il calcolo del metabolismo basale

Dr. Sara Emilia Bulgarelli
Dietista
Docente di:
Dietologia
BILANCIO ENERGETICO
Equilibrio esistente tra energia immagazzinata ed energia spesa
•
Energia in entrata= energia derivata dagli alimenti
•
Energia in uscita= mantenimento della dimensione corporea,
ripristino componenti tessutali perse,
attività fisica, motoria e ricreativa.
BILANCIO ENERGETICO
Introito energetico alimentare= carboidrati, proteine e grassi.
Completa utilizzazione dei macro nutrienti ai fini energetici - ossidazione - richiede ossigeno, che viene
trasportato alle cellule attraverso il sistema circolatorio.
Al termine dei processi di ossidazione i prodotti finali del metabolismo vengono eliminati attraverso
la sudorazione (evaporazione), la respirazione (acqua e CO2) e la diuresi (acqua e urea).
Vanno considerate anche le piccole perdite di energia nelle feci (cibi non digeriti, cellule derivate dalla
desquamazione delle pareti delle mu cose, batteri) e nella miscellanea dei tessuti demoliti (capelli, cute,
flusso mestruale ecc.)!
L’introito dei nutrienti deve essere tale da bilanciare le perdite descritte affinché i depositi di energia e
la massa corporea rimangano costanti!
BILANCIO ENERGETICO
Il concetto di bilancio energetico per l’uomo sano è codificato come
quota calorica necessaria per
•
mantenere costante la dimensione e la composizione corporea,
•
supportare l’attività fisica giornaliera e per garantire la salute nel lungo termine
•
mantenere l’attività fisica necessaria nelle attività socialmente ed “economicamente” desiderabili
fabbisogno energetico vincolato al benessere psicofisico individuale
BILANCIO ENERGETICO
Fabbisogno energetico (FAO/WHO/ONU, 1985; LARN, 1996)
“Apporto di energia di origine alimentare necessario a compensare il livello energetico di
individui che mantengono un livello di attività fisica
sufficiente per partecipare attivamente alla vita sociale ed economica e
che abbiano dimensioni e composizione corporea compatibili con buono stato di salute a lungo
termine”
Per bambini e donne in gravidanza o allattamento deve anche comprendere la quota
energetica per sostenere la formazione di nuovi tessuti o per la secrezione del latte.
BILANCIO ENERGETICO
Introiti calorici diversi dalla spesa energetica= variazioni nelle riserve energetiche corporee.
•
Introito calorico minore della spesa energetica= perdita di peso
•
Introito calorico maggiore della spesa energetica= aumento di peso
BILANCIO ENERGETICO
BILANCIO ENERGETICO
BILANCIO ENERGETICO
BILANCIO ENERGETICO
BILANCIO ENERGETICO
BILANCIO ENERGETICO
Principali depositi di energia del corpo: grassi e proteine; in minima parte glicogeno
in reciproca interazione: Cho—> LP; pT—> CHO, Lp
Difficile stabilire il ruolo effettivo di ciascun nutriente nella formazione dei depositi corporei.
BILANCIO ENERGETICO
DISPENDIO ENERGETICO TOTALE
(Total Energy Expenditure o Total Daily Expenditure Energy)
Somma di tre diverse componenti:
•
metabolismo basale
•
termogenesi
•
attività fisica
TEE = BEE + SDA + AEE
Dalla sua valutazione …la possibilità di stabilire le necessità “energetiche-nutrizionali”.
Sulla base della TEE vengono infatti elaborati i fabbisogni nutrizionali della popolazione sana,
intesi come livelli di energia derivata dal cibo per bilanciare il dispendio energetico individuale.
DISPENDIO ENERGETICO TOTALE
DISPENDIO ENERGETICO TOTALE
Nell’individuo sedentario circa il 15-30% del dispendio
energetico viene utilizzato per l’attività fisica;
nell’atleta in competenze questa spesa può essere anche 34 volte maggiore del MB.
DISPENDIO ENERGETICO TOTALE
È stato evidenziato il rapporto esistente tra TEE e il peso corporeo e il BMR
fattore moltiplicativo del BMR per ottenere TEE?
Probabile fonte di un errore anche significativo nel calcolo del dispendio giornaliero sul singolo individuo.!
Da Numerosi studi confermata assenza di una stretta relazione tra TEE e % FM
Negli obesi, ad esempio, possono verificarsi le seguenti condizioni, tra loro contrastanti:
▪ il dispendio energetico aumenta per l’incremento della massa magra che deve supportare nel tempo
l’incremento di peso.
▪ il dispendio energetico diminuisce se correlato a individui con elevate percentuali di FAT corporeo.
▪ il dispendio energetico aumenta per consentire il “trasporto” di individui con peso superiore alla norma.
▪ il dispendio per l’attività fisica giornaliera diminuisce se l’obeso ha uno stile di vita prettamente
sedentario.
DISPENDIO ENERGETICO TOTALE
Una quota variabile della spesa energetica è data dall’attività fisica ed intellettuale.
Più l’attività fisica e intellettuale è intensa, tanto maggiore sarà il consumo calorico.
Valori sovrapponibili di TEE tra obesi e normopesi, o differenti tra un obeso e l’altro, anche a parità di peso.
DISPENDIO ENERGETICO TOTALE
Calcolo teorico del TEE ?
estremamente aleatorio, qualora lo si voglia applicare nella routine clinica sul singolo individuo
accettabile nella ricerca epidemiologica su gruppi selezionati per stato nutrizionale.
METABOLISMO BASALE
(Basal Metabolic Rate o BMR) o spesa energetica basale (Basal Energy Expenditure o BEE)
Quantità di energia spesa da un individuo nelle seguenti condizioni:
■ a digiuno da almeno 10-12 ore
■ in posizione supina e rilassata, tale da ridurre al minimo l’attività muscolare
■ con temperatura corporea normale
■ a una temperatura ambiente neutrale (27-29°) per mantenere
l’omeostasi termica
■ in assenza di stimoli o stress psicologici e fisici
Nelle condizioni definite basali, il BMR rappresenta:
l’energia che l’organismo utilizza per compiere il lavoro necessario al mantenimento dell’omeostasi
interna: sintesi e/o degradazione di alcuni costituenti cellulari, cicli biochimici, turnover proteico ecc.
In un individuo adulto con attività fisica media, il BMR rappresenta il 60-75% circa della TEE.
METABOLISMO BASALE
Il BMR viene spesso confuso con il metabolismo a riposo (Resting Metabolic Rate o RMR o REE).
REE = energia spesa in condizioni di riposo.
BMR e REE differiscono tra loro per la TIS o SDA
Non è ancora chiaramente espressa la differenziazione per gli altri effetti termogenici:
•
termogenesi indotta dalle variazioni termiche ambientali, d
•
termogenesi indotta da agenti come caffeina e nicotina
•
termogenesi indotta da stimoli psicologici, come ansia e paura.
In sintesi l’equazione comunemente più accettata è:
REE=BMR + DIT
METABOLISMO BASALE
Se l’alimento viene assunto poche ore prima della misura diretta o indiretta del metabolismo…
Il tipo di alimentazione può modulare il REE!
L’influenza del pasto è tale che l’incremento del valore basale può presentare picchi differenti in
funzione della qualità del cibo assunto
….con un effetto che persiste anche a distanza di 5-6 ore dal pasto stesso.
Pasto a base di carne: aumenta la DIT in misura maggiore (25-30%) rispetto ai carboidrati o ai grassi.
METABOLISMO BASALE
Il fabbisogno basale a riposo include una variabile legata all’alimentazione
•
Digiuno: RMR diminuice dell’1%/die
•
fino a un plateau del 25% in meno nell’arco di 3-4 week con un decremento calorico di 120 kcal/die
(sintesi proteica: riduzione del 25% , costo di ureogenesi e produzione di ammonia: inalterati)
•
Soggetti alimentati con 55 gr di caseina (bilancio azotato in equilibrio): RMR diminuice dell’1%/die
•
Già al primo giorno di dieta a 900 calorie: RMR diminuice del 5%
Fattori che influenzano il BMR:
•
•
•
•
•
•
•
•
età
sesso
temperatura corporea
peso corporeo
composizione corporea (FFM)
fattori genetici
condizioni fisiopatologiche
ormoni
Principali determinanti:
80% variabilità inter-individuale
MB-ETA’
La spesa energetica basale varia in funzione dell’età
MB-ETA’
MB:massimo alla nascita (53 kcal 1 anno) e decresce fino ai valori minimi dopo i 70 anni (31 kcal 75 anni).
TEE: aumenta dalla nascita fino all’età dello sviluppo per raggiungere il massimo a 14-15 anni nelle
femmine e 18-19 anni nei maschi e decresce col progredire degli anni.
MB-ETA’
MB-ETA’
La diminuzione del metabolismo con l’età si correla con
la diminuzione della massa magra e con un progressivo rallentamento del metabolismo energetico cellulare.
MB-ETA’
MB-SESSO
•
•
•
MB dipende da massa cellulare metabolicamente attiva (BCM, appartenente alla FFM)
BCM a parità di età, altezza e peso è minore nelle donne rispetto agli uomini:
le donne hanno un BMR più basso
MB-SESSO
Questa differenza nel BMR, inizia all’età di 3 anni e aumenta rapidamente alla pubertà (aumento della
muscolatura scheletrica nei maschi e di cellule adipose nelle femmine)
All’età di 20 anni circa, comincia ad attenuarsi, in quanto diminuisce la differenza tra i due sessi in
quantità di muscolo e cellule adipose
MB-SESSO
MB- PESO E COMPOSIZIONE CORPOREA
Maggior determinante: FFM e soprattutto BCM
Quali componenti della FFM?
organi e il cuore,…5,5% del peso di un uomo di 70 kg …. 58% del BMR
muscoli…40% del peso di un uomo di 70 kg…solo il 22% del BMR.
Stati ipermetabolici potrebbero essere la conseguenza di un alto contributo nel lavoro degli organi.
Il continuo turnover proteico e l’attività della pompa sodio potassio nell’insieme producono il 40% del BMR
MB- PESO E COMPOSIZIONE CORPOREA
MB- PESO E COMPOSIZIONE CORPOREA
Peso e altezza risultano altamente correlati al metabolismo individuale, a tal punto da essere
considerati predittori di metabolismo nelle equazioni specifiche,
….ma la FFM è direttamente e maggiormente proporzionale al reale fabbisogno basale.
• Contrariamente alle aspetttative, nei soggetti obesi i valori di BMR risultano elevati se confrontati con
quelli dei soggetti magri, dato che la quantità di FFM presente è a sua volta superiore: aumento della
massa magra che sempre accompagna l’eccessivo aumento del FAT.
L’attività fisica incrementa la massa magra:
non considerare il valore assoluto di BMR, ma il rapporto BMR/FFM (cal/kg) come sinonimo di
efficienza metabolica individuale e come base per gli studi di ricerca e di clinica applicativa!
…anche il tessuto adiposo ha un ruolo metabolico: 4-5% del BMR.
MB-TEMPERATURA
Uomo= animale omotermo= temperatura corporea costante = indipendente dalla temperatura ambiente.
Un aumento della temperatura corporea dovuto a febbre=
incremento richiesta O2= aumento BMR
+13% MB per ogni aumento di 1 grado di temperatura corporea
ma attenzione! questo incremento della temperatura corporea non nasce da influenze
esterne, ovvero dagli scambi con l’ambiente, quanto dal lavoro metabolico interno di un
organismo soggetto a ipertermia
MB-TEMPERATURA
La dimensione corporea incide nel fabbisogno basale anche attraverso la capacità di ritenzione termica…
•
Soggetto obeso= maggiore superficie di TAS= maggiore ritenzione termica= minor dispendio energetico.
•
La tipologia del tessuto adiposo (adiposo bruno o adiposo bianco) = elemento fondamentale nella
conservazione o nel la dispersione termica corporea.
MB-TEMPERATURA
•
Anche la temperatura ambiente influenza in modo sensibile la spesa calorica…
•
27-29°C in assenza di vapore acque: “omeostasi termica”
….minimo dispendio energetico.
Temperatura < valore di neutralità termica (27°C): aumento della spesa energetica
……produzione del calore a compensazione di quello perso
•
•
Temperatura < 12°C il corpo non riesce più a compensare la perdita di calore
……se per un tempo sufficientemente lungo morte per assideramento.
•
Temperatura > valore di neutralità termica (29°C): aumento della spesa energetica
…..energia dissipata attraverso la sudorazione per mantenere la temperatura corporea a 37°C
•
Il corpo riesce a compensare temperature ambientali piuttosto elevate,
fino a che la temperatura interna non comincia a salire.
•
Quando quest’ultima raggiunge i 42°C circa si ha la morte dell’individuo.
MB-TEMPERATURA
•
•
L’esercizio fisico in ambiente sfavorevole (temperature superiori o inferiori ai 27°C)= maggior
dispendio energetico
componente calorica lavoro muscolare + componente calorica processi di termoregolazione corporea
Nell’ambito di un progetto di incremento del dispendio energetico per soggetti obesi, optare per un
esercizio in un ambiente caldo = ambiente freddo: in entrambi i casi il dispendio risulta
aumentato.
Tessuto adiposo bianco, come organo di conservazione o riduzione della
dispersione termica
Fattori limitanti la termoregolazione in ambiente caldo, quali gli alti livelli di umidità
….maggiori dispendi energetici da esercizio in ambiente freddo
MB-CONDIZIONI FISIO-PATOLOGICHE
Lieve incremento BMR: necessità di supportare l’accrescimento “in toto” o di parti dell’organismo
•
infanzia,
•
adolescenza
•
gravidanza, anche se possibile effetto compensatorio sul TEE per una ridotta TE e AF
•
fase mestruale
Lieve incremento BMR:
•
sonno (minimo DE giornaliero)
MB-CONDIZIONI FISIO-PATOLOGICHE
Incremento il BMR
•
stati febbrili
•
scompenso cardiaco congestizio
•
ipertensione
•
neoplasie,
•
malattie muscolo-scheletriche che inducono movimenti in volontari.
Riduzione BMR:
•
anoressia nervosa,
•
ascite,
•
malnutrizione calorico-proteica
•
regimi fortemente ipocalorici (-15/25% del fabbisogno calorico giornaliero)
•
alcune endocrinopatie come morbo di Addison, sindrome di Cushing.
MB-FATTORI GENETICI
Dall’osservazione di una particolare etnia di indiani americani, i Pima, che secolarmente hanno
vissuto in condizioni climatiche sfavorevoli con lunghi periodi di carestia.
Tali condizioni hanno abituato l’organismo a tesaurizzare l’energia
(Thrifty gene o gene della frugalità)
L’adesione al costume occidentale più ricco in fonti alimentari ha prodotto una popolazione
mediamente obesa e diabetica.
Analizzando i Pima obesi..
si è riscontrata la presenza di livelli di adiposità ascrivibili a precise aggregazioni familiari,
caratterizzazione genetica con un basso MB per quelli suscettibili a un maggior sviluppo di obesità.
MB-FATTORI GENETICI
Studi recenti su modelli animali (ratti ob/ob)…
difetti genetici a livello del tessuto adiposo:
riduzione nella produzione di leptina
iperproduzione di leptina inefficiente
…con conseguente iperfagia e riduzione del metabolismo basale.
Tali esperienze sull’uomo…
Obesità non tanto ascrivibile all’ipotesi leptino-priva
ma una insensibilità recettoriale, o a una resistenza, nei confronti della leptina stessa.
MB-FATTORI GENETICI
•
Fattori genetici : responsabili del 40-50% della variabilità inte rindividuale TID
•
2 genitori obesi :probabilità del 73% figli obesi
•
1 solo genitore obeso: probabilità del 41% figli obesi
componente genetica, e quindi metabolica?
prevalente rispetto ai fattori alimentari, culturali e sociali?
Forme genetiche di obesità infantile: anomalie metabolismo energetico
•
sindrome di Prader-Willi
•
sindrome di Laurence Moon-Biedl
•
sindrome di Allstrom
MB-ORMONI
Diversi ormoni influenzano il BMR, stimolandolo o rallentandolo:
possono incrementare i processi di ossidazione dei sub strati corporei ai fini energetici
o possono promuovere i processi di sintesi.
Insulina:
•
azione ipoglicemizzante—> stimolo energetico
•
lipogenesi e glicogenosintesi,—> risparmio energetico
Catecolamine:
•
+ termogenesi, maggior dissipazione di calore da ipofisi indotta da stimolazione dei beta3 recettori
NGF (fattore nervoso di crescita)
•
inversamente correlato all’attività del sistema simpatico
Glucagone, testosterone e ormone somatotropo :
•
con meccanismi diversi: aumentano il BMR
Es: PCS: concentrazioni elevate di testosterone e androstenedione:
•
espressa clinicamente con iperandrogenismo
•
obesità, ma soprattutto di grasso viscerale
possibile effetto di liposintesi e quindi di risparmio energetico.
MB-ORMONI
Ormoni tiroide:
•
Ipertiroidismo: + BMR , aumento appetito, temperatura corporea, sensibilità ai recettori specifici alle
catecolamine
•
Ipotiroidismo: - BMR
Es: calo ponderale rapido, derivato da iper funzionalità tiroidea
riduzione della componente FFM e non alla componente FAT
ridurre BCM
Il paziente ex obeso si ritroverà con un BMR sostanzialmente ridotto.
TID
DIT (Termogenesi indotta dalla dieta),SDA (Azione Dinamico Specifica), TEF (Thermic Effect of
Food)
L’introduzione del cibo determina a sua volta variazioni nella spesa energetica
.
Lavoro per il metabolismo dei nutrienti o lavoro di digestione.
Il lavoro di digestione dipende
•
qualità dei cibi ingeriti
•
quantità dei cibi ingeriti
•
frequenza e dalla durata dei pasti
•
dimensione e dalla palatabilità dei cibi ingeriti
•
stato nutrizionale dei soggetti
•
eventuali condizioni fisiopatologiche
.
La SDA varia a seconda dei nutrienti: la qualità del pasto, quindi, varia sensibilmente la SDA
•
lipidi: 2-4%
•
carboidrati: 2-7%
•
proteine: 20-30%
•
dieta mista: il 10% (valore usualmente utilizzato)
TID
Incremento termogenico:
termogenesi “obbligatoria”
termogenesi“facoltativa”
La DIT, o SDA, o TEF (Thermic Effect of Food)
Attivazione del sistema nervoso simpatico
Energia spesa per la digestione, l’assorbimento e
l’immagazzinamento dei nutrienti.
meccanismi di difficile valutazione,
attualmente frutto di ricerca
10-15% circa della TDEE
30-40% del la DIT,
AEE
•
dipende dall’attività individuale
•
generalmente corrisponde al 15-30% TDEE a partire dai livelli di AF leggera, moderata e pesante.
•
Attività fisica discrezionale, o ricreativa, sembra incidere maggiormente nella spesa calorica
giornaliera.
•
Decadimento della TEE nei soggetti anziani, come negli obesi: sembra più legato ad una riduzione
della AEE nella sua componente ricreativa che a un minor dispendio lavorativo o a una ridotta
percentuale di massa magra.
AEE
Stima dei fabbisogni energetici giornalieri tali di soggetti adulti italiani (18-60 aa) in funzione del peso e dell’attività condotta
METABOLISMO CIRCADIANO
Il minimo dispendio energetico nelle 24 ore durante il sonno notturno: + 10 % MB
Quando il soggetto è inattivo durante il giorno ma il suo metabolismo è stimolato a intermittenza dal
consumo di cibo e dalla termogenesi, DE: + 20% MB
Quest’ultimo valore, ripartito nelle 24 ore, descriverebbe più compiutamente il REE.
REE+ AEE= DEE
BIOCHIMICA DEI NUTRIENTI
•
Ossidazioe dei substrati
•
Misura del dispendio energetico
•
“dispendio energetico”
Produzione di ATP
Misura della produzione di ATP
“produzione di ATP”: termini spesso interscambiabili
Generalmente:
idrolisi di una mole di ATP = 7 Kcal
Spesa energetica per la sintesi di una mole di ATP = calore di combustione di una mole di substrato /numero di ATP generati dall’ossidazione
Calore di combustione di 1 mole di substrato =18-20 kcal/mole.
Hp) Spesa energetica giornaliera=2400 kcal
moli ATP idrolizzate e rigenerate die= DE/ Calore combustione di 1 mole = 2400/18 = 133 moli di ATP
BIOCHIMICA DEI NUTRIENTI
Generalmente:
idrolisi di una mole di ATP = 7 Kcal
Da un punto di vista fisiologico ha significato?
No!
Tale valore varia a seconda della concentrazione dei diversi reagenti che partecipano alle reazioni.
DESTINO METABOLICO DEI NUTRIENTI
Il trasporto attivo del glucosio
nell’intestino è presumibilmente
legato all’estrusione del sodio, con
un consumo di 1 mole di ATP ogni
3 atomi di Sodio pompato fuori
dalle cellule epiteliali .
Il costo in ATP per il coinvolgimento
degli enzimi intestinali nel trasporto e
nella mobilizzazione del glucosio
dall’intestino al torrente ematico viene
arrotondato a 0.5 ATP; mentre per la
produzione di glicogeno è di 2 ATP e
per il ciclo di Cori di 1 ATP.
l’ATP per l’assorbimento, il trasporto e il deposito del glucosio si assume
abbia un equivalente calorico di circa 18-20 kcal per ogni mole utilizzata
2,5 ATPx20 kcal= 50 Kcal
50 Kcal/673Kcal*100= 7,4%
differenza tra SDA osservata quando il glucosio
assorbito è direttamente ossidato, o quando esso è
convertito in glicogeno o grassi
IL CALCOLO DEL METABOLISMO BASALE
Il consumo calorico viene misurato in kilocalorie (kcal o cal)) o anche in Joule (J).
kcal o grande caloria=
quantità di calore necessaria per aumentare di 1°C (da 14.5 a 15.5 °C) la temperatura di 1 litro di acqua
1cal= 4,18 J
IL CALCOLO DEL METABOLISMO BASALE
Il principale mezzo di dispersione del calore dell’organismo è la pelle
….rapportare la spesa energetica alla superficie corporea esprimendolo come kcal/m2
Du Bois e Du Bois condussero esperimenti su 8 M e 2 F che permisero di misurare la superficie corporea.
Da questi studi ricavarono una formula empirica per il calcolo della superficie corporea (SA)
Il lavoro di Du Bois e Du Bois per il calcolo della superficie corporea, pur essendo ancor oggi preso
come riferimento, fu oggetto di critiche da to il basso numero di soggetti esaminati.
IL CALCOLO DEL METABOLISMO BASALE
Diagramma di Du Bois per determinare la superficie corporea essendo noti il peso e l’altezza
IL CALCOLO DEL METABOLISMO BASALE
In seguito, Harris e Benedict nel 1919, proposero una formula per il calcolo della spesa energetica.
Variabili: sesso, età, altezza e peso.
Studi condotti su 136 maschi, 103 femmine e 94 bambini.
Numerosi studi sperimentali, condotti in comparazione con metodiche calorimetriche dirette e indirette, dimostrano l’attendibilità delle formule di Harris-Benedict
con differenze sostanzialmente circoscritte intorno alle 50-100 kcal nei soggetti sani in normopeso.
Ancora oggi utilizzate nella pratica clinica.
•
Obesità: correzione attraverso funzioni popolazione-specifiche
•
Infezioni gravi o ustioni: MB può incrementare anche del 100%
•
Malnutrizione: MB può diminuire fino al 40%
IL CALCOLO DEL METABOLISMO BASALE
IL CALCOLO DEL METABOLISMO BASALE
IL CALCOLO DEL METABOLISMO BASALE
All’inizio del secolo molti studiarono nuove formule per il calcolo teorico della spesa energetica
■ 9 uomini normali (Du Bois)= valore medio 39.7 kcal/h-1m-2
■ 9 uomini normali (Means)=valore medio 39.6 kcal/h-1m-2
■ 82 uomini normali (Harris-Benidict)= valore medio 38.9 kcal/h-1m-2
ottenendo risultati molto simili
La BEE può essere predetta in modo abbastanza preciso …
in gruppi di uomini e donne simili per età e composizione corporea partendo dal peso corporeo e dall’altezza.
Il calcolo teorico della spesa energetica basale nei singoli individui varia rispetto alla stima effettiva misurata sul soggetto.
Per la maggioranza dei soggetti normali:
i valori di BEE o REE misurati effettivamente differiscono rispetto al valore predetta dal calcolo teorico di ± 10 %.
La variabilità della BEE suggerisce che esistano delle differenze nell’efficienza metabolica tra i diversi individui.
IL CALCOLO DEL METABOLISMO BASALE
•
Il BMR misurato può essere confrontato con il valore considerato standard
•
BMR esprimibile come percentuale del rapporto con lo standard
•
Il risultato viene espresso come la differenza percentuale dal valore predetto:
•
BMR nella norma= valore di BMR che si discosta dal predetto di ± 10%.
IL CALCOLO DEL METABOLISMO BASALE
Il metabolismo basale si esprime in termini di variazione percentuale in più o in meno rispetto al valore normale
IL CALCOLO DEL METABOLISMO BASALE
BEE “A”: in funzione della superficie corporea
BEE “B”: in funzione della massa cellulare corporea (BCM).
Le variazioni della BEE nei diversi soggetti potrebbero essere attribuite a variazioni della BCM in rapporto al peso corporeo.
ipotetico uomo adulto standard
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
La calorimetria diretta
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
La calorimetria diretta
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
La calorimetria diretta
•
Principio: tutta l’energia consumata dall’organismo per compiere lavoro viene liberata sotto forma di calore.
Misurando la perdita di calore corporeo per evaporazione, conduzione, irradiazione e convezione, si può risalire al consumo di
energia.
•
Metodica:
•
Solitamente effettuata in camera isolata, adiabatica
•
Soggetto esaminato nell’arco di 24 ore in condizioni, successivamente, di riposo, di lavoro e di attività ricreativa
•
Aria in entrata nella camera metabolica condizionata a temperatura e umidità fisse: registrazione della perdita di calore attraverso le
componenti evaporative.
•
Aria in uscita dalla camera transita attraverso uno scambiatore di calore identico a quello in entrata: per nella camera alla
temperatura e umidità iniziali.
•
Il calore rilevato è dato per i 3/4 circa da perdite per conduzione e radiazione.
•
Il calore estratto dall’aria in uscita rappresenta il calore perso attraverso l’evaporazione, che va sommato alla quota di calore disperso in
processi non evaporativi.
La calorimetria diretta permette una stima precisa, accurata e diretta del calore prodotto
La calorimetria diretta presenta degli svantaggi
•
elevato costo
•
impossibilità di avere informazioni sui substrati corporei effettivamente utilizzati
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
La calorimetria indiretta
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
La calorimetria indiretta
•
•
Più semplice e pratica da attuare
Misura i gas respiratori: l’anidride carbonica prodotta (CO2) e l’ossigeno (O2) di un determinato volume di aria espirata
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
La calorimetria indiretta
•
Principi.
•
Prima legge della termodinamica (Legge della conservazione dell’energia)
l’energia non può essere nè creata nè distrutta, ma solo trasformata
Questa legge può essere espressa con la seguente equazione:
∆E = dQ + dW + dR
∆E = variazione dell’energia chimica
dQ = calore liberato dal sistema
dW = lavoro meccanico fornito
dR = altre forme di energia liberate
•
In termodinamica non è tanto importante il tipo di reazione che avviene, ma solo gli stadi iniziali e finali (reagenti e prodotti).
L’energia prodotta dall’ossidazione dei cibi nell’organismo è uguale a quella prodotta dalla loro combustione nella bomba calorimetrica.
•
•
Nell’organismo l’ossidazione avviene a 37°C grazie ad una serie di enzimi che catalizzano le reazioni.
Nella bomba calorimetrica l’ossidazione è diretta ed avviene a pressioni e temperature elevate.
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
La calorimetria indiretta
L’energia prodotta dall’ossidazione dei cibi nell’organismo è uguale a quella prodotta dalla loro combustione nella bomba calorimetrica.
Il nutriente ossidato viene trasformato in anidride carbonica ed acqua come nella bomba calorimetrica.
Per quanto riguarda grassi e carboidrati…
… i prodotti finali dell’ossidazione sono CO2 ed H2O sia nell’organismo sia nella bomba calorimetrica:
Differente è la situazione delle proteine.
Nella bomba calorimetrica le proteine sono trasformate in CO2, H2O, SO4 e (solfato) N2 (azoto) mentre nel corpo umano l’azoto proteico non è
trasformato in N2 ma in urea.
Ovoalbumina:
(ossidazione nel corpo umano)
(ossidazione nella bomba calorimetrica)
L’energia prodotta dalle proteine nell’organismo sarà minore rispetto quella prodotta nella bomba calorimetrica,
con una differenza calcolata sperimentalmente di 1.35 kcal/g di proteine.
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
La bomba calorimetrica
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
La calorimetria indiretta
a circuito chiuso
a circuito aperto o total body.
•
Soggetto respira ossigeno puro da un circuito chiuso
•
Soggetto respira aria ambientale in una camera chiusa.
•
L’espirato viene reimmesso nel sistema dopo aver sottratto la CO2
•
•
Apparecchi portatili per la misura dei gas respiratori disponenti
di:
La camera è fornita di letto, tavolo, sedia, TV e tutto quanto può
essere necessario per rendere l’ambiente confortevole.
Il cibo e le bevande sono forniti attraverso una finestra a tenuta, le
feci e le urine vengono eliminate attraverso un’altra.
•
Gli scambi respiratori del soggetto vengono misurati dall’effetto
che hanno sulla composizione dell’aria nella camera metabolica.
La differenza in concentrazione di ossigeno e di anidride carbonica
tra l’aria in entrata e quella in uscita rappresenta lo scambio
respiratorio del soggetto, dal quale può essere calcolata la spe sa
energetica.
•
Accuratezza ( 1%) e precisione vs elevati costi di gestione e
ambiente artificiale nel quale é difficile combinare altre metodiche
invasive
•
maschera, attraverso la quale il soggetto respira
•
oppure di una canopy nella quale va inserita la testa
•
L’O2 consumato e la CO2 prodotta sono misurati nell’aria
ventilata come differenza tra l’aria inspirata e espirata.
•
Accuratezza tra il +4% e il -2%.
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
L’APPLICAZIONE DELLA METODICA
Dalle rilevazioni di O2 e CO2 presenti nell’aria inspirata ed espirata: ossigeno espirato e anidride carbonica prodotta…
•
•
•
IF = flusso inspiratorio
EF = flusso espiratorio
VE = volume di aria espirata
VO2 = (IF2 - EFO2) x VE
VCO2 = (IFCO2 - EFCO2) x VE
(Le concentrazioni di gas sono trasformate in condizioni STPD (Standard Temperature Pressure Dry) e corrette per la frazione nella miscela dei gas).
Per risalire al consumo energetico basale…
Diverse equazioni basate
• sulla misura del consumo di O2 (VO2) e della produzione di anidride carbonica (VCO2)
• sulla stima dell’escrezione urinaria (N)
Poter misurare in “vivo” la quota di grassi, proteine e carboidrati ossidati è il vantaggio principale della calorimetria indiretta.
Il Quoziente Respiratorio (respiratory quotient o QR).
Il Quoziente Respiratorio (respiratory quotient o QR).
•
Rapporto tra anidride prodotta ed ossigeno consumato (VCO2/VO2)
•
QR differisce per i diversi substrati energetici:
• lipidi: 0.7
• carboidrati: 1
• proteine: 0.83
• alcol:0.66
4 substrati e soltanto 2 variabili misurabili (ossigeno e anidride carbonica)…come calcolare la spesa energetica?
…occorre conoscere le proteine e l’alcool ossidati (se quest’ultimo è stato consumato)
Proteine: solitamente viene misurato l’azoto urinario ( = prodotto finale dell’ossidazione proteica)
•
Alimentazione corretta e bilanciata: QR tra 0.80 - 0.86.
•
Lipogenesi, Iperventilazione: QR>1
•
Gluconeogenesi e Chetogenesi: QR< 0.7
LA STANDARDIZZAZIONE NELLA MISURA DEL METABOLISMO BASALE (BMR)
LA STANDARDIZZAZIONE NELLA MISURA DEL METABOLISMO BASALE (BMR)
•
Test al mattino: MB: ricavato sulla base del consumo di ossigeno a digiuno (almeno 8 ore dall’ultimo pasto).
•
Preferibilmente riduzione della componente proteica dell’ultimo pasto: QR quasi esclusivamente fx (componenti glucidiche e lipidiche) (la
qualità del pasto può influire sul quoziente respiratorio)Ambiente in cui possano restare solo il paziente e il medico operante.
•
Stanza in penombra e priva di oggetti che possano distrarre o attirare l’attenzione del paziente, in modo da limitarne l’attività mentale
(incremento del BMR legato alla componente catecolaminergica)
•
Soggetto fatto sdraiare su di un lettino in posizione supina, in modo che si rilassi il più possibile.
•
Quando si ritiene che il paziente sia perfettamente rilassato e a suo agio, si applicano il boccaglio respiratorio, o la mascherina o ancor
meglio la canopy, in modo che i gas espirati siano raccolti.
•
I gas raccolti transitano in un flussimetro che misura il volume respiratorio.
•
Solo una piccolissima quota di gas espirati viene convogliata agli analizzatori, mentre il resto, viene rimandato all’esterno del
calorimetro nell’aria ambientale. —>al momento dell’esame poche persone nella stessa stanza!
Con la respirazione viene aumentata la CO2 presente nell’ambiente: il calorimetro prende come riferimento le concentrazioni dei gas
nell’ambiente come costante: alterazione esito delle analisi
•
Il gas espirato viene di norma analizzato ogni minuto per calcolare il dispendio calorico riferito alle 24 ore.
•
Generalmente durante una analisi metabolica non tutti i valori misurati possono essere usati per determinare il BMR: accade
spesso che, nei primi minuti del test, il paziente non sia perfettamente rilassato, oppure che nel circuito interno via sia ancora
dell’aria ambiente.
•
Strumenti più sofisticati: in grado di segnalare i dati più attendibili (quelli in Steady State o stato di equilibrio), cioè i valori che non
si discostano l’uno dall’altro più di 50 - 100 kcal (vengono eliminati dal referto finale i valori di VO , VCO e QR che mostrano
oscillazioni maggiori al 10%)
2
•
2
In assenza di selezione strumentale, l’operatore deve controllare che i QR siano abbastanza costanti, o permettere ad esempio solo
le oscillazioni inferiori al 5%, e controllare che i valori di metabolismo mostrino una certa costanza per almeno 5 minuti. —>Se
non si riesce a raggiungere questa condizione in 30 minuti si rende necessario ripetere il test.
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
La determinazione spesa energetica
attraverso VO e VCO
2
2
solo con VO .
2
Determinazione con VO2 e VCO2.
Volumi respiratori nell’adulto:
•
Ossigeno: 0.250 l/min —> Un errore del 10% nella misurazione dell’ossigeno comporta un errore del 7% nella spesa energetica
•
Anidride Carbonica: 0.225 l/min —> Un errore del 10% nella misurazione dell’anidride carbonica produce un errore del 3%
•
Azoto: 0.01 g/min —> Un errore del 100% nella valutazione dell’azoto crea un errore solo del 1%.
….Con una spesa energetica di 1.233 Kcal/min.
In base a questi risultati sono state costruite equazioni per calcolare la spesa energetica:
EE (kcal/die) = 3.581 VO2 (l/die) + 1.448 VCO2 (l/die) - 32.4 EE (kcal/die) = 3.581 VO2 (l/min) + 1.448 VCO2 (l/min) - 0.022
La determinazione dell’azoto escreto non è necessario per il calcolo della spesa energetica
…anche nei pazienti in cui la secrezione di azoto è largamente variabile
(Applicazione formule su soggetti ammalati per valutare la differenza rispetto a quelle che prendevano in esame anche l’azoto: errore calcolato
di 27 kcal/die.)
LA MISURA DELLE COMPONENTI METABOLICHE
La determinazione spesa energetica
attraverso VO e VCO
2
2
solo con VO .
2
Determinazione con VO2
•
Durante l’esercizio o in fisiologia respiratoria
•
VO2= misura più importante per determinare la spesa energetica
•
Errore di VCO2 pari al 10% = errore del 3% nella EE
•
QR può essere stimato con un’approssimazione del 10%—> VCO2 può essere calcolato da VO2 con la medesima approssimazione
•
Generalmente in una popolazione normale il QR non ha scostamenti dal valore di 0.9 superiori a ±10%
•
Eccezione per condizioni transitorie, per le quali è possibile trascurare la misura di VCO2:
malati: QR varia da 0.7 a 1.2—> necessaria la misura di entrambi i gas.
DESTINO METABOLICO DEI NUTRIENTI
Perché necessaria equa ridistribuzione dei pasti in ambito circadiano?
L’organismo nel regolare la deposizione, o al contrario la mobilizzazione e ossidazione dei substrati,
si esprime attraverso la sua capacità di gestire le calorie introdotte da un pasto al l’altro al fine di sopperire alla richiesta energetica.
L’ipercaloricità del pasto è quindi il fattore più pericoloso per la potenziale lipogenicità ma è anche, nella pratica dietetica, la più difficile da
combattere.
L’eventuale eccedenza calorica
di un pasto non è immagazzinata
come riserva estensibile di
glicogeno o di proteine.
L’ unico comparto corporeo
estensibile è il tessuto
adiposo: la risposta
immediata all’eccedenza
energetica del pasto è la
deposizione dei grassi.
Una volta depositati, il costo di
mobilizzazione e ossidazione dei
grassi, sempre tra un pasto e
l’altro, è così elevato che
preferenzialmente verranno
intaccati i glucidi di riserva.
Costi irrisori contesto
ossidativo o di glicogenesi
carboidrati come fonte di energia pronta e disponibile
costi elevati invece lipogenesi
Via dei trigliceridi
DESTINO METABOLICO DEI NUTRIENTI
L’assorbimento intestinale del
palmitato richiede 2,3 ATP per
l’attivazione ed esterificazione.
Il deposito TG in TA
richiede 2,3 ATP
riciclo e la riesterificazione FFA in relazione con la spesa in ATP
1/3 FA prodotti nel TA
è riesterificato in questo
stesso tessuto, con un
costo di 1,2 ATP per
FA.
1/2 FFA nel plasma viene captata
dal fegato, esterificata e rimessa in
circolo come TG legati alle LPt,
con un costo di 2,7 ATP per FA.
Conversione FFA/C.chetonici
=1 legame altamente energetico
è utilizzato (GTP) per mole di
c.chetonici attivati in periferia.
questi costi irrisori: estrema facilità dei grassi a depositarsi.
DESTINO METABOLICO DEI NUTRIENTI
Costo per il trasporto attivo di AA nell’intestino non stimabile con precisione.
Come per monosaccaridi, l’assorbimento degli AA è legato all’estrusione del sodio.
Proteosintesi: costo elevato - 5,5 ATP
4 ATP per formazione legame peptidico
1 ATP per sintesi di RNA
0,5 ATP per assunzione AA stessi.
FAA dalla scissione delle proteine, in parte
riutilizzati per la sintesi di altri AA
stessa SDA per conversione in Pro o ossidazione: simile costo della gluconeogenesi-ureogenesi e proteosintesi
DESTINO METABOLICO DEI NUTRIENTI
Pro: maggior quantità di ATP prodotta in rapporto
alle Kcal ingerite
Tuttavia…
quando gli aminoacidi vengono convertiti in proteine..
solo il 20% dell’ATP generato dall’ossidazione AA è utilizzato
20% dell’ATP copre gluconeogenesi e ureogenesi
solo 60% dell’ATP formato nel corso dell’ossidazione
riguarda il guadagno netto per l’organismo.
Con una SDA così elevata e un ATP gained così ridotto si capisce perché la dieta iperproteica sia
molto più ipocalorica di quanto lo dicano le calorie estrapolate dalle tabelle di composizione.
DESTINO METABOLICO DEI NUTRIENTI
Analizzando il rapporto tra ATP gained e ATP formato nei tre schemi metabolici si osserva che:
•
è 0,91 quando
il glucosio derivato dall’amido ingerito viene direttamente ossidato.
•
è 0,86-0,88 quando il glucosio viene convertito in glicogeno o per il fegato o per i muscoli.
•
è 0,72 quando il glucosio viene convertito in acidi grassi e poi ossidato, con una energia dissipata pari al 19%.
Inoltre
•
l’energia dissipata per la deposizione del glicogeno dai carboidrati della dieta è pari al 3-5 %
•
l’energia dissipata per la deposizione dei grassi introdotti con la dieta è pari al 8% a conferma dell’alta capacità di deposizione dei grassi
•
l’energia dissipata per la deposizione delle proteine della dieta è pari al 19% a conferma della relativa difficoltà di formare riserve proteiche
DESTINO METABOLICO DEI NUTRIENTI
E per concludere:
Nel contesto di sana e corretta alimentazione fisiologica..
Importanza della dieta normocalorica ed equilibrata…
Modelli iperproteici dissociati, alternati, aglucidici, alipidici o gli altri che ancora oggi vanno di moda,
contrastano la biochimica dei nutrienti e il destino metabolico dei medesimi,
non garantendo nel lungo termine l’ideale gestione delle riserve corporee!
La piccola eccedenza calorica èorigine di pericolosi shift metabolici verso la liposintesi!
processo metabolico meno costoso
processo più costoso è la deposizione delle proteine della dieta o la loro ossidazione
IL CALCOLO DEL DISPENDIO ENERGETICO:
IL METODO FATTORIALE
FMB Fattore MB
(in inglese: BMR Factor), ossia il costo energetico di una singola attività, per esempio, camminare o sbucciare patate o tritare verdure a
mano, o rimestare una pentola. Il costo si riferisce all’attività svolta ad un ritmo "normale", senza l’inclusione di pause di riposo. Questo
costo si esprime come multiplo del MB, così per esempio, un’attività che ha un FMB = 5 significa costa 5 volte il MB; per un soggetto con un
MB di 0,85 kcal/min, l’attività in questione ha quindi un costo calorico di 0,85 x 5 = 4,3 kcal/min). L’espressione dei costi delle attività in
termini di FMB rappresenta un progresso rispetto al costo standardizzato sulla base del peso del corpo, e consente una più corretta
comparabilità tra soggetti di diversa taglia corporea.
•
TAF Tasso di attività fisica
(in inglese: PAR, Physical Activity Ratio) ossia il costo energetico di attività specifiche. Questo rappresenta un grado superiore di
complessità dell’attività rispetto al FMB, in quanto descrive attività complesse, riunendo le attività semplici che la compongono. Così, per
esempio, il costo di "cucinare un pasto" potrà includere l’attività di sbucciare le patate, triturare le verdure, rimestare una pentola, ecc. Sono
ovviamente comprese le pause ed interruzioni che è normale osservare nell’esecuzione di simili attività. Anche il TAF si esprime come
multiplo del MB (vedi descrizione del FMB).
•
IEI Indice Energetico Integrato
(in inglese: IEI, Integrated Energy Index) ossia il costo energetico di una specifica occupazione. L’IEI comprende il costo calorico delle
svariate attività semplici che costituiscono una specifica occupazione. Ad esempio l’IEI di una collaboratrice domestica rappresenta il
dispendio energetico per tutto il periodo lavorativo, e quindi comprenderà una gamma di compiti specifici quali cucinare, lavare i piatti, stirare,
rifare i letti, ecc. È importante ricordare che nell’IEI sono comprese sia le interruzioni brevi all’interno delle singole attività che le più
lunghe pause di riposo. Queste possono essere anche molto lunghe, e si è osservato che più elevato è il costo calorico delle singole attività,
maggiore frequenza e durata hanno le pause di riposo. L’IEI si esprime, come il TAF ed il FMB, come multiplo del MB.
•
IL CALCOLO DEL DISPENDIO ENERGETICO:
IL METODO FATTORIALE
IL CALCOLO DEL DISPENDIO ENERGETICO:
IL METODO FATTORIALE
Classificazione delle attività professionali
in categoria di IEI
(espressi come multiplo di MB)
per l’adulto medio.
I coefficienti riportati in tabella servono per
calcolare il costo metabolico di un’attività
professionale in funzione del proprio metabolismo
basale.
Come utilizzare questi valori per stimare il costo di
un’attività professionale?
Consideriamo un soggetto con un metabolismo basale di
1800 Kcal per 24 h.
Il suo costo metabolico orario sarà: 1800/24 = 75 Kcal h-1.
Occorre poi identificare l’attività riportata in tabella che
meglio identifica la propria condizione lavorativa.
Se il soggetto lavora come impiegato per 8 ore al giorno la
spesa energetica competente al lavoro sarà: 75 Kcal h-1 x
1.6 x 8 h = 960 Kcal
IL CALCOLO DEL DISPENDIO ENERGETICO:
IL METODO FATTORIALE
Tabella delle più comuni attività extralavorative
Volendo stimare il costo metabolico della propria
giornata occorre aggiungere il costo delle singole
attività svolte, da moltiplicare per il numero di ore e
per il costo metabolico basale orario.
Esempio: studente con un MB di 1800 Kcal.
Spende 1 ora per igiene personale, 2 ore per i pasti,
8 ore di studio, 1 ora per la cura della casa, 2 ore
cammina, 8 ore di sonno e 2 ore di TV.
ATTIVITA’
ORE
COEFF.
CALCOLO COSTO
IL CALCOLO DEL DISPENDIO ENERGETICO:
IL METODO FATTORIALE
Quanto sono realistici i valori dei tempi dedicati alle singole attività?
IL CALCOLO DEL DISPENDIO ENERGETICO:
IL METODO FATTORIALE
Quanto sono realistici i valori dei tempi dedicati alle singole attività?
IL CALCOLO DEL DISPENDIO ENERGETICO:
IL METODO FATTORIALE
LAF Livello di Attività Fisica
(in inglese PAL, Physical Activity Level) ossia il dispendio energetico sull’intero arco della giornata. Esso risulta dalla somma ponderata dei
singoli FMB o - più frequentemente e facilmente - dei IEI, ed include anche il costo energetico del sonno e di altri periodi di inattività.
Anche il LAF si esprime come multiplo del MB.
•
LAF MEDIO
Rappresenta il LAF medio di un periodo superiore ad un giorno. Può riferirsi ad una settimana o ad un anno. Poiché viene calcolato
prendendo in considerazione il numero di ore di lavoro giornaliere ed il numero di giorni lavorativi, è importante specificare a quale intervallo
di tempo si riferisce; il LAF settimanale includerà il solo riposo del fine settimana, mentre quello annuo includerà anche il riposo estivo.
Come per i casi precedenti, anche in questo caso esso viene espresso come multiplo del MB.
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IL CALCOLO DEL DISPENDIO ENERGETICO:
IL METODO FATTORIALE
Il calcolo così condotto permette di stimare il parametro LAF (livello attività fisica) per giornate tipo
e di prevedere quindi il costo metabolico settimanale, mensile o annuale.
IL CALCOLO DEL DISPENDIO ENERGETICO:
IL METODO FATTORIALE
E’ interessante confrontare il costo metabolico di un soggetto tipo, del proprio peso ed età, calcolato mediante i LAF riportati in TABELLA 8,
con il valore calcolato mediante il metodo degli IEI delle singole attività.
IL CALCOLO DEL DISPENDIO ENERGETICO:
IL CALCOLO DEL DISPENDIO ENERGETICO:
Dr. Sara Emilia Bulgarelli
Dietista
Docente di:
Dietologia