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FISIOLOGIA DELLA NUTRIZIONE - Regolazione dell'assunzione calorica e del bilancio energetico

medicina



FISIOLOGIA DELLA NUTRIZIONE


La nutrizione rappresenta quel processo fisiologico con il quale un alimento, una volta introdotto nell'organismo umano, libera con la sua trasformazione (metabolismo) le potenzialità che possiede (energetiche, plastiche, protettive), consentendo all'organismo stesso di utilizzarle per le proprie funzioni vitali: accrescimento, mantenimento, riproduzione, attività fisica.


Regolazione d 939h71j ell'assunzione calorica e del bilancio energetico

Il mantenimento del peso corporeo è essenziale per la sopravvivenza dell'individuo e della specie. Per consentire che il peso corporeo rimanga stabile, è necessario che vi sia un equilibrio tra le calorie fornite dagli alimenti e l'energia spesa. Fisiologicamente il peso è mantenuto stabile da un sistema che regola l'assunzione di calorie con le variazioni della spesa energetica.

Nell'uomo è l'ipotalamo che riceve input relativi allo stato dell'organismo da strutture nervose centrali correlate a recettori sensoriali e produce risposte, finalizzate a mantenere lo stato di equilibrio, indirizzate agli organi periferici attraverso il sistema nervoso autonomo o per via ematica tramite secrezioni endocrine. In particolare due importanti strutture morfofunzionali sono:

il centro della sazietà

il centro della fame



Il centro della fame sarebbe in rapporto con i nuclei motori del nervo vago (nel bulbo), in quanto la fame è il desiderio di cibo associato a una sensazione localizzate a livello dello stomaco: il vago innerva lo stomaco inducendolo ad un aumento della motilità gastrica.

I mecccanismi di controllo periferici del comportamento alimentare sono divisi in breve e a lungo termine.

Teoria glucodinamica (breve): in seguito alla scoperta di glucorecettori nel sistema nervoso(ipotalamo), si pensa che il sistema nervoso centrale sia sensibile alla riduzione rapida di valori glicemici e non alla riduzione del livello assoluto di glicemia.

Teoria lipostatica (lunga): in seguito alla scoperta della funzione endocrina del tessuto adiposo, si è giunti al fatto che l'adipocita comunica con il sistema nervoso (ipotalamo) attraverso un ormone, la leptina, che arriva ai recettori ipotalamici inibendo l'assunzione di cibo.

Anche i meccanismi sensoriali, come vista, olfatto e anche tatto influiscono sul comportamento alimentare grazie alla presenza di circuiti che conducono gli stimoli periferici al sistema nervoso centrale.


Dispendio nergetico e tecniche di misura

L'energia di cui ha bisogno l'organismo è fornita dall'ossidazione dei nutrienti (carboidrati, proteine, grassi, alcol) e viene utilizzata per mantenere la temperatura corporea (calore), per lo svolgimento di lavoro chimico (biosintesi di composti), lavoro meccanico (contrazione muscolare). Gli alimenti forniscono all'organismo l'energia necessaria per compensare la spesa energetica, mediante la combustione di:

carboidrati 1g = 4,1 Kcal

lipidi 1g = 9,3 Kcal

proteine 1g = 4,1 Kcal

alcol 1g = 7,1 Kcal

Per mantenere l'omeostasi metabolico-energetica in una persona sana (bilancio energetico stabile), le calorie assunte con alimenti devono essere bilanciate dalla quantità totale di energia spesa: in caso contrario, il peso corporeo subirà una varizione.

Il trasferimento di energia dall'organismo all'ambiente è detto spesa energetica, il processo inverso, introito energetico. Il dispendio (o spesa) energetico totale giornaliero (TDEE) può essere suddiviso in tre componenti principali:

metabolismo di base (BMR)

termogenesi dieto-indotta (DIT)

termogenesi indotta dall'attività fisica (WIT)

Il BMR rappresenta il minimo dispendio energetico misurabile mentre il soggetto è in stato di veglia, cioè il minimo dispendio energetico di un individuo a completo risposo fisico e psicosensoriale. Esso costituisce circa il 60-75% del dispendio energetico totale giornaliero.

La DIT è definita come un aumento della spesa energetica basale in risposta all'assunzione di un pasto. Corrisponde a circa il 10-15% del dispendio energetico totale giornaliero.

La WIT è la spesa energetica necessaria per compiere qualunque tipo di attività fisica. La sua entità è determinata dal tipo, dalla durata, dall'intensità del lavoro eseguito, e quindi è molto variabile.


Esistono diverse metodiche per la valutazione del dispendio energetico di un soggetto. Ma in linea generale i metodi vengono suddivisi in calorimetrici e non calorimetrici. La calorimetria è definita come la misura della perdita (o della produzione) di calore.

Calorimetria diretta: si basa sul principio che tutti i processi biologici del corpo umano producono calore e che questo possa essere misurato. È eseguita in un apposita camera (camera calorimetrica), isolata termicamente, così da poter valutare il calore eliminato.

Calorimetria indiretta: più usata. Permette di valutare il dispendio energetico calcolando, tramite la misura del consumo di ossigeno (VO2 in ml/min) e dalla produzione di anidride carbonica (VCO2 in ml/min), il calore (o energia) prodotto dall'organismo nell'unità di tempo.

Diario delle attività: il dispendio energetico è calcolato annotando con cura il tempo speso in ciascuna delle attività svolte nell'arco delle 24 ore; di ciascuna attività è riportato in letteraturail costo energetico al minuto per kg di peso corporeo. (approsimato).

Monitoraggio della frequenza cardiaca: il principio correlato a questa teoria prevede che la frequenza cardiaca aumenta con l'attività fisica e che tale aumento è discretamente correlato al consumo di ossigeno. La metodica si basa sulla registrazione continua della frequenza cardiaca e attraverso un equazione di regressione il consumo di ossigeno (VO2). Dal VO2 si può risalire al dispendio energetico conoscendo l'equivalente calorico di un litro di ossigeno.


Prima (e tuttora) il dispendio energetico di un individuo era correlato alla relazione tra metabolismo di base e superficie corporea calcolata a partire da peso e statura (per il cosidetto principio delle superfici). Oggi tale principio è messo in discussione in quanto la parte del corpo che consuma ossigeno è definita massa magra, o meglio massa cellulare metabolicamente attiva, costituita dalla componente cellulare di tutti gli organi interni e dal tessuto muscolare.


Composizione corporea

Secondo il modello anatomo-funzionale, il corpo umano risulta costituito da due compartimenti principali:

massa magra (FFM)

massa grassa (FM)

la FM è costituita dai lipidi e risulta quasi anidra (priva di acqua); la massa magra comprende invece, glicogeno e sali minerali, proteine e acqua totale.

Inoltre, un altro compartimento di fondamentale importanza nello studio del dispendio energetico è la massa cellulare metabolicamente attiva (body cell mass, BCM). Questa è la componente metabolicamente attiva della massa magra in quanto risulta costituita dai tessuti ricchi di potassio, che consumano ossigeno e ossidano substrati energetici.


Fabbisogno energetico individuale

È compito della nutrizione coprire il fabisogno energetico individuale, mediante l'assunzione equilibrata di nutrienti sia in modo quantitativo che qualitativo. Per nutrienti si indicano i principi alimentari contenuti negli alimenti, distinti in calorici e acalorici.

Nutrienti calorici

Carboidrati: sono costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno. Per la loro complessità si distinguono in monosaccaridi(glucosio, fruttosio, galattosio), oligosaccaridi(lattosio, maltosio) e polisaccaridi(amidi, fibre). In un regime equilibrato i carboidrati coprono il 55-60% della razione alimentare. Le principali fonti alimentari sono: cereali e loro derivati (grano,pasta, mais, riso, farine), la frutta e i legumi. I carboidrati si depositano nel fegato e nei muscoli come glicogeno. Il glicogeno muscolare ed epatico rappresentano la principale fonte del glucosio ematico utilizzato come substrato energetico durante il lavoro muscolare. Per ripristinare le scorte ci vogliono almeno 20h.

Dopo l'assunzione di un pasto, con l'arrivo del bolo nel duodeno, vengono secreti gli ormoni enteroinsulari (GIP , GLP-1) che stimolano la secrezione insulinica. L'insulina è un ormone che previene efficacemente l'eccessivo eaumento di concentrazioni ematiche di glucosio, aminoacidi e acidi grassi favorendo il loro deposito nei tessuti.

In condizioni di digiuno moderato vi è una lieve diminuzione di glucosio nel sangue. Ciò riduce la secrezione insulinica e quindi vi è una diminuzione dela captazione di glucosio da parte dei tessuti insulino-dipendenti(muscolo, tessuto adiposo), ma non del cervello (insulino-indipendente). L'ipoglicemia stimola i centri della fame e quindi induce il soggetto a ripristinare le riserve energetiche depauperate. Durante il digiuno protratto, intenso lavoro muscolare, diabete, le scorte di glicogeno si esauriscono e l'energia può essere fornita solo dall'ossidazione degli acidi grassi e dal catabolismo delle proteine muscolari.

Grassi: o lipidi, sono formati da carbonio, idrogeno ed ossigeno. Si possono distinguere in semplici, composti e derivati; o meglio in saturi (origine animale), monoinsaturi e polinsaturi(vegetale). Coprono circa il 25-30% della razione alimentare. Tuttavia se assunti in grandi quantità e costantemente, possono essere causa di malattie cronico-degenerative e cardiovascolari.

Proteine: sono costituite da carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e alcune zolfo e fosforo. Gli aminoacidi sono le unità-base delle proteine. Di aminoacidi ne esistono 20 nei tessuti umani, di cui 8 essenziali (non siamo in grado di produrre). Le fonti proteiche sono di natura animale (latte e derivati, uova, carni, pesce) o vegetale (cereali, legumi). Coprono il 15% di una razione alimentare sana.

Alcol: l'alcol etilico e l'etanolo sono prodotti di fermentazione degli zuccheri. È assorbito a tutti i livelli dell'apparato digerente ed è metabolizzato per lo più nel fegato. Nelle bevande, un grado alcolico corrisponde a 0,79 grammi di alcol.

Nutrienti acalorici

Acqua: l'acqua costituisce circa il 60% del nostro corpo. È presente in tutti gli alimenti. L'acqua del nostro organismo a due provenienze:

acqua esogena: deriva dalla nutrizione di bevande e cibi (porzione maggiore)

acqua endogena: si forma all'interno dell'organismo come prodotto catabolico delle reazioni ossidoriduttive

Circa il 70% del peso della massa alimentare è costituito da acqua. L'acqua ingerita con gli alimenti e le bevande non è digerita, ma è assorbita con gli altri nutrienti nell'intestino tenue (e crasso).

Eliminiamo acqua con le urine, feci, sudore e respiro. Per mantenere un equilibrio (necessario) costantel'acqua ingerita (2,5 l al giorno) e quella endogena, deve essere uguale a quella eliminata. Questo equilibrio è mantenuto attraverso una complessa regolazione nella quale sono coinvolti il sistema nervoso centrale , mediante il centro della sete (ipotalamo),e ormoni (vasopressina,ecc.).

Minerali: possono essere distinti in:

macroelementi, necessari in quantità abbondanti (>100 mg/die), sodio, potassio, calcio, fosforo, cloro, ecc.

microelementi, necessari in piccole quantità giornaliere (< 100 mg/die), ferro, rame, iodio, silicio, magnese, ecc.

Vitamine: hanno una funzione regolatrice del metabolismo energetico e del ricambio. Si distinguono in liposolubili (A,D,E,K), e idrosolubili (B,C) che non possono essere immagazzinate.

Termogenesi

La fonte di produzione del calore è rappresentata da tutte le reazioni chimiche che si svolgono nell'organismo. La trasformazione di parte dell'energia chimica in energia termica non è però un meccanismo termoregolatore. Diviene tale solo quando la portata delle reazioni metaboliche è modificata al fine di mantenere costante la temperatura. In tal caso, si parlerà di termogenesi chimica, distinta in termogenesi con brivido e senza brivido.

Per termogenesi con brivido si intende la produzione di calore che si accompagna ad un'attività muscolare. In casi di raffredamento, la risposta del nostro organismo per produrre calore si manifesta con il brivido, cioè nell'oscillazioni ritmiche dei muscoli scheletrici a una frequenza di 10-20/sec. Poiché si tratta di contrazioni contemporanee di muscoli agonisti ed antagonisti, non si ha movimento. Tale meccanismo è molto efficace in quanto la produzione di calore può aumentare di parecchie volte (5) e in pochi minuti. Il brivido è generato da comandi provenienti da centri termoregolativi situati nell'ipotalamo, che seguono la "via del brivido". Tale via può essere inibita dall'attività motoria volontaria.

La termogenesi senza brivido produce calore attraverso la rottura dei legami chimici delle molecole metabolizzate. Le cause alla base di questa termogenesi non sono del tutto chiare e sembrano rientrare meccanismi ormonali come noradrenalina, e ormoni tiroidei, che stimolano l'ossidazione di lattato e acidi grassi. Un ruolo più importante lo gioca invece il tessuto adiposo bruno, riccamente innervato dal sistema simpatico che provoca una pronta lipolisi e una rapida produzione di calore.


Termodispersione

La dispersione del calore avviene prevalentemente attraverso la cute e, in minor misura attraverso le vie respiratorie. I meccanismi di termodispersione sono:

irraggiamento: qualunque corpo avente temperatura superiore allo 0 assoluto emette calore sottoforma di radiazione elettrmagnetica. Tale emissione prende il nome di irreggiamento

conduzione: il trasferimento di energia per contatto diretto tra due corpi (da atomo ad atomo o da molecola a molecol) è detto conduzione. Il calore è ceduto dal corpo a temperatura più calda a quello a temperatura inferiore

convenzione: è il processo tramite il quale lo strato di aria più vicino alla superficie cutanea è da questa riscaldato. L'aria calda, meno densa, si allontana dal corpo innalzandosi ed è sostituita da uno strato più freddo

evaporazione: ogni qualvolta che il film acqueo che riveste il nostro corpo diventa vapore (attraverso acquisizione di energia termica) provoca il raffredamento della superficie cutanea. Non è necessario sudare perché l'evaporazione avvenga


Regolazione d 939h71j ella temperatura

I meccanismi che regolano la temperatura corporea non sono del tipo "tutto o nulla", ma intervengono gradualmente. A un estremo, quello del freddo, si ha la contrazione muscolare involontaria, all'altro, quello del caldo, la sudorazione. L'ipotalamo e altre aree del cervello controllano, per mezzo di vie neuronali discendenti, l'uscita diretta ai motoneuroni alfa (tono muscolare e brivido), ai neuroni simpatici per le arteriole cutanee (vasocostrizione e vasodilatazione), alle ghiandole sudoripare, alla corticale del surrene (noradrenalina) e alla tiroide (ormoni tiroidei). Tali risposte ai cambiamenti di temperatura necessitano di recettori sensibili alla temperatura corporea, distinti in periferici (cutanei) e profondi (termorecettori centrali). I primi sono distinti in recettori per il caldo e per il freddo. Le informazioni provenienti da tali recettori sono trasmessi all'ipotalamo (ed ad altre aree di integrazione) che risponde opportunamente. Il complesso sistema di regolazione della temperatura per quanto riguarda le strutture centrali nervoso è ancora oggi oggetto di studio.  




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