La bomba calorimetrica di Berthelot-Mahler

  la bomba calorimetrica di berthelot-mahler

Infatti, nel calorimetro avviene una combustione; in vivo, cioè nel nostro organismo, l’ossidazione dei principi nutritivi avviene invece tramite reazioni biologiche, che hanno come prodotto molecole organiche (per esempio l’urea, nel caso dell’ossidazione delle proteine) che contengono ancora una parte di energia, la quale però non può essere utilizzata dall’organismo umano.

I nutrienti, inoltre, non vengono assorbiti completamente dall’intestino; in particolare, la percentuale di assorbimento di carboidrati e lipidi è di circa il 97-98%, e per le proteine circa il 90% (mentre per l’alcol è il 100%).

Sulla base di queste considerazioni, si può assumere che, in media, per ogni grammo di nutriente assunto si ottengono i valori calorici riportati nella seguente tabella.

Il contenuto calorico dei singoli macronutrienti e quello complessivo di alcuni alimenti, assieme ad altri dati numerici relativi al loro profilo nutrizionale, sono stati raccolti, verificati e pubblicati dall’INRAN (Istituto Nazionale di Ricerca per gli Alimenti e la Nutrizione) e vengono periodicamente integrati dal CREA (vedi Unità 9, Gruppi alimentari e dieta equilibrata, p. 253). Esistono dunque delle tabelle calorimetriche che riportano il contenuto energetico dei più svariati alimenti.

Anche sulle etichette degli alimenti confezionati si trovano delle tabelle nutrizionali contenenti lo stesso tipo di dati (vedi Unità 12, La filiera, le etichette e gli imballaggi), ma in tal caso è l’azienda produttrice a farsi garante delle informazioni riportate.

il calcolo calorico degli alimenti

Mentre la misurazione dell’energia avviene in modo empirico (attraverso la bomba calorimetrica), il calcolo dell’energia avviene in modo astratto. Se si vuole stabilire il valore energetico di un piatto, infatti, è necessario sommare l’energia fornita da ogni singolo ingrediente; questo valore si ottiene moltiplicando il peso di ciascun ingrediente per la sua resa energetica (espressa in kcal/grammo), che si trova in apposite tabelle.

Si può procedere allo stesso modo per determinare l’energia fornita da tutto ciò che viene ingerito nell’arco di una giornata, e avere così un quadro preciso dell’energia introdotta quotidianamente.

L’idea che il controllo dell’alimentazione sia una delle chiavi più importanti per garantire il benessere di un individuo è ormai comunemente accettata. Sempre più spesso i dietologi richiedono ai pazienti di redigere un diario alimentare in cui annotare il peso di tutto ciò che mangiano e insegnano loro a usare le tabelle caloriche, affinché prendano coscienza dell’energia presente all’interno del cibo e si abituino a considerare il controllo dell’alimentazione uno degli elementi chiave per una buona salute.

  l'ossidazione dei nutrienti

il ruolo dell'atp

In termini generali, tutte le reazioni che portano alla produzione delle nuove molecole di cui necessita il nostro organismo avvengono grazie all’energia prodotta con l’ossidazione. Si verifica così un trasferimento di energia chimica tra le reazioni cataboliche che liberano energia e quelle anaboliche che la assorbono.

La molecola che agisce da tramite per tale trasferimento è l’ATP (adenosintrifosfato), costituito da una base azotata (l’adenina), un glucide (il ribosio) e tre gruppi fosfato (Pi) legati in sequenza. Questa molecola viene prodotta soprattutto all’interno dei mitocondri, per unione di un ADP (adenosindifosfato) con un gruppo fosfato.

L’energia liberata dall’ossidazione dei macronutrienti viene in parte usata dall’organismo per produrre moltissime molecole di ATP, secondo la reazione:

ADP + Pi + energia → ATP

L’ATP è dunque una molecola ad alta energia, in grado di cederla attraverso una reazione che comporta il distacco di un gruppo fosfato:

ATP → ADP + Pi (legato a una molecola)

Le molecole di ATP possono essere trasferite da un organulo all’altro per raggiungere tutte le sedi che necessitino di energia.

Nel suo complesso il trasferimento di energia mediato dall’ATP non è molto efficiente: in effetti, sia quando il Pi viene aggiunto all’ATP, sia quando viene rimosso da esso, buona parte dell’energia chimica (quasi il 50%) viene dispersa in forma di calore. Tuttavia, tale calore viene utilizzato per mantenere costante la temperatura corporea. Questo processo di produzione di calore è detto termogenesi.

Per la sua funzione di navetta fra reazioni cataboliche e anaboliche l’ATP può essere considerata una “moneta” energetica: tutte le reazioni biologiche possono infatti avere un costo in molecole di ATP consumate, oppure generare un guadagno in molecole di ATP prodotte. Per esempio, la degradazione completa di una molecola di glucosio produce un massimo di 38 molecole di ATP, mentre la sintesi di una molecola di urea ne richiede 4.

Dopo l’assunzione di un pasto, solo una parte di glucosio è utilizzata dalle cellule per le richieste di energia a breve termine (tra cui la sintesi di ATP), mentre la parte in eccesso viene accumulata nei tessuti di riserva: principalmente nel fegato e nei muscoli, sotto forma di glicogeno. Ne consegue che l’assunzione di nutrienti oltre il necessario non si traduce immediatamente in una quantità maggiore di energia sotto forma di ATP, ma in un maggior accumulo dei nutrienti nei tessuti di riserva.

fissa il concetto

  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. Si può quindi dedurre, con buona approssimazione, che tutta l’energia chimica contenuta nel cibo viene dissipata dal nostro corpo sotto forma di calore.

Infatti, tutti i processi metabolici 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 cosiddetto “calorimetro umano”. Si tratta 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 molto preciso e affidabile.

la calorimetria indiretta 

La quantità di ossigeno consumato e di anidride carbonica eliminata durante le reazioni biologiche è proporzionale all’energia termica prodotta, secondo la reazione:

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

La calorimetria indiretta sfrutta questo principio per calcolare l’energia termica prodotta dalle reazioni metaboliche.

Attraverso uno strumento chiamato spirometro, infatti, è possibile misurare l’ossigeno trattenuto e l’anidride carbonica prodotta e, attraverso opportune equazioni, calcolare l’energia chimica trasformata in calore.