TRABAJOS ORIGINALES

El peso metabólicamente activo: entre la ley de Kleiber y la segunda ley de la termodinámica

Metabolically active weight: between Kleiber's law and the second law of thermodinamics

 

Sánchez S.¹, Barragán J.¹

¹Cátedra de Histología. Facultad en Ciencias de la Rehabilitación. UNSAM. Argentina

Correspondencia: Jorge Barragán Gamero, Bs. As. 974  8º piso Dpto. B  2000 Rosario. República Argentina Tel. 0341-4258633, e mail: jbgamero@tutopia.com

Recibido: 24-01-2011
Aprobado: 22-03-2011

 

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RESUMEN

Al plantear que los seres vivos utilizan la energía que disipan para generar su propia estructura, el Principio de Margalef relaciona la capacidad metabólica con la generación de masa corporal. El estudio de la Tasa Metabólica Basal (TMB) y el peso corporal, pueden ayudar a observar la relación propuesta. La capacidad de disipar energía contribuye a generar una creciente estructura, a la vez que declina  con el tiempo. En ese marco, la precisión del concepto de peso metabólicamente activo es fundamental. La dinámica de la relación entre estas dos variables, puede colaborar en la comprensión de ciertos aspectos fundamentales de los seres vivos. Y la adecuada definición del peso metabólicamente activo puede influir sobre aspectos clínicos de esta relación.

Los autores declaran no poseer conflictos de interés.

Palabras clave: Masa corporal; Metabolismo basal; Ley de Kleiber; Segunda ley de la termodinámica

ABSTRACT

In arguing that living things use their dissipated energy to generate their own structure, the Margalef principle relates metabolic capacity to body mass. By studying the Basal Metabolic Rate (BMR) and body weight we can observe the proposed relationship. The ability to dissipate energy contributes to a growing structure and declines over time. In this context, the accuracy of the concept of metabolically active weight is fundamental. The dynamics of the relationship between these two variables may contribute to an understanding of fundamental aspects of living organisms. In addition, a proper definition of the metabolically active weight may influence the clinical aspects of this relationships.

No financial conflicts of interest exist.

Key words: Body mass; Basal metabolism; Kleiber's law; Second law of Thermodynamics

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INTRODUCCIÓN

El Principio de Margalef^(1,2): "los seres vivos son sistemas físicos integrados por un sistema disipativo asociado a uno autoorganizativo que recupera la energía disipada, como información", resume y proyecta más allá de la biología⁽³⁾ la obra de quien fue el último gran naturalista contemporáneo.
En el curso de sus investigaciones, Margalef estudió en diferentes ecosistemas^(4,5) el destino que los seres vivos dan a la energía que disipan^(6,7): los seres vivos utilizan la energía que disipan, en generar y mantener su propia estructura.
Ello implica el concepto de "autopoiesis"⁽⁸⁾: lo que constituye a los seres vivos como tales, son las particulares relaciones de producción que se generan entre sus componentes, y no las propiedades de sus componentes en sí. Los seres vivos producen su propia estructura, con la energía que disipan.
Margalef estudió con precisión las diferentes tasas de renovación de ambos sistemas (disipativo y autoorganizativo)⁽⁴⁾. Verificar el Principio de Margalef en humanos, y describir de manera adecuada los parámetros que intervienen en el mismo, puede ser de interés⁽¹⁾.
Tan solo con la finalidad de acotar el estudio, es que se ha realizado el presente estudio solo con datos procedentes de mujeres sanas de diferentes edades. Para una descripción adecuada de los parámetros que intervienen, se deben considerar que el porcentaje de agua decae con el curso de la vida^(9,10). Y teniendo en cuenta que el agua es un residuo de la actividad metabólica, parece claro que la actividad metabólica decrece con el avance de la edad^(11,12).
El peso seco (libre de agua) deviene entonces, en masa metabólicamente activa, capaz de disipar energía. El nombre de Peso Seco (PS), o masa real, permite diferenciarlo de la masa aparente, total, o peso vivo (PV), que incluye el porcentaje de agua presente en el organismo. Sin embargo, la masa metabólicamente activa también puede definirse como Peso Vivo Metabólico (PVM), en términos de peso vivo elevado al exponente de Kleiber (0.75). Este concepto, es el más utilizado, incluso en estudios sobre obesidad. Pero consideramos importante contrastarlo con el concepto de peso seco (PS), o masa real.
Cuando en el curso del presente se hace referencia a la capacidad disipativa, ello implica la capacidad metabólica. Del mismo modo que, cuando se hace referencia a la capacidad de generar estructura, se hace alusión a la generación de masa corporal. De ésto resulta que, tablas que consideren la evolución del peso y la tasa metabólica basal (TMB), lucen aptas para evaluar la relación entre estas variables⁽¹³⁾.
Queda por considerar que siguiendo a Margalef, el término "estructura" se refiere a las proteínas⁽¹⁾. Y como la información se expresa en la generación de estructura, es claro que las proteínas son estructurales porque son el resultado de la expresión de la "información" genética, y la "función" que la codifica⁽¹⁴⁾.
Los objetivos del presente estudio son:

• Describir la evolución del PS y el PVM, durante el curso de la vida.
• Observar la evolución de la TMB, por kg de PS, y por kg de PVM, a diferentes edades.
• Comparar la relación entre el PVM y la TMB/kg de PVM, con la relación entre el PS y la TMB/ kg de PS, a lo largo de la vida.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se procederá al análisis de datos promedio de tablas de peso y tasa metabólica basal, para diferentes grupos de edad en mujeres sanas. Tabla 1. Para verificar la relación entre masa y TMB, se aplicará el test de Pearson.

TABLA 1. Se aprecia el curso del peso total expresado en Kg, y la TMB expresada en Kcal/día. Ambas columnas verifican incremento con la edad

Una primera vista a los datos muestra que la TMB/día se incrementa con la edad, lo que podría generar la falsa impresión de que la capacidad disipativa aumenta con el correr del tiempo. Pero como ningún sistema físico escapa a la segunda ley de la termodinámica, la eficiencia para disipar energía solo puede decaer.
Un rápido vistazo a los datos sobre el peso de la masa corporal a diferentes edades, evidencia que éste ha ido en aumento. Si la TMB ha aumentado con la edad, es solo porque con la edad, también se incrementó la masa corporal. Se impone entonces calcular la TMB por unidad de masa (TMB/kg de PV), y verificar su reducción en la medida que aumenta la edad. Tabla 2. Sin embargo, aún calculada por kg de P V, la TMB aumenta en los primeros 3 años de vida. Luego se presenta una caída de la misma, que persiste a lo largo del resto de la vida. ¿Cómo explicar el transitorio aumento de la TMB/ kg de peso, durante los primeros tres años de vida?

TABLA 2. La TMB/Kg (última columna) muestra incremento hasta los 3 años de vida, apreciable en las tres primeras filas de la tabla (las primeras tres categorías). Luego declina

Para no tener la falsa impresión de que en algún momento se transgrede la segunda ley de la termodinámica, se debe reparar en la constitución del organismo a diferentes edades. En particular, se debe tener en cuenta el porcentaje de agua. Una vez generada la columna con los datos acerca del porcentaje de agua a diferentes edades, se aprecia que el mismo decae a lo largo de la vida. Pero no lo hace de manera constante: aproximadamente el 10 % del agua corporal se pierde en el curso de los primeros 3 años de vida. Luego debe transcurrir lo que le quede de vida hasta la ancianidad, para perder el 10 % restante. Tabla 3.

TABLA 3. La 5ª columna, muestra el curso del porcentaje de agua del organismo a lo largo de la vida. El principal residuo de la actividad metabólica (el agua), disminuye en forma continua con el aumento de la edad

La composición corporal, cambia dramáticamente durante los 3 primeros años de vida.
Veamos: si un organismo de 6 kg de PV total, cuyo porcentaje de agua es 76 %, presenta un TMB/día de 320 Kcal, debemos tener en cuenta que de los 6 kg de PV total, solo el 24 % es peso seco. Esto significa que la masa metabólicamente activa, la que genera las 320 Kcal del TMB, es 1,4 kg. El resto de los 6 kg es agua, que es el resultado de la actividad metabólica, pero no la causa de la misma. Así las cosas, tenemos que si 1,4 kg disipan 320 Kcal/día, entonces el TMB/kg seco es 228 Kcal. Tabla 4.

TABLA 4. La 4ª y 7ª columnas muestran la evolución del PS y la TMB/kg de PS. Es claro que mientras el PS aumenta, la TMB/kg de PS decae

Haciendo tal consideración, nada luce extraño ni causa falsas impresiones. La TMB/kg seco declinará inexorablemente a lo largo de la vida. La capacidad disipativa por unidad de masa real, disminuye con el aumento de la edad.
Si consideramos el PVM, la tabla generada muestra la misma inconsistencia con la segunda ley de la termodinámica observada en la relación TMB/kg de P V. Tabla 5. La capacidad para disipar energía parece incrementarse en el sistema durante los primeros tres años de vida, si se la estima como TMB/kg de PVM. Se trata de una severa inconsistencia con la segunda ley de la termodinámica.

TABLA 5. La evolución de la TMB/kg de PVM es inconsistente con la segunda ley de la termodinámica, ya que la capacidad disipativa aumenta, y ello no es atribuible al aumento de la masa, pues el cálculo se realiza por unidad de masa (kg de PVM)

Las consideraciones sobre la evolución de la masa corporal, son menos complejas: tanto el P V, como el PS y el PVM se incrementan a lo largo de la vida.

RESULTADOS

Si tomamos las columnas de evolución de PS y PVM, así como las de TMB/kg de PS y TMB/kg de PVM, se pueden generar con facilidad los gráficos que permiten su adecuada descripción.
La evolución de la disipación de energía para las diferentes categorías puede graficarse como se observa en las figuras 1 y 2, mientras que la evolución de la generación de estructura, puede observarse en el gráfico de las figuras 3 y 4.

Figura 1. El gráfico permite observar la continua declinación que sufre el sistema disipativo. La TMB/kg seco disminuye durante toda la vida. No ocurre lo mismo si se considera la TMB/kg, o la TMB/PVM.

Figura 2. La disipación de energía en términos de TMB/kg de PVM muestra un extraño comportamiento, ya que la disipación aumenta al principio, y luego decae. Al no tratarse de masa total (PV), sino de una unidad de masa, entra en contradicción con la segunda ley de la termodinámica. La disipación debe declinar. Si no lo hace, es porque el PVM no considera adecuadamente la variación del porcentaje de agua organismo.

Figura 3. La evolución del PS por categoría de edad, evidencia un incremento continuo, que solo se detiene en la etapa senil.

Figura 4. La evolución del PVM por categoría de edad, también evidencia un aumento continuo, que solo se detiene al envejecer.

La verificación de la correlación entre PS y TMB/kg de PS, así como la correlación entre PVM y TMB/kg de PVM, se evaluó con el test de Pear-son, con un resultado de r= - 0,77 para la relación entre PVM y TMB, y un r= - 0.98 para la relación entre PS y TMB/kg de PS. La correlación entre PS y TMB/ kg de PS es significativamente mayor que la correlación entre PVM y TMB/ kg de PVM, como se puede apreciar en los gráficos de escala doble logarítmica de las figuras 5 y 6.

Figura 5. La relación entre la evolución de la masa corporal y el metabolismo basal expresada como relación entre PS y TMB/kg de PS, muestra un alto grado de correlación.

Figura 6. La relación entre la evolución de la masa corporal y el metabolismo basal expresada como relación entre PVM y TMB/kg de PVM, muestra un grado de correlación significativamente menor.

DISCUSIÓN

A la luz de los resultados del presente estudio, puede apreciarse que cuando menor es la masa del sistema, mayor es su capacidad disipativa^(15,16). Sin embargo, su masa irá en progresivo aumento con la edad; y a su vez, la capacidad disipativa declinará^(17,18).
Aunque la capacidad para disipar energía declina siempre (ver TMB/kg de PS), en algún momento de nuestras vidas somos capaces de generar cada vez más estructura^(19,20), aún con nuestro sistema disipativo en "caída libre". Si al envejecer, nuestra capacidad para mantener la estructura también declina^(21,22), es difícil suponer que ello se deba a la decreciente evolución del sistema disipativo, ya que con el mismo en franca declinación, en algún momento fuimos capaces de generar una creciente organización.
Expresar la TMB en términos de TMB/PV total, o de TMB/kg de P V, o bien como TMB/kg de PS, o TMB/kg de PVM, es igualmente válido desde el punto de vista de la relación entre TMB y masa corporal. Sea cual sea la expresión utilizada, en todas se aprecia que la energía disipada se utiliza en generar la propia estructura.
Pero no todas las expresiones son válidas desde el punto de vista de la segunda ley de la termodinámica. Solo la TMB/kg de PS es consistente con ella, y luce por lo tanto, como la expresión más adecuada. El mayor grado de correlación entre el PS y la TMB/kg de PS (respecto de la correlación entre PVM y TMB/kg de PVM) podría significar una mayor comprensión de las variables y sus relaciones, permitiendo una descripción más precisa de las mismas.

CONCLUSIÓN

La observación de la TMB/kg seco, muestra una declinación continua durante toda la vida. Se trata de un hecho esperable en el marco de la segunda ley de la termodinámica, ya que la capacidad para disipar energía no puede hacer más que declinar en cualquier sistema físico. Sin embargo, sería apresurado pretender que un fenómeno como el envejecimiento encuentre sus razones en tal declinación. Es apresurado porque la descripción de la evolución de la masa (tanto real como aparente), evidencia un curso creciente a lo largo de la vida. Ello implica que el sistema autoorganizativo es capaz de generar organización creciente, aún en plena declinación del sistema disipativo.
Es claro que existe una fuerte correlación entre la evolución del sistema disipativo, y la del sistema autoorganizativo, lo que confirma una vez más la validez del Principio de Margalef en diferentes sistemas físicos biológicos.
En cuanto a la forma de expresar la relación entre la TMB y la masa corporal, el PS y la TMB/ kg de PS se revela como la más adecuada, ya que presenta el más alto grado de correlación. Además, como ya se dijo, resulta la única consistente con la segunda ley de la termodinámica.

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