Biochimica della nutrizione

Biochimica della nutrizione umana

Importanza di una dieta equilibrata

Una dieta equilibrata è essenziale per la salute umana. Durante i 200.000 anni di evoluzione dell’Homo sapiens, l’uomo ha dovuto adattarsi al cibo che trovava in natura. Inizialmente, non ha dovuto compiere grandi sforzi per procurarsi il cibo (l’Africa era ricca soprattutto di frutti), anche se non è mai stato in largo eccesso.

Da circa 70 anni, parte della popolazione umana ha invece a disposizione livelli molto elevati di cibo, che correlano con delle malattie (malattie dell’abbondanza). L’alimentazione è così diventata una grossa preoccupazione riguardo la salute umana. Il fatto che nel corso della storia il cibo non era mai in eccesso ha fatto sì che evolvessero dei meccanismi di ricerca del cibo. Invece non si sono evoluti dei meccanismi che limitano l’assunzione di cibo (esistono dei meccanismi ma non si sono evoluti con lo scopo di fermare a un certo punto l’assunzione di cibo).

Sviluppo storico delle abitudini alimentari

A partire dallo sviluppo dell’agricoltura e dell’allevamento, le abitudini alimentari umane sono cambiate molto, da circa 70 anni con un ritmo vertiginoso (periodo post-bellico). Durante il paleolitico, l’uomo era cacciatore e raccoglitore, non esistevano ancora l’agricoltura e l’allevamento in quanto le popolazioni erano nomadi (venivano percorsi circa 20-25 km al giorno). La dieta consisteva prevalentemente in: frutta, bacche, semi, carne, pesce. La carne e il pesce non venivano assunti spesso, non esistevano ancora dei metodi per la conservazione (conservazione sotto sale inizia nel medioevo).

Le società del paleolitico erano cooperative, si cacciava in clan. Nel medioevo aumenta il consumo di carne. Per cacciare veniva utilizzata la balestra, dotata di altissima precisione. La dieta tipica era costituita da: pane di segale, zuppa di verdure (fagioli, piselli, cipolle), le uniche fonti di zucchero erano frutti di bosco e miele. Agli inizi del 17esimo secolo inizia l’epoca della colonizzazione, dalle colonie iniziano ad arrivare nuovi tipi di frutta e di verdura. Inizia a diffondersi la canna da zucchero, iniziano delle coltivazioni massicce, inizialmente lo zucchero è una merce pregiata. Data la scarsità in natura dello zucchero (si trova praticamente solo nella frutta), l’uomo ha evoluto dei sistemi di gratificazione quando assume lo zucchero.

Evoluzione delle abitudini alimentari nel 20esimo secolo

Dopo la seconda guerra mondiale, cambia il panorama socio-culturale e di conseguenza anche quello alimentare. Boom economico: aumenta la richiesta di carne e nascono gli allevamenti intensivi. Nasce anche l’agricoltura intensiva. Carne e pesce diventano disponibili per tutti, è necessario produrne in grande quantità. Inizia la produzione dei cibi confezionati (soprattutto carne e alimenti con alto indice glicemico) e surgelati, provocano una minor conoscenza/consapevolezza degli ingredienti.

Si amplia la scelta di cibo, parallelamente diminuisce la capacità critica del consumatore. Aumento della consumazione di cibi iper-calorici e con basso valore nutritivo, quindi aumento dei rischi per la salute. Anche i conservanti e i coloranti rappresentano dei rischi per la salute. Negli ultimi decenni è aumentata anche l’abitudine alla sedentarietà e lo stress.

“Il cibo sia la tua medicina e la medicina sia il tuo cibo” citazione di Ippocrate. Questo legame nei secoli successivi si è perso, anche se oggi si sta cercando di prestare di nuovo attenzione a questi temi.

Scienze nutrizionali

Le scienze nutrizionali si occupano di colmare carenze e squilibri dei nutrienti, sono importanti nella prevenzione di molte patologie. Il loro studio richiede una serie di competenze: biologici, tossicologi, farmacologi, medici, agronomi, veterinari, …

Il concetto di una dieta bilanciata deve essere pesato su una serie di parametri:

• Età, sesso, peso, altezza
• Esercizio fisico
• Patologie associate
• Apporto calorico giornaliero
• Abitudini alimentari

Fabbisogno calorico

Il fabbisogno calorico è la quantità di calorie che bisognerebbe assumere ogni giorno. Dipende essenzialmente da 3 parametri:

• Metabolismo basale (70%): quanto viene consumato giornalmente per mantenere il metabolismo di base
• Spesa energetica legata all’esercizio fisico (circa 20%)
• Spesa energetica legata alla termogenesi (10%)

La Basal Energy Expenditure (BEE) è massima durante i primi mesi e anni di vita perché l’organismo è in crescita, diminuisce drasticamente dopo i 60 anni. Il fabbisogno calorico deve essere bilanciato dal cibo che viene assunto.

La valutazione del peso ideale avviene mediante il calcolo dell’Indice di Massa Corporea (BMI): peso (kg) / altezza (cm). Il BMI normale va da 18.5 a 24.9. Un valore oltre 40 è obesità (sempre correlata con delle patologie). Nonostante il BMI sia molto utilizzato, ha dei limiti perché misura solo il peso e non distingue tra massa grassa (grasso) e massa magra (muscoli). Bisognerebbe tenere conto anche dell’acqua.

Anti-nutrienti

Gli anti-nutrienti sono dei composti naturali o sintetici che interferiscono con l’assorbimento dei nutrienti e possono addirittura essere tossici.

• Glutine: proteina di riserva presente nell’endosperma dei cereali, può innescare un processo infiammatorio a livello intestinale che può avere anche delle gravi conseguenze.
• Lectine: proteine glicosilate presenti a livello dei vegetali (grano, semi, noccioline) che hanno un’affinità molto elevata per gli zuccheri, il legame può bloccare dei processi a livello cellulare.
• Saponina: presente nelle patate e quinoa, indebolisce la barriera intestinale.
• Glucosinolati: presenti in broccoli e cavoli, possono impattare sul funzionamento della tiroide.
• Flavonoidi: possono chelare alcuni elementi e limitare il loro assorbimento.

Anche composti sintetici come i conservanti, coloranti e additivi possono essere degli anti-nutrienti.

Componenti di una dieta bilanciata

Una dieta bilanciata deve genericamente contenere il 65% di zuccheri, il 25% di lipidi e il 10% di proteine, più vitamine, sali minerali, macroelementi, microelementi. I Livelli di Assunzione di Riferimento di Nutrienti (LARN) stabiliscono le quantità di calorie necessarie per la popolazione italiana. Uomini: 2350 kcal/giorno per un uomo di 70 kg alto 170 cm. Donne: 1900 kcal/giorno per una donna di 57.6 kg alta 160 cm.

Alimenti principali

Cereali e legumi

I cereali hanno un’altissima componente di zucchero, sottoforma di amido, che contiene diverse percentuali di amilosio e amilopeptina, a seconda del tipo di cereale. Hanno un basso contenuto di lipidi e di proteine. Le proteine dei cereali sono difficilmente digeribili perché sono legate a una componente di cellulosa, di solito scarseggiano in lisina e triptofano. La lisina viene persa quando vengono scaldati in quanto avviene la reazione di Maillard tra gruppi amminici e zuccheri a dare la glucosammina.

La maggior parte della componente proteica è costituita dalle proteine di riserva dell’endosperma (gliadine e glutenine) che possono dare come conseguenza dei fenomeni di infiammazione a livello intestinale.

I legumi sono ricchi in proteine e contengono poco zucchero. Le proteine contengono pochi amminoacidi solforati. Possono contenere anche degli anti-nutrienti: proteine di Bowman e Birk, presenti soprattutto nei fagioli, sono dei piccoli peptidi con una struttura tipicamente a foglietto β, inibitori di una serie di proteasi tra cui la tripsina, possono interferire con i processi digestivi. Recentemente si è visto che in coltura sono in grado di arrestare la crescita tumorale (protezione per il tumore al colon-retto).

Esiste una complementarietà tra cereali e legumi.

Frutta e verdura

Bisognerebbe mangiarne 5 porzioni al giorno. Sono costituite per l’80-90% di acqua e sono ricche di vitamine. La vitamina C è presente in tutta la frutta e la verdura di colore rosso/giallo/arancione (agrumi, peperoni, pomodori, spinaci, fave, …). La frutta rossa di solito è ricca in vitamina A e possiede anche caroteni (carote, lattuga) e licopeni (soprattutto pomodoro).

Gli spinaci sono importanti per l’apporto di vitamina K e acido folico. La vitamina K è importante per la coagulazione del sangue, mentre i folati sono importanti in quanto sono dei trasportatori di unità monocarboniose nel metabolismo, soprattutto nelle reazioni di metilazione. Sono presenti anche sali minerali come potassio, sodio, calcio, fosfati.

Spesso sono presenti zuccheri, nella frutta fresca è presente il fruttosio. Il fruttosio bypassa la regolazione ormonale della glicemia ad opera dell’insulina e del glucagone. Viene utilizzato nelle bevande zuccherate e si trova in molti cibi confezionati.

La frutta secca è una buona fonte di proteine e di sali minerali, che risultano più concentrati. Normalmente frutta e verdura hanno bassi livelli di grassi, ad eccezione delle olive e dell’avocado. I tuberi sono ricchi di zuccheri. La famiglia delle crucifere (broccoli, cavoli, cavolfiori) ha un ruolo molto importante nella prevenzione dei tumori.

Oli e grassi solidi

Contengono acidi grassi di diverso genere, triacilgliceroli, vitamina A e D. Differiscono per la temperatura di fusione, che è legata al grado di saturazione e insaturazione della struttura. Gli oli sono insaturi, i grassi solidi sono saturi.

L’olio di oliva contiene prevalentemente acido oleico (almeno 60%), acido linoleico (10%), vitamina E, squalene e polifenoli. I polifenoli hanno un’azione protettiva nei confronti dei ROS. L’olio extra-vergine di oliva è considerato tale se ha un rapporto tra acido oleico e acido linoleico almeno pari a 7, mentre l’acido linolenico è pari all’1%. È l’unico olio che non altera l’equilibrio tra gli acidi grassi omega 3 (anti-infiammatori) e gli acidi grassi omega 6 (pro-infiammatori), deve essere maggiore di 1, ma non deve essere elevatissimo. Inoltre, l’olio di oliva non contiene l’isomero trans dell’acido linoleico, acido elaidico: effetto di stimolo della sintesi del colesterolo.

La margarina deriva dall’idrogenazione industriale degli oli insaturi. Il grasso viene reso più solido, ma durante la lavorazione vengono aggiunti sali, aromatizzanti, …

Latte

È un alimento completo, contiene: zuccheri, grassi, proteine (anche ormoni), vitamine. È carente di vitamina K. I latticini hanno la stessa componente del latte. Le proteine del latte vengono divise in due classi:

• Caseine: possono essere precipitate quando si acidifica il latte (pH inferiore a 4.6), sono termostabili. Sono quelle più abbondanti, possono avere dell’attività pro-infiammatoria. Sono presenti in elevate quantità nel latte vaccino, nel latte umano sono presenti in ridotte quantità.
• Proteine del siero: rimangono in soluzione se si precipita in acido, ma precipitano se avviene un trattamento al calore (80°C). Sono comprese anche le immunoglobuline: molto importanti per fornire delle difese immunitarie al neonato.

Nel latte sono presenti anche dei lipidi, organizzati in globuli: hanno quindi un rivestimento di tipo proteico. Contiene lattosio. Sono molto frequenti le intolleranze al lattosio, soprattutto al di fuori della popolazione caucasica che è quella che si è maggiormente adattata al consumo di latte vaccino. Sono dovute alla carenza dell’enzima lattasi che scinde il lattosio in glucosio e galattosio che vengono poi assimilati. Normalmente l’idrolisi del lattosio avviene a livello intestinale.

L’assenza di lattasi fa sì che si creino soprattutto dei problemi a livello dei batteri simbionti presenti nell’intestino, possono provocare diarrea o stitichezza. L’intolleranza al lattosio è diffusa prevalentemente in Asia. Nella popolazione caucasica l’introduzione dell’assunzione del lattosio ha avuto come conseguenza l’insorgenza della fibrosi cistica: malattia genetica più comune nella popolazione caucasica (1:3.000). Se una patologia è così diffusa, significa che è presente un vantaggio selettivo: protezione a livello intestinale dai problemi di dissenteria legati al consumo di latte. È molto facile che il latte si contamini e vi crescano dei microrganismi, si sono diffusi così dei problemi di dissenteria. La fibrosi cistica, alterando un canale del cloro, permette di resistere di più alla perdita di fluidi: chi aveva una forma non particolarmente grave di fibrosi cistica sopravviveva alla dissenteria ed è avvenuta così una selezione positiva della mutazione.

Uova

Sono ricchissime di proteine e sono fondamentali per l’apporto di vitamine del gruppo B (in particolare B12). Sono anche ricche di colesterolo. Contengono elevati livelli di avidina, una proteina che è in grado di legare la biotina, cofattore delle decarbossilazioni, nei forti consumatori di uova possibile avere delle carenze di biotina. La biotina viene fornita anche dalla flora batterica (intaccata quando vengono assunti antibiotici, per questo bisognerebbe evitare di assumere antibiotici e anche uova).

Carne e pesce

La carne è un’ottima fonte di grassi, proteine e vitamina B12. A seconda del tipo di carne, si ha un apporto diverso di grassi e proteine. I grassi più rappresentati sono l’acido oleico e l’acido palmitico (acido stearico in misura minore). L’acido palmitico è l’acido grasso maggiormente presente nel nostro organismo, sia per quanto riguarda la sintesi, ma anche come apporto esogeno.

Pesce, crostacei e molluschi sono una buona fonte di proteine, hanno un apporto notevole di vitamina A e D, ma soprattutto di acidi grassi omega-3. L’apporto di vitamina B12 è scarso. Il pesce è soggetto all’inquinamento delle acque, oggi rappresentano un problema soprattutto le microplastiche.

Vino e birra

Può essere considerato l’etanolo come un nutriente? Sì, porta alla produzione di energia come ATP. L’etanolo è un composto tossico, nell’organismo sono presenti dei sistemi di detossificazione. Uno di questi è l’enzima alcool deidrogenasi: produce acetaldeide, acido acetico, acetil coenzima-A che viene utilizzato dal metabolismo per produrre ATP. Uno degli effetti causati dall’assunzione di alcool è ingrassare. È costituito principalmente da acqua ed etanolo, più alcuni zuccheri, acidi organici, fruttosio, composti fenolici e resveratrolo (molecola con effetto anti-ossidante).

La birra contiene circa 1/3 dell’alcol rispetto al vino. Contiene più zuccheri rispetto al vino, più ricca di sali minerali e vitamine. Problema: viene assorbita quasi interamente a livello dello stomaco, tende a danneggiare la mucosa dello stomaco.

New foods

Esistono di diverso tipo:

• Cibi biologici: derivano da coltivazioni non trattate con pesticidi e fertilizzanti di sintesi chimica, di solito si utilizza il rame. Anche gli allevamenti possono essere biologici se gli animali vengono nutriti con alimenti coltivati senza pesticidi chimici.
• Cibi integrali: sono maggiormente ricchi di fibre, importanti per la motilità intestinale e per la salute del microbiota. Sono meno ricchi di nutrienti rispetto ai cibi con farine raffinate, l’apporto calorico è simile.
• Cibi light: possono avere meno grassi o zuccheri aggiunti.
• Cibi fortificati: vengono aggiunte determinate componenti, come le vitamine. Esempio: golden rice, riso transgenico addizionato con la vitamina A (presenza di β-carotene, per questo è più scuro). In alcune regioni dell’Africa, in Messico e nel Sud Est Asiatico la carenza di vitamina A è molto frequente. Ma essendo la vitamina A una vitamina liposolubile, un eventuale eccesso può provocare intossicazioni ed è soprattutto necessaria un’adeguata quantità di tessuto adiposo per poter essere assorbita e immagazzinata (ma le popolazioni con carenza di vitamina A hanno anche altre carenze e per questo hanno un ridotto tessuto adiposo).
• Cibi funzionali: cibi prodotti industrialmente che hanno un effetto sulla salute. Esempio: cibi a composizione controllata per diabetici, per anziani, bambini, …
• Fitochimici: composti che prevengono patologie.
• Prebiotici: sono costituiti da microrganismi che fermentano il latte e possono modulare la flora batterica intestinale (esempio: yogurt).
• Novel food: fonti alternative di cibo, sono necessarie perché ci si aspetta una popolazione di 9 miliardi di persone nel 2050. Può essere del cibo già noto ma prodotto attraverso delle modalità nuove, cibo OGM, basato su nuove molecole sintetiche oppure cibo normalmente presente in natura ma che di solito non viene consumato (alghe, insetti).
• Alghe: secondo molti esperti, sono il cibo del futuro. Sono ricche di proteine, zuccheri, vitamine (in particolare carotenoidi) e sono un alimento completo. Sono disponibili in quantità molto abbondanti sul fondale dei mari che ricoprono il 75% della superficie terrestre. Macroalghe: alghe verdi, più ricche di proteine e fibre (alginati). Microalghe: 75% di tutte le alghe, sono più ricche di lipidi (esempio: alga spirulina).
• Insetti: hanno un elevato valore nutrizionale e il loro allevamento è molto sostenibile. Per allevare 1 kg di insetti, serve 1 kg di cibo (servono invece 8 kg di cibo per la produzione di 1 kg di carne bovina), non producono scarti. Sono ricchi in proteine e sali minerali.

Digestione e assorbimento dei nutrienti

Con la masticazione e la salivazione hanno inizio nella bocca i primi processi digestivi. La saliva contiene infatti la ptialina, un’amilasi che degrada gli zuccheri. Il bolo passa poi nello stomaco, nell’esofago e nell’intestino.

L’intestino è composto da:

• Duodeno: è a stretto contatto con il pancreas, dal quale vengono riversati i succhi pancreatici che contengono enzimi degradativi.
• Colon: ascendente, trasverso e discendente.
• Retto

L’apparato digerente è considerato come un ambiente esterno dal punto di vista dell’organismo perché...