Il metabolismo Metabolismo • • • • • • • • • • Concetto di metabolismo Sostanze organiche e inorganiche Il peso corporeo Indice di massa corporea Fabbisogno energetico Metabolismo basale Termogenesi Attività fisica e richiesta energetica Le diete Le disfunzioni metaboliche Concetto di metabolismo • Il metabolismo comprende tutte le reazioni chimiche che avvengono in un organismo • Si divide in anabolismo e catabolismo • Le reazioni anaboliche sono quelle che costruiscono strutture (ad esempio la sintesi di nuove proteine, la duplicazione del DNA, la fotosintesi, …..) e richiedono energia • Le reazioni cataboliche sono quelle che demoliscono le molecole complesse e le trasformano in molecole semplici (ad esempio la respirazione cellulare e la digestione) e forniscono energia Sostanze inorganiche e organiche • Classificazione – Sostanze inorganiche: si tratta di composti semplici o complessi, caratterizzati dall’assenza di atomi di carbonio o in cui questo elemento abbia un numero di ossidazione non inferiore a +4. Comprendono pertanto anidride carbonica, acido carbonico e relativi Sali. Viene compreso anche il monossido di carbonio, pur avendo un numero di ossidazione inferiore a +4 – Sostanze organiche: si tratta di composti semplici o complessi, caratterizzati dalla presenza di atomi di carbonio o in cui questo elemento abbia un numero di ossidazione inferiore a +4. Il concetto di “organico” nasce dalla storia della chimica: tutto ciò che aveva avuto origine da un essere vivente era ritenuto organico. Nei composti organici, formati da uno scheletro di carbonio e idrogeno, possono essere presenti anche altri atomi: ossigeno, nelle molecole organiche biologiche, azoto, zolfo, fosforo, sia in quelle di origine biologica sia in quelle di sintesi, cloro, fluoro, bromo, ….. in quelle non biologiche Il peso corporeo • Si tratta della massa di un organismo vivente, determinato dalla massa dei tessuti, organi e liquidi del sistema • Quindi si dovrebbe parlare di massa corporea • Si calcola in chilogrammi (kg) Indice di massa corporea • Abbreviato in IMC o BMI (in inglese)è un dato ottenuto dal rapporto tra peso e altezza di un individuo ed è utilizzato come indicatore dello stato di peso forma • Per una valutazione corretta bisognerebbe tenere presenti anche altri dati quali larghezza delle spalle, larghezza ossea del bacino, circonferenza cranica, corporatura muscolosa o flaccida, sesso dell’individuo • Esempio di calcolo di IMC Altezza 1,70 m - massa 62 kg 62 IMC = ------------ = 21,45 (peso regolare) (1,7)2 • Va considerato che tale indice è stato inventato negli Stati Uniti dalle compagnie di assicurazione che avevano bisogno di capire quanto era alto il rischio di infarto dell’assicurato nel momento della stipula dell’assicurazione Fabbisogno energetico • Si tratta della richiesta energetica del nostro organismo • Varia tra le 1800 kcal/giorno (donna) e le 2800 kcal/giorno (uomo) • Dipende da una serie di fattori: – età (più si è giovane e maggiore richiesta energetica ha l’organismo) – Attività fisica (nel caso di attività agonistica si possono raggiungere richieste energetiche molto alte) – Sesso – Stato fisico – Eventuale presenza di malattie in corso Si calcola in calorie Se l’assunzione di calorie supera il dispendio, abbiamo un aumento della massa corporea • Si calcola in calorie (cal) – unità di misura dell’energia, definita come la quantità di energia necessaria per innalzare di 1°C la temperatura di 1 g di acqua distillata a 14,5°C posta a livello del mare. • In biologia, per evitare confusioni con le calorie fisiche (che può essere immaginata come la semplice capacità di combustione di una sostanza), si usano le chilocalorie (kcal), ossia una misura 103 più grande (la sostanza immessa in un organismo vivente deve essere assimilata, cioè compatibile con la richiesta calorica delle cellule) • Il potere calorico può essere misurato anche in joule (1 cal = 4,19 j) Metabolismo basale • Si tratta della richiesta energetica dell’organismo a riposo • Si aggira tra le 1400 kcal/giorno (donna di mezza età con attività semi-sedentaria) e i 2100 kcal/giorno (uomo di mezza età con attività semi-sedentaria) • È influenzato da diversi fattori – – – – – – Sesso: inferiore nella donna Massa corporea (importante la massa muscolare) Statura Età Clima (aumenta con l’abbassarsi della temperatura ambientale) Stato nutrizionale (durante il digiuno e nei casi di iponutrizione il metabolismo basale si abbassa) – Stato ormonale (gli ormoni tiroidei aumentano il metabolismo basale) Termogenesi • La termogenesi è un processo metabolico che consiste nel produrre calore da parte dell’organismo • In sostanza la digestione degli alimenti richiede una certa spesa energetica dovuta all’assorbimento e utilizzazione degli alimenti (termogenesi fissa) e per attivare il sistema nervoso simpatico (t. facoltativa) • Gli alimenti fortemente proteici aumentano la t. fissa (30% del valore calorico del pasto) • Le diete iperproteiche pertanto aumentano il processo della termogenesi, quindi limitano il potere calorico del cibo, ma affaticano fegato e reni • La t. facoltativa è attivata dal sistema nervoso simpatico che attivando la noradrenalina induce la produzione di calore, in particolare se si è sotto stress o fa freddo, con attivazione dei mitocondri Attività fisica e richiesta energetica • Qualunque tipo di attività fisica richiede energia: il movimento, il mantenimento delle costanti chimiche (ad esempio quantità di acqua e Sali) e fisiche (temperatura e pH), la digestione, la produzione di nuove proteine, ….. • L’energia viene recuperata con l’alimentazione, ossia l’ingerimento di molecole ricche energeticamente come zuccheri e grassi • Ci sono anche alcune attività “sociali” che consumano calorie (ad esempio il tamburellare le dita su un tavolo, ridere, fare lavori manuali, …) che richiedono energia. Nel corso dell’ultimo decennio anche tali attività si sono decisamente ridotte aumentando l’incidenza dell’obesità nella nostra società • Le attività sportive ricreative, per quanto importanti dal punto di vista sociale e psichico, incidono decisamente meno sul consumo energetico (1 ora di palestra può portare al consumo di 300 kcal, mentre un lavoro attivo può portare ad un consumo di 1500 kcal al giorno) Le diete • Il termine dieta indica un regime alimentare, anche se spesso viene confuso solo con un regime alimentare che deve portare al dimagrimento • La dieta umana è normalmente onnivora, anche se a volte troviamo persone che per scelta o per bisogno, si sottopongono a diete particolari (ad esempio i vegetariani) • Nel corso dell’ultimo milione di anni la dieta umana è passata da un regime fondato sul consumo di alimenti crudi alla capacità di utilizzare il fuoco (Homo erectus – 1,8 – 1,3 milioni di anni fa) e ad uno sviluppo sempre più spiccato delle attività cerebrali Le disfunzioni metaboliche • • • • • • Le allergie alimentari Le intolleranze alimentari Il diabete La celiachia Le ulcere gastriche e duodenali La fenilchetonuria Le allergie alimentari • Esagerata e rapida reazione del sistema immunitario nei confronti di un alimento ingerito • Di solito la reazione del sistema immunitario è nei confronti di una proteina presente nell’alimento • Da non confondere con intolleranza alimentare (pagina successiva), tossinfezione alimentare (reazione a tossine prodotte da funghi o batteri) o a reazioni esagerate a additivi o conservanti • Nei casi peggiori possiamo scivolare da una fastidiosa allergia alimentare a shock anafilattico • Gli alimenti maggiormente allergizzanti sono il latte, le uova, la soia, le arachidi, le nocciole, il pesce, i crostacei, alcuni frutti come fragole e pesche • Le allergie si sviluppano soprattutto nei primi anni di vita dell’individuo • La forma dell’allergia può assumere diverse forme – Orticaria: allergia cutanea – Congiuntivite o rinite: con secrezione nasale e lacrimazione – Febbre da fieno – Asma manifestazioni gastrointestinali con vomito o diarrea e dolori addominali Le intolleranze alimentari • Situazioni completamente diverse rispetto alle allergie: non vi è la produzione di immunoglobuline, solo un malassorbimento! • Possono essere – Farmacologiche: derivano da sostanze chimiche con funzione farmacologica (ad esempio le xantine presenti in caffè o the) – Metaboliche: carenza o assenza di enzimi necessari a metabolizzare alcuni amminoacidi o altro (è il caso dell’intolleranza al lattosio o al glutine – vedi celiachia) – Agli additivi chimici: spesso aggiunti all’alimento per insaporirlo o esaltare colori, conservarlo o altro Il diabete • Il termine deriva dal greco e si riferisce al fatto che le persone affette da questa disfunzione hanno abbondante ingestione di acqua (polidipsia) e abbondante produzione di urina (poliuria) • Diversi tipi di diabete • Mellito – – – – Mellito di tipo 1 (con patogenesi autoimmune) Mellito di tipo 2 (familiare) Mellito gestazionale (solo in gravidanza, spesso recede) MODY (maturity onset diabetes of the young) Insipido – Neurogenico – Nefrogenico Mellito di tipo 1 • Malattia autoimmune con distruzione delle cellule del pancreas che porta alla deficienza insulinica • Sembra sia seguente a malattie quali morbillo e epatiti • Sembra inoltre che la presenza in forma omozigote di alcuni alleli, aumenti la possibilità di insorgenza del diabete Mellito di tipo 2 • Detto anche mellito non insulino-dipendente • È il diabete tipico dell’adulto, caratterizzato da glicemia alta con carenza di insulina • È il diabete più diffuso con il 90% dei casi di diabete nella nostra società • La causa scatenante principale c’è l’obesità • Si tratta questa malattia con somministrazione di insulina o metformina • I tassi di diabete sono notevolmente aumentati negli ultimi 50 anni, forse a seguito dell’aumento dell’obesità o forse per una diminuzione di attività fisica • Tra le malattie seguenti alla presenza di diabete possiamo avere ictus, retinopatia diabetica, insufficienza renale Mellito gestazionale • Caratterizzato da una ridotta tolleranza al glucosio in periodo di gravidanza • Al termine del periodo della gestazione il diabete di solito recede, ma possono esserci casi di ritorno ad altre forme di diabete dopo 10 o 20 anni (dal 30 al 60% delle puerpere colpite da diabete gestazionale) • Di solito è dovuto ad una aumentata richiesta di insulina da parte del feto MODY (maturity onset diabetes of the young) • È dovuto alla mutazione di alcuni geni che porta alla ridotta secrezione di insulina, in particolare a alterazioni genetiche nelle cellule del pancreas, soprattutto le cellule delle isole del Langerhans • Si può andare dall’errata secrezione di glucochinasi (la forma più leggera) fino a alterazioni di cellule epatiche e alterazioni metaboliche molto pesanti La celiachia • Malattia autoimmune dell’intestino tenue • Si verifica in individui di ogni età, geneticamente predisposti • È causata dalla reazione esagerata da parte di cellule intestinali alla gliadina, una proteina presente nel glutine del grano e altre piante imparentate strettamente, quali orzo e segala • La reazione infiammatoria porta alla sistematica distruzione dei villi intestinali • Unica possibile cura è data dall’eliminazione del glutine dalla dieta Le ulcere gastriche e duodenali • È una ferita aperta nella mucosa dello stomaco (ulcera gastrica), nel primo tratto dell’intestino (ulcera duodenale) o dell’esofago (ulcera gastro-esofagea, spesso associata al reflusso gastroesofageo) • Fino a non molto tempo fa le colpe venivano cercate nello stile di vita mentre oggi sembra che le colpe siano da ricercare in infezioni batteriche (Helicobacter pylori) o alcuni farmaci quali aspirine, ibuprofene, ketoprofene e altri (anche se molti studiosi sono concordi nel dire che si tratta di patologie multicausali) • L’ulcera non va confusa con la gastrite, infiammazione delle pareti gastriche che spesso però, se non curata, può portare all’ulcera La fenilchetonuria (PKU) • Disfunzione che indica la presenza di alti tassi di fenilpiruvato nelle urine e fenilalanina nel sangue • Si tratta di mutazioni recessive di un gene localizzato sul cromosoma 12 • È una malattia genetica rara con una frequenza di 1 caso su 15.000 nati vivi • L’enzima codificato dal gene mutato, la fenilalanina idrossilasi, permette di trasformare l’amminoacido fenilalanina in tirosina • Se l’enzima non funziona abbiamo un doppio problema: – carenza di tirosina, con conseguenti carenze di neurotrasmettitori come adrenalina e dopamina – Concentrazioni elevate di fenilalanina nel sangue con possibile ritardo mentale per gli individui coinvolti, ritardo di accrescimento e morte precoce • I bambini dimostrano di essere affetti da questa sindrome dopo qualche mese dalla nascita, con rash cutanei, nausea, vomito, irritabilità, eczemi, urine dal caratteristico odore di “topo”; • La disfunzione del sistema nervoso si manifesta con tremori e ipertono muscolare • Successivamente si manifesta il ritardo mentale • La malattia può essere tenuta sotto controllo con una dieta povera di fenilalanina, sostituendo le proteine alimentari con somministrazione di singoli amminoacidi