MISURA DELLA SPESA ENERGETICA NELL UOMO

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Brigida Di Mauro
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1 MISURA DELLA SPESA ENERGETICA NELL UOMO

2 PRINCIPI GENERALI Variazione di energia ( U)( U U = w + h lavoro calore PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL ENERGIA ENERGIA nell organismo umano l energia chimica dei macronutrienti rimane conservata in larga parte come energia chimica e poi trasformata in energia meccanica (e dunque calore) nel sistema muscolo-scheletrico

chimica dei macronutrienti rimane conservata in larga parte come energia

3 CALORIA CALORIA (cal( cal) ) : la quantità di calore necessaria ad elevare da 14,5 a 15,5 C la temperatura della massa di un grammo di acqua distillata a livello del mare (pressione di 1 atm). KILOCALORIA (kcal) : stessa definizione per 1000 g di acqua Equivalenza tra CALORE E LAVORO 1 cal = 4,186 J

distillata a livello del mare (pressione di 1 atm).

4 CALORIMETRIA

5 CALORIMETRIA

6 CALORIMETRIA DIRETTA bomba calorimetrica GLICIDI 4,2 kcal LIPIDI 9,4 kcal PROTIDI 5,65 kcal h = M C H 2 O H 2 O T

7 CALORIMETRIA DIRETTA calorimetro umano * Flusso H 2 O = 20 L/min T H 2 O da inizio a fine = 0.5 C Dispendio Energetico = 20 L/min 1 kcal/l C 0.5 C = 10 kcal/min *Atwater and Rosa 1899

8 CALORIMETRIA INDIRETTA STIMA (MISURA INDIRETTA) DEL CONSUMO ENERGETICO. A PARTIRE DAL CONSUMO DI OSSIGENO (VO 2 ) L OSSIGENO viene utilizzato dall organismo per lo svolgimento dei processi di ossidazione (combustione) delle sostanze organiche delle cellule Substrato + O 2 Misurazione scambi gassosi CO 2 + H 2 O + Energia Il rapporto fra il CO 2 e O 2 (espressi in litri) viene utilizzato per il calcolo del QUOZIENTE RESPIRATORIO specifico per ciascun fattore nutritivo RQ = CO 2 O 2 Conoscendo il valore calorico di 1. litro di O2 ed il consumo di ossigeno (VO2) in un determinato periodo di tempo, SI POTRANNO CALCOLARE L ENERGIA CONVERTITA NELL UNITA DI TEMPO 1L O 2 ~ 4.7/5 kcal

delle cellule Substrato + O 2 Misurazione scambi gassosi CO 2 + H 2 O + Energia Il rapporto fra il CO 2 e O 2 (espressi in litri) viene utilizzato per il calcolo del

9 CALORIMETRIA INDIRETTA SPIROMETRIA A CIRCUITO CHIUSO CARRUCOLA ACQUA REGISTRAZIONE CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O

10 CALORIMETRIA INDIRETTA SPIROMETRIA A CIRCUITO APERTO Si basa sulla misura della differenza tra % di O 2 e CO 2 nell aria espirata con quella dell aria inspirata (riflette i processi energetici ossidativi in corso) Differenza tra O 2 inspirato ed espirato

espirata con quella dell aria inspirata (riflette i processi

11 CALORIMETRIA INDIRETTA SPIROMETRIA A CIRCUITO APERTO

12 SISTEMI COMPUTERIZZATI

13 QUOZIENTE RESPIRATORIO CARBOIDRATI (glucosio) GRASSI (acido palmitico) PROTEINE (albumina)

14 QUOZIENTE RESPIRATORIO RER (respiratory exchange ratio) RIFLETTE I PROCESSI A LIVELLO VENTILATORIO RQ (respiratory quotient) RIFLETTE I PROCESSI A LIVELLO TISSUTALE RQ = RER esercizio aerobico stazionario

RQ (respiratory quotient) RIFLETTE I PROCESSI A

15 QUOZIENTE RESPIRATORIO

16 Equivalente Calorico O 2 GLICOGENO 6 MOLI O 2 134,4 L 2839,2 kj 1 L O ,2/134,4 = 21,13 kj 1 L O 2 21,13/4,186 = 5,05 kcal ACIDO OLEICO 25,5 MOLI O 2 571,2 L 11121,2 kj 1 L O ,2 / 571,2 = 19,46 kj 1 L O 2 19,46/4,186 = 4,65 kcal 1 kj = 4,186 kcal

ACIDO OLEICO 25,5 MOLI O 2 571,2 L 11121,2 kj 1 L O 2 11121,2 /

17 QUALE SUBSTRATO?

18 ESEMPIO Un soggetto pedala su un cicloergometro per 30 min. Registriamo un VO 2 pari a 30 L e una VCO 2 di 27 L. Quanto è stato il suo dispendio energetico? Quale è la porzione di energia proviene dai glicidi e quale dai lipidi? RQ = (27/30) = 0,90 1 L O 2 4,92 kcal 30 L O 2 (4,92 x 30) kcal 147,60 Fg 67,5% Fl 32,5 Glucidi (147,6 x 67,5)/100 99,63 kcal Lipidi (147,6 x 32,5)/100 47,97 kcal

Quale è la porzione di energia proviene dai glicidi e quale dai lipidi?

19 H 2 O marcata (Doubly Labeled Water, DLW) MISURAZIONE DISPENDIO ENERGETICO NELLE NORMALI CONDIZIONI DELLA VITA QUOTIDIANA il soggetto beve acqua marcata con isotopi stabili dell idrogeno ( 2 H, o deuterio) e dell ossigeno ( 18 O, o ossigeno 18) - DOPPIA MARCATURA ( 2 H 18 2 O) gli isotopi si distribuiscono uniformemente nei fluidi corporei 2 H lascia il corpo come acqua ( 2 H 2 O) nell urina, nel sudore e nel vapore acqueo polmonare 18 O lascia il corpo come acqua (H 18 2 O) ed anidride carbonica (C 18 O 2 ) la differenza tra il tasso di eliminazione di 18 O e 2 H permette di stimare la produzione di anidride carbonica il consumo di ossigeno (e quindi il dispendio energetico) viene calcolato dalla produzione di CO (R=0.85) 2

come acqua ( 2 H 2 O) nell urina, nel sudore e nel vapore acqueo polmonare 18 O lascia il corpo come acqua (H 18 2 O) ed anidride carbonica (C 18 O 2 ) la differenza tra il tasso di

20 H 2 O marcata (Doubly( Labeled Water, DLW) campionamento Urina (background) 100 equilibrio isotopico (campionamento urina) la diminuzione di 2 H è funzione del turnover dell H 2 O Log dose iniziale DLW H 18 O CO 2 x la stima del dispendio energetico totale giornaliero Somministrazione 2 H 2 18 O Giorni campionamento urina la diminuzione di 18 O è funzione del turnover dell H 2 O e della produzione di CO 2

25 2 H 18 O CO 2 x la stima del dispendio energetico totale giornaliero 0 0 5 10 Somministrazione 2 H 2 18

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