Biochimica degli alimenti

Appunti di biochimica degli alimenti

Fabbisogno energetico dell’organismo

Quando parliamo di nutrienti (sostanze che sono importanti perché hanno una funzione e sono coinvolte nel fabbisogno) o non nutrienti (non apportano energia) li dividiamo in:

• Micronutrienti ma non apportano calorie = vitamine e sali minerali
• Macronutrienti che apportano calorie e si possono accumulare = carboidrati, proteine, amminoacidi e acidi grassi

Il nostro organismo ogni giorno richiede un certo quantitativo di energia suddiviso in micronutrienti e macronutrienti. Sappiamo anche che le cellule sono tutte diverse e questo si specchia nella diversità dei metabolismi e delle esigenze di esse. Bisogna soddisfare esigenze differenti in base alle funzioni diverse.

Non accumuliamo grosse riserve. Questo porta alla necessità di approvvigionamento giornaliero di nutrienti fino a 3 volte al giorno se non di più. Ogni 3-4-5 ore siamo chiamati al pasto perché siamo spinti ad alimentarci molte volte. La mattina siamo molto propensi a mangiare, è un nostro bisogno dopo 8-10 ore di digiuno. È un digiuno molto lungo rispetto a quello giornaliero.

Questo però non era così in principio, ci siamo evoluti così. Questa è la condizione dell’uomo moderno in cui si mangia molto di più. È cambiato il nostro metabolismo: pensiamo alle scimmie antropomorfe che si cibavano di frutta e di piccoli animali ma non erano cacciatrici. Nell’evoluzione siamo scesi dagli alberi e abbiamo iniziato a correre, ricercando il cibo in posti molto più aperti e grandi facendoci diventare anche cacciatori con la scoperta del fuoco.

Aumentare il consumo di carne cotta significa aumentare l’estrazione di proteine e questo ha avuto un impatto metabolico enorme sull’uomo. Aumenta anche la quantità di grassi in entrata. Noi sappiamo che proteine e grassi sono la nostra fonte di riserva dell’energia, anche se le proteine vengono poco utilizzate (perché si degrada il muscolo).

Gestione del surplus energetico

Cambia la capacità dell’uomo nella gestione del surplus energetico: con maggiore disponibilità di grassi e proteine l’uomo inizia a sviluppare la massa cerebrale e le riserve e ciò aumenta anche il nostro metabolismo basale per sostentare un corpo composto da cose diverse di grandezza diversa con attività diverse e maggiori.

Queste riserve, però, sono limitate. L’uomo moderno ha sovraccarico nutrizionale per via della disponibilità di cibo, anche di dubbia fattura, e la scarsità di tempo per l’attività fisica. I paesi industrializzati soffrono molto di obesità infantile e malattie cardiovascolari e questo dimostra che un apporto sbagliato ed eccessivo di nutrienti non viene gestito in modo corretto dal nostro corpo, ergo abbiamo la possibilità di gestire riserve e surplus ma in modo limitato, altrimenti si incorre in patologie.

Dato che non accumuliamo grosse riserve di cibo, allora siamo sempre in un equilibrio dinamico, ovvero mi sforzo costantemente di mantenere l’equilibrio (io mangio e non posso non alimentarmi per 10 ore, devo alimentarmi spesso anche se ho mangiato). Ho un po’ di autonomia ma poi devo mangiare di nuovo. In base al mio consumo devo mangiare dopo un tot.

Equilibrio post-prandiale e ormoni

Il nostro organismo oscilla da una fase di abbondanza post-prandiale, dove trasformo l’eccesso in trigliceridi per l’accumulo o turnover proteico dalle proteine, a una fase di digiuno. Questo equilibrio precario è messo in evidenza dal gioco degli ormoni che abbiamo in circolo in momenti diversi che ci permettono di comprendere digiuno/approvvigionamento.

Noi scomponiamo gli alimenti, creiamo entropia e disordine al livello corporeo e otteniamo energia. Questa può essere utilizzata per sintetizzare nuove molecole e ricreare ordine. Lo scopo è perciò sempre ATP, calore o nuovi composti, dal disordine l’ordine. Tutto il nostro metabolismo si basa sul mantenimento dell’omeostasi, dell’equilibrio, che ci permette la sopravvivenza e non ci permette lo sviluppo di patologie. Questo significa mantenere uno stile di vita corretto.

Anche il difetto causa patologie, come la carenza di ferro. Non si parla solo di salute fisica ma anche dello stato psicologico: quando siamo stressati mangiamo schifezze che possano andare a ad agire sul nostro SNC.

Utilizzo dell'energia ricavata dai nutrienti

Noi possiamo dividere l’energia ricavata dai nutrienti in base a come la utilizziamo in:

1. Attività fisica 15-20%
   L’attività fisica è muoversi! Prendere le scale, andare a piedi, fare una passeggiata. Non si parla di attività di corsa o di alta intensità. La sedentarietà (sotto il 15%) è un fattore di rischio per molteplici patologie. Se sono un atleta questa fetta si ingrandisce.
2. Termogenesi indotta dalla dieta 10-20%
   È energia per metabolizzare gli alimenti che ingeriamo. Se mangio pane serve energia per metabolizzarlo. Le proteine sono gli alimenti che richiedono un dispendio energetico maggiore per il loro metabolismo.
3. Metabolismo basale 60-75%
   Buona parte dell’energia va nel metabolismo basale. Una quota dell’energia derivante dai nutrienti viene dissipata e l’altra usata. Il metabolismo basale è importante per sostenere le nostre funzioni vitali (temperatura, trasporti, movimenti, biosintesi, catabolismo, detossificazioni). Mantenerci in vita. Il basale è attivo anche la notte anche se ridotto. È attivo anche di notte perché il nostro cervello rimane comunque attivo per mandare impulsi nervosi per la coscienza, il cervello lavora h24 e brucia costantemente energia sottoforma di zuccheri perché non ha gli enzimi per la beta-ossidazione (200g/die necessari di cui 120g/die usati di glucosio a livello cerebrale).

Se manteniamo gli zuccheri bassi e andiamo in ipoglicemia si ha come primo sintomo il capogiro, letargia poi svenimento.

Iperglicemia = > 100 mg/dl
Ipoglicemia = 35-40 mg/dl
Normoglicemia = 60-100 mg/dl

Vita media globulo rosso = 3 mesi = 120 giorni. Il ricambio della pelle, dell’intestino, dei globuli rossi richiedono costantemente energia sostentata dal metabolismo basale ed ecco perché ci vengono richieste le analisi del sangue molto recenti.

Il metabolismo basale non va scambiato con il metabolismo a riposo che è il consumo energetico di un individuo che non sta compiendo attività fisica, che sta in un ambiente termoneutro (quindi escludo la termogenesi) e varia in relazione ai pasti. Esso è circa 10-20% in più rispetto al metabolismo basale.

Il metabolismo basale invece è un consumo energetico determinato mediante l’analisi del paziente sveglio, in un ambiente termoneutro e a digiuno, quindi escludendo sia termogenesi che l’effetto degli alimenti.

Fattori che influenzano il metabolismo basale

Il metabolismo basale dipende da:

• Dimensioni e composizione corporee
• Sesso: l’uomo ha un metabolismo più elevato della donna in quanto ha una maggior percentuale di massa magra e risponde a determinate risposte ormonali, diverse dalla donna che ad esempio risente del ciclo mestruale e degli ormoni correlati ad esso.
• Età: i bambini e gli adolescenti hanno un metabolismo maggiore per via della crescita. Nell’anziano si ha una riduzione progressiva della massa muscolare che porta all’abbassamento del basale.
• Stato fisiologico: gravidanza, allattamento, invecchiamento, crescita
• Fattori genetici
• Stato ormonale: diabete, cortisolo per lo stress
• Abitudini: l’atleta ha una percentuale di massa muscolare più alta che consuma maggiormente nonché è più efficiente il metabolismo in quanto riesce a usare meglio le riserve. Fare attività sportiva permette di aumentare il basale in quanto l’aumento della massa magra e muscolare richiede maggior energia per essere mantenuta.
• Abitudini alimentari: vegetarianismo, veganismo.
• Luogo di vita che influenza la capacità di termoregolazione.
• Malattie: diabete, obesità, ipo ed ipertiroidismo possono avere un impatto enorme sul metabolismo basale. Il fenomeno infiammatorio aumenta il basale.
• Uso di farmaci o di sostanze/integratori: nicotina, caffeina, cortisonici, tisane che comunque fanno effetto sul nostro organismo. Acido folico in gravidanza perché previene il non sviluppo del SN, in particolare si ha la spina bifida. L’acido folico si somministra per prevenzione alla donna che sta anche solo provando ad avere un figlio.

Per misurare il metabolismo basale ci sono delle formule che però non tengono conto di tutti gli elementi che abbiamo visto precedentemente ma solamente di età, sesso e peso, quindi a quel fattore lì io devo integrare anche l’anamnesi. Ad esempio, una donna di 25 anni avrà un fattore di 2,036 + (0,062 x peso corporeo) mentre un uomo della stessa età avrà 2,896 + (0,063 x pc).

Qualcosa che influisce tantissimo eppure non viene considerato da queste equazioni è la termogenesi che varia a seconda di dove viviamo e cosa facciamo: abbiamo imparato a vestirci per non sentire freddo ma chi vive in ambienti freddi di natura avrà una termogenesi aumentata (viceversa per il caldo) e di conseguenza un basale diverso. Anche la percezione del clima cambia il basale. Ad esempio, incrementa molto se svolgiamo attività motorie in ambienti caldo-umidi o freddi.

Misura del dispendio energetico o fabbisogno energetico

Mediante:

• Spirometria = misura del consumo energetico in base alla velocità del consumo di ossigeno. Questo perché la quasi totalità dell’energia viene ricavata da processi ossidativi. Se ho più massa muscolare consumo più ossigeno.
• Uso di formule = misurazione empirica del volume di ossigeno in condizioni standard. Faccio la media dell’energia fornita dal consumo di 1 litro di ossigeno. Consumo energetico = 20,3 x VO2. Ma non tiene conto della differenza tra substrati che vengono utilizzati. Per esempio, se consumo 1 litro di ossigeno con substrato glucosio avrò la 21 kJ/L di O2, se consumo 1 L di ossigeno con substrato proteine avrò 19 kJ/L. Quindi il consumo di ossigeno varia anche in base alla dieta.
• Equivalenti metabolici = mi permettono di avere un’idea del fabbisogno energetico confrontando vari tipi di attività. Stima la quantità di energia usata durante un’attività rispetto al riposo. Se leggo consumo 1,5 MET, se vado in bicicletta 3,5 MET. Se volessi attivare il metabolismo dovrei saltare la corda, dato che ha 12 MET oppure camminare in montagna. Questo però non tiene conto del consumo energetico post-esercizio, della fase di recupero, che rappresenta il 15% della spesa energetica, che varia in base all’intensità dell’esercizio e alla durata. Non tiene conto nemmeno della TID che è il 10% della spesa energetica.

Metabolismo dei nutrienti

Micronutrienti

Ne assumiamo piccole quantità (mg/µg) e non apportano calorie, hanno funzione regolatrice. Le vitamine sono importanti perché:

• Sono i precursori dei coenzimi e da trasportatori di elettroni e protoni
• Contribuiscono a stabilizzare le membrane cellulari
• Hanno azione ormone-like come la vitamina D
• La loro carenza o deficit assoluto porta a patologie (scorbuto)

Nel periodo invernale vengono molto pubblicizzate le vitamine, nel periodo estivo i sali minerali. Dobbiamo assumere soprattutto le vitamine perché siamo in grado di sintetizzarne molto poche, quindi siamo forzati a mangiare per averle. Abbiamo un problema di sintesi, di assorbimento e di utilizzo dato che le vitamine non sono i coenzimi, sono precursori che devono essere attivati.

Vitamine e coenzimi

Ad esempio:

• TPP dalla tiamina B1, che si trova nel complesso 1 della piruvato deidrogenasi.
• FAD deriva dalla riboflavina B2.
• NAD dalla niacina B3 o PP in quanto era implicata in carenza nella pellagra.
• Coenzima A dal pantotenato B5.
• Il PiridossalP dal piridossale B6, coenzima della glicogeno fosforilasi e nelle transaminasi.
• L’acido folico B9 è importante nella gravidanza e nella ricerca di essa, importante per il tetraidrofolato.
• Cobalamina B12 che assomiglia moltissimo al citocromo C.
• L’acido ascorbico e la vitamina C il cui deficit causa scorbuto (patologia a carico del collagene e della sua sintesi che porta a problemi arteriosi dato che il collagene dona elasticità), importantissima per enzimi della via metabolica del ferro ma di tante altre, nelle reazioni redox.

La dieta mediterranea è patrimonio dell’UNÈSCO, l’unica che ha un impatto positivo sul metabolismo e sullo stile di vita, eppure abbiamo moltissimi casi di ipovitaminosi. Questo è giustificato dal nostro stile di vita mutato nel tempo che ci rinchiude in uffici e ci predispone a cibi confezionati.

Biosintesi vitaminica

La sintesi endogena di vitamine avviene ma in quantità molto scarsa, da parte della flora batterica presente nel colon (ultima parte con poca capacità di assorbimento), ma l’assorbimento avviene nel tenue (prima parte). Ad esempio:

• Biotina B8 viene sintetizzata a partire dal triptofano ma viene perduta con le feci.
• Tiamina B1.
• Riboflavina B2.
• Cobalamina B12, anche questa perduta con le feci.
• Vitamina D per azione dei raggi UV a partire dal 7-deidrocolesterolo. La reazione colesterolo -> 7-deidrocolesterolo è una reazione che avviene nella pelle e non richiede enzimi. Basta una passeggiata, basta stare un po’ al sole.
• Vitamina K per azione dei batteri, infatti la somministrazione di antibiotici può andare a interferire con i processi della coagulazione.

Se esiste un qualche problema dall’alimento al nostro sistema, abbiamo un problema a livello di assorbimento vitaminico e rischio ipovitaminosi. Il processo di assorbimento può essere alterato anche se la flora viene alterata, come l’utilizzo degli antibiotici o un’alimentazione che prevede il consumo di carni/vegetali trattati con essi che altera il tutto, oppure la diarrea da stress (esempio acuto). È vero che le quantità sono minime ma in realtà, a lungo termine, mettiamo a repentaglio la sanità del nostro microbiota.

Il nostro intestino ha migliaia di ceppi batterici che crescono in simbiosi con noi, facendosi la guerra fino all’equilibrio. I ceppi batterici però sono resilienti, si oppongono ai cambiamenti. Ciò significa che tutto può andare ad impattare nella sintesi delle vitamine e nell’assorbimento delle stesse.

Banalmente anche il cambiamento delle abitudini, della casa, della vita impatta (trapianto di feci da persone con cui veniamo a contatto h24, meglio se parenti o conviventi).

Fabbisogno vitaminico giornaliero

Il fabbisogno vitaminico giornaliero è RÈLATIVO, varia da persona a persona e non universale; se il soggetto è atletico avrà un basale maggiore e di conseguenza una maggiore necessità, se sono incinta ho una diversa necessità di vitamine. C’è uno standard indicato ma va applicato. L’ipovitaminosi non è legata solo alla sbagliata alimentazione o alla salute del soggetto ma anche da fattori esterni:

• Stagionalità degli alimenti: gli alimenti fuori stagione non contengono la dose di vitamine che dovrebbero avere, in più sono trattati per essere belli.
• Trattamenti: il congelamento, ad esempio, aiuta a non far ossidare gli alimenti ma ciò causa anche una diminuzione del comparto proteico ma anche trattamenti di resistenza al calore per bloccare le polifenolo ossidasi o per inibire la maturazione per l’import/export. I cibi precotti non sappiamo che temperatura hanno subito o la durata della cottura. Il surgelamento, per esempio, serve per abbattere la temperatura molto velocemente in modo da bloccare immediatamente tutti i processi biologici e anche il processo di degradazione, garanzia che il prodotto contenga più nutrienti e che sia migliore di quello congelato e che abbia proprietà organolettiche migliori.
• Cottura: le verdure bollite in acqua perdono le vitamine idrosolubili quindi sarebbe meglio la cottura a vapore o a pressione in modo che ci sia meno acqua di cottura e le vitamine non si diluiscano. Il forno, per esempio, è una tecnica che conserva se fatta nel modo corretto e la cottura non è lunga.
• Esposizione alla luce: il tetrapak non fa più avere esposizione alla luce del latte, che contiene la riboflavina, importantissima.
• Irradiazione degli alimenti: in Italia non avviene spesso ma McDonald’s ha inventato questo metodo. Ogni singolo hamburger crudo è dentro una confezione sterile, resa tale per irradiazione con raggi gamma (come le posate monouso).
• Pastorizzazione: il latte fresco è diverso da quello a lunga conservazione perché quest’ultimo è stato trattato e pastorizzato. La pastorizzazione è un trattamento con calore che però abbassa le vitamine; in quello fresco mantengo i lattobacilli o i fermenti lattici. Se addirittura scelgo il latte scremato, vado ad eliminare i grassi e di conseguenza il colesterolo, precursore delle vitamine liposolubili.
• Conservazione: l’affumicatura, il sotto sale etc seccano l’acqua e si perdono le vitamine idrosolubili.

Tutto questo porta all’impoverimento dell’alimento. Anche se siamo italiani e abbiamo la miglior dieta del mondo, siamo soggetti ad ipovitaminosi per tutti questi fattori esterni + la biodisponibilita che varia.

Biodisponibilità

Biodisponibilità = percentuale di nutriente presente negli alimenti che può essere utilizzata dal corpo umano rispetto a quella ingerita. Questa dipende da:

• Processi digestivi: lunghi e complessi anche se si può ridurre il tempo con la masticazione efficiente e lenta. Alterata da semplice stress o problemi gastrici.
• Assorbimento intestinale: assorbimento mediante diffusione passiva, trasporto facilitato seguendo gli acidi grassi o trasporto attivo contro gradiente.
  
  • Tenue prossimale: liposolubili e idrosolubili
  • Tenue distale: C e B12
  • Colon: K2
• Utilizzo metabolico: le vitamine vanno attivate per essere enzimi e ciò avviene in parte dell’intestino, nel fegato e in altri tessuti ma se non funzionano i processi attivatori non serve a nulla.

Le vitamine idrosolubili sono vitamine che si possono perdere con i liquidi corporei come sudore, urine e feci, mentre le vitamine liposolubili sono accumulabili nei tessuti come l’adiposo, l’epatico o nelle membrane cellulari e quindi la loro richiesta giornaliera è meno pressante, oltre che serve molto tempo per finire in carenza, al contrario delle idrosolubili.

Assorbimento vitaminico

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