El sistema Atwater, llamado así por Wilbur Olin Atwater, o derivados de este sistema se utilizan para el cálculo de la Energía disponible de los alimentos. El sistema se desarrolló en gran medida a partir de los estudios experimentales de Atwater y sus colegas en la última parte del siglo XIX y los primeros años del XX en la Universidad Wesleyan en Middletown, Connecticut. Su uso ha sido frecuentemente motivo de disputa, pero no se han propuesto alternativas reales. Al igual que con el cálculo de la Proteína A partir del nitrógeno total, el sistema Atwater es una convención y sus limitaciones pueden verse en su derivación.
Derivación
La energía disponible (como la utilizada por Atwater) es equivalente al uso moderno del término energía metabolizable (EM).
En la mayoría de los estudios en humanos, se ignoran las pérdidas en secreciones y gases. La energía bruta (GE) de un alimento, medida por la calorimetría de la bomba, es igual a la suma de los calores de combustión de los componentes: proteínas (GE p ), grasas (GE f ) y Carbohidratos (GE cho ) (por diferencia) en el sistema próximo.
Atwater consideró el valor energético de las heces de la misma manera.
Al medir los coeficientes de disponibilidad o en la terminología moderna digestibilidad aparente, Atwater obtuvo un sistema para calcular las pérdidas de energía fecal.
Donde D p, D f y D cho son respectivamente los coeficientes de digestibilidad de proteínas, grasas y carbohidratos calculados
Para el constituyente en cuestión.
Las pérdidas urinarias se calcularon a partir de la relación de energía a nitrógeno en la orina. Experimentalmente, esto era 7. 9 kcal / g (33 kJ / g) de nitrógeno urinario y, por lo tanto, su ecuación para la energía metabolizable se convirtió en.
Valores brutos de energía
Atwater recolectó valores de la literatura y también midió el calor de la combustión de proteínas, grasas y carbohidratos. Estos varían ligeramente según las fuentes y los valores ponderados derivados de Atwater para el calor bruto de combustión de las proteínas, grasas y carbohidratos en la Dieta mixta típica de su tiempo. Se ha argumentado que estos valores ponderados no son válidos para alimentos individuales y para dietas cuya composición en términos de alimentos es diferente de la que se consumía en los EE. UU. A principios del siglo XX.
Coeficientes de digestibilidad aparente
Atwater midió una gran cantidad de coeficientes de digestibilidad para mezclas simples y, en experimentos de sustitución, valores derivados para alimentos individuales. Los combinó de manera ponderada para obtener valores para dietas mixtas. Cuando se probaron experimentalmente con dietas mixtas, no dieron una buena predicción, y Atwater ajustó los coeficientes para las dietas mixtas.
Corrección urinaria
La relación energía / nitrógeno en la orina muestra una variación considerable y la energía / materia orgánica es menos variable, pero el valor de energía / nitrógeno proporcionó a Atwater un enfoque viable, aunque esto ha causado cierta confusión y solo se aplica a sujetos en equilibrio de nitrógeno.
Sistema modificado
Basado en el trabajo de Atwater, se convirtió en una práctica común calcular el contenido energético de los alimentos utilizando 4 kcal / g para carbohidratos y proteínas y 9 kcal / g para Lípidos. El sistema fue mejorado posteriormente por Annabel Merrill y Bernice Watt del USDA, quienes derivaron un sistema mediante el cual se propusieron factores específicos de conversión de calorías para diferentes alimentos. Esto toma en cuenta el hecho de que primero los valores brutos de energía de las proteínas, grasas y carbohidratos de diferentes fuentes de alimentos son diferentes, y segundo, que la digestibilidad aparente de los componentes de los diferentes alimentos es diferente.
Este sistema se basa en haber medido los calores de combustión de una amplia gama de proteínas aisladas, grasas y carbohidratos. También depende de los datos de los estudios de digestibilidad, donde los alimentos individuales han sido sustituidos por dietas basales para medir los coeficientes de digestibilidad aparentes para esos alimentos. Este enfoque se basa en la suposición de que no hay interacciones entre los alimentos en una mezcla en el intestino, y desde un punto de vista práctico, tales estudios con humanos son difíciles de controlar con la precisión requerida.
Suposiciones basadas en el uso de carbohidratos por diferencia y los efectos de la fibra dietética
El enfoque de carbohidratos por diferencia presenta varios problemas. Primero, no distingue entre azúcares, almidón y los carbohidratos no disponibles (fibra o » fibra dietética «).
Esto afecta primero la energía bruta que se asigna a los carbohidratos: la sacarosa tiene un calor de combustión de 3. 95 kcal / g (16. 53 kJ / g) y el almidón 4. 15 kcal / g (17. 36 kJ / g).
En segundo lugar, no contempla el hecho de que los azúcares y el almidón se digieren y absorben prácticamente por completo y, por lo tanto, proporcionan energía metabolizable equivalente a su calor de combustión.
Los carbohidratos no disponibles (fibra dietética) se degradan en un grado variable en el intestino grueso. Los productos de esta digestión microbiana son Ácidos grasos, CO 2 (dióxido de carbono), metano e hidrógeno. Los ácidos grasos (acetato, butirato y propionato) se absorben en el intestino grueso y proporcionan algo de energía metabolizable. El grado de degradación depende de la fuente de fibra dietética (su composición y estado de división) y del individuo que consume la fibra dietética. No hay datos suficientes para brindar una guía firme sobre la energía disponible de esta fuente.
Finalmente, la fibra dietética afecta las pérdidas fecales de nitrógeno y Grasa. No está claro si el aumento de la pérdida de grasa se debe a un efecto sobre la absorción del intestino delgado. Las mayores pérdidas de nitrógeno fecal en las dietas altas en fibra probablemente se deban a un mayor contenido de nitrógeno bacteriano en las heces. Sin embargo, estos dos efectos conducen a reducciones en la digestibilidad aparente y, por lo tanto, el sistema Atwater garantiza pequeños cambios en los factores de conversión de energía adecuados para esas dietas.
Consideraciones teóricas y prácticas relacionadas con el cálculo de los valores de energía
Variaciones en los calores de la combustión de componentes alimenticios
Proteínas
La evidencia experimental de la magnitud de esta variación es muy limitada, pero como los calores de combustión de los aminoácidos individuales son diferentes, es razonable esperar variaciones entre las diferentes proteínas. Se informó un rango observado de 5,48 para conglutina (de lupino azul) a 5,92 para Hordeína (cebada), que se compara con el rango de Atwaters de 5,27 para gelatina a 5,95 para gluten de trigo. Es difícil calcular los valores esperados para una Proteína a partir de datos de aminoácidos, ya que algunos de los calores de combustión no se conocen con precisión. Los cálculos preliminares sobre la leche de vaca sugieren un valor de alrededor de 5. 5 kcal / g (23. 0 kJ / g).
Grasas
Análogamente, la evidencia experimental es limitada, pero dado que los ácidos grasos difieren en sus calores de combustión, uno debería esperar que las grasas varíen en los calores de combustión. Sin embargo, estas diferencias son relativamente pequeñas: por ejemplo, la grasa de la leche materna tiene un calor de combustión calculado de 9. 37 kcal / g (39. 2 kJ / g) en comparación con la grasa de la leche de vaca de 9. 19 kcal / g (38. 5 kJ / g).
Carbohidratos
Los monosacáridos tienen calores de combustión de aproximadamente 3. 75 kcal / g (15. 7 kJ / g), disacáridos 3. 95 kcal / g (16. 5 kJ / g) y polisacáridos 4. 15 a 4. 20 kcal / g (17. 4 a 17. 6 kJ / g). El calor de la hidrólisis es muy pequeño y estos valores son esencialmente equivalentes cuando se calculan sobre una base de monosacárido. Así, 100 g de sacarosa da por hidrólisis 105,6 g de monosacárido y 100 g de almidón da por hidrólisis 110 g de glucosa.
Coeficientes de digestibilidad aparente
El tracto digestivo humano es un órgano muy eficiente, y la excreción fecal de material nitrogenado y grasas es una pequeña proporción (generalmente menos del 10%) de la Ingesta. Atwater reconoció que la excreción fecal era una mezcla compleja de secreciones intestinales no absorbidas, material bacteriano y metabolitos, células mucosas desprendidas, moco y solo en pequeña medida, componentes dietéticos no absorbidos. Esta podría ser una razón por la que eligió usar la disponibilidad en lugar de la digestibilidad. Su opinión era que estos componentes fecales no estaban realmente disponibles y que su aparente desprecio por la naturaleza de la excreción fecal era justificable en un contexto práctico.
El radio, donde la excreción fecal es pequeña, se aproximará a la unidad y, por lo tanto, estos coeficientes tienen una varianza baja y tienen la apariencia de constantes. Esto es espurio ya que la excreción fecal es variable incluso con una dieta constante, y no hay evidencia que sugiera que la excreción fecal está relacionada con la ingesta de la manera implicada por estos coeficientes.
Consideraciones prácticas en los cálculos del valor energético de los alimentos y las dietas
El cálculo de los valores de energía debe considerarse como una alternativa a la medición directa y, por lo tanto, es probable que esté asociado con cierta inexactitud en comparación con la evaluación directa. Estas inexactitudes surgen por varias razones.
Variaciones en la composición de los alimentos : los alimentos son mezclas biológicas y, como tales, muestran una variación considerable en la composición, particularmente con respecto al contenido de agua y grasa. Esto significa que los valores de composición citados para muestras representativas de alimentos en tablas de composición de alimentos no se aplican necesariamente a muestras individuales de alimentos. En estudios donde se requiere una gran precisión, se deben analizar muestras de los alimentos consumidos.
Mediciones de la ingesta de alimentos: al estimar la ingesta de energía, se realizan mediciones de la ingesta de alimentos, y se sabe que están sujetas a una considerable incertidumbre. Incluso en estudios bajo supervisión muy estrecha, los errores en el pesaje de alimentos individuales rara vez son inferiores a ± 5%. Por lo tanto, se debe utilizar un cierto grado de pragmatismo al evaluar los procedimientos para calcular las ingestas de energía, y muchos autores atribuyen una mayor precisión a las ingestas de energía calculadas que la que se justifica.
Variación individual: las variaciones en los individuos se ven en todos los estudios en humanos, y estas variaciones no están permitidas en la mayoría de los cálculos.
Es probable que las objeciones teóricas y fisiológicas a los supuestos inherentes al sistema Atwater den como resultado errores mucho más pequeños que estos asuntos prácticos. Los factores de conversión se derivaron de estudios experimentales con bebés pequeños, pero estos produjeron valores para la ingesta de energía metabolizable que fueron insignificantemente diferentes de los obtenidos por la aplicación directa de los factores de Atwater modificados.