Il metabolismo (dal greco μεταβολή, «mutazione») può essere definito come il complesso di processi biochimici che assicurano le attività vitali dell’organismo e dei singoli tessuti. Sostanzialmente, il termine metabolismo può essere considerato sinonimo di ricambio. Ogni giorno, le nostre cellule vanno incontro a numerosissime reazioni da cui ottengono energia (ATP) e molecole indispensabili per la loro vita e per quella dell’organismo.
Il concetto si applica prevalentemente all’insieme degli scambi energetici, ma anche ai processi che, a prescindere dalle variazioni di energia, garantiscono la vitalità e il buon funzionamento di strutture organiche (per es., metabolismo osseo, glucidico, lipidico, proteico ecc.). Oltre a questo, bisogna considerare il metabolismo come il dispendio energetico totale.
La conoscenza della quantità d’energia ottenuta con l’assorbimento e la digestione degli alimenti, e della spesa energetica relativa a tutti i processi vitali di un organismo, è essenziale per una corretta valutazione dei fabbisogni corporei.
Processi e Funzioni del Metabolismo
Quando si prendano in esame le trasformazioni di energia e di materia che avvengono nelle cellule dei vari organismi viventi, vanno comprese diverse funzioni, quali i processi di biosintesi con relative reazioni enzimatiche, la modificazione, trasformazione e degradazione di sostanze biologiche, le interazioni fra le diverse sostanze biologiche. Queste funzioni in sostanza mirano a ottenere, accumulare e rendere disponibile l’energia; esse sono regolate da fattori genetici e sono strettamente interconnesse.
Ogni cellula è in pratica una formidabile fabbrica che produce energia e che provvede ad assolvere a un complesso di funzioni fisiologiche essenziali, come la crescita, il mantenimento delle strutture organiche e la loro riparazione, la secrezione, la contrazione muscolare, la riproduzione, la difesa immunitaria...
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Il metabolismo è un processo attraverso il quale il nostro corpo converte in energia ciò che mangiamo e beviamo. Energia di cui abbiamo bisogno non solo per muoverci, ma anche per garantire il dispendio energetico necessario a tutte le funzioni metaboliche vitali (metabolismo basale) come la respirazione, la circolazione del sangue o la riparazione delle cellule. Al metabolismo basale dobbiamo aggiungere il metabolismo energetico, determinato dal movimento e dall’attività fisica che compiamo ogni giorno, e dalla termogenesi indotta dagli alimenti.
Componenti del Metabolismo
Il metabolismo di un soggetto è dato dalla somma del metabolismo basale, dalla termogenesi dieta-indotta (l’energia che si sviluppa nei processi digestivi), e dall’attività fisica. Un equilibrio tra le reazioni anaboliche (di distruzione) e le reazioni cataboliche (di costruzione) dell’organismo ci permette di modulare l’assunzione degli alimenti, al fine di mantenere un adeguato bilancio tra l’assunzione di cibo e la spesa energetica.
- Catabolismo: il processo attraverso il quale le grandi strutture molecolari vengono convertite in sostanze più elementari liberando energia; così, i lipidi vengono scissi in acidi grassi e glicerolo, i carboidrati in semplici molecole di glucosio e le proteine in aminoacidi.
- Anabolismo: rappresenta il tragitto inverso: le più piccole molecole vengono convertite in complessi macromolecolari (momento che richiede e impiega energia). È la fase sintetica del metabolismo, quella che consente la costruzione di nuove strutture organiche e lo svolgimento di mille altre funzioni cellulari, sfruttando l’energia derivante da una sorta di “barretta energetica” - l’ATP (adenosina trifosfato) prodotto dai mitocondri - che la cellula “spezza” per le proprie esigenze anaboliche.
Fabbisogno Calorico e Macronutrienti
Il contenuto energetico dei principali macronutrienti ottenuto con tale metodica è, mediamente, il seguente:
- Carboidrati 4,1 kcal/g
- Proteine 5,3 kcal/g
- Grassi 9,3 kcal/g
- Etanolo 7,1 kcal/g
Nell’uomo, valori di questa entità sono ottenuti, in condizioni normali, per i carboidrati e per i grassi; l’ossidazione delle proteine è invece incompleta dal momento che fra i prodotti finali vi sono composti azotati che hanno ancora contenuto energetico (in aggiunta ad acqua e anidride carbonica) e pertanto il valore calorico delle proteine è ridotto a 4,1 kcal/g. Sebbene anche le proteine possano essere catabolizzate per ottenere energia e per tale motivo sono incluse nel computo delle calorie, la maggior parte dell’energia stessa è ricavata da carboidrati e grassi.
Infatti, la funzione delle proteine è in realtà molto diversa, in quanto esse rappresentano la fonte di aminoacidi (suddivisi in essenziali e non essenziali), i quali fungono da precursori nella sintesi proteica endogena e, quindi, delle impalcature cellulari e intercellulari. Si definiscono essenziali quegli aminoacidi che non possono essere sintetizzati all’interno dell’organismo e debbono provenire dall’alimentazione; non essenziali sono gli aminoacidi che possono provenire dal metabolismo endogeno.
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Quando l’energia contenuta negli alimenti è tale da consentire il mantenimento di un peso corporeo costante, si può affermare che l’individuo si trova in uno stato d’equilibrio energetico. Il fabbisogno calorico medio, per un soggetto adulto, in condizioni di sanità in ambiente temperato, a riposo, si aggira su 25-30 kcal/kg di peso corporeo.
Fattori che Influenzano il Metabolismo
Diverse condizioni, sia fisiologiche sia patologiche, determinano una variazione del dispendio energetico: tra le prime segnaliamo la gravidanza e l’allattamento, tra le seconde la febbre, la malnutrizione, traumi, obesità, malattie endocrine, neoplasie e ustioni (queste ultime possono dar luogo a un aumento anche del 100%).
In ordine d’importanza, è il secondo fattore, dopo il metabolismo basale, a condizionare il bilancio energetico; può incidere sulla spesa energetica in modo molto variabile, secondo il tipo, la durata dell’esercizio e in base al peso del soggetto. In mancanza d’attività fisica e di una programmazione alimentare adeguata, l’incremento di peso riflette uno sbilanciamento a favore della massa grassa (metabolicamente poco attiva) rispetto a quella magra (metabolicamente più attiva).
Dopo l’assunzione di un pasto, si osserva un aumento della spesa energetica che varia a seconda dei differenti substrati nutritivi (azione dinamica specifica degli alimenti): è ciò che si definisce anche come effetto termico del cibo. Si distinguono una parte obbligatoria e una parte facoltativa.
Di media, con l’effetto termico del cibo si determina una perdita di poco meno del 10% delle calorie potenziali di un pasto misto. In conclusione, il consumo energetico complessivo di un individuo deriva dalla termogenesi globale che, anche in questo caso, è in parte obbligatoria (metabolismo basale), in parte facoltativa (esercizio fisico, effetto termico del cibo, nonché temperatura ambientale). La prima è definita obbligatoria perché non può essere modificata dall’esterno, mentre la seconda è suscettibile alle variazioni d’elementi esterni.
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Misurazione del Metabolismo
Esistono due metodi sperimentali per la misurazione del metabolismo negli esseri viventi: la calorimetria diretta e quella indiretta (v. anche energia, Aspetti biochimici). Il metodo della calorimetria diretta prevede che una persona sia introdotta all’interno di una camera isolata, all’interno della quale è possibile valutare il dispendio energetico a partire dalla misurazione della dispersione di calore del soggetto stesso.
La calorimetria indiretta misura il dispendio energetico a riposo sulla base della misurazione dei volumi di ossigeno inspirato e di anidride carbonica espirata. Il paziente, sdraiato su un lettino, a digiuno da 6-8 ore, indossa una mascherina connessa a un apparecchio, il metabolimetro, attraverso cui respira per circa 20-30 minuti. Grazie all’analisi dello spostamento dei flussi gassosi, inspirati ed espirati, diventa così possibile determinare l’entità del metabolismo basale, espresso come quantità di energia (o lavoro) per unità di tempo, ossia: kcal(chilocalorie)/minuto, kcal/die (giorno).
Non sempre è possibile misurare il metabolismo, e in questi casi si possono utilizzare delle formule specifiche, o determinati modelli matematici per predire o meglio calcolare il metabolismo basale, e ricavare dunque una stima approssimativa del fabbisogno calorico.
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