Bioenergetica. Bioenergetica

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1 Augusto Innocenti Dottore in Biologia Master in Biochimica e Biologia Molecolare Phd in Neurobiologia e Neurofisiologia Tutte le attività biologiche richiedono energia e questa energia viene fornita dai nutrienti ed in particolare dai macronutrienti. 1

2 Tutte le attività biologiche richiedono energia e questa energia viene fornita dai nutrienti ed in particolare dai macronutrienti. L energia sfugge ad una definizione in termini di forma, dimensioni e massa, ma implica una condizione dinamica di cambiamento di stato: in realtà l energia può essere definita come la capacità di compiere un lavoro. In base al primo principio della termodinamica l energia non può essere né creata né distrutta, ma semplicemente si trasforma da una forma all altra. Gli stessi principi fisici che regolano la conservazione dell energia si applicano anche ai sistemi biologici. Le molecole contenute negli alimenti contengono energia potenziale che viene liberata attraverso le reazioni chimiche di idrolisi e ossidazione del metabolismo energetico, seguendo il secondo principio della termodinamica, passando cioè da molecole a più alto contenuto energetico a molecole a minor contenuto energetico con liberazione di energia (reazioni esoergoniche). 2

3 L energia prodotta da queste reazioni non viene trasferita direttamente alle cellule che devono compiere lavoro, ma viene utilizzata attraverso una reazione accoppiata per sintetizzare un composto altamente energetico: l adenosintrifosfato (ATP). L energia potenziale contenuta nella molecola di ATP può essere usata successivamente dalla cellula per ogni forma di lavoro biologico, quindi le cellule sintetizzano continuamente ATP e continuamente l ATP libera energia quando le cellule ne hanno bisogno. 3

4 ATP ADP + P 4

5 Bilancio Energetico La risultanza tra l energia immessa con i cibi e quella consumata per mantenere in vita ed in movimento il corpo viene definito Energia in entrata degradazione chimica dei macronutrienti attraverso le vie cataboliche. Energia in uscita: TDEE (Total Daily Energy Expediture) dispendio energetico totale giornaliero Il dispendio energetico giornaliero totale può essere scomposto in tre componenti Metabolismo basale (BMR 60%-75%), Termogenesi indotta dagli alimenti (DIT 7%-15%), Attività fisica (AEE 15%-30) 5

6 Metabolismo Basale (BMR) rappresenta l energia che è necessaria all organismo per mantenere l omeostasi dell organismo (trasporto di membrana, cicli biochimici, funzionalità vegetativa degli organi, turnover proteico ecc.) Il BMR viene definito come il consumo energetico di un individuo per unità di tempo nelle seguenti condizioni : Digiuno da ore In posizione supina, sveglio ma rilassato, Con temperatura corporea normale A temperatura ambiente costante di C In assenza di stimoli psicofisici esterni L 80% della variabilità individuale del BMR dipende da: Peso corporeo Età Sesso Per il restante 20% si rileva l influenza delle seguenti caratteristiche: Temperatura corporea Composizione corporea Familiarità e fattori genetici Condizioni fisiopatologiche Quadro ormonale. L estrapolazione del BMR nelle 24 ore viene definito come Spesa Energetica Basale (BEE ovvero Basal Energy Expenditure). 6

7 Misura del BMR Calorimetria Diretta Calorimetria Indiretta Equazioni Predittive del BMR BEE M = 66+(13,7xPeso)+(5xAltezza)-(6,8xEtà) BEE F = 655+(9,6xPeso)+(1,85Altezza)-(4,7xEtà) Equazioni predittive del BEE, espresso in Kcal/dì, a partire dal peso corporeo espresso in Kg. Le equazioni perdono di significatività in individui obesi. Pc = Peso Corporeo Fonti: Commission of the European Communities, Modificato da SINU Età Maschi BMR Femmine < ,5xPc-31 22,7xPc ,7xPc ,3xPc ,6xPc ,9xPc+700 8,4xPc ,3xPc-31 20,3xPc ,4xPc ,7xPc+496 8,7xPc+829 9,2xPc+688 9,8xPc+624 7

8 Termogenesi Indotta dagli Alimenti (DIT) detta anche azione dinamico-specifica dei nutrienti, viene definita come l'incremento del dispendio energetico in risposta all'assunzione del cibo. L apporto al dispendio energetico totale può essere valutato in una proporzione di circa il 7-15%. La DIT varia a seconda della distribuzione dei macronutrienti nel pasto, il consumo energetico indotto è: basso per i Lipidi (2-5%) medio per i carboidrati (5-10%) elevato per le proteine (circa 30%). 8

9 Costo Energetico dell Attività Fisica (AEE) L attività fisica viene definita come qualunque azione esercitata dal sistema muscolo-scheletrico che si traduca in un consumo di energia superiore a quello in condizioni di riposo Il costo energetico dell attività fisica, così come l introduzione calorica, è una variabile controllabile dal soggetto in contrasto con le altre componenti del TDEE. I consumi energetici dovuti all attività fisica dipendono da: Tipo Frequenza Intensità Quantità delle attività condotte dall'individuo Possono variare da poco più del 15% del dispendio energetico totale per stili di vita estremamente sedentari a valori pari a 3-4 volte il BEE. 9

10 L attività fisica ha un azione stimolante sul metabolismo basale influenzando positivamente alcuni dei fattori coinvolti nel dispendio energetico basale quali: Composizione corporea Condizione ponderale Metabolismo glucidico Metabolismo lipidico 10

11 Chilocaloria la quantità di energia necessaria ad innalzare di 1 C (da 14,5 a 15,5) la temperatura di 1 Kg di acqua a livello del mare Chilojoule multiplo di un joule, unità di misura dell energia nel Sistema Internazionale. 1kcal=4,2 kj ovvero 1kJ=0,24 kcal È possibile stabilire la quantità di energia, che si ottiene bruciando i diversi tipi di sostanze nutritive, e che viene espressa in chilocalorie (kcal) o chilojoule (kj). Il contenuto energetico medio dei vari macronutrienti è: 4,1 kcal/gr per i carboidrati 5,3 kcal/gr per le proteine (4,1 per la loro incompleta ossidazione) 9,3 kcal/gr per i grassi 7,1 kcal/gr per l etanolo Sebbene anche le proteine possano essere catabolizzate per ottenere energia, la maggior parte del metabolismo energetico avviene grazie alla demolizione di carboidrati e lipidi. 11

12 Sebbene anche le proteine possano essere catabolizzate per ottenere energia, la maggior parte del metabolismo energetico avviene grazie alla demolizione di carboidrati e lipidi. I carboidrati sono il tipo di alimento più abbondante al mondo, mentre i grassi costituiscono la fonte di energia più concentrata e semplice da immagazzinare. In situazioni particolari, come in caso di prolungata attività fisica intensa o di deplezione glucidica, l'organismo si trova costretto a utilizzare, a fini energetici, le proteine ottenute dall'alimentazione o, in casi di deperimento estremo, dai propri tessuti. Deplezione glucidica quello stato fisiologico estremo in cui un organismo ha esaurito le proprie scorte di carboidrati, non solo a livello ematico (glucosio), ma anche, e soprattutto, a livello epatico e muscolare (glicogeno di riserva), pertanto non è più in grado di mobilizzare zuccheri. In questo caso si innesca un processo (gluconeogenesi) che genera zuccheri da molecole non glucidiche, tra cui gli aminoacidi, attivando quindi il catabolismo proteico. 12

13 La quantità, la varietà e le proporzioni dei macronutrienti nella dieta quotidiana influiscono profondamente sulla qualità della vita, sulla capacità di eseguire lavoro (esercizio fisico), e sulla salute nel suo complesso. Un corretto piano nutrizionale deve quindi avere un giusto equilibrio tra modalità di assunzione e quantità del cibo ingerito, tenendo conto del dispendio energetico del soggetto. 13