para estimar el expendio energético, mediante el cual la producción de calor no se mide directamente, sino que se calcula a partir de la medición de las tasas de consumo de oxígeno (VO2) y producción de bióxido de carbono (VCO2), considerando la utilización de combustible (sustancias nutrícias energeticas) por parte del cuerpo. El enfoque previo también se conoce como espirometría en circuito abierto. Esto, dado que la oxidación (metabolismo aeróbico) de los sustratos alimentarios (i.e, los hidratos de carbono las grasas y proteínas) es una fuente primaria de producción de energía. La calorimetría indirecta clásica se ocupa de la oxidación de más de un combustible y, para la mayoría de los propósitos, requiere la medición simultánea del consumo de O₂ y la producción de CO₂. Estas mediciones simultáneas permiten una predicción más precisa del gasto energético que el consumo de O₂ o la producción de CO₂ por separado. Tanto el consumo de oxígeno (VO2) como la producción de bióxido de carbono (VCO2) pueden medirse con la precisión necesaria para computar la producción de calor. Consecuentemente, predecir el gasto energético asociado a la oxidación de los nutrientes energéticos (vía las mediciones del consumo de oxígeno) permite la estimación de la producción de calor a partir del O2 y el CO2. En síntesis, a partir del VO2 es posible estimar el costo energético del oxígeno, en específico por medio de la espirometría en circuito abierto. Del enunciado anterior, la literatura científica ha establecido que el sistema humano produce de 4.7 a 5.1 kilocalorías (kcals) por cada litro (L) del volumen (V) de oxígeno (O2) consumido por minuto, es decir, 1 L de O2 (o 1 VO2, L • min-1) = 4.7-5.1 kcals (Brooks et al., 1996; Elia & Livesey, 1992; Housh et al., 2016; McMurray & Ondrak, 2008; Pettee et al., 2008; Raman & Schoeller, 2005). El uso de ecuaciones metabólicas representa otra metodología para instaurar el expendio energético (EE) de las actividades físicas. Es fundamental que los especialistas del ejercicio puedan estimar el expendio energéico de las actividades físicas y el ejercicio, asunto medular durante el esbosode la prescripción del ejercicio durante la implementación de pruebas ergométricas de esfuerzo progresivo (Glass & Dwyer, 2007; Porcari et al., 2015).

ECUACIONES METABÓLICAS PARA LA PREDICCIÓN DEL EXPENDIO ENERGÉTICO, EN TÉRMINOS DEL COSTO DE OXÍGENO, DURANTE VARIOS TIPOS DE EJERCICIOS

Ergómetro de Brazos: para cadencias de trabajo: de 150 a 750 kg • m-1 • min-1 (o 25–125 watts):

► VO2, mL O2 • kg-1 • min-1 = 3.5 + (3 × cadencia de trabajo, kg • m-1 • min-1)/masa corporal, MC en kg

Cicloergómetro: para cadencias de trabajo: de 300 a 1,200 kg • m-1 • min-1 (50–200 watts):

► VO2, mL O2 • kg-1 • min-1 = 3.5 + 3.5 (1.8 × cadencia de trabajo, kg • m-1 • min-1)/masa corporal, MC en kg

Máquina Elíptica de Campo Traviesa: Resistencia de nivel 2–12; cadencia de 90–135 pasos/min para mujeres y 90–150 pasos/min para hombres

► VO2, mL O2 • kg-1 • min-1 = 3.5 + 0.15 (Cadencia de Trabajo, pasos • min-1) + 1.22 (Resistencia, kg) - 0.11 (Masa Corporal, kg)

REFERENCIAS

Brooks, G A., Fahey, T. D., & White, G. A. (1996). Exercise physiology: Human bionergetics and its applications (2da. ed.). Mountain View, CA: Mayfield Publishing Company.

Das, S. K., & Roberts, S. B. (2025). Energy and energy metabolism. En K. L. Tucker, C. P. Duggan, G. L. Jensen, & K. E. Peterson, Modern nutrition in health and disease (pp.) Burlington, MA: Jones & Bartlett Learning, LLC,and Ascend Learning Company.

Elia, M., & Livesey, G., (1992). Selection in biological systems: The theory and practice of calculations based on indirect calorimetry and tracer methods. En A. P. Simopoulos (Ed.), Metabolic control of eating, energy expenditure and the bioenergetics of obesity (pp. 68-131). World Review of Nutrition and Dietetics (Vol. 70). Basel, Switzerland: S. Karger AG.

Glass, S., & Dwyer, G. B. (2007). ACSM's metabolic calculations handbook. Baltimore, MD: Lippincott Williams & Wilkins.

Housh, T. J., Cramer, J. T., Weir, J. P., Beck, T. W., & Johnson, G. O. (2016). Laboratory manual for exercise physiology, exercise testing, and physical fitness. New York, NY Routledge, an imprint of the Taylor & Francis Group, an informa business.

Roberts, S. B., & Silver, R. E. (2023). Energy requirements. En C. Caballero & A.Gils (Eds.), Encyclopedia of human nutrition (4ta ed., Vol. 1, pp. 217-222). Cambridge, MA: Academic Press (AP), an imprint of Elsevier Ltd.
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821848-8.00150-5

McMurray, R. G., & Ondrak, K. S. (2008). Energy expenditure of athletes. En I. Wolinsky & J. A. Driskell (pp. 127-157). Boca Raton, FL: CRC Press, an imprint of Taylor & Francis Group, an Informa business.

Pettee, K. K., Tudor-Locke, C., & Ainsworth, B. E. (2008). The measurement of energy expenditure and physical activity. En I. Wolinsky & J. A. Driskell (pp. 159-189). Boca Raton, FL: CRC Press, an imprint of Taylor & Francis Group, an Informa business.

Popli, A., Panchal, L., Kalra, R., & Jivani, H. (2025). Energy transfer during physical activity. En A. Chatterjee & T. Sarkar (Eds), Examining physiology, nutrition, and body composition in sports science (pp. 195-216). Hershey PA: IGI Global. https://doi.org/10.4018/979-8-3693-6317-1.ch006

Porcari, J. P., Bryant, C. X., & Comana, F. (2015). Exercise physiology. Philadelphia, PA: F. A. Davis Company.

Raman, A., & Schoeller, D. A. (2005). Indirect calorimetrys. En C. Caballero, L. Allen, & A. Prentice (Eds.), Encyclopedia of human nutrition (2da.ed., Vol. 2, pp. 139-145). Oxford, UK: Academic Press (AP), Elsevier Ltd.

Van, H. K. (2026). Practical fueling for endurance athletes: Your nutrition guide for optimal performance. Champaign, IL: Human Kinetics.

Vaz, M., & Raj, T. (2013). Guyton & Hall textbook of medical physiology (a South Asian Edition). India: ELSEVIER, a division of Reed Elsevier India Private Limited.

White, B., Harrison, J. P., & Hall, J. M. (2024). Endocrine physiology. En B. M. Koeppen, B. A. Stanton, J. M. Hall, & A. Swiatecka-Urban (Eds), Berne and Levy physiology (8va ed., pp. 676-817). Philadelphia, PA: Elsevier Inc.