Calorimetría indirecta

Medidor metabólico de calorimetría indirecta que mide el consumo de oxígeno (O₂) y la producción de dióxido de carbono (CO₂) de un sujeto que respira espontáneamente (método de dilución con campana).

La calorimetría indirecta calcula el calor que producen los organismos vivos midiendo su producción de dióxido de carbono y desechos de nitrógeno (con frecuencia amoníaco en organismos acuáticos, o urea en los terrestres), o de su consumo de oxígeno. La calorimetría indirecta es el método mediante el cual el tipo y la tasa de utilización del sustrato y el metabolismo energético se estiman in vivo a partir de las mediciones de intercambio de gases (producción de dióxido de carbono y consumo de oxígeno durante el descanso y el ejercicio en estado estacionario). Esta técnica proporciona información única, no es invasiva y se puede combinar ventajosamente con otros métodos experimentales para investigar numerosos aspectos de la asimilación de nutrientes, la termogénesis, la energía del ejercicio físico y la patogénesis de las enfermedades metabólicas.[1]​

Antecedentes científicos

La calorimetría indirecta mide el consumo de O₂ y la producción de CO₂. Suponiendo que todo el oxígeno se usa para oxidar los combustibles degradables y que todo el CO₂, con esta medida es posible calcular la cantidad total de energía producida. Debe quedar claro que "producción de energía" significa la conversión de la energía química libre de nutrientes en la energía química del ATP más la pérdida de algo de energía durante el proceso de oxidación.[1]​ La calorimetría indirecta respiratoria, o calorimetría indirecta (IC) como la conocen la mayoría de los autores, es un método no invasivo y altamente preciso de tasa metabólica que tiene una tasa de error inferior al 1%.[2]​ Tiene una alta reproducibilidad y se ha considerado un método estándar de oro.[3]​ Este método permite estimar BEE y REE, y también permite la identificación de sustratos de energía que el cuerpo metaboliza predominantemente en un momento específico. Se basa en la medida indirecta del calor producido por la oxidación de los macronutrientes, que se estima mediante el monitoreo del consumo de oxígeno (O₂) y la producción de dióxido de carbono (CO₂) durante un cierto período de tiempo.[4]​ El calorímetro tiene un colector de gas que se adapta al sujeto y un sistema que mide el volumen y las concentraciones de O₂ y CO₂ minuto a minuto. A través de una válvula unidireccional, el calorímetro recoge y cuantifica el volumen y la concentración de O₂ inspirado y CO₂ expirado por el sujeto. Después de alcanzar un volumen, el gasto de energía en reposo se calcula mediante la fórmula de Weir y los resultados se muestran en el software adjunto al sistema. Otra fórmula utilizada es:[5]​

${\displaystyle M=VO_{2}\left({\frac {RQ-0.7}{0.3}}e_{c}+{\frac {1-RQ}{0.3}}e_{f}\right)}$

donde RQ es el cociente respiratorio (relación entre el volumen de CO ₂ producido y el volumen de O₂ consumido), ${\displaystyle e_{c}}$ es 21.13 kilojoules (5.05 kcal), el calor liberado por litro de oxígeno por la oxidación de carbohidratos, y ${\displaystyle e_{f}}$ es 19.62 kilojoules (4.69 kcal), el valor de la grasa. Esto da el mismo resultado que la fórmula de Weir en RQ = 1 (quemando solo carbohidratos), y casi el mismo valor en RQ = 0.7 (quemar solo grasa). ⊅∑ ′

Historia

Antoine Lavoisier señaló en 1780 que la producción de calor se puede predecir a partir del consumo de oxígeno, mediante regresión múltiple. La teoría del balance dinámico de energía explica por qué este procedimiento es correcto. La calorimetría indirecta, tal como la conocemos, se desarrolló a principios de siglo como una aplicación de la termodinámica a la vida animal.[6]​ Aunque el desarrollo de la calorimetría indirecta se remonta a más de 200 años, su mayor uso ha sido en las últimas dos décadas con el desarrollo de nutrición parenteral total, equipos de apoyo de nutrición interdisciplinarios y la producción de calorímetros portátiles, confiables y relativamente económicos.[7]​

Métodos de recolección

Se pueden usar cuatro técnicas diferentes de recolección y medición de gas para realizar esta prueba:

• Bolsa Douglas : los gases respiratorios expelidos se recogen en una bolsa hermética inflable.[8]​ Después de completar cualquier prueba de Douglas, el gas recolectado debe analizarse para determinar el volumen y la composición.
• Canopy (dilución): la técnica de dilución se considera la tecnología estándar para la medición del gasto energético en reposo en nutrición clínica.[3]​ La prueba dura solo unos minutos y consiste en hacer que un paciente se acueste relajado en una cama o en un cómodo sofá, con la cabeza debajo de una campana transparente conectada a una bomba, que aplica una ventilación ajustable a través de ella. El gas exhalado se diluye con el aire fresco ventilado debajo de la campana y una muestra de esta mezcla se transporta a los analizadores, a través de un tubo capilar y se analiza. Las fracciones ambientales y diluidas de O₂ y CO₂ se miden para una tasa de ventilación conocida, y el consumo de O₂ y la producción de CO₂ se determinan y se convierten en gasto de energía en reposo.[9]​
• Mascarilla (respiración por respiración): las pruebas de calorimetría indirecta también se realizan a menudo con una máscara facial, que se utiliza para transportar gas exhalado e inhalado a través de un medidor de flujo de turbina capaz de medir la respiración del paciente mediante ventilación minuto a respiración, al mismo tiempo que una muestra de gas se transporta al analizador y se miden el VO₂ y el VCO₂ y se convierten en gasto de energía.
• Interfaz con un ventilador (configuración de cuidados intensivos): en caso de que el paciente esté ventilado mecánicamente, un calorímetro indirecto aún puede medir la respiración por respiración inhalada / exhalada de O₂ y CO₂ si se conecta con el ventilador a través del tubo endotraqueal.

Aplicaciones

La calorimetría indirecta proporciona al menos dos piezas de información: una medida del gasto de energía o requerimientos calóricos de 24 horas como se refleja en el gasto de energía en reposo (REE) y una medida de la utilización del sustrato como se refleja en el cociente respiratorio (RQ). El conocimiento de los muchos factores que afectan estos valores ha llevado a una gama mucho más amplia de aplicaciones. Los estudios de calorimetría indirecta en los últimos 20 años han llevado a la caracterización de la respuesta de estrés hipermetabólico a la lesión y al diseño de regímenes nutricionales cuyos sustratos se asimilan de manera más eficiente en diferentes procesos de enfermedades y estados de insuficiencia orgánica. La calorimetría indirecta ha influido en las prácticas cotidianas de atención médica y quirúrgica, como el calentamiento de la unidad de quemados y las salas quirúrgicas y el destete de los pacientes de los ventiladores.[7]​

Referencias

1. Ferrannini E."The theoretical bases of indirect calorimetry: a review." Metabolism. 1988 Mar;37(3):287-301.
2. Marson F, et al. "Correlation between oxygen consumption calculated using Fick's method and measured with indirect calorimetry in critically ill patients." Arq Bras Cardiol. 2004 Jan;82(1):77-81, 72-6. Epub 2004 Feb 12.
3. Haugen HA, et al. "Indirect calorimetry: a practical guide for clinicians." Nutr Clin Pract. 2007 Aug;22(4):377-88.
4. Pinheiro Volp AC, et al. "Energy expenditure: components and evaluation methods." Nutr Hosp. 2011 May-Jun;26(3):430-40. doi: 10.1590/S0212-16112011000300002.
5. A.R. Bain (Jun 2012). «Body heat storage during physical activity is lower with hot fluid ingestion under conditions that permit full evaporation Authors». Acta Physiologica 206 (2): 98-108. PMID 22574769. doi:10.1111/j.1748-1716.2012.02452.x.  citing Nishi, Y. (1981). «Measurement of thermal balance in man». En K. Cena & J. Clark, ed. Bioengineering, Thermal Physiology and Comfort. Elsevier. pp. 29–39. 
6. Atwater WO, et al. "Description of neo respiration calorimeter and experiments on the conservation of energy in the human body." US Department Agriculture, Off Exp Sta Bull 63, 1899
7. McClave SA, et al. "Use of indirect calorimetry in clinical nutrition." Nutr Clin Pract. 1992 Oct;7(5):207-21.
8. Douglas, C. Gordon (18 de marzo de 1911). «A method for determining the total respiratory exchange in man». Proceedings of the Physiological Society. Archivado desde el original el 5 de marzo de 2017. Consultado el 13 de octubre de 2019.  (Douglas Bag)
9. Academy of Nutrition and Dietetics "Measuring RMR with Indirect Calorimetry (IC)." Nutr Clin Pract. 2007 Aug;22(4):377-88.

Enlaces externos

• "Medición de la RMR con calorimetría indirecta (CI)" Academia de Nutrición y Dietética - Biblioteca de Análisis de Evidencia
• Revista estadounidense de nutrición clínica

• Datos: Q1661446
• Multimedia: Indirect calorimetry / Q1661446