Scienza della nutrizione - Funzione energetica, Proteine, Carboidrati, Lipidi, Vitamine, Sali minerali

Scienza della nutrizione

Disciplina che studia le proprietà e le modalità di assimilazione da parte dell'organismo delle sostanze nutritive, ossia di quelle sostanze che, all'interno del corpo, subiscono trasformazioni molto complesse e forniscono a esso energia ed elementi utili alla sua crescita, riparazione e mantenimento. La necessità di procurarsi alimenti dall'ambiente esterno è comune all'uomo e a tutti gli organismi che vengono definiti eterotrofi, i quali non sono in grado di sintetizzare composti organici, da utilizzare successivamente, come invece fanno gli organismi autotrofi.

Le sostanze nutritive vengono ingerite e demolite nelle loro componenti più semplici nell'apparato digerente; sono poi assorbite a livello dell'intestino, e passano nel sangue, dal quale vengono distribuite a tutte le cellule. All'interno di ciascuna cellula, in base alle caratteristiche di questa e a particolari esigenze dell'organismo (ad esempio, necessità di una grande quantità di energia per lo svolgimento di un'intensa attività fisica oppure necessità di costruire rapidamente molte strutture corporee in un bambino in crescita), le sostanze nutritive vengono coinvolte in una serie di reazioni chimiche che, nel loro complesso, prendono il nome di metabolismo. In particolare, i processi di respirazione cellulare (vedi Glicolisi; Ciclo di Krebs) permettono alla cellule di sintetizzare molecole di adenosina trifosfato (ATP) in cui viene immagazzinata energia.

La comprensione del ruolo di ciascun nutriente nelle funzioni corporee non è ancora completa, ma, in generale, è chiaro che solo un'alimentazione il più possibile varia e che preveda la quotidiana introduzione di tutti i tipi di sostanze nutritive permette lo sviluppo armonico dell'organismo e il mantenimento di condizioni di salute buone. Infatti, condizioni di malnutrizione, in cui vi è un apporto insufficiente o sbilanciato di nutrienti, possono facilitare l'insorgenza di patologie, non soltanto in modo diretto, a causa degli squilibri organici che esse creano, ma anche in modo indiretto, perchè la debilitazione dell'organismo comporta una minore efficienza del sistema immunitario e, quindi, la minore capacità di reazione di questo agli agenti infettivi (vedi Anoressia nervosa; Bulimia).

Alcune istituzioni sovranazionali, come l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS), insieme ai governi dei singoli paesi, stanno cercando di stabilire direttive nutrizionali volte a proteggere, con un'alimentazione maggiormente equilibrata, la salute della popolazione.

Nutrienti essenziali

I nutrienti sono sostanze classificate, in base a precise caratteristiche chimiche, in cinque grandi gruppi: acqua, proteine, carboidrati, lipidi, vitamine e sali minerali. All'interno di essi sono stati individuati circa 50 nutrienti chiamati essenziali, perché risultano fondamentali per lo svolgimenti dei processi di crescita e per la salute dell'organismo; essi comprendono l'acqua, alcuni amminoacidi (costituenti delle proteine), le vitamine e i sali minerali. I carboidrati non rientrano tra i nutrienti essenziali perché, pur essendo un'importante fonte di energia per l'organismo, possono essere sostituiti in questo ruolo dalle proteine.

Funzione dei nutrienti

Funzione energetica

L'organismo utilizza energia per la maggior parte delle attività necessarie alla propria sopravvivenza. Grazie all'uso di uno strumento chiamato calorimetro, è stato possibile stabilire la quantità di energia, o valore calorico, che si ottiene bruciando i diversi tipi di sostanze nutritive: i carboidrati e le proteine forniscono circa 4 calorie per grammo, mentre i grassi ne forniscono circa 9. 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. Quando l'organismo esaurisce la disponibilità di grassi e carboidrati, si trova costretto a utilizzare a fini energetici le proteine, ottenute dall'alimentazione o, in casi di deperimento estremo, dai propri tessuti.

Proteine

I cibi proteici svolgono soprattutto una funzione plastica (ossia costruttiva), in quanto rappresentano la principale fonte di azoto dell'organismo, componente fondamentale delle strutture proteiche cellula - STRUTTURA DELLE CELLULE EUCARIOTE" class="text">delle cellule. Le proteine, infatti, sono importanti costituenti delle membrane cellulari, e costituiscono gli enzimi (necessari alle reazioni metaboliche) e alcuni ormoni (come, ad esempio, l'insulina), che regolano importanti processi dell'organismo.

Tutte le proteine ingerite devono essere prima digerite da specifici enzimi, chiamati genericamente proteasi, che le spezzano nelle loro parti costitutive, gli amminoacidi; questi ultimi vengono poi assorbiti, attraverso le pareti intestinali, all'interno dei vasi sanguigni e trasportati dal sangue nei tessuti dell'organismo che ne hanno bisogno.

Le proteine si trovano in forma immediatamente disponibile in molti tipi di alimenti di origine animale e vegetale (sono particolarmente abbondanti nella carne, nelle uova, nel latte e nei legumi). Dieci tipi di amminoacidi non possono essere sintetizzati dall'organismo e, dunque, devono essere assunti con l'alimentazione; per questa ragione sono definiti essenziali (essi sono: lisina, triptofano, valina, istidina, leucina, isoleucina, fenilalanina, treonina, metionina, arginina).

La carenza anche di uno solo di questi amminoacidi essenziali può pregiudicare l'utilizzo di tutti gli altri amminoacidi nella costruzione delle proteine e, di conseguenza, la crescita e lo stato di salute generale dell'organismo; è, dunque, estremamente importante che nella dieta siano contemplati tutti gli amminoacidi essenziali, nelle proporzioni adeguate; essi sono contenuti in modo completo solamente negli alimenti di origine animale. Per questo, un'alimentazione vegetariana che utilizza proteine vegetali (contenute nei legumi), escludendo quelle di origine animale, richiede molta attenzione e alcuni abbinamenti indispensabili, quali quello dei legumi con i cereali (ad esempio, pasta e fagioli).

Quando la dieta è particolarmente ricca di proteine, gli amminoacidi che non vengono utilizzati immediatamente vengono solitamente ridotti in composti a uso energetico, mentre le sostanze azotate vengono escrete dai reni, trasformate in un composto detto urea. In determinate condizioni, invece, il fabbisogno proteico dell'organismo deve essere incrementato con la dieta: ad esempio nel corso di alcune malattie, o durante tutto il periodo dello sviluppo, quando i consumi per costruire i tessuti devono essere compensati da entrate adeguate.

Carboidrati

Nella maggior parte delle diete, la porzione più consistente di energia viene fornita dagli alimenti ricchi di carboidrati, che sono in genere più abbondanti e meno costosi di quelli ad alto contenuto di proteine o di grassi. Essi vengono bruciati nel corso delle reazioni della respirazione cellulare (glicolisi e ciclo di Krebs), dalle quali l'organismo ottiene energia (immagazzinata nelle molecole di adenosina trifosfato, ATP), e produce anidride carbonica e acqua.

Negli alimenti i carboidrati sono presenti in forme che differiscono per la loro struttura chimica: vi sono carboidrati più complessi, come gli amidi, presenti soprattutto in cereali, legumi e tuberi, e zuccheri semplici, contenuti soprattutto nel miele, nella frutta e negli ortaggi. Durante la digestione, i carboidrati complessi vengono ridotti in zuccheri più semplici; tra questi, soprattutto glucosio, composto che costituisce il principale substrato per le reazioni energetiche.

I carboidrati a più elevato potere nutritivo sono quelli complessi, contenuti soprattutto nei cereali non raffinati, nei tuberi, negli ortaggi e nella frutta, che forniscono anche proteine, vitamine, minerali e grassi. Dolciumi e bibite analcoliche contengono abbondanti quantità di zuccheri meno pregiati e dunque non vanno consumati in dosi elevate. Gli zuccheri semplici sono utili nei casi in cui l'organismo necessiti in tempi rapidi di molta energia, come durante l'attività fisica; essi determinano nel sangue un picco nel valore di glicemia poco dopo la loro ingestione, e una altrettanto rapida diminuzione di tale valore dopo che sono stati utilizzati. Gli zuccheri composti richiedono invece più tempo per la loro assimilazione e garantiscono nel sangue un valore di glicemia costante (vedi Metabolismo degli zuccheri).

Lipidi

In genere, nei cibi la percentuale costituita dai lipidi è minore di quella dei carboidrati; essi forniscono però una quantità di energia superiore, poiché il loro valore calorico è molto superiore a quello dei carboidrati. I grassi costituiscono nell'organismo la forma di riserva energetica preferita, mentre i carboidrati rappresentano un tipo di energia immediatamente disponibile.

Negli animali adattati ai climi freddi, uomo compreso, i pannicoli di grasso contribuiscono fortemente all'isolamento dell'organismo e al mantenimento della temperatura corporea (vedi Adattamento). Questa proprietà dei grassi è, tuttavia, diventata superflua per l'uomo che vive in paesi industrializzati, dove il cibo non scarseggia, il riscaldamento negli ambienti interni è molto diffuso e i lavori più pesanti, a elevato consumo energetico, sono effettuati perlopiù da macchine; anzi, con gli stili di vita non particolarmente attivi, tipici delle società avanzate, l'eccessivo accumulo di grassi nell'organismo può creare problemi di salute, come malattie al sistema circolatorio e obesità.

Durante la digestione, i grassi assunti con l'alimentazione vengono scissi in acidi grassi, che vengono assorbiti attraverso la parete dell'intestino e trasportati dal sangue a tutte le regioni del corpo, dove vanno incontro a complesse reazioni metaboliche, diverse a seconda delle esigenze dell'organismo. Gli acidi grassi saturi e insaturi si distinguono in base a differenze nella loro struttura chimica che si riflettono in diverse proprietà nutrizionali: a temperatura ambiente gli acidi grassi saturi si trovano allo stato solido e sono soprattutto di origine animale, mentre gli acidi grassi insaturi si trovano prevalentemente negli alimenti di origine vegetale, allo stato liquido. I risultati di numerose ricerche indicano che sono soprattutto i grassi saturi a influire negativamente sul livello di colesterolo nel sangue.

Sali minerali

I minerali sono sostanze inorganiche necessarie a numerose funzioni dell'organismo, come la formazione dei tessuti, le reazioni enzimatiche, la contrazione muscolare, la trasmissione degli impulsi nervosi e la coagulazione del sangue. Questi nutrienti, che devono essere tutti assunti con l'alimentazione, vengono suddivisi in due classi: quella dei macroelementi, a cui appartengono calcio, cloro, fosforo, magnesio, potassio, sodio e zolfo, e quella degli oligoelementi, contenuti in quantità sufficiente nella maggior parte degli alimenti e, benché presenti in traccia nell'organismo, indispensabili al mantenimento di una buona salute; tra questi cromo, ferro, fluoro, iodio, manganese, molibdeno, rame, selenio e zinco.

Il calcio è necessario allo sviluppo delle ossa e al mantenimento della loro integrità; inoltre, contribuisce alla regolazione dell'eccitabilità delle cellule nervose e alla contrazione muscolare. Il 90% circa del calcio si trova nelle ossa, da cui può essere riassorbito nel sangue e negli altri tessuti. La principale fonte di calcio è rappresentata dal latte e dai suoi derivati. Il fosforo, presente anch'esso in molti alimenti e, soprattutto, nel latte e nel pesce, insieme al calcio è un importante costituente di ossa e denti; inoltre, svolge un ruolo importante nel metabolismo energetico delle cellule.

Il magnesio, presente in moltissimi alimenti, è indispensabile per il metabolismo del corpo umano ed è importante per il mantenimento del potenziale elettrico delle cellule nervose e muscolari. Nei soggetti malnutriti e negli alcolisti, la carenza di magnesio può provocare tremori e convulsioni.

La fonte maggiore di sodio è costituita dal sale da cucina, con cui vengono normalmente insaporiti i cibi; esso è, inoltre, presente in piccole quantità nella maggior parte degli alimenti al naturale. Il sodio, che ha azione di ritenzione dei liquidi, contribuisce anche a regolare l'idratazione dei tessuti, ma se presente in eccesso può provocare edema e ipertensione.

Il ferro viene utilizzato nella costruzione dell'emoglobina, una proteina localizzata nei globuli rossi e responsabile del trasporto dell'ossigeno all'interno dell'organismo, mediante il sangue; la sua carenza provoca anemia. Il ferro si trova nelle carni, soprattutto rosse, e nelle uova, nei legumi e nelle foglie di alcuni ortaggi, come gli spinaci. Il ferro alimentare è più facilmente assimilabile dall'organismo se abbinato a vitamina C (è buona abitudine, pertanto, condire gli spinaci con limone). Il fluoro, che si trova nel pesce, nel riso, nel tè e nel caffè, viene conservato soprattutto nei denti e nelle ossa ed è fondamentale per la crescita; i fluoruri, una categoria di suoi composti, prevengono la demineralizzazione delle ossa. Lo iodio, presente negli alimenti di origine marina, interviene nella sintesi degli ormoni tiroidei; un suo deficit può provocare il gozzo. Il rame, che si trova nei semi di diverse piante e nei molluschi, è un componente di molti enzimi e proteine del sangue, del cervello e del fegato. Lo zinco, presente nelle carni, nei pesci, nelle uova e nei latticini, riveste anch'esso una funzione importante nella formazione di alcuni enzimi e un ruolo determinante per la crescita.

Vitamine

Le vitamine sono composti organici, che agiscono su diversi processi fisiologici, come il metabolismo di proteine, carboidrati e grassi, la digestione e l'assimilazione degli alimenti; inoltre, alcune di esse prendono parte alla costruzione delle cellule del sangue, degli ormoni, di alcune sostanze del sistema nervoso e del materiale genetico. A seconda della loro solubilità in acqua o nei grassi, le vitamine vengono classificate rispettivamente come liposolubili (vitamine A, D, E e K) o idrosolubili (vitamine del gruppo B e C).

In genere, le vitamine liposolubili si trovano negli alimenti che contengono grassi e, se assunte in eccesso, vengono accumulate come riserva all'interno del corpo. Le vitamine idrosolubili, invece, non possono essere conservate dall'organismo, essendo eliminate con l'urina, e devono, quindi, essere assunte quotidianamente per soddisfare le necessità del corpo. Le carenze vitaminiche, dette anche avitaminosi, possono causare scompensi di diverso tipo.

Tipi di alimenti

Gli alimenti nel loro complesso possono essere classificati, secondo un criterio merceologico, in: cereali; legumi; tuberi e radici amidacee; frutta e verdura; carne, pesce e uova; latte e latticini; grassi e oli; zuccheri, conserve e sciroppi.

I cereali, che comprendono, tra gli altri, frumento, riso, mais, miglio, sono alimenti ricchi di amido e rappresentano una fonte di energia immediatamente disponibile. La concentrazione di proteine all'interno dei cereali non è elevata e quindi, in una dieta bilanciata, è necessario assumere anche altri alimenti più ricchi di proteine, per poter disporre di tutti gli amminoacidi essenziali. La farina bianca di frumento e il riso brillato, rispetto ai cereali integrali, sono meno ricchi di fibre, vitamine e minerali.

Tra i legumi si trovano fagioli, piselli, lenticchie, granaglie, arachidi, ricchi sia di amido sia di proteine. Abbinati ai cereali, costituiscono una dieta equilibrata e relativamente economica. A tuberi e radici particolarmente ricchi in amidi, vitamine e minerali, appartengono diverse varietà di patate, patate dolci, tapioca.

La frutta e gli ortaggi costituiscono una fonte di minerali e vitamine non presenti nelle diete a base di cereali: la vitamina C, ad esempio, è particolarmente concentrata negli agrumi; la vitamina A è ricavata dal carotene delle verdure a foglia verde e dalle carote. Frutta e ortaggi, inoltre, sono particolarmente ricchi di fibre, utili a facilitare il passaggio del cibo lungo il tubo digerente, e di vitamine idrosolubili, che è preferibile assumere da alimenti freschi, crudi più che cotti, poiché la loro struttura chimica viene facilmente degradata da trattamenti quali la cottura o la surgelazione (vedi Trattamento e conservazione degli alimenti).

La carne, il pesce e le uova forniscono tutti gli amminoacidi essenziali, necessari all'organismo per soddisfare il fabbisogno proteico. In genere, la carne contiene circa il 20% di proteine, il 20% di grassi e il 60% di acqua. Nelle interiora si trovano, invece, soprattutto vitamine e minerali. I pesci sono ricchi di proteine e, in certi casi, di oli particolarmente concentrati in vitamina D e A.

Il latte e i latticini (formaggio, yogurt, gelati, panna, fiocchi di latte) sono tutti ben noti per la loro abbondanza di calcio, fosforo e proteine. Il latte è ricco anche di vitamine, che tuttavia perde in parte in seguito al processo di pastorizzazione. Il latte è un alimento completo per i primi mesi di vita del neonato e continua a rivestire un ruolo molto importante per tutta la crescita; negli adulti non va assunto in quantità eccessiva, poiché può provocare un accumulo di acidi grassi insaturi nel sangue.

I lipidi sono rappresentati da grassi e oli come il burro, il lardo, gli oli vegetali, che sono alimenti fortemente calorici, ma di scarsa qualità nutritiva.

Le conserve e gli sciroppi possiedono soprattutto zuccheri semplici, in elevata concentrazione; per questo motivo, il loro consumo deve essere contenuto.

Gli standard nutrizionali

I livelli di assunzione giornaliera raccomandata di nutrienti (LARN) sono formulati dalle istituzioni, nazionali e internazionali, e indicano il fabbisogno nutritivo medio degli individui sani della popolazione. In Italia i LARN sono definiti dall'Istituto nazionale della nutrizione.

Una dieta deve essere sempre personalizzata, poiché deve tenere conto dell'età, del sesso, delle condizioni fisiche, del tipo di attività svolto. Raccomandazioni nutrizionali valide per tutti suggeriscono, tuttavia, di variare il più possibile l'alimentazione, mantenere un peso appropriato, consumare alimenti con un buon contenuto di amido e fibre, evitare eccessi di zuccheri, grassi (in particolare, grassi saturi e colesterolo) e bevande alcoliche. Si ritiene che un'alimentazione bilanciata dovrebbe essere costituita per il 12% da proteine, per il 58-60% da carboidrati e circa per il 30% da lipidi.