IL FABBISOGNO ENERGETICO

1. IL FABBISOGNO ENERGETICO “Apporto di energia, di origine alimentare, necessario a compensare il dispendio energetico di individui che mantengano un livello di attività fisica sufficiente per partecipare attivamente alla vita sociale ed economica e che abbiano dimensioni e composizioni corporee compatibili con un buono stato di salute” (FAO/WHO/ONU, 1985)

2. Il contenuto energetico dell’organismo dipende da composizione e dimensione. UOMO di RIFERIMENTO Non tutta l’energia è disponibile Passaggio da carboidrati a grassi come fonte di energia

3. 70% 15% 15% Al costante dispendio energetico deve corrispondere, attraverso gli alimenti e la respirazione, un altrettanto costante apporto di energia, vale a dire un equilibrio fra energia consumata ed energia prodotta. Il DISPENDIO ENERGETICO è ripartito nel seguente modo 

4. A Metabolismo basale C Effetto termogenico dell’attività fisica B Termogenesi indotta dalla dieta Deficit energetico mancanza di cibo, aumento delle necessità, impossibilità di alimentarsi Eccesso di energia aumento dei depositi di energia nell’organismo, sotto forma di grasso nel tessuto adiposo. CONSUMO DI ENERGIA

5. A • METABOLISMO BASALE • (60-75%) • Indica la quantità di energia necessaria per mantenere in vita un individuo, in condizioni di riposo mentale e fisico, in posizione supina, a digiuno da 12 ore e con una temperatura ambientale di 20 gradi (normali funzioni e omeostasi) • Respirazione • Circolazione sanguigna • Mantenere costante la temperatura del corpo • Digestione • Attività del sistema nervoso • Fabbricare nuove molecole • ecc.

6. Il METABOLISMO BASALEè influenzato da: Superficie corporea: se aumenta la superficie corporea aumenta il metabolismo basale e viceversa;  Età: aumentando l'età diminuisce il metabolismo basale e viceversa, poiché, essendo il metabolismo basale espressione principale del consumo di energia della massa magra, con l'avanzare dell'età diminuisce la massa muscolare ed aumenta il tessuto adiposo;  Massa muscolare: aumento della massa muscolare aumento del metabolismo basale;  Clima: diminuzione della temperatura aumento del metabolismo basale e viceversa; Stato di nutrizione: il digiuno ed una bassa nutrizione diminuiscono il metabolismo basale, che aumenta nelle alimentazioni iperproteiche;  Febbre: il metabolismo basale aumenta del 13% per grado di aumento della temperatura corporea;  Farmaci: i sedativi diminuiscono il metabolismo basale; e poi: alimentazione e attività fisica.

7. Come si calcola? Formule della LARN uomo 18 - 29 anni : 15,3 x Kg + 679   -----   donna 18 - 29 anni : 14,7 x Kg + 496 uomo 30 - 59 anni : 11,6 x Kg + 879  -----  donna 30 - 59 anni : 8,7 x Kg + 829 Formule di Harris & Benedict uomo :   655 + ( 9,6 x Kg di peso ) + ( 1,8 x cm di statura ) - ( 4,7 x l’età ) donna :   66 + ( 13,7 x Kg di peso ) + ( 5 x cm di statura ) - ( 6,8 x l’età ) Formule di Harris & Benedict uomo :   66,473 + ( 13,751 x Kg di peso ) + ( 5,0033 x cm di statura ) - ( 6,755 x l’età ) donna :   655,0955 + ( 9,463 x Kg ) + ( 1,8496 x cm di statura ) - ( 4,6756 x l’età ) Formula di Grande & Keys      uomo e donna :   1,3 Kcal / h x Kg di massa magra x 24 h

8. Come si calcola?

9. B TERMOGENESI INDOTTA DALLA DIETA (TID) o AZIONE DINAMICO SPECIFICA DEGLI ALIMENTI (ADS ) aumento della spesa energetica in seguito all’ingestione di cibi (7-15%) • TID Obbligatoria (75%)  digestione, assorbimento, trasporto e metabolismo; è legata al tipo di cibo consumato e alle abitudini alimentari: • TID grassi = 0-5% • TID glicidi = 5-10% dopo un pasto (4-8 ore) la spesaenergetica è più alta • TID proteine = 30% • TID Facoltativa (25%) attivazione del sistema nervoso simpatico mediata dall’insulina, dall’assunzione di sostanze nervine (I principali alimenti nervini sono il caffè, il tè ed il cacao, che contengono come principi attivi la caffeina, la teofillina, e la teobromina), , ecc.

10. C EFFETTO TERMOGENICO DELL’ATTIVITÀ FISICA 15-30% • sedentari  15% • attivi  30%

11. Intensità e impatto di varie attività fisiche sul livello di attività fisica (LAF) in adulti Il LAF è il rapporto tra il consumo energetico totale e quello basale. L’EM è il multiplo del consumo di ossigeno individuale basale definito come consumo di 3.5 mL di ossigeno/min/kg di peso negli adulti

12. LA CALORIA È l'unità di misura usata per esprimere l'energia prodotta dagli alimenti e il fabbisogno energetico dell'organismo. Tecnicamente è “la quantità di calore necessaria per aumentare di 1 grado, da 14,5°C a 15,5°C, la temperatura di 1 grammo di acqua”. Normalmente si utilizza il suo multiplo, la chilocaloria o Kilocaloria (Kcal) ed è la quantità di calore che fa innalzare di 1 grado la temperatura di 1 chilo d'acqua. Il Joule è invece “la forza costante che imprime ad 1 kg l’accelerazione di 1 m/s2 per lo spostamento di 1 m nella direzione e nel senso della forza”. 1 kcal = 4,186 kJ 1 kJ = 0,239 kcal L’energia non è un nutriente. Il valore energetico di un prodotto o della razione alimentare è proporzionale al suo contenuto in zuccheri, proteine, grassi ed eventualmente, in alcool: sono questi i principi nutritivi che, quando vengono utilizzati dall’organismo, “bruciano”, liberando energia.

13. La determinazione del potere calorico degli alimenti (espresso in Kcal) viene effettuata mediante la BOMBA CALORIMETRICA. E’ costituita da una camera isolata in cui viene inserita la sostanza da valutare che, in presenza di ossigeno, viene sottoposta a completa combustione, fino alla formazione di sostanze di minor livello energetico. Il potere calorico viene misurato in base alla quantità di calore sviluppato dalla combustione. Nell’organismo, però, non tutti i principi nutritivi sono completamente ossidati. Inoltre, parte degli alimenti viene eliminata ancor prima del completo assorbimento 1 grammo di carboidrati  4 Kcal nella bomba calorimetrica  4,1 1 grammo di lipidi  9 Kcal nella bomba calorimetrica  9,3 1 grammo di proteine  4 Kcal nella bomba calorimetrica  5,6 Gli altri costituenti dell'alimentazione, ovvero vitamine, minerali e acqua, non producono calorie.

14. 1 grammo di carboidrati  4 Kcal nella bomba calorimetrica  4,1 1 grammo di lipidi  9 Kcal nella bomba calorimetrica  9,3 1 grammo di proteine  4 Kcal nella bomba calorimetrica 5,6 Gli altri costituenti dell'alimentazione, ovvero vitamine, minerali e acqua, non producono calorie.

15. u = q + w RICHIAMI DI TERMODINAMICA Il primo principio L’energia non si crea né si distrugge: essa si può soltanto trasformare • Un sistema può scambiare energia con l’ambiente e variare la sua energia interna in 2 modi: • trasferendo calore dal e al sistema; • compiendo lavoro sull’ambiente e viceversa. u= variazione di E interna q = calore assorbito dal sistema w = lavoro eseguito sul sistema Quando avviene una reazione chimica si ha la trasformazione di reagenti in prodotti e contemporaneamente un trasferimento di energia. Reazione esotermica cede calore all’ambiente Reazione endotermica  assume calore dall’ambiente

16. ENTALPIA H = u  P  V Poiché in una reazione biologica pressione e volume rimangono costanti  H = calore assorbito o ceduto dal sistema Poiché l’entalpia è una funzione di stato, una reazione che avvenga all’interno o all’esterno dell’organismo, presenta la stessa Hse reagenti, prodotti e condizioni sono gli stessi. Questo principio è sfruttato per calcolare in vitro il valore energetico degli alimenti e dei nutrienti. Nutrienti  CO2 + H2O Il contenuto calorico di un alimento viene calcolato in un calorimetro misurando la quantità di calore sviluppato dalla sua completa ossidazione ad anidride carbonica ed acqua.

17. Valori calorici medi (in kJ/g) delle principali classi di nutrienti. * L’azoto amminico degli amminoacidi non può essere ossidato nell’organismo umano, ma lo può nel calorimetro: da qui la differenza. Il valore calorico della differenza si ottiene sottraendo il valore calorico dell’urea.

18. Il secondo principio L’energia non può essere liberamente trasformata da una forma in un’altra Distingue le reazioni che avvengono spontaneamente da quelle che non avvengono spontaneamente ENTROPIA (S) Disordine molecolare L’Entropia è una funzione di stato. Aumenta  aumenta il numero delle disposizioni possibili Diminuisce  diminuisce il numero delle disposizioni possibili Poiché l’energia totale dell’universo non può cambiare (primo principio): Processo spontaneo  aumento di entropia

19. H = variazione di entalpia T = temperatura S = variazione di entropia Energia libera di Gibbs G = H - TS L’Energia libera è quella parte dell’energia recuperabile a seguito delle trasformazioni chimiche e che può essere utilizzata per compiere lavoro. Se S > 0 e H < 0 bassa temperatura Se S < 0 e H > 0  alta temperatura Qualsiasi processo spontaneo (esoergonico) fa aumentare l’entropia (G<0) I processi non spontanei (endoergonici) hanno un G>0 Non bisogna confondere la spontaneità con la velocità di una reazione (che è un parametro cinetico): una reazione può essere spontanea (e liberare una grande quantità di energia) ed essere contemporaneamente molto lenta.

20. A + B C + D Condizioni standard: c = 1 M P = 1 Atm T (temperatura assoluta)= 25°C pH = 7 R = costante universale dei gas G0 = - RT ln keq L’ENERGIA BIOLOGICA • L’energia biologica è essenzialmente di natura chimica: • origina da reazioni di ossido-riduzione • viene accumulata nei legami chimici di alcune biomolecole. G0 = Energia libera Standard  energia liberata o assorbita dal sistema per passare dallo stato in cui le concentrazioni di reagenti e prodotti sono unitarie, alle concentrazioni previste per lo stato di equilibrio. All’equilibrio G = 0 Reazione esoergonica spontanea (G<0) Reazione endotermica  non spontanea (G>0)

21. LE REAZIONI ACCOPPIATE Poichè le reazioni endoergoniche non possono avvenire spontaneamente, per fare in modo che avvengano la natura sfrutta l’additività dell’energia libera accoppiando reazioni esoergoniche a reazioni endoergoniche. A B DG = +10 KJ/mol reazione sfavorita C  D DG = -30 KJ/mol reazione favorita ______________ _________________ _______________ A + C  B + D DG = -20 KJ/mol reazione favorita

26. I COMPOSTI ENERGETICI:L’ATP G0’ = - 31 kJ/mol Legami anidridici   

27. 1,3-bis-fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato Creatina fosfato I COMPOSTI ENERGETICI

28. I COMPOSTI ENERGETICI NADH NADPH

29. I COMPOSTI ENERGETICI FADH2 FAD

30. L’accoppiamento di reazioni esoergoniche, come l’idrolisi dell’ATP, con reazioni endoergoniche (sintesi di biomolecole) o con processi funzionali diversi che consumano energia biologica, permette di distribuire e di utilizzare l’energia accumulata nell’ATP e negli altri composti altamente energetici, per sostenere tutte le attività vitali.