EXPENDIO ENERGÉTICO
(Ir a: http://www.saludmed.com/ee/ee.html)

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

ORIGEN Y JUSTIFICACIÓN PARA EL USO DE LAS ECUACIONES METABÓLICAS

La Energía y su Medición

La energía se encuentra en todas partes, sea en el organismo humano o en el ambiente extermno que forma parte del planeta tierra. Se define energía como la capacidad para realizar trabajo.
Las transformaciones energéticas que se manifiestan las células del cuerpo se originan del metabolismo, que es el colectivo de reacciones que degradan la molecula adenosina trifosfatada (ATP)
para el suministro de energía que requieren los tejidos y órganos que edifican los sistemas del organismo humano. Esta actividad de trabajo celular (o expendio energético, EE) resulta en la liberación de calor.
Tal calor exotérmico, generado de las combustiones celulares, puede ser medido a través de la calorimetría, lo que se conoce como calorimetría directa, dado que establece el calor que directamnete produce el cuerpo.
Lo anterior requiere la disponibilidad de una bomba calorímetra (cámara cerrada e insulada del ambiente ecológico o externo)
Sin embargo, el señalado método para determinar la energía que libera el cuerpo humano posee problemas de validez asociado con el calor, en particular debido a que los seres humano no liberan todo el calor que producen (solo el 60%).
También, la bomba calorímetra es de un tamaño de dimensiones amplias (algo poco práctico), los resultados esperados demoran mucho y su construcción posee un costo monetario elevado
En vista de la mencionada problemática metodológica, se prefiere el uso de la calorimetría indirecta, la cual se fundamenta, en la mayoría de las ocasiones, por medio del análisis de gases espirados, conocido como espirometría en circuito abierto.
esto instaurado mediante las mediciones del consumo de oxígeno (VO2). Dado que el método previo se depende de la energía liberada únicamente de los procesos oxidativos (i.e.,,etabolismo aeróbico), la actividad debe realizarse bajo un estado estable. Se ha establecido que por cada litro de oxígeno que se consume, aproximadamente se libreran 4.8 (redondeado a 5) kilocalorías (kcal). o 21 kilojulios ((kJ) de energía en la forma de calor.
La premisa previa se fundamenta en la mezcla oxidativa de las macromóleculas energéticas, es decir, los hidratos de carbono, grasas y proteínas. El VO2 de un individuo se puede expresar en términos absolutos (L • min-1)
o relativo a la masa corporal (MC) (mL O2 • kg-1 • min-1). Para convertir de una unidad absoluta a la versión relativa, se multiplica por 1,000 para convertir de litros a mililitros y luego dividir entre la MC de la persona, lo que establece el VO2 relativo.
Para poder comparar efectivamente el VO2 entre las personas, y eliminar la influencia de la MC sobre el VO2 absoluto, conviene siempre convertir los valores abolutos a términos relativos, es decir, siempre considerar la MC de los individuos.
(Draper et al., 2024; Kenney et al., 2022; Powers et al, 2024; Ross & Jackson, 1990).
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Expendio Energético

Como fue mencionado previamente, el expendio energético (EE) representa la energía, en la forma calor metabólico, que genera el ser humano. El expendio energético total (EET o total energy expenditure, TEE) se encuentra constituido de la tasa metabólica basal
(TMB o basal metabolic rate, BMR), el efecto térmico de los alimementos (ETA o diet induce thermogenesis, DIT) y el expendio energético relacionado con las actividades físicas (EEAF o physical activity energy expenditure, PAEE).
Lo anterior se resume mediante la siguiente ecuación: EET = TMB + ETA + EEAP (TEE = BMR + DIT + PAEE ). La energía generada por la actividad física (PAEE) se puede descomponer en dos tipos de expendio energético, identificadas como:
el expendio energético durante el ejercicio (EEE o energy expenditure during exercise, ExEE) y la termogénesis de la actividad física que exluye al ejercicio (TAEE o non-exercise activity thermogenesis, NEAT).
Entonces, la ecuación del expendio energético total se puede reescribir como: EET = TMB + ETA +EEE = TAEE (TEE = BMR + DIT + ExEE + NEAT.
La tasa metabólica basal (TMB o BMR) aporta con el 60 al 70 por ciento del expendio energético total. Por su parte, el calor generado por los alimentos representan un diez (10) por ciento del costo energético general. Por su parte, el ejercicio físico contribiye con
un 20 a 30 por ciento de toda la energía generada por el organismo humano. (Capelli & Zamparo, 2012; SCarteri & Feldmann, 2019; chneider & Kaminsky, 2006; Popli et al, 2025).
Es posible considerar a la TMB como un expendio energético en reposo (EER o resting energey expenditures, REE). Una medida común empleada para normalizar el expendio energético total radica en utilizar el nivel de actividad física (NAP o phsyical activity level, PAL),
el cual representa el EET dividido entre la tasa metabólica en reposo (TMR o resting metabolic rate, RMR). Consecuebtemente PAL se define como: PAL = TEE/RMR (Chowdhury et al, 2022; Hills et a;, 2014) Basado en el VO2, el EE puede ser expresado en kilocalorías por minuto (kcal • min-1), kilocalorías por kilogramo por hora (kcal • kg-1 • hr-1) y en MET (equivalencia metabólica)


Expresiones del Expendio Energético

El costo energético, incluyendo el VO2, puede tomar varios tipos de unidades de medida. Convencionalmente, el VO2 se exprresa de forma absoluta, en litros por minuto (L • min-1) y manera relativa, en mililitros por kilogramo por minuto (mL O2 • kg-1 • min-1).
Bajo un estado estable de un ejercicio, el VO2 provee una medida para el costo energético de las actividades físicas. La literatura científica ha reportado un estimado del EE para varias actividades físicas, conocido como el
Compendio de Actividades Físicas (ir a: https://pacompendium.com/).. El EE de estas actividades físicas se expresan, comumente, como METs o kilocalorías por minuto (kcal • min-1).
Otras expresiones de energía incluyen las calorías (c o cal) y los kilojulios (kJ) (Glass & Dwyer, 2007; Powers et al, 2024)

EQUIVALENCIAS, ECUACIOMES Y COMPUTACIONES NECESARIAS: FÓRMULAS Y ECUACIONES

Equivalencias y Constantes:

1 MET = 3.5 mL O2 • kg-1 • min-1
1 MET = 1 kcal • kg-1 • hr-1
1 L O2 • min-1 = 5 kcal • L O2-1
1 kcal • min-1 = 4.1855 kj • min-1
1 L O2 = 1000 mL
1 kg = 2.2 lb
1 mi • hr-1 = 26.8 m • min-1

Fórmulas:

VO2, mL • kg-1 • min-1 = (VO2, L • min-1)(1000 mL) / MC, kg

METs = [(kcal • min-1/5.0 kcal • L−1) (1 L/1000 mL) / MC, kg] / 3.5 mL de O2 • kg-1 • min-1

METs = VO2, mL • kg-1 • min-1 / 3.5 mL • kg-1 • min-1

METs = [(kcal • min-1 / 5 kcal • L-1 O2) (1000) / MC, kg] / 3.5 mL • kg-1 • min-1

kcal • min-1 = (METs) (3.5 mL • kg-1 • min-1) (MC, kg) (0.001 L) (5 kcal • L-1 O2)

kcal • min-1 = (METs) (MC, kg) / 60 min • hr-1

Conversiones Importantes:

■ Para convertir L • min−1 a kcal • min−1, multiplique por 5.0 kcal • L−1.

kcal • min−1 = (L • min−1) (5.0 kcal • L−1)

■ Para convertir L • min−1 a ml • kg−1 • min−1, multiplique por 1,000 y divida por la masa corporal en kilogramos.

kg−1 • min−1 = (ml • kg−1 • min−1) (1000) / MC, kg

■ Para convertir METs a ml • kg−1 • min−1, multiplique el valor de METs por 3.5 ml • kg−1 • min−1

VO2, ml • kg−1 • min−1 = (METs) (3.5 ml • kg−1 • min−1)

■ Para convertir VO2 en ml • kg−1 • min−1 a METs, divida el VO2 entre 3.5:

METs = VO2, ml • kg−1 • min−1 / 3.5 ml • kg−1 • min−1

■ Para convertir el valor de VO2, ml·kg-1·min-1 en kcal • kg−1 • hr−1, divida entre 3.5::

kcal • kg−1 • hr−1 = ml • kg−1 • min−1 / 3.5 ml • kg−1 • min−1

■ Para convertir de mi • hr-1 a m • min-1, multiplique por 26.8

m • min-1 = ( mi • hr-1) (26.8 m • min-1)

■ Para convertir de VO2, ml • kg−1 • min−1 a , mL • min−1, multiplique por la masa corporal en kilogramos

VO2, ml • kg−1 • min−1 = (mL • min−1) (MC, kg)

■ Para convertir de % Elevación a una Inclinación expresada como Decimal, divida entre 100:

Elevación como Decimal = % Elevación / 100
1% de Elevación = 1/100 o 0.01

■ Para convertir de kg • min • min-1 a Vatios (Watts, W), divida entre 6.12

Watts = kg • min • min-1 / 6.12

■ Para convertir a kg • min • min-1

kg • min • min-1 = (Resistencia, kg) (m • rev-1 ) (rev • min-1

■ Para convertir de pulgadas (in) a centímetros (cm), multiplique por las pulgadas por 2.54

Centímetros, cm = (Pulgadas, in) (2.54 cm)

■ Para convertir de centímetros (cm) a metros (m), divida los centímetrtos entre 100

Metros, m = Centímetros, cm / 100

■ Para convertir de libras (lb) a kilogramos (kg), divida las libras entre 2.2

kilogramos, kg = Libras, lb / 2.2

CÁLCULOS METABÓLICOS POR EOL COLEGIO AMERICANO DE MEDICINA DEL DEPORTE

La American College of Sports Medicine (ACSM) ha desarrolado varias ecuaciones para la estmación del consumo de oxígeno (VO2) durante un ejercicio submáximo en estado estable (Liguori, G., & American College of Sports Medicine [ACSM], 2022)en estado.

ESTIMACIÓN DEL EXPENDIO ENERGÉTICO DE ACTIVIDADES FÍSICAS COMUNES
(Liguori, G., & ACSM, 2022, p. 488)

Componente en Reposo (Basal) para todas las Actividades Físicas

■ Reposo (VO2) = 3.5 mL • kg-1 • min-1

Cómputo del Expendio Energético Horizontal para Caminar, Correr, Subir Escalones, Pedalear con las Piernas y Pedalear con los Brazos: Componente Horizontal (CH)

■ Caminata Horizontal: Suelo o superficie nivelada (e.g., pista de correr, calle y otras):

Caminar (CH, VO2, mL • kg-1 • min-1) = 3.5 mL • kg-1 • min-1 + [(0.1 mL • kg-1 • min-1) (Velocidad, m • min-1)]

■ Carrera Horizontal:

Correr (CH, VO2, mL • kg-1 • min-1) = 3.5 mL • kg-1 • min-1 + [(0.2 mL • kg-1 • min-1) (Velocidad, m • min-1)]

■ Subir Escalones Horizontal

Subir Escalones Horizontal (CH, VO2, mL • kg-1 • min-1) = (0.2 mL • kg-1 • min-1) (Ciclos, pasos • min-1)

■ Pedalear con las Piernas Horizontal:

Pedalear con las Piernas (CH, VO2, mL • kg-1 • min-1) = 3.5 mL • kg-1 • min-1

■ Pedalear con las Brazos Horizontal:

Pedalear con las Brazos (CH, VO2, mL • kg-1 • min-1) = 0

Cómputo del Expendio Energético Vertical para Caminar, Correr, Subir Escalones, Pedalear con las Piernas y Pedalear con los Brazos: Componente Vertical (CV)

■ Caminata Vertical:

Caminar (CV, VO2, mL • kg-1 • min-1) = 3.5 mL • kg-1 • min-1 + + [(1.8 mL • kg-1 • min-1) (Velocidad, m • min-1) (% Elevación, formato decimal)]

■ Carrera Vertical:

Correr (CV, VO2, mL • kg-1 • min-1) = 3.5 mL • kg-1 • min-1 + [(0.9 mL • kg-1 • min-1) (Velocidad, m • min-1) (% Elevación, formato decimal)]

■ Subir Escalones Vertical:

Subir Escalones Vertical (CV, VO2, mL • kg-1 • min-1) = [(1.33) (1.8 mL • kg-1 • min-1)] X [(Altura del Banco, m) (Ciclos, pasos • min-1)]

■ Pedalear con las Piernas Vertical:

Pedalear con las Piernas (CV, VO2, mL • kg-1 • min-1) = [(1.8 mL • kg-1 • min-1) (Cadencia de Trabajo, kg • min • min-1) / Masa Corporal, kg

■ Pedalear con los Brazos Vertical:

Pedalear con los Brazos (CV, VO2, mL • kg-1 • min-1) = [(3.0 mL • kg-1 • min-1) (Cadencia de Trabajo, kg • min • min-1) / Masa Corporal, kg

Resumen de las Ecuaciones Metabólicas de ACSM para el Cálculo de la Energía Externa basada en el Consumo de Oxígeno Relativo a la Masa Corporar (mL de O2 • kg-1 MC • min-1):

■ Caminar: Idealmente para velocidades entre 50 y 100 m • min-1 (1.9 y 3.7 mi • hr-1):

Caminar (VO2, mL • kg-1 • min-1) = 3.5 mL • kg-1 • min-1 + [(0.1 mL • kg-1 • min-1) (Velocidad, m • min-1)] + [(1.8 mL • kg-1 • min-1) (Velocidad, m • min-1) (% Elevación, formato decimal)]

Caminar VO2 = 3.5 + (0.1 X Velocidad) + (1.8 X Velocidad X % Elevación)

■ Correr: Idealmente sobre velocidades de 134 m • min-1 (> 5 mi • hr-1 ó > 8 km • hr-1):

Correr (VO2, mL • kg-1 • min-1) = 3.5 mL • kg-1 • min-1 + [(0.2 mL • kg-1 • min-1) (Velocidad, m • min-1)] + [(0.9 mL • kg-1 • min-1) (Velocidad, m • min-1) (% Elevación, formato decimal)]

Correr VO2 = 3.5 + (0.2 X Velocidad) + (0.9 X Velocidad X % Elevación)

■ Subir escalones: Idealmente para ciclos (o frecuencia) de 12-30 pasos (o ejecuciones) por minuto (pasos • min-1):

Subir escalones (VO2, mL • kg-1 • min-1) = 3.5 mL • kg-1 • min-1 + [(0.2 mL • kg-1 • min-1) (Ciclos, pasos • min-1)] + [(1.33) (1.8 mL • kg-1 • min-1) (Altura del Banco, m) (Ciclos, pasos • min-1)]

Subir escalones VO2 = 3.5 + (0.2 X Ciclos) + (1.8 X Altura del Banco X Ciclos)

■ Cicloergómetro (Pedalear con las Piernas): Idealmente para cadencias de trabajo de 300-1,200 kg • min • min-1 (50--200 W):

Pedalear con las Piernas (VO2, mL • kg-1 • min-1) = 3.5 mL • kg-1 • min-1 + 3.5 mL • kg-1 • min-1 + [(1.8 mL • kg-1 • min-1) (Cadencia de Trabajo, kg • min • min-1) / Masa Corporal, kg

Pedalear con las Piernas = 3.5 + (1.8 X Cadencia de Trabajo /Masa Corporal)

■ Pedalear con los Brazos: Idealmente para cadencias de trabajo de 150-750 kg • min • min-1 (25-125 W):

Pedalear con los Brazos (VO2, mL • kg-1 • min-1) = 0 + (3.0 mL • kg-1 • min-1) X (Cadencia de Trabajo, kg • min • min-1) / Masa Corporal, kg

Pedalear con los Brazos = 0 + (3 X Cadencia de Trabajo /Masa Corporal)

REFERENCIAS

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