Il corpo umano, anche se in totale inattività, impiega energia per il funzionamento di organi ed apparati, per il mantenimento della temperatura corporea, per il continuo ricambio delle cellule che si rinnovano (come quelle della pelle, del sangue, dell’intestino, ecc.). Questo processo energetico rappresenta il metabolismo di base al quale va aggiunta, per completare il fabbisogno o il dispendio energetico, di norma riferito alle 24 ore, la quota di energia necessaria per l’attività fisica.
Nei casi particolari della crescita, della gravidanza o dell’allattamento, al fabbisogno di base va aggiunta anche la quota per coprire queste particolari esigenze 2.
L’energia utilizzata dal corpo umano deriva dalla classica reazione della fotosintesi clorofilliana.
Questa reazione è di importanza fondamentale poiché è l’unica in natura in grado di trasformare l’energia solare in energia chimica. Da composti inorganici, come l’anidride carbonica (CO2) e l’acqua (H2O), si ottengono composti organici ricchi di energia chimica di legame -C-C-C-C-C-C- unico tipo di energia che l’uomo e la maggior parte degli organismi animali possono utilizzare.
La reazione costituisce quindi la base del ciclo dell’energia nei sistemi biologici, uomo incluso.
D’ora in avanti l’argomento verrà trattato facendo riferimento solo all’uomo. Il legame C-C (carbonio-carbonio) si può rompere, per essere utilizzato come energia, solo in presenza di opportuni enzimi, e ciò si verifica solo per alcuni carboidrati, le proteine, i grassi e l’ alcol. Per gli altri composti, come le vitamine, i legami non possono essere rotti e di conseguenza non si produce energia.
La reazione, si ricorda, è quella inversa alla fotosintesi dove per cibo si intende l’insieme degli alimenti che vengono consumati con la dieta.
Gli alimenti (latte, pane, pasta, carne, uova, ecc.) contengono almeno uno dei seguenti principi nutritivi (meglio noti come nutrienti): carboidrati, proteine, grassi, vitamine, minerali (e alcol nelle bevande alcoliche).
I minerali non forniscono energia poiché non hanno il legame carbonio-carbonio, le vitamine, molte delle quali contengono il legame carbonio-carbonio, non forniscono energia poiché l’organismo le utilizza tal quali senza romperne il legame.
Questo perché il nostro corpo non è in grado di sintetizzare vitamine (fa eccezione la vitamina D) e deve assumerle necessariamente dall’esterno.
Tra i nutrienti citati, l’ alcol è l’unico non necessario, tutti gli altri devono essere presenti nella dieta perché l’organismo sia adeguatamente nutrito.
L’energia che si libera da questa reazione viene “catturata” da particolari molecole (ADP = Adenosin-Di-Fosfato(P) che si trasformano in ATP = Adenosin-Tri- Fosfato(P)) e viene trasportata dove serve nei luoghi e nelle reazioni vitali per l’organismo.
Queste funzioni biologiche sono sintetizzate in tre categorie:
- sintesi di molecole;
- trasporto di sostanze;
- contrazione meccanica muscolare volontaria e involontaria.
Le prime due funzioni e la contrazione involontaria dei muscoli sono funzioni essenziali e insopprimibili per la vita, la contrazione muscolare volontaria (attività fisica) è, invece, una funzione molto variabile che dipende dallo stile di vita e può, in casi limite, essere ridotta al minimo.
La quantità di energia fornita è differente da nutriente a nutriente.
I carboidrati forniscono circa 4 kcal (16.7 kj), le proteine 4 kcal (16.7 kj), i grassi 9 kcal (36.7 kj), l’alcol 7 kcal (29.3 kj).
L’unità di misura dell’energia è il joule (j), o kilojoules (kj), corrispondenti a 1000 joules. Tradizionalmente l’energia viene espressa in termini di caloria (cal), o kilocalorie (kcal) corrispondenti a 1000 calorie, poiché le misurazioni dell’energia derivata dai nutrienti venivano effettuate mediante l’innalzamento della temperatura di una determinata massa di acqua da 14.5°C a 15.5°C (una caloria 1 ml di acqua, la kilocaloria 1 litro di acqua).
Una caloria corrisponde a 4,184 joules, quindi 1000 calorie (1 kcal) corrispondono a 4184 joules o 4,184 kj.
Oggi, l’ Unione Europea ha stabilito l’adozione del joule come unità di misura ufficiale, concettualmente più corretto poiché è l’unità di misura del lavoro che con l’energia si può svolgere, qualsiasi lavoro che l’organismo può svolgere: metabolico, di trasporto delle sostanze, muscolare, ecc. Nulla ci vieta ancora di usare la kcal nel linguaggio quotidiano ma sarebbe utile iniziare a pensare in termini di kj.
Nella etichettatura nutrizionale dei prodotti alimentari, per esempio, diventa obbligatorio l’uso dei kj ma è possibile aggiungere tra parentesi le kcal. Le cellule utilizzano solo l’energia chimica per compiere le loro funzioni biologiche, trasformandola a loro volta in diverse forme di energia: energia chimica (sintesi di altre molecole); energia elettrica (trasporto di soluti attraverso la membrana cellulare); energia meccanica (contrazione muscolare); energia termica (termoregolazione).
Le richieste di energia da parte dell’organismo sono relative a:
- lavoro interno: sintesi di nuovo materiale cellulare (crescita), s • ostituzione di materiale catabolizzato, trasporto di materiali;
- lavoro esterno: lavoro fisico, regolazione della temperatura per mantenere il corpo a circa 36-37°C (spesso a carico di altri lavori fisiologici).
Questi due tipi di lavoro costituiscono insieme le uscite energetiche nell’uomo (il dispendio energetico).
Esaminato nel dettaglio funzionale, il dispendio energetico è la sommatoria di una serie di fattori, attraverso i quali l’energia viene persa o utilizzata.
Questi fattori sono: il metabolismo di base (MB), la termogenesi (T), la termoregolazione (TR), e l’attività fisica (AF). In particolari condizioni fisiologiche, si aggiungono la crescita, la gestazione e l’allattamento.
Il metabolismo di base: è l’insieme dei costi energetici delle funzioni vitali insopprimibili come: circolazione, tono muscolare, funzione renale, trasporti attivo della membrana cellulare, respirazione cellulare, attività muscolare involontaria.
La spesa maggiore è a carico della respirazione cellulare.
Il MB è dipendente dall’età, dal sesso, dalla composizione del corpo, dalla ipo o iper nutrizione. I valori relativamente più alti di MB si riscontrano intorno a 1-2 anni, per poi scendere progressivamente con l’aumentare dell’età.
Il sesso inizia ad agire intorno ai 4 anni e successivamente il MB delle femmine è più basso di quello degli uomini.
La composizione del corpo, cioè la ripartizione tra massa grassa e massa magra, esercita la sua influenza sul MB in proporzione alle due componenti: la massa magra è metabolicamente molto più attiva rispetto alla massa grassa. In condizioni di ipo nutrizione (anoressia, o carenza alimentare cronica per esempio) si riscontra un abbassamento del MB, probabilmente come risposta di difesa dell’organismo. Il contrario si registra in caso di ipernutrizione.
Le oscillazioni del MB sono, tuttavia, di entità modesta, non superano il 10-15%.
Nel dispendio energetico giornaliero, il MB è la componente maggiore raggiungendo, nelle persone fisicamente poco attive, anche il 70-75% della spesa energetica totale.
La termogenesi: questa “uscita” energetica non va confusa con la termo – regolazione.
La termogenesi è un processo di perdita di energia che si manifesta nelle 1-2 ore dopo il pasto e declina nelle successive 3-4 ore. Essa è dovuta al processo di digestione dei nutrienti che forniscono energia (vitamine e minerali sono quindi esclusi). L’influenza maggiore sulla termogenesi è dovuta alle proteine. Infatti, circa il 30% dell’energia fornita dalle proteine va dissipata come termogenesi.
Mediamente, nella dieta abituale, la termogenesi contribuisce al dispendio energetico per il 10-15%.
La termoregolazione: il corpo umano ha una continua perdita di calore e necessita di una continua produzione di calore. Questo calore proviene quasi esclusivamente come sottoprodotto dell’energia utilizzata nel lavoro interno o esterno. Infatti, come ogni macchina termica, l’organismo ha un rendimento di circa il 25%, pertanto il 75% dell’energia ingerita va dissipata sotto forma di calore. Questa energia non va inclusa nel computo del dispendio energetico.
L’attività fisica: questo fattore è quello che tra tutti ha la più ampia variabilità.
In condizioni di vita sedentaria o di attività leggera, il costo dell’attività fisica è nettamente inferiore al costo del MB e raggiunge valori del 15-25% del dispendio globale giornaliero.
Negli individui che svolgono attività fisica più intensa (sportivi o addetti ai lavori pesanti) la percentuale può salire addirittura al 40-60% del dispendio energetico totale.
La crescita: un altro fattore è quello della crescita, non è sempre presente nell’arco della vita e coinvolge solo i bambini, dalla nascita alla fine della maturazione adolescenziale e le gestanti. Il costo per la crescita è molto modesto, sono 3-5 kcal per grammo di tessuto depositato.
La massima velocità di crescita si ha nei primi tre mesi di vita, si cresce 30 g al giorno, quindi sono necessarie 150 kcal (30 x 5) al massimo.L’altro periodo di crescita elevata è nel momento della pubertà, si crescono circa 10 g al giorno, quindi sono necessarie al massimo 50 kcal (10 x 5). Se, nei due esempi, rapportiamo la crescita al dispendio energetico giornaliero (rispettivamente circa 750 e 2500 kcal al giorno) otteniamo: nel neonato, 150/750 kcal corrispondenti al 20% della spesa giornaliera; nel caso della pubertà, 50/2500 kcal corrispondenti al 2%. Quest’ultima percentuale è quasi trascurabile ed è quindi evidente che non bisogna preoccuparsi eccessivamente di alimentare un bambino per la crescita, poiché quel 2% in più di calorie lo trova facilmente. Mentre il 20% del neonato è una quantità importante.
La gravidanza: durante tutta la gravidanza (280 giorni) la donna ha bisogno di circa 80.000 kcal. Il 45% di questa energia serve per depositare grasso necessario in caso di carenza alimentare durante l’allattamento, situazione questa ormai scongiurata nella nostra società. Infatti, è ormai piuttosto usuale non permettere alle gestanti di aumentare di peso indiscriminatamente come in passato.
L’aumento del peso dipende dalle condizioni di partenza: una donna normopeso può avere un aumento compreso tra gli 11 e i 16 kg; una donna sottopeso dovrebbe essere incoraggiata ad aumentare il peso tra i 12.5 e i 18 kg; mentre le donne in sovrappeso dovrebbero aumentare tra i 7 e gli 11 kg; le donne obese, infine, non dovrebbero superare i 7 kg di aumento. Pertanto, la quantità di energia può essere molto ridotta a seconda delle varie situazioni.
Comunque, considerando le 80.000 kcal, queste corrispondono ad un apporto supplementare di circa 280 kcal/giorno, che si trovano in una fetta di pane e un bicchiere di latte, quindi come si può intuire, non è necessario mangiare per due in gravidanza.
L’ allattamento: l’energia necessaria per l’allattamento dipende da una serie di fattori, tra cui la quantità di latte prodotta, l’efficienza di produzione e il tempo di allattamento. Inoltre, si deve tenere conto dell’energia depositata sotto forma di grasso durante la gravidanza. Nell’insieme, per un allattamento di sei mesi con una produzione lattea di circa 750-800 ml al giorno, il contributo energetico extra per l’allattamento può essere intorno alle 500 kcal giornaliere.
Bilancio energetico: affinché l’organismo funzioni regolarmente, e il peso corporeo e la sua composizione restino invariati, le entrate energetiche (con gli alimenti) devono corrispondere precisamente alle uscite (MB + T + AF, ecc.). In queste condizioni, il bilancio energetico è in equilibrio.
Ovviamente ciò si deve realizzare in un periodo di tempo relativamente adeguato (da 1 a qualche giorno). Un eccesso alimentare di un giorno, può essere compensato da una maggiore uscita energetica in un altro giorno. Se, invece, gli eccessi (o le uscite), anche minimi di 5-10 kcal, sono costanti e duraturi si può aumentare (o perdere) peso anche in modo esagerato. Un semplice calcolo: 365 giorni per 10 kcal giornaliere in eccesso (10 kcal corrispondono per esempio a quattro g di pane), alla fine dei 365 giorni ci troviamo 1/2 kg in più! E alla fine di 5 anni, 2-3 kg in più, circa una taglia di pantaloni.
Queste considerazioni devono far riflettere sulla stupefacente capacità del nostro organismo nella sua precisa regolazione.
Ci sono moltissimi esempi di persone che mantengono il peso e la loro composizione del corpo a lungo e questo significa che il loro bilancio energetico è mantenuto a lungo in equilibrio (neanche pochissime calorie sbilanciate). Il bilancio energetico giornaliero è determinato, a parte le componenti fisiologiche, dalla scelta individuale di svolgere determinate attività. Lo stile di vita attuale limita molto l’attività fisica, riducendo così il fabbisogno di energia e quindi di alimenti.
Sotto certi livelli di ingestione non si può scendere senza rischiare di non coprire i bisogni di minerali e vitamine, quindi per poter aumentare il bisogno di alimenti è necessario aumentare l’attività fisica, aumentando l’uso dei muscoli al posto delle macchine. L’energia quindi viene ricavata dagli alimenti, in particolare dalle molecole dei singoli nutrienti: grassi, carboidrati e proteine. Anche l’alcol fornisce energia ma esso è un elemento non necessario.
I differenti alimenti forniscono differenti quantità di energia in proporzione alla loro composizione in grassi, carboidrati e proteine, di cui si è già detto il valore energetico. Anche la fibra solubile (pectine e altri oligosaccaridi non digeribile) fornisce circa 1,5 kcal per g, mentre la fibra non solubile (cellulosa, emicellulosa, lignina, ecc.) e l’acqua non forniscono calorie.
Considerati questi valori, comprendiamo perché gli alimenti ricchi di grassi siano quelli a più elevato contenuto calorico, mentre gli alimenti poveri di grassi e ricchi di cellulosa e acqua, come i vegetali, abbiano un contenuto calorico più basso.
I vari alimenti hanno densità energetica diversa. La densità energetica (o calorica) è definita come il rapporto tra l’energia totale metabolizzabile, fornita dai nutrienti (proteine, carboidrati, grassi e alcool), e il peso totale dell’alimento, acqua inclusa. Evidenze scientifiche dimostrano che alimenti con bassa densità energetica giocano un ruolo importante nelle diete ipocaloriche e nelle diete di mantenimento del bilancio energetico fornendo adeguate quantità di nutrienti con una energia minore. Il contenuto di acqua, lipidi e fibra concorrono tutti a predire la densità energetica di un alimento; l’acqua comunque influisce fortemente in quanto contribuisce maggiormente al peso dell’alimento senza apportare calorie.
Nella figura1 si riporta la densità energetica di alcuni alimenti in base al loro contenuto di acqua e grassi. Il latte pur essendo un alimento ricco di nutrienti ha una densità energetica bassa. In questo caso, e nel caso di altri alimenti (come i vegetali), si parla di alta densità nutrizionale che, a differenza della densità energetica, rappresenta il rapporto tra il contenuto in nutrienti e la quantità di energia dell’alimento: maggiore la quantità di nutrienti per unità di kcalorie maggiore è la densità nutrizionale. Come già detto, il latte ricco di acqua ma anche di numerosissimi nutrienti (vitamine e minerali, oltre alle proteine, zuccheri e grassi) ha una elevata densità nutrizionale perché contribuisce relativamente poche kcalorie per 100 g.
Autore: Carla Favaro
Articoli nel medesimo numero:
[catlist search="febbraio2008" numberposts=10]
