Macro e micronutrienti

Principi nutritivi

Gli organismi viventi presentano un’affinità strutturale: sono costituiti dagli stessi elementi chimici che formano composti organici (glucidi, lipidi, proteine e vitamine) e inorganici (acqua, minerali). I nutrienti negli organismi viventi si trovano in uno stato di equilibrio dinamico, sono cioè rinnovati continuamente in virtù degli scambi che avvengono con l'ambiente esterno.

Organismi autotrofi ed eterotrofi

• Organismi autotrofi: sono organismi capaci di nutrirsi utilizzando sostanze inorganiche, come per le piante che necessitano di anidride carbonica ricavata dall'aria, di acqua e sali minerali.
• Organismi eterotrofi: si nutrono di sostanze organiche prodotte dagli organismi autotrofi, come per gli animali.

Sono definiti principi nutritivi o nutrienti i composti organici e inorganici che costituiscono gli organismi viventi e che servono come fonte energetica e per consentire il regolare svolgimento delle reazioni metaboliche. I principi nutritivi vengono classificati in macronutrienti e micronutrienti in funzione della quantità che deve essere assunta giornalmente.

Classificazione dei principi nutritivi

• Macronutrienti: Proteine, lipidi e glucidi.
• Micronutrienti: vitamine e sali minerali.

Classificazione dei principi nutritivi

Contenuto energetico dei macronutrienti

Primo stadio della liberazione di energia chimica dei macronutrienti

Soddisfare i fabbisogni nutrizionali significa tradurre gli alimenti in nutrienti. L'uomo non introduce nutrienti, ma alimenti. Gli alimenti sono raccolti in gruppi in base al nutriente maggiormente presente.

Carboidrati o glucidi

I glucidi o glicidi (dal greco γλυκύς, glucùs, cioè "dolce") sono dei composti chimici formati da atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno. Più comunemente sono chiamati anche carboidrati (da "idrati di carbonio") o saccaridi.

C_n(H₂O)_n

Idrati di carbonio è un termine fuorviante perché questa definizione non si adatta a tutti i carboidrati. I carboidrati rappresentano la classe di molecole organiche più abbondante in natura. Vengono sintetizzati dalle piante per mezzo della fotosintesi. Dal loro catabolismo si ottiene l’energia che sostiene la vita animale.

I carboidrati sono i precursori metabolici di quasi tutte le biomolecole. Si legano covalentemente (cioè grazie ad un legame chimico in cui due atomi condividono gli stessi elettroni per legarsi) con una grande varietà di molecole (glicoproteine e glicolipidi). Sono coinvolti nel processo di riconoscimento cellulare. In forma di polimeri servono come elementi strutturali.

Classificazione chimica dei carboidrati

• Monosaccaridi
• Disaccaridi
• Polialcoli
• Oligosaccaridi
• Polisaccaridi

Il termine zuccheri si riferisce a monosaccaridi, disaccaridi e polialcoli.

Classificazione fisiologica dei carboidrati

Glucosio, galattosio, fruttosio (monosaccaridi);

• Disponibili: saccarosio, maltosio, lattosio (disaccaridi); maltodestrine (oligosaccaridi)
• Semplici: xilosio (monosaccaridi); raffinosio, stachiosio, verbascosio, fos, lattulosio (oligosaccaridi)
• Non disponibili: xilitolo, lactitolo, maltitolo, mannitolo, sorbitolo (polialcoli)
• Disponibili amido, glicogeno cellulosa, pectina, emicellulose, chitina (funghi, lieviti, invertebrati marini) glucomannani Konjac
• Complessi gum: galattomannani, guar gum, inulina (cipolla, aglio, cicoria, topinambur) gomma adragante, gomma arabica, gomma mesquite (addensanti)

I carboidrati semplici, cioè i mono, di- e polisaccaridi, vengono suddivisi in disponibili o digeribili (zuccheri e amido), che possono essere utilizzati direttamente dalle cellule per il metabolismo energetico, e non disponibili (fibra alimentare), non digeribili e non assorbibili, pertanto, neppure direttamente utilizzabili per i processi metabolici, ma fermentati dalla flora batterica intestinale e trasformati in acidi grassi a catena corta.

Monosaccaridi

I più importanti sono a 5 (pentosi) o 6 (esosi) atomi di carbonio.

• Pentosi: Ribosio, acidi nucleici, ATP, coenzimi, chetopentoso - anello a 5 atomi
• Glucosio: piante (fotosintesi), sangue, carburante cellule, aldoesoso - anello a 6 atomi
• Fruttosio: miele, frutta, presente nel saccarosio, chetoesoso - anello a 5 atomi
• Galattosio: strutture nervose, presente nel lattosio, aldoesoso - anello a 6 atomi
• Mannosio: frassino della manna, presente in polisaccaridi, aldoesoso - anello a 6 atomi

Aldosi e chetosi presentano nella stessa molecola un carbonio carbonilico (C=O) e diversi gruppi ossidrilici (OH). Ciò significa che queste molecole possono formare semiacetali e semicheali interni con la formazione di anelli a cinque o a sei termini. Tra forma aperta e forma ciclica di un monosaccaride si instaura un equilibrio molto spostato verso la forma ciclica (circa il 99% delle molecole è in forma ciclica e solo l’1% nella forma aperta). Nella formazione della forma ciclica è sempre il penultimo OH a reagire con C=O.

Disaccaridi

Sono la classe più semplice ma più importante degli oligosaccaridi. Un disaccaride si forma quando due monosaccaridi reagiscono fra loro eliminando una molecola di acqua e formando un legame glicosidico.

• Saccarosio: Comune zucchero da cucina - barbabietola e canna. Glucosio + Fruttosio.
• Lattosio: Latte. Glucosio + Galattosio.
• Maltosio: Malto di birra - degradazione amido. Glucosio + Glucosio - legame alfa.

Saccarosio: si ottiene per estrazione dalle piante della barbabietola da zucchero (soprattutto in Europa) e dalla canna da zucchero (nel resto del mondo). Il saccarosio è lo zucchero comunemente usato in Europa, raffinato quasi completamente, viene chiamato zucchero bianco (o zucchero da tavola o zucchero da cucina), mentre lo zucchero che contiene melassa viene chiamato zucchero bruno. La melassa è un liquido bruno che si separa dallo zucchero per centrifugazione. Si parla di melassa bianca quando ci si riferisce a quella ottenuta dalla prima estrazione (caratterizzata da un gusto più gradevole) mentre si parla di melassa nera per quella di seconda estrazione (più pregiata). La melassa fornisce circa il 30-40% di calorie in meno rispetto allo zucchero ed ha una discreta concentrazione di sali minerali (calcio, magnesio e ferro) e tracce di vitamine (gruppo B, PP).

Lattosio: costituisce il 5% circa del latte dei mammiferi con diversa distribuzione nelle diverse specie e soprattutto diverso contributo calorico percentuale del latte stesso. Il lattosio rappresenta il 98% degli zuccheri presenti nel latte.

Maltosio: si può estrarre dal malto. Si ottiene per scissione enzimatica dagli amidi contenuti nei cereali, ovvero nei frutti e nei semi dei cereali.

Polialcoli

I polialcoli sono glucidi con molecola simile ai monosaccaridi, ma con una funzione ossidrilica al posto di quella aldeidica o chetonica. Sono prodotti che derivano da processi di idrogenazione catalitica dei corrispondenti zuccheri precursori. Si trovano come tali solo nella frutta (sorbitolo) in piccola quantità.

Oltre al sorbitolo, la classe dei Polialcoli comprende lactitolo, maltitolo, mannitolo, xilitolo. Queste molecole sono digerite come gli altri zuccheri, ma hanno un limitato potere energetico. Ai polialcoli si attribuisce un valore calorico di 2,4 kcal/g. Sono usati come dolcificanti in un numero sempre crescente di alimenti ipocalorici o acariogeni (caramelle, gomme da masticare).

Oligosaccaridi

Composti da 3 fino a 9 unità di monosaccaride. Alcuni presenti nelle piante, nei vegetali, nella frutta, nei cereali come i:

• GOS: galatto oligosaccaridi
• FOS: frutto oligosaccaridi

Sono resistenti alla digestione, hanno azione fisiologica simile alla fibra e promuovono crescita microflora. Nel colon, GOS e FOS vengono fermentati prevalentemente dai bifidobatteri sostenendo la crescita di questi “batteri buoni” e favorendo quindi un’azione di riequilibrio della flora intestinale, oltre che la motilità dell’intestino. Capacità di favorire lo sviluppo di una flora batterica più ricca di bifidobatteri e lattobacilli, che hanno benefici sul sistema immunitario e ostacolano la crescita di germi patogeni.

Polisaccaridi

L’amido, polimero del glucosio, è il polisaccaride di riserva dei vegetali. È formato da due tipi di molecole, l’amilosio e l’amilopectina, presenti in proporzioni variabili a seconda dell’origine:

• L’amilosio è un polimero lineare costituito da glucosio, il cui grado di polimerizzazione è all’incirca di 500÷600 unità.
• L’amilopectina è un polimero altamente ramificato del glucosio presente nelle piante. Il grado di polimerizzazione è molto più elevato di quello dell’amilosio, raggiungendo in alcuni casi anche le 50.000 unità e il numero di molecole di glucosio presenti può variare da 2.000 a 200.000. L'idrolisi dell'amilopectina è la frammentazione della molecola in unità più piccole, maltosio e glucosio.

Il glicogeno è un altro polimero molto ramificato del glucosio. Nell'uomo, il glicogeno funge da riserva energetica glucidica. Nei muscoli sono immagazzinati i due terzi del glicogeno dell'organismo (circa 200-300 grammi) sotto forma di catene più corte e più leggere. Il glicogeno muscolare è una fonte di energia prontamente disponibile per il muscolo in attività. Contrariamente al glicogeno epatico, quello contenuto nel muscolo scheletrico non può essere rilasciato nel circolo ematico per essere sfruttato da altri tessuti, ma solo dal muscolo stesso, principalmente durante l'attività. L'enzima principale della glicogenolisi è la glicogeno fosforilasi.

Amilosio e amilopectina in quantità variabili formano l’amido. L’unità costituente è la stessa (glucosio), ma quello che varia è la ramificazione e il numero di unità costituenti.

Distribuzione del glicogeno nei vari tessuti dell’uomo

Il glicogeno rappresenta una delle più importanti riserve energetiche per sostenere il metabolismo corporeo insieme ai grassi, ma, mentre le riserve di grassi sono molto elevate (vari kg, che dipendono dalla percentuale di grassi corporei), le riserve di glicogeno sono invece limitate (massimo circa 300 g).

Amido resistente

La maggior parte dell’amido viene digerito e assorbito nell’intestino tenue. Una parte minoritaria sfugge agli enzimi digestivi, arriva nel colon, dove può essere fermentata dalla microflora. La quota di amido non digerita prende il nome di amido resistente (RS - Resistant Starch).

Classificazione delle frazioni di amido resistente alla digestione

Digestione, assorbimento dei carboidrati o glucidi

Il lattosio è digerito a livello della mucosa intestinale ad opera della lattasi; il saccarosio dalla saccarasi; l’amido dall’α-amilasi salivare (nel cavo orale) e pancreatica (intestino tenue). L’assorbimento dei monosaccaridi avviene nell’intestino tenue attraverso due meccanismi: per il glucosio e galattosio avviene per trasporto attivo mediato da un trasportatore Na-dipendente, ma quando la concentrazione è elevata l’assorbimento è passivo. L’assorbimento del fruttosio avviene per diffusione facilitata, ed è mediato dal trasportatore GLUT-5.

Il metabolismo glucidico è regolato da un complesso e fine meccanismo al centro del quale stanno due ormoni: l’insulina e il glucagone. I carboidrati, dopo la loro digestione e assorbimento, stimolano un aumento di glucosio nel sangue. Questo causa la risposta glicemica che ha la funzione di:

• Natura dei carboidrati assunti
• Tasso di assorbimento
• Tasso clearance dal circolo ematico
• Presenza di altri componenti (grassi, proteine, fibra)

IG (indice glicemico) è un parametro molto dibattuto.

Ruolo dei glucidi

I glucidi, a differenza dei lipidi e delle proteine, quando sono catabolizzati non producono sottoprodotti o intermedi metabolici dannosi come corpi chetonici o urea, per non dire dell’acetaldeide. Un adulto in condizioni normali necessita di circa 180 g/die di glucosio per soddisfare i bisogni di energia del sistema nervoso e degli eritrociti.

Ruolo dei glucidi nell’esercizio fisico

Nell’attività fisica intensa il glucosio è il substrato preferenziale se non addirittura esclusivo. Nel mezzofondo e nel fondo diventa quantitativamente meno importante, ma seppur in quantità inferiore, è fondamentale per ossidare i lipidi. Il muscolo quindi utilizza i nutrienti energetici nelle diverse situazioni di attività motoria ma i carboidrati rappresentano la fonte prediletta. Una dieta povera di glucidi oltre a danneggiare la salute compromette la prestazione, poiché riduce le scorte di glicogeno, fonte principale di energia nell’attività aerobica e indispensabile in quella anaerobica. La risintesi di glicogeno muscolare dopo uno sforzo lungo e intenso è piuttosto lenta e dura almeno 24 ore.

Funzione dei glucidi nella dieta e nell’organismo umano

I glucidi costituiscono la sorgente di energia più pronta ed economica da poter essere utilizzata a livello di tutti i tessuti. Valore energetico dei glucidi alimentari disponibili, espressi come monosaccaridi:

• Amido 4.15 kcal/g
• Saccarosio 3.96 kcal/g
• Fruttosio 3.76 kcal/g
• Glucosio 3.75 kcal/g
• Polialcoli 2.40 kcal/g

Razione consigliata di glucidi

La razione consigliata di glucidi, secondo i livelli di assunzione raccomandati di energia e nutrienti per la popolazione italiana (LARN), deve essere:

• Pari ad un valore compreso tra il 45 e il 60% delle calorie totali giornaliere.
• Nel caso di attività fisica intensa, il limite superiore può essere pari al 65% delle calorie totali giornaliere.
• Il livello di glucidi semplici deve essere inferiore al 15% delle calorie totali giornaliere; se si raggiunge il 10÷12% è meglio.

Una dieta a ridotto contenuto di grassi (25-30% dell’energia) e moderatamente elevata di carboidrati (50% dell’energia) è in grado di prevenire l’aumento di peso in soggetti normopeso e di indurre perdita di peso in individui sovrappeso, rispetto alle diete con il 35% dell'energia da grassi e tra il 40-50% dell'energia da carboidrati. Tuttavia, diete a basso contenuto di carboidrati (< 40% dell'energia) consumate ad libitum possono avere un vantaggio in termini di perdita di peso fino ad un anno, ma a lungo termine si ha un aumento del peso maggiore del peso iniziale.

Fibra alimentare

Per fibra alimentare si intende l’insieme di composti di origine vegetale, di natura chimico-fisica e complessità molecolare assai diverse, caratterizzati dall’essere senza alcuna distinzione resistenti all’idrolisi degli enzimi digestivi e all’assorbimento. I polisaccaridi non amido sono i principali costituenti della fibra.

I polisaccaridi non amido includono diversi polimeri differenziabili per grandezza molecolare, struttura e composizione monomerica. I principali componenti dei polisaccaridi non amido (NSP=Non-starch polysaccharides) sono cellulosa, emicellulosa, pectine e altri idrocolloidi. Queste sostanze possono essere fermentate dalla flora batterica colica (microbiota), con produzione di metano, anidride carbonica, acqua e acidi grassi volatili (essenzialmente acido acetico, propionico e butirrico). Si stima che la produzione di acidi grassi a catena corta (SCFA) sia di circa 380 mmoli/die. L’acido butirrico è assorbito dai colonociti a scopo energetico e integrità della mucosa; l’acido propionico dal fegato usato dagli epatociti per la neoglucogenesi; l’acido acetico da diversi tessuti come substrato per il ciclo di Krebs o intermedio nella sintesi dei lipidi.

La fibra alimentare si distingue in:

• Insolubile, idrofila: costituita da cellulosa, emicellulose a elevato grado di ramificazione e lignina.
• Solubile, gelificante: costituita da polisaccaridi non cellulosici (emicellulose, gomme, mucillagini, pectine, polisaccaridi algali).