L'energia in uscita

▶ Il dispendio energetico

Secondo il primo principio della termodinamica, l’energia non si crea né si distrugge ma si converte da una forma a un’altra, e la sua quantità totale resta invariata. Applicando questo principio, detto anche legge di conservazione dell’energia, al corpo umano, il chimico Wilbur Olin Atwater (1844-1907) fu tra i primi a studiare in modo approfondito l’energia prodotta dall’organismo umano. Egli si rese conto che, con buona approssimazione, tutta l’energia chimica contenuta nel cibo viene dissipata dal nostro corpo sotto forma di calore.

Infatti tutti i processi metabolici (non solo catabolici, ma anche anabolici) che avvengono nel corpo umano comportano, prima o poi, una produzione di calore. Di conseguenza, misurando la quantità di calore liberata da un individuo è possibile calcolare il suo dispendio energetico, ossia la quantità di energia complessiva che consuma. Il valore del dispendio energetico può essere misurato in modo diretto (calorimetria diretta) o in modo indiretto (calorimetria indiretta).

LA CALORIMETRIA DIRETTA

Lo strumento indicato per rilevare l’energia termica “in uscita” da un corpo fisico è il calorimetro. Realizzare un calorimetro a dimensione umana tuttavia non è cosa semplice: richiede l’impiego di una camera metabolica in cui un individuo deve permanere per ben 24 ore. Al soffitto della camera è posta una serpentina contenente acqua, il cui aumento di temperatura consente di misurare il calore emanato dal corpo.

Il metodo presenta lo svantaggio di essere scomodo e macchinoso per il soggetto all’interno del calorimetro, ma risulta comunque preciso e affidabile, al punto che viene spesso usato per validare altre strumentazioni dello stesso tipo.

La Calorimetria indiretta

Le apparecchiature più versatili e diffuse per misurare il dispendio energetico non misurano direttamente il calore, ma gli scambi gassosi, e in particolare il consumo di ossigeno, che avvengono durante l’ossidazione dei nutrienti:

nutrienti + O₂ → CO₂ + H₂O + molecole di scarto + calore

Gli scambi gassosi di ogni atto respiratorio possono essere quantificati da apparecchiature che prevedono di respirare all’interno di tubi (spirometro a circuito chiuso) o di caschi (casco calorimetrico a circuito aperto) per circa mezz’ora.

La quantità di calore generato è proporzionale al volume di O₂ che finisce incorporato fra i reagenti: quindi, per risalire all’energia dispersa in forma di calore da un individuo è sufficiente misurare l’ossigeno da lui consumato. Si è valutato che, in condizioni di riposo, un individuo che abbia seguito un’alimentazione mista produce una quantità di calore pari a 4,82 kcal per ogni litro di O₂ consumato.

Le misurazioni calorimetriche svolte sull’organismo umano permettono di stabilire con una certa precisione la quantità di energia consumata in qualunque circostanza, dal sonno all’attività sportiva, dai bambini agli anziani, nei maschi e nelle femmine in ogni condizione di peso, altezza e salute. Come abbiamo visto, tali valori sono ricavati misurando in modo diretto o indiretto il calore prodotto dal corpo, fenomeno noto anche come termogenesi. Il dispendio energetico deve essere necessariamente compensato da adeguati apporti di energia sotto forma di alimenti, il cosiddetto fabbisogno energetico: si tratta di un’indicazione puramente quantitativa, che non dice nulla circa la qualità di ciò che si ingerisce, ma che comunque rappresenta un dato essenziale quando si parla di bilancio energetico.

Si definisce fabbisogno energetico totale o metabolismo totale o dispendio energetico totale la quantità di energia totale necessaria a un individuo per adempiere alle sue attività quotidiane. È un valore espresso in kcal o kJ al giorno e che risulta dalla somma dei seguenti contributi energetici:

• metabolismo basale;
• termogenesi indotta dalla dieta;
• attività fisica;
• termoregolazione.

▶ Il metabolismo basale

Si definisce metabolismo basale (MB) il dispendio energetico minimo di un individuo, cioè l’energia che serve a mantenere attive le sue funzioni vitali. Si misura in kcal/giorno, in condizioni di assoluto riposo fisico e mentale e a digiuno da 12 ore.

Le funzioni vitali sono, in ordine di dispendio energetico decrescente: funzione epatica (26%), tono muscolare (25%), attività cerebrale (18%), respirazione (10%), attività cardiaca (9%), funzione renale (7%) e altre funzioni (5%). L’insieme di tali attività e funzioni corrisponde al 45-75% del metabolismo totale. Ognuna di esse produce calore, che contribuisce a mantenere la temperatura corporea costante.

I fattori variabili che influenzano maggiormente il metabolismo basale sono essenzialmente la massa magra (cioè il tessuto muscolare), l’ età e il sesso: il valore MB, infatti, cresce all’aumentare della muscolatura, ed è quindi maggiore nei maschi, e raggiunge un picco durante la fase di crescita (3-6 anni) per poi iniziare a diminuire dopo i 30 anni. Esistono anche altri fattori che possono incidere in senso positivo o negativo sul valore MB, come l’abitudine all’attività fisica (+), uno stato di malnutrizione (–), le basse temperature (+), la febbre (+), lo stress (+), la gravidanza (+), l’allattamento (+), il fumo (+), i farmaci (+/–).

Il metabolismo basale può dunque variare molto da un individuo all’altro, e solo la calorimetria può fornire una misurazione oggettiva. Tuttavia, per averne una stima si ricorre a equazioni matematiche che mettono in relazione il MB con il peso, l’età e il sesso (talvolta anche con l’altezza e la superficie corporea).

Un aspetto importante di queste formule riguarda il parametro del peso, che dovrebbe corrispondere alla massa magra e risulterebbe un dato fuorviante in caso di persone sovrappeso. Salvo situazioni di obesità, però, l’inserimento nelle formule del peso reale del soggetto esaminato è considerata un’approssimazione accettabile.

La formula adottata oggi per il calcolo del MB dalla Società Italiana per la Nutrizione Umana (SINU) è quella proposta da Schofield nel 1985.

Le formule di Schofield per il calcolo del metabolismo basale variano con il sesso e l’età.

La SINU propone tabelle che presentano valori indicativi di MB in relazione al sesso, all’età e all’altezza di un individuo.

La tabella raggruppa i valori indicativi di MB suddivisi per età, altezza (solo dai 18 anni in poi) e sesso. Si può osservare che mediamente il MB raddoppia dai 3 ai 18 anni (fonte: LARN 2012).

ESEMPIO DI CALCOLO PREDITTIVO DEL METABOLISMO BASALE

Calcolo del MB di una donna di 45 anni, peso 60 kg e statura 170 cm, con la formula di Schofield e confronto con il valore delle tabelle LARN del 2012:

Schofield
8,13 x 60 + 845,6 = circa 1333 kcal/giorno

LARN
2012 1370 kcal/giorno