Fisiologia della nutrizione

Fisiologia della nutrizione

Introduzione alla nutrizione

La nutrizione è necessaria per poter fornire energia necessaria per tutte le funzioni grazie ai nutrienti che sono essenzialmente di due grandi categorie:

• Zuccheri
• Lipidi

Il nostro organismo però necessita anche delle proteine perché queste sono indispensabili per l'accrescimento e il mantenimento dell'integrità strutturale, infatti le cellule sono formate da un citoscheletro proteico e la funzione motoria è sempre sostenuta da proteine. L'ultima categoria essenziale sono quelle sostanze quali acqua, sali e vitamine cioè elementi che hanno una funzione regolatrice per le reazioni biochimiche.

Dieta

La dieta è l'insieme di alimenti che si assumono abitualmente. È un termine usato per indicare regimi alimentari che servono per aumentare o diminuire il peso corporeo, per attenersi a prescrizioni relative a particolari patologie o per ottenere differenti risultati sul proprio fisico. La dieta non è esclusivamente privativa, ma è l'insieme degli alimenti che si assumono.

Alimentazione

L'alimentazione si intende la fornitura attraverso la quale noi forniamo energia al nostro organismo o a qualsiasi sistema per poterne permettere il corretto funzionamento. Esempio: per le macchine è energia elettrica o un carburante, mentre per gli organismi viventi si hanno due possibilità: gli alimenti o l'energia che deriva dal sole. L'essere umano utilizza l'energia contenuta negli alimenti per alimentare le reazioni che avvengono nell'organismo stesso.

L'alimentazione comporta una serie di attività/meccanismi che spingono al procacciamento dei liquidi e degli alimenti. Infatti, la sensazione di sete e di fame sono il risultato di una situazione dell'organismo che è carente di acqua o di energia e con l'evoluzione si sono sviluppati comportamenti che portano allo spegnimento di queste sensazioni. Infatti, l'animale mangia quando trova da mangiare e beve quando trova da bere, ma i meccanismi del nostro organismo che si è evoluto fanno sì che prevalgano quelli che portano all'assunzione e alla trasformazione degli alimenti assunti in forme di deposito.

Nutrizione

La nutrizione è l'utilizzazione volontaria o involontaria degli alimenti. L'organismo infatti utilizza quello che ingeriamo per le varie attività fisiologiche e necessita non solo energia, ma anche di nutrienti che sono necessari per il mantenimento sia delle strutture che delle funzioni. È possibile classificare gli alimenti in vario modo per categorie funzionali:

• Nutrienti su base chimica:
• Fabbisogno
• Essenzialità
• Biodisponibilità, bioaccessibilità, bioattività
• Anti-nutrienti
• Non nutrienti
• Nutrienti

I nutrienti possono essere distinti dal punto di vista chimico in:

• Organici: proteine, grassi, zuccheri, vitamine
• Inorganici: acqua e sali minerali

La prima cellula si è distinta grazie a una membrana che le permetteva di mantenere una differenza tra ambiente esterno e ambiente interno osmotica.

Fabbisogno

Sulla base del fabbisogno bisogna seguire indicazioni di agenzie che si occupano specificatamente di stilare tabelle e di emettere raccomandazioni di tipo nutrizionale. A livello internazionale predomina il Food and Nutrition Board che ha iniziato a stabilire per primo le RDA, cioè le Recommended Daily Allowance. In Italia la società italiana di nutrizione umana stabilisce i LARN, cioè i Livelli di Assunzione Raccomandati dei nutrienti. I LARN sono i nostri punti di riferimento perché ci dicono che una persona adulta ha bisogno di quella quantità di nutrienti. Questi parametri potrebbero anche cambiare perché la scienza si evolve e quindi si potrebbero scoprire nuove nozioni, l'importante è non eccedere mai con nessun alimento.

Essenzialità

Una sostanza che è presente in un alimento si definisce essenziale quando la sua presenza è richiesta per:

• La crescita
• Il mantenimento di uno stato di salute
• La sopravvivenza

È essenziale quella sostanza che consente l'omeostasi dell'organismo. Quando una di queste sostanze viene a mancare l'organismo esce dallo stato di omeostasi e quindi si manifestano dei malfunzionamenti, cioè la malattia, che può essere prevenuta o curata fornendo gli elementi essenziali. Inoltre, la sostanza definita essenziale non può essere sintetizzata dall'organismo umano, infatti una sostanza essenziale per il nostro organismo può non esserlo per un cane o per un gatto, per esempio. Una sostanza può essere definita essenziale anche quando può essere sintetizzata dall'organismo, ma in condizioni particolari la sintetizza in quantità non sufficienti.

Esempio: la vitamina D siamo in grado di sintetizzarla a livello della cute, ma per poterla sintetizzare è necessario il colesterolo e sono necessari raggi UV. L'esposizione al sole alle nostre latitudini può essere non sufficiente, quindi in queste condizioni noi non siamo in grado di sintetizzare in quantità sufficiente la vitamina D e quindi è necessario introdurla con la dieta.

Biodisponibilità, bioaccessibilità, bioattività

Il nutriente che si introduce con la dieta può arrivare in una frazione minore rispetto a quello che è stato effettivamente introdotto perché vi sono diversi processi come per esempio l'assorbimento in cui il nutriente viene modificato. Non tutto quello che introduciamo con la dieta arriva alle cellule perché la preparazione dell'alimento comporta un'alterazione di biodisponibilità, bioattività, e bioaccessibilità.

Bioaccessibilità: frazione di nutrienti rilasciati dalla matrice alimentare durante i processi digestivi disponibile per l'assorbimento. Esempio: una fetta di torta contiene carboidrati, lipidi e altre sostanze e non è detto che l'alimento che introduciamo ci dia sempre la stessa bioaccessibilità, infatti per esempio la cottura dei carboidrati influenza notevolmente la facilità della digestione. La bioaccessibilità è quindi influenzata da:

• Preparazione
• Masticazione: la triturazione dell'alimento può facilitare l'aggressione da parte degli enzimi digestivi
• Enzimi digestivi: che per alcuni alimenti possono essere più o meno efficaci. Sono necessari anche fattori che coadiuvano l'azione dell'enzima stesso

Biodisponibilità: frazione di nutrienti disponibili per l'assorbimento. Infatti, l'alimento ingerito, per il suo reale assorbimento necessita della presenza di promotori e dell'assenza di inibitori, quindi inibitori e promotori possono modificare la reale entità di assorbimento. Esempio: se si ha un certo alimento e in contemporanea si assume una sostanza che facilita il suo mantenimento in soluzione e quindi il suo assorbimento, la biodisponibilità sarà alta, mentre lo stesso alimento senza promotore, cioè la sostanza che facilita la solubilità di un'altra sostanza, avrà una biodisponibilità più bassa. Inoltre, vi possono essere fenomeni di competizione perché se una sostanza utilizza un trasportatore per essere assorbita che può essere utilizzato anche da altre sostanze presenti nell'alimento, si ha che la sostanza considerata sarà assorbita in minor quantità. Alcune di queste caratteristiche, come la presenza di promotori e inibitori, possono essere sfruttate a scopi terapeutici, come per esempio i fitosteroli riducono l'assorbimento del colesterolo anche se quest'ultimo noi siamo in grado di sintetizzarlo, quindi se geneticamente siamo soggetti che producono tanto colesterolo non vi è molto da fare per la riduzione.

Bioattività: è definita sulla base delle caratteristiche dei singoli nutrienti e quindi sulla base del fatto che:

• Se l'alimento è trasportato
• Se l'alimento interagisce con tessuti e cellule e quindi se su quelle cellule/tessuti sia presente un recettore appropriato
• Se subiscono trasformazioni
• Se inducono risposte fisiologiche

La bioattività di un nutriente dipende dai fattori sopracitati.

Antinutrienti

Antinutrienti sono sostanze che interferiscono con l'assorbimento dei nutrienti o con la loro azione una volta ingeriti e assorbiti. Quindi, può essere che introducendo un alimento produciamo un'azione anti-nutriente nei confronti di un altro alimento.

Esempio 1: l'acido ossalico contenuto nei vegetali è un chelante degli ioni metallici e il legame tra gli ioni metallici e l'acido ossalico è più forte del legame che si forma tra il metallo e il suo trasportatore a livello intestinale. Tutte queste interazioni sono reazioni chimiche e il più delle volte si ha a che fare con gli equilibri, quindi se la costante è più alta per la formazione di un certo composto piuttosto che di un altro si ha che l'alimento sarà legato maggiormente alla sostanza lo ione, piuttosto che alla sostanza il trasportatore. Quindi, l'acido ossalico trattiene il metallo a livello intestinale che quindi non può essere assorbito, per questo viene eliminato.

Esempio 2: l'avidina, contenuta nell'albume d'uovo, lega la vitamina B8 (biotina), quindi tale sostanza contenuta nell'uovo ostacola l'assorbimento della biotina stessa.

Esempio 3: gli isotiocianati si trovano nelle brassicacee, cioè in cavolo/broccoli, ecc., e ostacolano l'assorbimento di iodio.

Non nutrienti

Non nutrienti sono sostanze presenti negli alimenti ma che non hanno valore nutrizionale. Possono essere:

• Sostanze ad azione salutistica che vengono aggiunte che hanno funzione regolatoria, come per esempio delle fibre che possono essere aggiunte, che però di per sé non sono nutrienti, infatti non vengono nemmeno assorbite.
• Sostanze farmacologicamente attive che hanno un'azione sull'organismo, ma non come nutrienti
• Additivi: dolcificanti, addensanti, coloranti, emulsionanti, ecc. Queste sono sostanze che servono a migliorare le caratteristiche del preparato. Infatti, soprattutto a livello industriale, i prodotti hanno caratteristiche ben precise dal punto di vista organolettico per far sì che tale alimento sia più appetibile. Lo zucchero è un alimento essenziale per l'organismo, quindi è normale che a noi piaccia lo zucchero e quindi le industrie lo utilizzano perché così consumiamo più volentieri tali preparati. Anche l'aggiunta di grassi serve a dare una consistenza particolare all'alimento perché i grassi sono sostanze fondamentali per l'organismo perché forniscono tanta energia, quindi danno un senso di piacevolezza quando presenti nel preparato.
• Sostanze indesiderabili presenti naturalmente o per contaminazione come per esempio pesticidi, tossine, microrganismi

Tra le sostanze non nutrienti vi è anche l'alcool che può dare piacevolezza. Qualcosa che migliora il momento dell'alimentarsi non fa male se usato moderatamente.

Classificazione degli alimenti

Seconda classificazione degli alimenti:

• Primari: devono essere assunti più o meno in modo regolare e costante. Idealmente tutti i giorni come l'acqua, proteine, carboidrati, vitamine, lipidi, sali minerali, poco di tutto sempre.
• Secondari o accessori: alimenti che non sono necessari dal punto di vista della nutrizione, ma che hanno un'importanza psicologica. Come per esempio le bevande alcoliche e non (un bicchiere di vino o Coca Cola non ha nessun motivo nutrizionale, ma se questo non diventa abuso ci fa stare bene) oppure le erbe aromatiche, infatti l'utilizzo di spezie nella preparazione degli alimenti favorisce l'appetibilità dell'alimento stesso e quindi la piacevolezza dell'alimentarsi.

Un conto sono le sostanze che l'organismo necessita con una certa biodisponibilità e una certa attività, un altro conto sono gli alimenti secondari. Nella società moderna una consapevolezza dell'importanza di scegliere gli alimenti giusti e le combinazioni giuste è molto importante perché la corretta alimentazione è la prima azione che si può compiere a costo zero per mantenere alte le nostre difese: se un organismo è carente di qualche componente esso è in difficoltà e quindi parte svantaggiato nei confronti di un danno (batterio/raffreddore/mal di gola), mentre se l'organismo gode di ottima salute esso è in grado di difendersi.

Il nostro organismo sa difendersi ed è in grado di portare una condizione di omeostasi ma per farlo deve essere in una condizione ottimale dal punto di vista della nutrizione e del suo stato energetico. Se ci alimentiamo bene con prodotti genuini e viviamo in un ambiente che non ci costringe a far lavorare l'organismo costantemente per difendersi, il nostro organismo sa ripararsi.

L'energia

L'energia può essere presente in forme diverse.

• Primo principio della termodinamica: l'energia non si crea e non si distrugge, quindi in un sistema una parte dell'energia è persa sotto forma di calore e una parte viene usata per un lavoro. Quindi non si può avere un rendimento del 100%.

Un sistema quindi può scambiare energia con l'ambiente in due modalità:

• Scambiando calore (q): segno positivo indica che il sistema assorbe calore, mentre il segno è negativo se il sistema cede calore.
• Scambiando lavoro (w): segno positivo indica che l'ambiente compie lavoro sul sistema, segno negativo quando il sistema compie lavoro sull'ambiente.

Energia ed entalpia sono due funzioni di stato e questo ci aiuta dal punto di vista pratico. Infatti, partendo dall'equazione H = U + PV e calcolando la differenza di entalpia in due stati si ottiene che ΔH = ΔU + PΔV, ma il nostro sistema biologico porta a una semplificazione, infatti, perché siamo organismi acquosi e quindi abbiamo volume costante, si ottiene che ΔH = ΔU, quindi la variazione di entalpia è uguale al lavoro scambiato.

Dato che l'entalpia è una funzione di stato, significa che è la differenza tra stato iniziale e stato finale indipendentemente da come ci si arriva. Esempio: si può scendere dal quarto piano al primo con l'ascensore, quindi si va un tragitto lineare, oppure scendere con le scale, facendo un percorso a zig-zag oppure mi fermo a un piano prima di proseguire. Dal punto di vista dell'entalpia la situazione dei tre casi è uguale, non importa come si è arrivati al piano terra.

Questo è fondamentale perché quando si vuole andare a vedere il contenuto energetico dell'alimento, questo viene introdotto, subisce processi digestivi, viene assorbito e sfruttato dalle cellule per la sua energia. Quindi bisognerebbe sapere tutte le reazioni che coinvolgono l'alimento fino alla reazione finale cioè fino a CO₂ e H₂O e la quota di calore assorbita/liberata per ogni reazione. Tuttavia, per il fatto che l'entalpia è un'equazione di stato non è importante conoscere tutte le reazioni per sapere qual è il calore o l'energia liberata per ogni sostanza.

È possibile misurare l'energia liberata in vivo, anche se con la complessità del metabolismo non è facile, oppure tramite metodi in vitro che è più semplice.

Calorimetria

La valutazione del potere calorico di un alimento la si può fare con la calorimetria diretta che sfrutta la bomba calorimetrica. Tale strumento è formato da una camera interna dove si posiziona il campione, per esempio 1g di glucosio, da un tubo che introduce ossigeno, perché senza O₂ non si brucia nulla, e due elettrodi che servono a innescare la combustione. Inoltre, è presente una camera contenente liquido refrigerante e il liquido più comodo è l'acqua, perché nella formula per il calcolo del potere calorico compare il calore specifico e per l'acqua si sa che è 1, quindi è comodo. Inoltre, è presente un agitatore in modo tale che l'acqua si muova attorno al recipiente interno e quindi porti via il calore in modo omogeneo quando questo si sviluppa.

Il glucosio brucia producendo calore che viene assorbito dall'acqua e il termometro misura la temperatura iniziale e finale. Q = mcΔT, dove m = massa, c = calore specifico in Kcal/Kg°C.

Andando a vedere cosa succede quando si fa questa operazione o calcolando le reazioni in vivo, quindi tramite i valori del metabolismo, si nota che per i glucidi e per i lipidi la corrispondenza è quasi ottimale. Tuttavia, con i protidi, cioè le proteine, è più complesso e vi è una discrepanza tra la misura nella bomba calorica e nel corpo umano. Questo perché i lipidi o i glucidi sono molecole piuttosto semplici e quindi è più facile determinare il destino dei vari sottoprodotti, invece le proteine sono formate da amminoacidi che hanno caratteristiche anche molto diverse. Infatti, vi è sempre un gruppo amminico in ogni amminoacido quindi nella reazione finale non si forma solo CO₂ ma nel nostro organismo si forma anche un N proteico, non N₂, che poi viene eliminato attraverso il rene. Quindi, non va a completezza l'ossidazione degli amminoacidi perché la complessità/diversità delle molecole amminoacidiche fa sì che sia più difficile da valutare con certezza.