| A. Ferraresi: FISIOLOGIA DELL'ALIMENTAZIONE |
Capitolo 1 - Nutrizione e metabolismo
La necessità di nutrirsi è legata a due esigenze: l'acquisizione dell'energia necessaria per lo svolgimento di ogni attività vitale e l'acquisizione di tutte le sostanze indispensabili per l'accrescimento, il ripristino ed il mantenimento dell'integrità strutturale dell'organismo. Si parla quindi generalmente di ruolo energetico e di ruolo plastico degli alimenti. Come vedremo in seguito, i vari alimenti possono avere o un ruolo prevalentemente energetico o un ruolo prevalentemente plastico; una alimentazione corretta deve soddisfare entrambe queste esigenze.
Il complesso delle trasformazioni cui viene sottoposto il cibo nel nostro organismo viene definito metabolismo (trasformazione, dal greco). Esso è costituito da processi catabolici, che attraverso la demolizione e la trasformazione del cibo consentono una liberazione di energia, e da processi anabolici, che portano alla sintesi di nuovi materiali e all'immagazzinamento di energia.
L'energia viene ricavata mediante processi di ossidazione dei nutrienti (glucidi, lipidi e protidi), che portano alla formazione di H2O, CO2 e molecole di ATP (adenosintrifosfato), le quali fungono da "trasportatori di energia" in tutto il nostro organismo; nel caso dei protidi c'è anche un altro residuo, l'urea, che deve essere riutilizzato o eliminato attraverso i reni.
I processi ossidativi in questione, che tratteremo in seguito, separatamente per glucidi, lipidi e protidi, avvengono a bassa temperatura grazie agli enzimi che catalizzano ogni singola reazione, ma sono in generale equivalenti ad una combustione. In altre parole, il nostro organismo è in grado di ricavare da un grammo di glucidi la stessa energia che ne potremmo ricavare bruciandolo. Per questa ragione possiamo misurare il valore energetico di un alimento bruciandolo in una atmosfera di ossigeno puro e misurando il calore che viene liberato. L'unità di misura utilizzata è la caloria (cal), cioè la quantità di calore che è in grado di portare un grammo di acqua distillata dalla temperatura di 14,5° C a quella di 15,5° C; dato che questa unità di misura è molto piccola, è più frequente l'uso della chilocaloria o grande caloria (kcal o Cal), che corrisponde a 1000 calorie. Da misure effettuate con questa tecnica risulta che i glucidi forniscono mediamente 4,2 kcal/grammo, i lipidi 9,3 kcal/grammo e i protidi 5,6 kcal/grammo. Per quanto riguarda glucidi e lipidi, questi valori corrispondono all'energia che il nostro organismo è in grado di ricavare da questi nutrienti, mentre, per quanto riguarda i protidi la situazione è diversa: come abbiamo detto sopra, tra i residui dell'ossidazione dei protidi nel nostro organismo c'è l'urea, la quale contiene ancora una certa quota di energia che i nostri sistemi enzimatici non riescono a liberare; la combustione, invece, riesce a liberare anche questa quota di energia. Quindi il valore di 5,6 kcal/grammo misurato mediante la combustione è superiore al reale valore energetico relativo al nostro organismo, che è invece di circa 4,4 kcal/grammo.
Per misurare la quantità di energia consumata dall'organismo è in pratica sufficiente misurare la quantità di calore disperso nell'ambiente. Questo è possibile grazie alla calorimetria diretta; il paziente viene sistemato in una speciale camera (camera adiabatica) che limita al massimo gli scambi di calore con l'esterno. Viene quindi misurata la variazione di temperatura dell'aria contenuta nella camera, l'eventuale variazione di temperatura del soggetto, ed il vapore acqueo liberato dal soggetto. Da tutti questi dati si può risalire alla quantità di energia consumata. Questa tecnica, però, ha il limite di essere
molto complessa e di richiedere apparecchiature molto costose, quindi, in pratica, viene utilizzata solo in condizioni sperimentali.
Un metodo molto più semplice di misurare l'energia consumata da un soggetto è la cosiddetta calorimetria indiretta. Il concetto alla base di questa tecnica è che l'organismo, per sviluppare energia, deve utilizzare reazioni ossidative che consumano ossigeno e producono anidride carbonica. Di conseguenza, misurando l'ossigeno consumato dal soggetto possiamo risalire alla quantità di energia che ha utilizzato. La misurazione viene effettuata mediante uno spirometro, per esempio quello di Benedict, illustrato qui a fianco. La campana viene riempita di ossigeno puro; il soggetto inspira dallo spirometro l'ossigeno ed espira l'ossigeno non utilizzato insieme all'anidride carbonica derivante dai processi metabolici, la quale viene fissata da un filtro a calce sodata prima che ritorni nella campana. Col passare del tempo, quindi, diminuirà il volume di ossigeno contenuto nella campana (l'anidride carbonica fissata non occupa volume), ed in base a questa diminuzione di volume, misurata leggendo il valore fornito dalla scala dello spirometro (sulla sinistra) si ottiene la quantità di ossigeno consumato dal soggetto nell'unità di tempo.
Un'altra differenza tra l'ossidazione di questi due substrati è il rapporto tra l'anidride carbonica prodotta dalla reazione e l'ossigeno consumato; questo rapporto viene definito quoziente respiratorio (Q.R.). Il Q.R. è uguale ad 1 se vengono ossidati esclusivamente glucidi, è uguale a 0,82 se vengono ossidati esclusivamente protidi, mentre è circa 0,7 se vengono ossidati esclusivamente lipidi; se viene utilizzata una miscela di tutti questi substrati (che è poi la condizione normale), il Q.R. avrà un valore intermedio, ovviamente più vicino a 1 se vengono ossidati prevalentemente glucidi, più vicino a 0,7 se vengono ossidati prevalentemente lipidi. Misurando il Q.R possiamo quindi risalire al tipo di miscela di substrati che l'organismo sta utilizzando in quel momento, e di conseguenza possiamo calcolare l'energia prodotta in base all'ossigeno consumato.
L'energia ricavata dall'ossidazione dei nutrienti viene utilizzata in vari modi: può servire ad accrescere l'organismo, a compiere un lavoro, o semplicemente a mantenere in attività le nostre funzioni vitali (respirazione, mantenimento della temperatura corporea, circolazione, ecc.). La parte di energia spesa per quest'ultimo scopo viene detta metabolismo basale (M.B.), e rappresenta il minimo consumo energetico possibile per il nostro organismo. La misura del metabolismo basale va effettuata in condizioni di riposo assoluto, lontano dai pasti (la digestione comporta spesa energetica) ad una temperatura di 20° C (anche la termoregolazione comporta spesa energetica, e viene espressa in chilocalorie per metro quadro di superficie corporea per ora (kcal/m2/ora). Età, sesso e razza sono fattori che modificano in maniera sostanziale il M.B., di conseguenza il valore calcolato, ad esempio, mediante la calorimetria indiretta, va messo in rapporto con tabelle di riferimento che tengano conto di età, sesso e razza del soggetto. Ad esempio, il M.B. in individui di razza bianca e 20 anni di età, espresso in kcal/m2/ora, è di 38,6 per gli uomini e 35,5 per le donne; a 60 anni di età, questi valori sono rispettivamente 34,4 e 32,7, mentre a 5 anni sono 49,3 e 48,4. In generale si può quindi dire che il M.B. diminuisce all'aumentare dell'età, ed è più alto per gli uomini che per le donne.
Nella vita normale, però, viene spesa una quantità più o meno grande di energia anche per compiere tutto quel lavoro che non rientra nel metabolismo basale. Per esempio il camminare, il sollevare carichi, ed in generale ogni attività fisica richiedono una certa spesa energetica; ma anche l'attività intellettuale richiede una spesa energetica, e così pure la digestione o semplicemente la termoregolazione (sia una temperatura ambiente troppo bassa che una troppo alta comportano dispendio energetico). In base alle condizioni di vita e all'attività lavorativa di un soggetto è possibile calcolare, sia pure con una certa approssimazione, la quantità di energia che gli è necessaria. Un altro tipo di spesa energetica è la cosiddetta azione dinamico-specifica degli alimenti (A.D.S.) , che è una quota di energia che il nostro organismo deve "investire" per metabolizzare i vari alimenti. Sommando metabolismo basale, A.D.S. e lavoro speso nelle varie attività , si può stabilire fabbisogno calorico di un soggetto e quindi la quantità di alimenti che deve assumere.
Il nostro organismo è una struttura estremamente dinamica, che si rinnova continuamente: ogni giorno una discreta quantità di strutture viene distrutta e ricostruita. Questo comporta sia una spesa energetica (che è praticamente parte del metabolismo basale) sia dei "materiali da costruzione"; in generale, parte dei materiali derivanti dalla distruzione può essere riutilizzata, ed inoltre i nostri sistemi enzimatici hanno la capacità di sintetizzare quasi tutte le sostanze mediante il cosiddetto "metabolismo intermedio", ma alcune sostanze devono essere introdotte necessariamente con la dieta, primi tra tutti i protidi, necessari per rinnovare tutte le strutture proteiche (enzimi, canali ionici, tessuti di sostegno...). Quindi dobbiamo tenere presente che, oltre a coprire il fabbisogno energetico, la nostra alimentazione deve anche soddisfare la necessità di materiali strutturali per il rinnovamento del nostro organismo.
In genere i nutrienti vengono divisi il plastici (protidi, acqua e minerali), energetici (lipidi, glucidi) e protettivi (vitamine), basandosi sulla funzione che svolgono nell'organismo. Oppure, basandosi sull'apporto energetico, i fattori nutritivi possono essere divisi in calorici (protidi, glucidi e lipidi) e non calorici (acqua, minerali e vitamine).
