Cálculo de calorías: el sistema Atwater
Hoy vamos a ver cómo se calculan las calorías de los alimentos. Como deberíais saber, llevar el cálculo de calorías en una dieta es algo que no se considera útil. Esto es así porque el mero hecho de contar o intentar disminuir la ingesta calórica es una estrategia abocada al fracaso cuando se está abordando un problema de obesidad.
En efecto, el hambre es uno de los instintos más poderosos que existe y no se puede vencer por un simple acto racional: podemos aguantar el hambre un rato, pero nuestra señal de hambre estará activa constantemente hasta que comamos, mientras que nuestra decisión racional de no comer, tarde o temprano flaqueará. Eso, claro, a menos que tengamos incentivos extremos, como puede ocurrir en una huelga de hambre o en un trastorno de la conducta alimentaría (anorexia, por ejemplo). Pero por termino medio, a todos nos resulta agradable no tener hambre.
Sin embargo, no basta con evitar el hambre para adelgazar, porque el primer principio de la termodinámica (no se crea energía ni se destruye, solo se transforma) sigue aplicando a nuestro organismo. Es decir, si entran más calorias de las que salen, engordamos, y si pasa al revés adelgazamos.
Pensaréis: ¿pero no habías dicho lo contrario? No. Ambas situaciones son compatibles. Lo que ocurre es que la calidad de la dieta que ingiramos afectará a la sensación de saciedad. Además, según lo que comamos, el cuerpo emitirá más o menos calor (termogénesis). Por otro lado, el cerebro te incitará más o menos a moverte en función de tu estado físico, etc. Es decir, la mejor forma de no estar gordo es llevar una alimentación sana y mantenerse activo (antes de que alguien me crucifique: por mantenerse activo me refiero a no estar todo el día sentado delante de un monitor, no a entrenar para hacer un Ironman). Si esto se cumple, es cuestión de tiempo que nuestro cuerpo consiga un peso adecuado.
Aceptado ya que no debemos contar calorías en nuestro día a día, hay situaciones en las que esta herramienta es necesaria. Primeramente, para poder llevar a cabo estudios nutricionales, necesitamos a veces saber si las dietas son hipocalóricas o hipercalóricas. Otras veces también es necesario comparar dos dietas entre si para ver si son isocalóricas. Y por último, en contextos deportivos suele ser interesante saber o controlar la ingesta de energía. Para todos estos casos disponemos de un modelo creado por Wilburn Atwater, que es el que nos dice que cantidad de calorías tiene un alimento.
Wilbur Olin Atwater era un investigador americano que entre finales del siglo XIX y principios del XX desarrolló un sistema de cálculo de calorías. También fue inventor del calorímetro respiratorio, una máquina basada en el principio de la termodinámica que permite calcular exactamente cuanta energía consume un individuo. Fue precisamente esta máquina la que uso para llevar a cabo sus experimentos y definir su modelo de cálculo de calorías. En conjunción con el calorímetro de bomba, que permite saber cuanta energía proveen los alimentos le permitió derivar su modelo.
Como curisosidad cabe resaltar que antes de Atwater ya se habían llevado a cabo experimentos con animales basados en el principio de la termodinámica. Sin embargo, Atwater fue de los primeros en aplicarlos también a personas. En aquellos momentos se pensaba que el principio de la termodinámica no era aplicable a las personas, solo a los animales ¡Y estamos hablando de finales del S. XIX!
Los descubrimientos de Atwater hicieron a la población más consciente de la relevancia del gasto energético y su relación con la obesidad. Sin embargo, este hecho llevó a la mala interpretación que derivó en la simplificación que lleva a pensar que basta con contar calorías para no engordar.
En defensa de Atwater podemos decir que él no abogaba por contar calorías sino que hacía hincapié en la importancia de una dieta basada en proteínas, legumbres y vegetales en lugar de carbohidratos (¿os suena?). Además, decía que los americanos consumían demasiada grasa y dulces para la escasa actividad fisica que realizaban (¿os suena?). Todo un visionario Atwater.
Viendo estas cosas uno se pregunta cómo hemos llegado a adoptar la dieta actual, donde más de la mitad de las calorías provienen de cereal refinado, grasa y azúcar, cuando un científico en el siglo XIX ya decía que no era buena idea hacer eso.
Por último, Atwater también fue quien demostró que el alcohol se podía emplear para producir energía en el organismo. En efecto, cada gramo de alcohol tiene 7 calorías, estando a caballo entre los carbohidratos y las grasas. Además, el circuito metabólico del alcohol es "privilegiado" en el sentido de que el organismo da prioridad a la quema de alcohol cuando está disponible por encima de grasa o carbohidratos.
La única forma de calcular la energía contenida en un alimento es quemarlo entero y ver cuanta energía ha emitido. Esto es así porque la energía contenida en un alimento proviene de los enlaces químicos entre los átomos que lo componen. Al producir una reacción de combustión, esos enlaces se rompen y liberan energía. Pero fijaos que sería imposible saber a ciencia cierta cuantos enlaces hay en, por ejemplo, una pera y cuantos son aprovechables. Así pues, la mejor forma de comprobarlo es pegarle fuego y ver cuanto calor da.
¿Habéis intentado quemar alguna vez una pera? Efectivamente, en su estado natural no arden. Lo que se hace en los laboratorios es meter la pera en un calorímetro de bomba, saturar la atmosfera de oxigeno en el interior del calorimetro, y aplicarle una descarga eléctrica al invento. Con esto se quema la pera al máximo posible y se calcula el incremento de temperatura del interior de la bomba. Luego se resta la descarga eléctrica y se hace algún ajuste por la transferencia de calor a la bomba y, ¡voila! ya sabemos la energía que proporciona una pera.
Sin embargo, daos cuenta de que esa energía es la que provee esa pera, no la pera de al lado. Y la cosa es problemática puesto que hemos quemado la pera y ya no nos la podemos comer, y estamos diciendo que la de al lado no sabemos cuantas calorías tiene.
¿Qué hacemos entonces? Está claro que necesitamos un modelo que nos permita estimar las calorías de una pera sin necesidad de abrasarla. Por comodidad, parece que lo más lógico es basar ese modelo en el peso de la pera. Es decir, queremos una ecuación que, dado el peso de la pera nos diga las calorías que tiene. Y esa ecuación es el sistema Atwater.
Como hemos dicho, debe quedar claro que el sistema de Atwater da estimaciones de energía, no energía real. Para calcular dichas estimaciones, el sistema usa la fórmula:
La energía del alimento se mide por medio de un calorímetro en un principio, pero como hemos dicho no es práctico. Entonces, lo que Atwater hizo fue achicharrar muchos alimentos y derivar un modelo de calculo de energía en base a la cantidad de proteína, grasa y carbohidrato presente en cada alimento. De esta forma, tenemos una forma imperfecta de predecir la energía de un alimento sin más que analizar sus componentes. Otra posible crítica a este sistema es que los alimentos que uso Atwater para definir este modelo fueron los de la dieta típica de finales del S. XIX, que no tiene por qué coincidir con la actual o con las futuras.
En cuanto a las secreciones y los gases, normalmente son ignorados por portar relativamente poca energia.
Para las heces se aplica el mismo sistema que para el alimento: analizar los contenidos en proteína, grasa y carbohidrato. Sin embargo, como esto sería muy tedioso, Atwater calculo otra tabla en la que, en base al alimento y a su cantidad de proteína, grasa y carbohidrato, se predice el contenido de los mismos que tendrán las heces. Esta tabla es la de digestibilidad aparente, que deriva del hecho de que no todos los alimentos se aprovechan por igual en el organismo.
Así, por poner un ejemplo, los frutos secos no proveen tanta energía como deberían por la dificultad de digerirlos. O también tenemos el caso del almidón resistente, donde ciertos almidones enfriados no se digieren y, por tanto, no aportan calorías. De nuevo, la digestibilidad aparente varía en función de la dieta, por lo que puede que las aproximaciones de la época de Atwater se hayan quedado obsoletas.
Para terminar, la energía perdida en la orina se estima calculando el nitrogeno presente en la misma. Después, con la proporción experimental nitrogeno-energía de 7,9 calorias por gramo de nitrogeno, se deriva la energía total que se pierde por la orina según cada alimento.
Como veis, el sistema está plagado de aproximaciones, lo cual no es malo y se hace por motivos prácticos. Pero entonces tampoco podemos esperar exactitudes del nivel de la física cuántica.
Así que, ¿cómo se mide al final la energía suministrada por un alimento? Pues con la siguiente fórmula:
Fijaos que los coeficientes de cada macronutriente están muy redondeados y se suelen fijar por ley al usarse para las etiquetas nutricionales. Para hacerse una idea de la variabilidad: en el caso de la proteína, los valores pueden variar entre 5,92 cal/kg para la hordeína (la proteína de la cebada), 5,27 cal/kg para la gelatina, o 5,5 para las proteínas de la leche de vaca. En el caso de la grasa también hay variacion: 9,37 en leche humana versus 9,19 en leche de vaca. Los carbohidratos suelen ir desde 3,75 los monosacaridos hasta 4,20 en algunos polisacaridos.
¿Y la digestibilidad aparente? Pues se ignora. ¿Por qué? Por ser dificil de objetivar y porque se supone que tiende al 100%. Esto deriva del hecho de que el sistema digestivo humano es altamente eficiente y prácticamente aprovecha todo lo que ingerimos. Somos estupendos.
No obstante, y esto ya es opinión personal, al menos se debería reconsiderar el valor de 100% para los frutos secos y el almidón resistente.
Como veis, el sistema Atwater es un módelo aproximado de la energía que podemos obtener de los alimentos. Sin embargo, no es perfecto, ni mucho menos, y no debe ser tomado al pie de la letra. Aún así yo lo veo útil y necesario por la dificultad que supondría tener que analizar cada muestra de comida para saber la energía que suministra.
Y ahora que ya sabemos como funciona el cálculo de las calorías, con sus luces y sus sombras, ¿de verdad pensáis que tiene lógica andar pesando alimentos y preocupandose por cuadrar las calorías exactamente? ¿Y los porcentajes de macros? No niego que pueda ser útil tener una idea aproximada de cuanto se come y qué se come, pero meterse en disquisiciones del tipo "¿cuento la fibra o no? ¿y el almidón resistente lo resto o lo sumo? ¿Y que pasa si como un 5% mas de carbohidrato de lo que tenía planificado?", sinceramente, me parece una perdida de tiempo.
Mejor que ese tiempo lo invirtáis cocinando, comprando la comida en el mercado, haciendo algo de ejercicio, o tomando el sol sin quemarse ;-).
En efecto, el hambre es uno de los instintos más poderosos que existe y no se puede vencer por un simple acto racional: podemos aguantar el hambre un rato, pero nuestra señal de hambre estará activa constantemente hasta que comamos, mientras que nuestra decisión racional de no comer, tarde o temprano flaqueará. Eso, claro, a menos que tengamos incentivos extremos, como puede ocurrir en una huelga de hambre o en un trastorno de la conducta alimentaría (anorexia, por ejemplo). Pero por termino medio, a todos nos resulta agradable no tener hambre.
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| Es duro tener hambre |
Sin embargo, no basta con evitar el hambre para adelgazar, porque el primer principio de la termodinámica (no se crea energía ni se destruye, solo se transforma) sigue aplicando a nuestro organismo. Es decir, si entran más calorias de las que salen, engordamos, y si pasa al revés adelgazamos.
Pensaréis: ¿pero no habías dicho lo contrario? No. Ambas situaciones son compatibles. Lo que ocurre es que la calidad de la dieta que ingiramos afectará a la sensación de saciedad. Además, según lo que comamos, el cuerpo emitirá más o menos calor (termogénesis). Por otro lado, el cerebro te incitará más o menos a moverte en función de tu estado físico, etc. Es decir, la mejor forma de no estar gordo es llevar una alimentación sana y mantenerse activo (antes de que alguien me crucifique: por mantenerse activo me refiero a no estar todo el día sentado delante de un monitor, no a entrenar para hacer un Ironman). Si esto se cumple, es cuestión de tiempo que nuestro cuerpo consiga un peso adecuado.
Aceptado ya que no debemos contar calorías en nuestro día a día, hay situaciones en las que esta herramienta es necesaria. Primeramente, para poder llevar a cabo estudios nutricionales, necesitamos a veces saber si las dietas son hipocalóricas o hipercalóricas. Otras veces también es necesario comparar dos dietas entre si para ver si son isocalóricas. Y por último, en contextos deportivos suele ser interesante saber o controlar la ingesta de energía. Para todos estos casos disponemos de un modelo creado por Wilburn Atwater, que es el que nos dice que cantidad de calorías tiene un alimento.
Quién era Atwater
Wilbur Olin Atwater era un investigador americano que entre finales del siglo XIX y principios del XX desarrolló un sistema de cálculo de calorías. También fue inventor del calorímetro respiratorio, una máquina basada en el principio de la termodinámica que permite calcular exactamente cuanta energía consume un individuo. Fue precisamente esta máquina la que uso para llevar a cabo sus experimentos y definir su modelo de cálculo de calorías. En conjunción con el calorímetro de bomba, que permite saber cuanta energía proveen los alimentos le permitió derivar su modelo.
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| Calorímetro de bomba |
Como curisosidad cabe resaltar que antes de Atwater ya se habían llevado a cabo experimentos con animales basados en el principio de la termodinámica. Sin embargo, Atwater fue de los primeros en aplicarlos también a personas. En aquellos momentos se pensaba que el principio de la termodinámica no era aplicable a las personas, solo a los animales ¡Y estamos hablando de finales del S. XIX!
Los descubrimientos de Atwater hicieron a la población más consciente de la relevancia del gasto energético y su relación con la obesidad. Sin embargo, este hecho llevó a la mala interpretación que derivó en la simplificación que lleva a pensar que basta con contar calorías para no engordar.
En defensa de Atwater podemos decir que él no abogaba por contar calorías sino que hacía hincapié en la importancia de una dieta basada en proteínas, legumbres y vegetales en lugar de carbohidratos (¿os suena?). Además, decía que los americanos consumían demasiada grasa y dulces para la escasa actividad fisica que realizaban (¿os suena?). Todo un visionario Atwater.
Viendo estas cosas uno se pregunta cómo hemos llegado a adoptar la dieta actual, donde más de la mitad de las calorías provienen de cereal refinado, grasa y azúcar, cuando un científico en el siglo XIX ya decía que no era buena idea hacer eso.
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| Qué come el mundo (http://www.fao.org/resources/infographics/infographics-details/es/c/285629/) |
Por último, Atwater también fue quien demostró que el alcohol se podía emplear para producir energía en el organismo. En efecto, cada gramo de alcohol tiene 7 calorías, estando a caballo entre los carbohidratos y las grasas. Además, el circuito metabólico del alcohol es "privilegiado" en el sentido de que el organismo da prioridad a la quema de alcohol cuando está disponible por encima de grasa o carbohidratos.
Cómo calcular la energía de un alimento
La única forma de calcular la energía contenida en un alimento es quemarlo entero y ver cuanta energía ha emitido. Esto es así porque la energía contenida en un alimento proviene de los enlaces químicos entre los átomos que lo componen. Al producir una reacción de combustión, esos enlaces se rompen y liberan energía. Pero fijaos que sería imposible saber a ciencia cierta cuantos enlaces hay en, por ejemplo, una pera y cuantos son aprovechables. Así pues, la mejor forma de comprobarlo es pegarle fuego y ver cuanto calor da.
¿Habéis intentado quemar alguna vez una pera? Efectivamente, en su estado natural no arden. Lo que se hace en los laboratorios es meter la pera en un calorímetro de bomba, saturar la atmosfera de oxigeno en el interior del calorimetro, y aplicarle una descarga eléctrica al invento. Con esto se quema la pera al máximo posible y se calcula el incremento de temperatura del interior de la bomba. Luego se resta la descarga eléctrica y se hace algún ajuste por la transferencia de calor a la bomba y, ¡voila! ya sabemos la energía que proporciona una pera.
Sin embargo, daos cuenta de que esa energía es la que provee esa pera, no la pera de al lado. Y la cosa es problemática puesto que hemos quemado la pera y ya no nos la podemos comer, y estamos diciendo que la de al lado no sabemos cuantas calorías tiene.
¿Qué hacemos entonces? Está claro que necesitamos un modelo que nos permita estimar las calorías de una pera sin necesidad de abrasarla. Por comodidad, parece que lo más lógico es basar ese modelo en el peso de la pera. Es decir, queremos una ecuación que, dado el peso de la pera nos diga las calorías que tiene. Y esa ecuación es el sistema Atwater.
Sistema Atwater
Como hemos dicho, debe quedar claro que el sistema de Atwater da estimaciones de energía, no energía real. Para calcular dichas estimaciones, el sistema usa la fórmula:
[energía metabolizable] = [energía del alimento] - [energía perdida en digestión, secreciones, gases, heces y orina]
La energía del alimento se mide por medio de un calorímetro en un principio, pero como hemos dicho no es práctico. Entonces, lo que Atwater hizo fue achicharrar muchos alimentos y derivar un modelo de calculo de energía en base a la cantidad de proteína, grasa y carbohidrato presente en cada alimento. De esta forma, tenemos una forma imperfecta de predecir la energía de un alimento sin más que analizar sus componentes. Otra posible crítica a este sistema es que los alimentos que uso Atwater para definir este modelo fueron los de la dieta típica de finales del S. XIX, que no tiene por qué coincidir con la actual o con las futuras.
En cuanto a las secreciones y los gases, normalmente son ignorados por portar relativamente poca energia.
Para las heces se aplica el mismo sistema que para el alimento: analizar los contenidos en proteína, grasa y carbohidrato. Sin embargo, como esto sería muy tedioso, Atwater calculo otra tabla en la que, en base al alimento y a su cantidad de proteína, grasa y carbohidrato, se predice el contenido de los mismos que tendrán las heces. Esta tabla es la de digestibilidad aparente, que deriva del hecho de que no todos los alimentos se aprovechan por igual en el organismo.
Así, por poner un ejemplo, los frutos secos no proveen tanta energía como deberían por la dificultad de digerirlos. O también tenemos el caso del almidón resistente, donde ciertos almidones enfriados no se digieren y, por tanto, no aportan calorías. De nuevo, la digestibilidad aparente varía en función de la dieta, por lo que puede que las aproximaciones de la época de Atwater se hayan quedado obsoletas.
Para terminar, la energía perdida en la orina se estima calculando el nitrogeno presente en la misma. Después, con la proporción experimental nitrogeno-energía de 7,9 calorias por gramo de nitrogeno, se deriva la energía total que se pierde por la orina según cada alimento.
Como veis, el sistema está plagado de aproximaciones, lo cual no es malo y se hace por motivos prácticos. Pero entonces tampoco podemos esperar exactitudes del nivel de la física cuántica.
Energía del alimento
Así que, ¿cómo se mide al final la energía suministrada por un alimento? Pues con la siguiente fórmula:
[energía] = 4 * [% proteína] + 9 * [% grasa] + 3,75 * [% carbohidrato] + 7 * [% alcohol]
Fijaos que los coeficientes de cada macronutriente están muy redondeados y se suelen fijar por ley al usarse para las etiquetas nutricionales. Para hacerse una idea de la variabilidad: en el caso de la proteína, los valores pueden variar entre 5,92 cal/kg para la hordeína (la proteína de la cebada), 5,27 cal/kg para la gelatina, o 5,5 para las proteínas de la leche de vaca. En el caso de la grasa también hay variacion: 9,37 en leche humana versus 9,19 en leche de vaca. Los carbohidratos suelen ir desde 3,75 los monosacaridos hasta 4,20 en algunos polisacaridos.
¿Y la digestibilidad aparente? Pues se ignora. ¿Por qué? Por ser dificil de objetivar y porque se supone que tiende al 100%. Esto deriva del hecho de que el sistema digestivo humano es altamente eficiente y prácticamente aprovecha todo lo que ingerimos. Somos estupendos.
No obstante, y esto ya es opinión personal, al menos se debería reconsiderar el valor de 100% para los frutos secos y el almidón resistente.
Conclusión
Como veis, el sistema Atwater es un módelo aproximado de la energía que podemos obtener de los alimentos. Sin embargo, no es perfecto, ni mucho menos, y no debe ser tomado al pie de la letra. Aún así yo lo veo útil y necesario por la dificultad que supondría tener que analizar cada muestra de comida para saber la energía que suministra.
Y ahora que ya sabemos como funciona el cálculo de las calorías, con sus luces y sus sombras, ¿de verdad pensáis que tiene lógica andar pesando alimentos y preocupandose por cuadrar las calorías exactamente? ¿Y los porcentajes de macros? No niego que pueda ser útil tener una idea aproximada de cuanto se come y qué se come, pero meterse en disquisiciones del tipo "¿cuento la fibra o no? ¿y el almidón resistente lo resto o lo sumo? ¿Y que pasa si como un 5% mas de carbohidrato de lo que tenía planificado?", sinceramente, me parece una perdida de tiempo.
Mejor que ese tiempo lo invirtáis cocinando, comprando la comida en el mercado, haciendo algo de ejercicio, o tomando el sol sin quemarse ;-).
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