Bioenergetica
Augusto Innocenti
Dottore in Biologia
Master in Biochimica e Biologia Molecolare
Phd in Neurobiologia e Neurofisiologia
Bioenergetica
Tutte le attività biologiche richiedono energia e questa energia
viene fornita dai nutrienti ed in particolare dai macronutrienti.
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Bioenergetica
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.
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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).
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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.
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ATP ↔ ADP + P
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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
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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)
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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 10-12 ore
In posizione supina, sveglio ma rilassato,
Con temperatura corporea normale
A temperatura ambiente costante di 27°-29°C
In assenza di stimoli psicofisici esterni
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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).
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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)
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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, 1993. Modificato da SINU
www.sinu.it/larn/energia
Età
BMR
Maschi
Femmine
<3
59,5xPc-31
58,3xPc-31
3-9
22,7xPc+504
20,3xPc+485
10-17
17,7xPc+650
13,4xPc+693
18-29
15,3xPc+679
14,7xPc+496
30-59
11,6xPc+879
8,7xPc+829
60-74
11,9xPc+700
9,2xPc+688
75
8,4xPc+819
9,8xPc+624
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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%).
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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