Scienza dell'alimentazione

Scienze dell'alimentazione

Differenza tra principio alimentare e nutrienti

Per quanto riguarda l'alimento, questo è rappresentato dal pane, dalla pasta, dal pesce, dalla carne. Il principio alimentare è ciò che va a costituire l'alimento. Per esempio, i principi alimentari possono essere le proteine, i carboidrati e i lipidi. Il nutriente è ciò che costituisce il principio alimentare. Come per esempio nel caso delle proteine, i nutrienti sono gli aminoacidi.

Si parla di digestione dei principi alimentari e assorbimento di nutrienti. Da un punto di vista nutrizionale, un alimento può svolgere varie funzioni. Può svolgere una funzione plastica, prevalentemente esercitata dalle proteine. È particolarmente importante durante le fasi di accrescimento. Oltre alla funzione plastica, un alimento può svolgere una funzione energetica, cioè quando un alimento è in grado di apportare energia; questa funzione è esplicata dalle proteine, lipidi, carboidrati e glucidi. Può svolgere anche una funzione regolatrice, prevalentemente affidata alle vitamine e ai sali minerali.

Per quanto riguarda queste tre funzioni, un alimento viene considerato un alimento completo quando assolve contemporaneamente a tutte e tre queste funzioni. In natura, non esiste un alimento capace di assolvere a tutte e tre queste funzioni.

Funzione energetica degli alimenti

Per quanto riguarda la funzione energetica, possiamo dire che l'energia chimica contenuta negli elementi è misurata in calorie. Più in particolare si ha riferimento alle kcal. Una kcal è la quantità di calore che serve per innalzare la temperatura di un kilo di acqua di un grado centigrado, più in particolare da 14,5 a 15,5 °C. A volte questa energia chimica, invece che essere espressa in Kcal, è espressa in Kj (kilojoule).

Questa energia chimica che viene assunta con gli alimenti si trasforma in energia termica ma anche in energia meccanica. Tuttavia, non tutta l'energia contenuta negli alimenti è disponibile per l'organismo. Abbiamo delle entrate energetiche attraverso gli alimenti che vengono trasformati grazie a processi digestivi in nutrienti e poi abbiamo l'energia assorbita, che può essere in parte immagazzinata sotto forma di glicogeno, di proteine e di grassi, in particolare trigliceridi, che rappresentano dei depositi di energia dai quali l'energia può essere mobilizzata per rientrare nel pool energetico.

Di questa energia, parte viene persa attraverso le urine, attraverso il sudore, attraverso il ricambio cellulare e poi si deve considerare il coefficiente di assorbimento. Non tutto ciò che introduciamo con gli alimenti viene assorbito a livello intestinale. Qualcosa rimane a livello del lume intestinale e viene eliminato con le feci.

Determinazione del valore calorico

Di questa energia metabolizzata vi è un anticipo di quello che è il valore calorico di un grammo di carboidrati, di un grammo di lipidi e di un grammo di proteine. Quest'energia chimica degli alimenti si trasforma in calore, in energia meccanica e quindi viene utilizzata dal nostro organismo per quello che rappresentano le uscite energetiche. Viene usata per la produzione di calore che serve anche per il mantenimento della temperatura corporea, viene trasformata in energia meccanica per compiere lavoro. È presente dell'energia necessaria per assorbimento dei nutrienti. Questa quota di energia prende il nome di termogenesi indotta dalla dieta.

Bilancio energetico

Nel caso di un apporto energetico eccessivo rispetto a quelle che sono le entrate di energia introdotta o in caso di un bilancio energetico nel quale abbiamo un pareggio tra energia introdotta ed energia spesa. La dieta deve essere controllata sotto due aspetti: sotto l'aspetto di tipo quantitativo ed energetico e sotto un aspetto qualitativo. Deve essere più varia possibile.

Solo attraverso una dieta varia siamo in grado di apportare al nostro organismo anche i micronutrienti di cui il nostro organismo necessita per il corretto funzionamento delle funzioni vitali. Siamo portati a interpretare la parola dieta come restrizione calorica. La parola dieta significa regime di vita. Rappresenta uno stile di vita atto al mantenimento dello stato di salute.

Contenuto energetico degli alimenti

Facendo riferimento all'aspetto quantitativo o energetico della dieta, nella slide è riportato il rapporto tra le entrate energetiche e le uscite energetiche. In una situazione in cui le entrate pareggiano le uscite, cioè energia introdotta è uguale a energia spesa, saremo in una situazione di bilancio energetico. Se le entrate energetiche superano le uscite energetiche, avremo che l'energia introdotta si trasforma in grasso. In questo caso, avremo un bilancio positivo, cioè un aumento di peso con dovute eccezioni, cioè gravidanza, allattamento e accrescimento, che sono stati fisiologici in cui è richiesto un maggior apporto calorico, di energia per cui in quel caso anche se si introduce più energia di quella che si spende non avremo un aumento di peso corporeo.

Viceversa, nel caso in cui le entrate energetiche siano inferiori rispetto alle uscite, si parla di un bilancio negativo. Avremo una diminuzione del peso corporeo. Avremo l'utilizzazione dei depositi di energia andando a intaccare inizialmente il tessuto adiposo e successivamente si può andare a intaccare anche la massa magra.

Rimanendo sull'aspetto quantitativo o energetico, se si vuole mantenere un equilibrio devo conoscere il contenuto energetico degli alimenti e la spesa del soggetto, cioè il suo dispendio energetico. Per ottenere un equilibrio e per formulare una dieta ipocalorica o una dieta ipercalorica, devo conoscere il contenuto energetico degli alimenti, tutto ciò è in relazione al dispendio energetico del soggetto.

Tabelle di composizione degli alimenti

Per quanto riguarda il contenuto energetico degli alimenti, lo possiamo ricavare da tabelle di composizione degli alimenti. In queste tabelle è riportata la composizione chimica dei vari alimenti, il contenuto in acqua in grammi, il contenuto in proteine, in lipidi e in glucidi. Nell'ultima colonna sono riportate le chilocalorie, quindi l'apporto calorico di 100 g di ciascuno di questi alimenti.

Questo valore calorico varia in relazione ai vari tipi di alimenti, in particolare alla loro composizione e al loro contenuto in acqua. Se si va a vedere l'apporto calorico di 100 g di pane, si vede che è circa la metà dell'apporto calorico dei cracker. Vi sono anche delle differenze per uno stesso tipo di alimento, come ad esempio il vitello: dipende se è giovane o anziano. L'animale anziano ha un quantitativo di massa grassa superiore all'animale giovane.

L'unico alimento che ha un contenuto pari a 0 di acqua è l'olio, che apporta 9 Kcal per grammo, quindi 100 g di olio apporteranno 900 Kcal. Qui troviamo anche l'apporto calorico dell'uovo e del latte di vacca intero. Per quanto riguarda l'uovo, ci sono delle credenze in cui una volta si diceva di non mangiare non più di un uovo a settimana. Attualmente si è visto che il colesterolo esogeno è in grado di ridurre i livelli del colesterolo endogeno. Oggi si consiglia anche l'assunzione di 2-3 uova a settimana.

Apporto calorico di frutta e verdura

In una stessa categoria di alimenti abbiamo un apporto calorico che è variabile. L'apporto calorico di frutta e verdura fresca è basso. Se parliamo di frutta secca, l'apporto calorico è maggiore perché la frutta secca ha un contenuto di acqua minore, quindi avrà un contenuto di kilocalorie maggiore. Frutta e verdura sono anche alimenti particolarmente ricchi di fibre, che appartengono ai carboidrati complessi non disponibili, dato che il nostro organismo non possiede l'assetto enzimatico per la loro digestione. Le fibre non apportano calorie. Frutta e verdura che sono ricchi di fibre hanno un apporto energetico inferiore.

È importante assumere un adeguato quantitativo di fibre giornaliere durante la dieta e in base alla loro natura, in particolare per quanto riguarda le fibre solubili e quelle insolubili, vedremo che svolgono funzioni importanti nel nostro organismo. Le fibre solubili formano una sorta di gel a livello dello stomaco rallentando lo svuotamento gastrico. Il rallentamento dello svuotamento gastrico è uno dei fattori periferici che concorre alla regolazione del ciclo fame sazietà. Le fibre solubili, rallentando lo svuotamento gastrico, determinano una distensione delle pareti dello stomaco che viene risentita da dei meccanocettori presenti nella parete gastrica che una volta che vengono attivati inviano tramite fibre vagali afferenti questi segnali ai nuclei ipotalamici deputati alla regolazione dell'assunzione degli alimenti.

Le fibre vagali afferenti portano queste informazioni al nucleo del tratto solitario, il quale proietterà queste informazioni ai nuclei ipotalamici deputati alla regolazione dell'assunzione degli alimenti. Il rallentamento dello svuotamento gastrico determina l'insorgenza di un senso di sazietà. Nelle diete ipocaloriche viene consigliata l'assunzione di un elevato quantitativo di fibre, associato ad un elevato quantitativo di acqua. Le fibre insolubili hanno la funzione di promuovere la peristalsi intestinale. Velocizzano il transito intestinale. Queste fibre svolgono diverse funzioni importanti nel nostro organismo.

Le fibre solubili intrappolano dei nutrienti in quella sorta di gel che formano. L'assunzione adeguata di fibre in età adolescenziale è un quantitativo inferiore rispetto a quello adulto. Proprio perché in questo gel vengono intrappolati dei nutrienti.

Determinazione del valore calorico dei principi alimentari

Per conoscere il contenuto energetico degli alimenti possiamo fare affidamento alle tabelle di composizione degli alimenti. Possiamo risalire al contenuto energetico degli alimenti dal valore calorico dei tre principi alimentari: proteine, lipidi, carboidrati. Conoscendo la composizione di quel determinato alimento.

Il valore calorico dei principi alimentari è stato determinato mediante l'utilizzo di uno strumento che prende il nome di bomba calorimetrica. Il principio su cui si basa il funzionamento di questo strumento è la legge di Hess, che ci dice che in una reazione chimica l'effetto chimico a pressione costante è indipendente dagli stati intermedi attraverso i quali si evolve il sistema e dipende solo dal suo stato iniziale e finale.

Questo significa che questa energia che si sviluppa è la stessa sia che questa si sviluppi tutta insieme, come avviene nella bomba calorimetrica, sia che questa energia si sviluppi per step successivi come avviene nel nostro organismo. La bomba calorimetrica è uno strumento formato da un contenitore all'interno del quale è posto un piattino di platino sul quale viene posto un quantitativo noto del principio alimentare che si vuole studiare, tipo un grammo di proteine.

In questo contenitore è presente una serpentina elettrica attraverso la quale è possibile far arrivare corrente elettrica. Inoltre qui troviamo ossigeno sotto pressione, ecco perché si chiama bomba calorimetrica. L'ossigeno sotto pressione e la corrente elettrica generano la combustione nel principio alimentare posto sul piattino.

Il contenitore è immerso in un altro contenitore più grande nel quale è presente acqua. In questo contenitore è immerso un agitatore che consente di agitare l'acqua e un termometro che indica la variazione di temperatura dell'acqua e in relazione all'innalzamento della temperatura dell'acqua è possibile risalire alle kilocalorie sviluppate dal principio alimentare posto sul piattino in seguito alla sua combustione.

La combustione genera calore che viene trasmessa all'acqua e questo termometro ci indica l'innalzamento di temperatura dell'acqua dal quale possiamo attraverso delle formule risalire alle kilocalorie del principio alimentare. Attraverso questa apparecchiatura è possibile determinare il valore calorico di un grammo di ciascuno dei tre principi alimentari. Il valore calorico di un grammo di questi principi alimentari prende il nome di valore calorico fisico.

Per andare a formulare una dieta facendo riferimento al valore calorico di un grammo di questi tre principi alimentari, invece di fare riferimento al valore fisico ottenuto dalla bomba calorimetrica facciamo riferimento al valore fisiologico. Se andiamo a confrontare il valore calorico fisiologico di un grammo di proteine o di un grammo di glucidi o lipidi, vediamo che il valore calorico fisiologico è inferiore rispetto al valore calorico fisico. Leggermente inferiore per quanto riguarda i carboidrati, così come per i lipidi. Maggiormente inferiore è il valore calorico fisiologico di un grammo di proteine.

Il valore calorico fisiologico è inferiore a quello fisico per tutti e tre i principi alimentari. Questo perché si deve tener conto del coefficiente di assorbimento. Non è che il 100% viene assorbito nel nostro organismo, quindi ci sarà una piccola quota di questi principi alimentari che viene persa. Il valore calorico fisiologico di un grammo di proteine è quello che si discosta maggiormente dal valore calorico fisico, questo perché le proteine nel nostro organismo vanno a finire anche a composti come l'urea che sono composti che hanno una certa energia. Parte di questa energia viene intrappolata in queste sostanze, come l'urea durante il metabolismo proteico, quindi il valore calorico fisiologico di un grammo di proteine risulta essere particolarmente inferiore rispetto al valore calorico fisico rispetto a lipidi e glucidi.

Il valore calorico fisiologico di un grammo di glucidi in realtà non è pari a 4 ma prendiamo come valore calorico fisiologico di un grammo di glucidi, 3,75. Questo perché ai carboidrati appartengono le fibre che non sono in grado di apportare calorie perché il nostro organismo non possiede l'assetto enzimatico per la loro digestione, quindi il valore calorico di un grammo di carboidrati si considera pari a 3,75. Conoscendo il valore calorico di un grammo di ciascuno di questi tre principi alimentari e conoscendo la composizione chimica di un alimento, siamo in grado di risalire al contenuto energetico di un alimento.

Spesa del soggetto (dispendio energetico)

Il dispendio energetico di un soggetto comprende due quote: una quota fissa e una quota variabile. La quota variabile è correlata al tipo di attività fisica svolta dal soggetto. La quota fissa del dispendio energetico giornaliero di un soggetto è rappresentata dal metabolismo basale. Il metabolismo basale viene definito come la minima quantità di energia necessaria per mantenere le funzioni vitali. Questa definizione di metabolismo basale serve per capire cos'è il metabolismo basale anche se non è propriamente corretta. Sappiamo che il metabolismo basale durante il sonno si può abbassare di una quota che può arrivare fino al 10% in meno. Quindi questa definizione di metabolismo basale non sarebbe propriamente corretta.

Metodi di misurazione del dispendio energetico

Ci possiamo avvalere sia di metodi per la misurazione del dispendio energetico, attraverso i quali è possibile andare a misurare direttamente il dispendio energetico di un soggetto. Inoltre, ci sono i metodi che ci permettono di predire quello che sarà il dispendio energetico di un soggetto. Per quanto riguarda queste metodiche esistono metodi calorimetrici e metodi non calorimetrici. Per quanto riguarda i metodi calorimetrici, per la determinazione del dispendio energetico possiamo usare dei metodi diretti o dei metodi indiretti. I metodi diretti prendono il nome di calorimetria diretta. Il metodo indiretto prende anche il nome di calorimetria indiretta.

Calorimetria diretta

La calorimetria diretta si basa sulla misura diretta del calore emesso dal soggetto, quindi dal calore emesso dal soggetto è possibile risalire al suo dispendio energetico. La calorimetria indiretta si basa sulla misura del dispendio energetico del soggetto tramite il consumo di ossigeno.

Attraverso la calorimetria diretta è possibile valutare il dispendio energetico di un soggetto direttamente dal calore emesso dal soggetto stesso. Per la calorimetria diretta viene usato un calorimetro di Atwater, che è una stanza in cui viene posto il soggetto che può stare a riposo oppure svolgere un'attività fisica. Nella parte inferiore di questa camera è presente un'apertura attraverso la quale si immette ossigeno e l'aria ispirata dal soggetto viene convogliata in questo sistema che presenta un contenitore contenete calce sodata e acido solforico per l'assorbimento dell'acqua e dell'anidride carbonica che viene espirata dal soggetto.

Nella parte superiore di questa stanza è presente una serpentina contenete acqua. Conoscendo la temperatura dell'acqua in ingresso, il volume dell'acqua che scorre in questa serpentina e andando a valutare l'innalzamento della temperatura dell'acqua in uscita, da qui si può risalire mediante l'applicazione di alcune formule al calore emesso dal soggetto. Questa tecnica prevede anche una misurazione del quantitativo di acqua e anidride carbonica che viene espirata dal soggetto.

Il consumo di ossigeno del soggetto per risalire al consumo energetico viene misurato mediante uno spirometro, che consiste di un recipiente che contiene ossigeno. Il soggetto è posto a riposo, perché non si può muovere perché è sovrastato da questa apparecchiatura, quindi attraverso questo strumento possiamo misurare anche il metabolismo basale del soggetto dato che questo è a riposo. Il soggetto respira attraverso un boccaglio, inspira ossigeno e l'aria espirata dal soggetto viene convogliata in un contenitore che contiene calce sodata. Il contenitore che contiene ossigeno è sovrastato da una campana di vetro che si abbassa man mano che il soggetto consuma ossigeno.

La campana di vetro è collegata ad un chirografo, cioè ad un registratore a carta tramite una penna scrivente, il quale registra i movimenti della campana di vetro. Attraverso questo tracciato è possibile risalire ai litri di ossigeno consumati dal soggetto. Lo spirometro rappresenta un apparecchio mediante il quale è possibile...