““Apporto di energia, di origine alimentare, Apporto di energia, di origine alimentare, necessario a compensare il dispendio necessario a compensare il dispendio

energetico di individui che mantengano un energetico di individui che mantengano un livello di attività fisica sufficiente per livello di attività fisica sufficiente per

partecipare attivamente alla vita sociale ed partecipare attivamente alla vita sociale ed economica e che abbiano dimensioni e economica e che abbiano dimensioni e

composizioni corporee compatibili con un composizioni corporee compatibili con un buono stato di salute” (FAO/WHO/ONU, 1985) buono stato di salute” (FAO/WHO/ONU, 1985)

IL FABBISOGNO ENERGETICOIL FABBISOGNO ENERGETICO

Il contenuto energetico dell’organismo dipende Il contenuto energetico dell’organismo dipende da composizione e dimensione.da composizione e dimensione.

UOMO di RIFERIMENTOUOMO di RIFERIMENTO

Non tutta l’energia è disponibileNon tutta l’energia è disponibile

Passaggio da carboidrati a grassi come fonte di Passaggio da carboidrati a grassi come fonte di energiaenergia

Al costante dispendio energetico deve corrispondere, Al costante dispendio energetico deve corrispondere, attraverso gli alimenti e la respirazione, un altrettanto attraverso gli alimenti e la respirazione, un altrettanto costante apporto di energia, vale a dire un equilibrio fra costante apporto di energia, vale a dire un equilibrio fra energia consumata ed energia prodotta. energia consumata ed energia prodotta.

Il Il DISPENDIO ENERGETICO DISPENDIO ENERGETICO è ripartito nel seguente modo è ripartito nel seguente modo

70%

15%

15%

Deficit energeticoDeficit energetico mancanza di cibo, aumento delle mancanza di cibo, aumento delle necessità, impossibilità di alimentarsinecessità, impossibilità di alimentarsi

Eccesso di energiaEccesso di energia aumento dei depositi di energia aumento dei depositi di energia nell’organismo, sotto forma di grasso nel tessuto adiposo.nell’organismo, sotto forma di grasso nel tessuto adiposo.

CONSUMO DI ENERGIACONSUMO DI ENERGIA

AMetabolismo basale

BTermogenesi indotta dalla dieta

CEffetto

termogenico dell’attività fisica

AAMETABOLISMO BASALE METABOLISMO BASALE

(60-75%)(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)

- RespirazioneRespirazione- Circolazione sanguignaCircolazione sanguigna- Mantenere costante la temperatura del corpoMantenere costante la temperatura del corpo- DigestioneDigestione- Attività del sistema nervosoAttività del sistema nervoso- Fabbricare nuove molecoleFabbricare nuove molecole- ecc.ecc.

Il METABOLISMO BASALEIl METABOLISMO BASALE è influenzato da:è influenzato da:1. Superficie corporea: se aumenta la superficie corporea aumenta il metabolismo basale e viceversa;  2. 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;  3. Massa muscolare: aumento della massa muscolare aumento del metabolismo basale; 4. Clima: diminuzione della temperatura aumento del metabolismo basale e viceversa; 5. Stato di nutrizione: il digiuno ed una bassa nutrizione diminuiscono il metabolismo basale, che aumenta nelle alimentazioni iperproteiche;  6. Febbre: il metabolismo basale aumenta del 13% per grado di aumento della temperatura corporea;  7. Farmaci: i sedativi diminuiscono il metabolismo basale;

e poi: alimentazione e attività fisica.

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

Come si calcola?

B B TERMOGENESI INDOTTA DALLA DIETA (TID)TERMOGENESI INDOTTA DALLA DIETA (TID)o o AZIONE DINAMICO SPECIFICA DEGLI ALIMENTIAZIONE DINAMICO SPECIFICA DEGLI ALIMENTI ( (ADSADS )

aumento della spesa energetica in seguito aumento della spesa energetica in seguito all’ingestione di cibiall’ingestione di cibiTID 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 spesa

energetica 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.

(7-15%)(7-15%)

CCEFFETTO TERMOGENICO DELL’ATTIVITÀ EFFETTO TERMOGENICO DELL’ATTIVITÀ

FISICAFISICA15-30%15-30%

sedentari 15%attivi 30%

0.330.0556.8Sciare

0.340.0577.0Nuotare

0.630.10512.0Saltare con la corda

0.220.0374.9Tagliare la legna

Vigorose

0.200.0334.5Camminare

0.140.0243.5Andare in bicicletta (piano)

0.200.0334.5Nuotare lentamente

Moderate

0.090.0142.5Camminare lentamente

0.080.0132.4Giocare a biliardo

0.070.0122.3Suonare il piano

Blande

0.140.0243.5Spazzare

001.0Stare sdraiati

0.030.0051.5Attivitàleggere da seduti

0.190.0324.4Faccende domestiche

Comuni di tutti i giorni

LAF/ h LAF/ 10 minEquivalenti metabolici (EM)

Attività

0.330.0556.8Sciare

0.340.0577.0Nuotare

0.630.10512.0Saltare con la corda

0.220.0374.9Tagliare la legna

Vigorose

0.200.0334.5Camminare

0.140.0243.5Andare in bicicletta (piano)

0.200.0334.5Nuotare lentamente

Moderate

0.090.0142.5Camminare lentamente

0.080.0132.4Giocare a biliardo

0.070.0122.3Suonare il piano

Blande

0.140.0243.5Spazzare

001.0Stare sdraiati

0.030.0051.5Attivitàleggere da seduti

0.190.0324.4Faccende domestiche

Comuni di tutti i giorni

LAF/ h LAF/ 10 minEquivalenti metabolici (EM)

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ten

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(LA

F)

in a

du

lti

(LA

F)

in a

du

lti

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

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 kcal1 kcal = 4,186 kJ 1 kJ = 0,239 kcal

L’energia non è un nutriente. Il valore energetico di L’energia non è un nutriente. Il valore energetico di un prodotto o della razione alimentare è proporzionale un prodotto o della razione alimentare è proporzionale al suo contenuto in zuccheri, proteine, grassi ed al suo contenuto in zuccheri, proteine, grassi ed eventualmente, in alcool: eventualmente, in alcool: sono questi i principi nutritivi che, quando vengono sono questi i principi nutritivi che, quando vengono utilizzati dall’organismo, “bruciano”, liberando utilizzati dall’organismo, “bruciano”, liberando energia.energia.

LA CALORIALA CALORIA

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.

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.

RICHIAMI DI TERMODINAMICARICHIAMI DI TERMODINAMICA

Il primo principio L’energia non si crea né si distrugge: essa si può

soltanto trasformareUn sistema può scambiare energia con l’ambiente e variare la sua energia interna in 2 modi:1. trasferendo calore dal e al sistema;2. compiendo lavoro sull’ambiente e viceversa.

u = q + w

u= variazione di E interna q = calore assorbito dal sistemaw = lavoro eseguito sul sistema

Reazione esotermica cede calore all’ambienteReazione endotermica assume calore dall’ambiente

Quando avviene una reazione chimica si ha la trasformazione di reagenti in prodotti e contemporaneamente un trasferimento di energia.

ENTALPIA ENTALPIA H = u H = u P P V V

Poiché in una reazione biologica pressione e volume Poiché in una reazione biologica pressione e volume

rimangono costantirimangono costanti

H = calore assorbito o ceduto dal sistema 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 H se reagenti, prodotti e condizioni sono gli stessi.

Questo principio è sfruttato per calcolare in vitro il valore energetico degli alimenti e dei nutrienti.

Nutrienti Nutrienti CO CO22 + H + H22OO

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.

16.721.299323.64Proteine*

37.337.369539.33Lipidi

16.716.819817.15Glicidi

Valore corretto per il metabolismo

Valore calorico corretto per l’assorbimento

Assorbimento (%)Valore caloricoNutriente

16.721.299323.64Proteine*

37.337.369539.33Lipidi

16.716.819817.15Glicidi

Valore corretto per il metabolismo

Valore calorico corretto per l’assorbimento

Assorbimento (%)Valore caloricoNutriente

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.

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 (ENTROPIA (S) S) Disordine molecolareDisordine molecolare

L’Entropia è una funzione di stato.

Aumenta aumenta il numero delle disposizioni possibiliDiminuisce diminuisce il numero delle disposizioni possibili

Poiché l’energia totale dell’universo non può cambiare (primo principio):Processo spontaneo Processo spontaneo aumento di entropia aumento di entropia

Qualsiasi processo spontaneo (esoergonico) fa Qualsiasi processo spontaneo (esoergonico) fa aumentare l’entropia (aumentare l’entropia (G<0)G<0)

I processi non spontanei (endoergonici) hanno un I processi non spontanei (endoergonici) hanno un G>0G>0

Energia libera di Gibbs Energia libera di Gibbs G = G = H - TH - TSSH = variazione di entalpiaH = variazione di entalpiaT = temperaturaT = temperaturaS = variazione di entropiaS = variazione di entropia

L’Energia libera è quella parte dell’energia recuperabile a seguito delle trasformazioni chimiche e che può essere utilizzata per compiere lavoro.

Se SS > 0 e H < 0H < 0 bassa temperaturaSe SS < 0 e H > 0 H > 0 alta temperatura

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.

L’energia biologica è essenzialmente di natura chimica: - origina da reazioni di ossido-riduzione- viene accumulata nei legami chimici di alcune biomolecole.

L’ENERGIA BIOLOGICAL’ENERGIA BIOLOGICA

All’equilibrio G = 0G = 0Reazione esoergonica spontanea (G<0)

Reazione endotermica non spontanea (G>0)

GG00 = - RT ln k = - RT ln keqeqA + B C + D Condizioni standard:Condizioni standard:c = 1 Mc = 1 MP = 1 AtmP = 1 AtmT (temperatura assoluta)= 25°CT (temperatura assoluta)= 25°CpH = 7pH = 7R = costante universale dei gasR = costante universale dei gas

GG00 = = 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.

LE REAZIONI ACCOPPIATELE 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 accoppiando reazioni esoergoniche a reazioni esoergoniche a reazioni endoergoniche.endoergoniche.

Rea

zion

ies

oerg

onic

he

Legami ad alta energia

SintesiContrazione muscolareTrasportoAttivitànervosaR

eazi

oni

esoe

rgon

iche

Legami ad alta energia

SintesiContrazione muscolareTrasportoAttivitànervosa

A A B B G = +10 KJ/mol G = +10 KJ/mol reazione sfavoritareazione sfavorita C C D D G = -30 KJ/mol G = -30 KJ/mol reazione favoritareazione favorita______________ _________________ _____________________________ _________________ _______________

A + C A + C B + D B + D G = -20 KJ/mol G = -20 KJ/mol reazione favoritareazione favorita

I COMPOSTI ENERGETICI:I COMPOSTI ENERGETICI: L’ATPL’ATPGG00’ = - 31 ’ = - 31 kJ/molkJ/mol

Legami anidridici

Fosfoenolpiruvato

Creatina fosfato

1,3-bis-fosfoglicerato

I COMPOSTI ENERGETICII COMPOSTI ENERGETICI

-9.2Glicerolo3-fosfato

-13.8Glucosio 6-fosfato

-14.2AMP

-15.9Fruttosio 6-fosfato

-20.9Glucosio 1-fosfato

-27.6Pirofosfato

-27.6ATP (ad AMP)

-30.5ATP (ad ADP)

-41.3Creatina fosfato

-49.31,3-bis-fosfoglicerato

-51.4Carbammilfosfato

-61.9Fosfoenolpiruvato

G° ’Reagenti

-9.2Glicerolo3-fosfato

-13.8Glucosio 6-fosfato

-14.2AMP

-15.9Fruttosio 6-fosfato

-20.9Glucosio 1-fosfato

-27.6Pirofosfato

-27.6ATP (ad AMP)

-30.5ATP (ad ADP)

-41.3Creatina fosfato

-49.31,3-bis-fosfoglicerato

-51.4Carbammilfosfato

-61.9Fosfoenolpiruvato

G° ’Reagenti

I COMPOSTI ENERGETICII COMPOSTI ENERGETICI

NADHNADPH

I COMPOSTI ENERGETICII COMPOSTI ENERGETICI

FAD FADH2

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.