Fisiologia della Nutrizione e della Termoregolazione

feb 4th, 2010 | Di Francesco Martino | Categoria: Appunti di Fisiologia per Scienze Motorie

Appunti condivisi da Mariangela Pellegrino che citiamo testualmente: “Che il mio contributo con questi appunti possa essere utile nel vostro studio ” Grazie Mariangela per il tuo altruismo e il tuo contributo al riconoscimento della nostra professione.

Il mantenimento del peso corporeo è importante per la sopravvivenza dell’individuo e della specie, e per consentire che il peso corporeo rimanga stabile è necessario che vi sia un equilibrio fra l’energia spesa dall’organismo per svolgere tutte le funzioni vitali e le calorie fornite dagli alimenti assunti con la dieta. Fisiologicamente il peso è mantenuto stabile da un sistema omeostatico in quanto i centri nervosi deputati alla regolazione del comportamento alimentare ricevono continuamente informazioni dalla periferia sotto forma di stimoli nervosi, metabolici ed endocrini. Nell’uomo a svolgere tale funzione è l’ipotalamo che regola l’omeostasi, ricevendo input relativi allo stato dell’organismo e producendo risposte finalizzate a mantenere lo stato di equilibrio. In particolare 2 strutture morfo-funzionali ipotalamiche sono :

Il centro della saziètà localizzato nell’ipotalamo ventromediale
Il centro della fame localizzato nell’ipotalamo laterale

Altri meccanismi che influenzano il comportamento alimentare sono definiti periferici tra i quali ricordiamo : la teoria glucodinamica, la teoria lipostatica, la teoris termostatica , i meccanismi mediati dai recettori olfattivi e gustativi. Quindi per mantenere l’omeostasi metabolico-energetica (bilancio energetico stabile) in una persona sana le calorie assunte con gli alimenti devono essere bilanciate alla quantità totale di energia spesa. L’energia contenuta nei macronutrienti viene liberata dalla ossidazione degli stessi che richiede un consumo continuo di ossigeno e la produzione di anidride carbonica. Pertanto per ottenere tale obbiettivo, il miglio r approccio terapeutico consiste nell’uso di tecniche per la valutazione della composizione corporea unita alla valutazione del dispendio energetico giornaliero.

DISPENDIO ENERGETICO TOTALE GIORNALIERO

Il dispendio energetico totale giornaliero può essere suddiviso in 3 componenti principali :

Metabolismo di base (BMR) e rappresenta il minimo dispendio energetico misurabile mentre il soggetto è in stato di veglia. Questa misurazione viene effettuata in condizioni altamente standardizzate ed è definita come la spesa energetica di un individuo a completo riposo fisico e psicosensoriale mentre è disteso su un lettino, sveglio da circa 1\2 ora in condizioni di temperatura tra i 22 e i 26°C ed a 12-14 ore dopo aver assunto l’ultimo pasto.
Termogenesi dieto-indotta (DIT) : definita come aumento della spesa energetica basale in risposta all’assunzione di un pasto.
Termogenesi indotta dall’attività fisica (WIT) : è la spesa energetica necessaria per compiere qualunque tipo di attività fisica e la sua entità è determinata dal tipo, dalla durata e dalla intensità del lavoro eseguito.

Esistono varie tecniche per la valutazione del dispendio energetico che in via generale vengono divisi in metodi calorimetrici. La calorimetria è definita come la misura di produzione o di perdita di calore e può essere ottenuta direttamente o indirettamente. Quindi tra i principali metodi abbiamo :

calorimetria diretta : la quale si basa sul principio che tutti i processi biologici del corpo umano producono calore e che questo possa essere misurato. Infatti la calorimetria diretta è eseguita ponendo un individuo dentro un’ apposita camera calorimetria, isolata termicamente, così da poter valutare il calore eliminato. La caloria è la quantità di energia che somministrata ad 1 grammo di H2O fa salire la temperatura di 1°C.
calorimetria indiretta : permette di valutare il dispendio energetico calcolando il calore prodotto dall’organismo nell’unità di tempo, tramite la misura del consumo di ossigeno e la produzione di anidride carbonica.
monitoraggio della frequenza cardiaca : in quanto questa metodica si basa su principio fisiologico che la FC aumenta con l’attività fisica e che tale aumento è correlato con la VO2.

STIMA DEL DISPENDIO ENERGETICO A RIPOSO E DURANTE ATTIVITÀ FISICA

Generalmente la valutazione del dispendio energetico di un individuo si basa sull’uso della calorimetria indiretta, e di grande importanza è la misura del metabolismo di base in quanto corrisponde a circa il 60% del dispendio energetico giornaliero. Generalmente tale valutazione, anche se in maniera errata, viene effettuata mediante formule di predizione e non su una misura reale, molto spesso su parametri relativi alla massa e alla superficie dell’organismo. Tale fenomeno viene spiegato con il cosiddetto principio della superficie che prevede una relazione relativamente costante tra metabolismo di base e superficie corporea calcolata a partire da peso e statura.

Mentre la stima del dispendio energetico dovuto alle diverse attività fisiche quotidiane è difficile da effettuare ed orientativamente esistono delle tabelle che prevedono un determinato dispendio energetico in relazione all’attività svolta quale che sia leggera, moderata o pesante.

COMPOSIZIONE CORPOREA

Secondo il modello anatomo funzionale il corpo umano risulta costituito da due compartimenti principali noti come : massa grassa (FM) costituita da lipidi e massa magra (FFM) che corrisponde : acqua totale, proteine, glicogeno e sali minerali. Accanto a tale classificazione si può affiancare anche la massa cellulare corporea (BCM) legata alla distribuzione del potassio nel corpo umano. In realtà essa è un distretto corporeo comprendenti tutti i tessuti ricchi di potassio che consumano ossigeno ed ossidano substrati energetici, quindi può essere considerata come la componente attiva della massa magra. In fatti il consumo di ossigeno e il dispendio energetico risultano strettamente correlati con la BCM; precisamente il consumo varia da 8-10 ml di O2 per Kg di BCM e di 2,7-3,6 Kcal/ora per kg di BCM.

FABBISOGNO ENERGETICO INDIVIDUALE

Si ottiene mediante l’assunzione corretta in quantità e qualità dei nutrienti calorici ed acalorici. Con il termine nutrienti si indicano i principi alimentari contenuti negli alimenti.

NUTRIENTI CALORICI

FABBISOGNO DI MACRONUTRIENTI

CARBOIDRATI : sono composti da carbonio, idrogeno e ossigeno ed in relazione al numero di molecole si distinguono in monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi. Le principali fonti alimentari di carboidrati sono i cereali ed i loro derivati, frutta e verdura. I carboidrati si depositano nel fegato e nel muscolo sotto forma di glicogeno che rappresenta la principale fonte di glucosio utilizzato durante il lavoro muscolare. in genere dopo l’assunzione di un pasto per mantenere l’omeostasi glucidica vengono secreti ormoni enteroinsulari che stimolano la secrezione di insulina che favorisce la captazione del glucosio e l’utilizzo da parte delle cellule. Inoltre le elevate concentrazioni ematiche di glucosio tendono ad inibire la secrezione di ormoni quali glucagone, glucocorticoidi, GH e adrenalina.
I depositi di glicogeno rappresentano la prima fonte di glucosio per il muscolo in corso di esercizio fisico. L’esaurimento muscolare si correla con la deplezione dei depositi di glicogeno. Questo viene utilizzato per carichi di lavoro medio-elevati. La deplezione del glicogeno muscolare si verifica nel corso di un esercizio di lunga durata o in quelli ripetuti a distanza di tempo insufficiente al recupero per cui un minimo sforzo determina affaticamento. Quest’ultima situazione può essere prevenuta aumentando il consumo di carboidrati.
GRASSI O LIPIDI : anch’essi costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno ed a seconda della struttura chimica degli acidi grassi che li compongono si dividono in monoinsaturi, polinsaturi e saturi. In un regime equilibrato dovrebbero coprire circa il 25-30%della razione alimentare.
I lipidi rappresentano la migliore fonte energetica per esercizi di bassa-moderata intensità (<60 VO2max). questo tipo di esercizio è consigliabile per le persone che debbono perdere peso.
PROTEINE : sono macromolecole formate da carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto ed alcune anche da zolfo e fosforo. Le unità base delle proteine sono gli aminoacidi; inoltre esse sono indispensabili per un normale accrescimento corporeo. Possono essere di origine animale (uova, carne, pesce e latte) e di origine vegetale (pane pasta e riso). Il loro apporto quotidiano dovrebbe essere del 12/15% delle calorie totali (1.5g/kg). Naturalmente la quota energetica di origine proteica durante l’esercizio varia grandemente dal 5 al 20% in base alla quantità di glicogeno muscolare. Bisogna ricordare che un eccessivo apporto di proteine può indurre disidratazione , chetosi, perdita di calcio.

Alcool : anche l’alcool etilico è un nutriente calorico ed è il prodotto di fermentazione di zuccheri e sostanze amidacee. La sua ossidazione libero circa 7 Kcal e viene metabolizzato per lo più nel fegato.

NUTRIENTI ACALORICI

Acqua : costituisce il 40-60% del peso corporeo ed è distribuita per il 62%nei compartimenti intracellulari e per il 38% in quello extracellulare. L’acqua nell’organismo ha 2 diverse provenienze:

Esogena – derivante dall’introduzione di bevande e cibi
Endogena – rappresenta la quota minore di acqua che si forma all’interno dell’organismo come prodotto catabolico delle reazioni ossido-riduttive.

FABBISOGNO DI MINERALI E VITAMINE

I minerali possono essere distinti in microelementi e macroelementi a seconda che ne siano necessarie grandi o piccole quantità.

1. FERRO : è un componente fondamentale della catena dell’emoglobina ed è responsabile del trasporto di ossigeno dai polmoni ai tessuti. Un deficit di ferro può essere responsabile anemia sideropenica e microcitica ipocranica che limita le capacità dell’atleta. Il ferro si ritira in circolo in forma libera, la sideremia (valori normali : 55-160mg/dl) e nei depositi di ferritina (valori normali : 18-170mg/ml)
2. CALCIO : la riduzione del calcio nelle ossa si può verificare in atlete impegnate nelle corse di lunga distanza, ginnasta o danza. E’ quindi importante che assumono con la dieta un quantitativo di calcio di circa 1.2/1.5g al giorno per prevenire la perdita.
3. VITAMINE : hanno una funzione regolatrice del metabolismo energetico e del ricambio. Esse si distinguono in idrosolubili che non vengono accumulate nell’organismo ed una volta assorbite sono immediatamente utilizzate o espulse per via urinaria, e liposolubili che possono essere immagazzinate nei grassi corporei.

• VITAMINA A – nel corso dell’esercizio fisico vi è un aumento dei processi ossidativi del muscolo con incremento dei perossidi lipidici e dei radicali liberi, quindi la vitamina è utile nel neutralizzare gli effetti sfavorevoli.

• VITAMINA B – vengono utilizzate durante l’esercizio fisico, inoltre la vitamina B12 è fondamentale per la produzione di eritrociti maturi a livello del midollo osseo.

• VITAMINA C – viene assunta in larghe dosi per prevenire la fatica.

• VITAMINA E – come altri antiossidanti ha un effetto protettivo nei confronti dello stress ossidativi e delle alterazioni delle risposte immunologiche indotte dall’esercizio.

TERMOREGOLAZIONE

Circa il 60% dell’energia liberata dai processi metabolici appare immediatamente sotto forma di calore che è fondamentale per il mantenimento della temperatura corporea. Ogni essere vivente, quindi può essere descritto come un sistema la cui temperatura è regolata dagli scambi di energia termica con l’ambiente. In relazione alla temperatura gli esseri viventi possono essere distinti in eterotermi se la loro temperatura corporea dipende da quella dell’ambiente esterno o omeotermi se riescono a mantenere una temperatura propria e quindi sono dotati di un preciso sistema di regolazione e controllo della temperatura corporea. Tale sistema di controllo deve essere in grado di funzionare in modo assai accurato dato che elevazioni di temperatura di pochi gradi possono portare alla morte delle cellule nervose, mentre al contrario per temperature basse la morte sopravviene per arresto o fibrillazione cardiaca.

La regolazione della temperatura è sotto il controllo di un sistema omeostatico costituito da archi riflessi, in quanto piccole modificazioni della temperatura corporea, vengono rilevate da termocettori periferici ed inviate al SNC che confrontando tali valori con una temperatura di riferimento attiva la termoproduzione o la termodispersione, per riportare la temperatura a livelli normali.

TERMOGENESI

La fonte di produzione di calore è rappresentata da tutte le reazioni chimiche che si svolgono nell’organismo. Si può stimare che la produzione di calore media a riposo in un individuo normale sia pari a circa 1,45 Kcal/min ovvero 87 Kcal/ora. La termogenesi chimica è costituita da una parte obbligatoria che non ha significato termoregolativo e da una parte detta facoltativa che contribuisce a preservare l’organismo dal raffreddamento. La quota facoltativa si distingue in termogenesi con brivido e termogenesi senza brivido.

1. con il termine “termogenesi con brivido” si allude alla produzione di calore che si accompagna ad una attività muscolare, le cui prime modificazioni in risposta al freddo sono rappresentate da un graduale aumento del tono muscolare. se il raffreddamento continua, porta al brivido che consiste in oscillazioni ritmiche dei muscoli ad una frequenza di 10-20/secondo. Tale meccanismo è così efficiente che la produzione di calore può aumentare di parecchie volte rispetto a quella a riposo. Dato che questo tipo di attività del muscolo non produce alcun lavoro esterno, tutta l’energia liberata dall’organismo è trasformata in calore. Inoltre visto che il brivido è una forma di contrazione del muscolo scheletrico è anch’essa sotto il controllo di motoneuroni alfa afferenti al muscolo, i cui comandi sono provenienti da centri termoregolativi situati nell’ipotalamo che percorrono una via discendente detta “via del brivido”.

2. per ciò che riguarda la termogenesi senza brivido, ovvero la produzione di calore derivante dalla rottura dei legami chimici delle molecole metabolizzate, sono ancora poco chiare le cause. Al momento si pensa che essa sia dipendente dall’attività della noradrenalina in cooperazione con gli ormoni tiroidei. In particolare si deve ricordare l’azione termoregolatrice che il sistema adrenergico attua nei confronti del tessuto adiposo bruno che si adatta facilmente a fini termoregolativi per ragioni di natura morfologica. Infatti le cellule adipose brune sono riccamente innervate dal sistema simpatico la cui attivazione provoca una pronta lipolisi e quindi produzione rapida di calore.

TERMODISPERSIONE

La dispersione del calore avviene prevalentemente attraverso la cute ed in via minore attraverso le vie respiratorie per mezzo di meccanismi quali :

irraggiamento – qualunque corpo, la cui superficie è più calda della media delle superfici presenti nell’ambiente che lo circondano emette calore sotto forma di radiazione elettromagnetica.
Conduzione – è il trasferimento di energia termica che avviene per contatto diretto tra due corpi così che il calore è ceduto dal corpo a temperatura più elevata a quello a temperatura inferiore.
Convenzione – è il processo in base al quale lo strato di aria o di acqua più vicino alla superficie cutanea è da questo riscaldato.
Evaporazione – avviene continuamente dalla cute e dalla mucosa di rivestimento delle vie aeree, ed affinché l’acqua possa passare dallo stato liquido a quello di gas è necessario che ad essa sia fornita energia termica. Viceversa la sudorazione necessita della secrezione attiva di fluido da parte delle ghiandole sudoripare

La dispersione di calore è quindi la regolazione della temperatura del nucleo dipende dalla capacità isolante della cute che a sua volta dipende dall’entità del flusso ematico che l’attraversa. Infatti il sangue è il mezzo di trasporto del calore dall’interno verso l’esterno dell’organismo : quindi più sangue attraversa la cute nell’unità di tempo maggiore sarà la termodispersione e viceversa.

TERMOREGOLAZIONE ED ESERCIZIO FISICO

L’esercizio fisico può portare ad incrementi significativi della produzione di calore. È evidente che tale quota prodotta durante l’esercizio rappresenta un extra che deve essere smaltito se si vuole evitare che il nucleo raggiunga il valore limite di 43°C. è importante ricordare a tal senso che durante l’esercizio il valore di riferimento per l’ipotalamo si sposti lievemente più in alto verso il valore di 39°C. ciò in ambiente fresco, ad esempio a 21°C e con 50% di umidità, risulta agevole per l’organismo che lo effettua aumentando l’evaporazione dell’acqua , e gli unici limiti imposti per la sudorazione sono relativi all’abbigliamento utilizzato.

Inoltre la temperatura corporea potrebbe essere facilmente mantenuta anche quando la temperatura ambientale fosse al di sotto dello 0°C in quanto l’esercizio intenso è in grado di aumentare la portata della termogenesi di circa 20 volte.

Al contrario è noto che in un clima caldo-umido la prestazione si deteriora in quanto in tali condizioni la gittata cardiaca non può soddisfare le richieste di volume di sangue della cute e dei muscoli. Per questo il sangue o viene deviato alla cute ed i muscoli si affaticano rapidamente o al contrario un deficit di sangue alla cute le fa perdere l’efficacia come sito di termodispersione.

ACCLIMATAZIONE AL CALDO

L’acclimatazione al caldo permette un aumento della tolleranza e della capacità di svolgere lavoro al caldo, e tale aggiustamento può essere ottenuto effettuando un programma progressivo di attività fisica al caldo. In sostanza nel corso del processo di acclimatazione l’evento principale è rappresentato da una ridistribuzione del flusso ematico durante l’esercizio,così che maggiori quantità di sangue sono inviate al distretto cutaneo, la gittata cardiaca migliora e la soglia per la sudorazione si abbassa. Infine il sudore ad acclimatazione completata, diviene ipotonico, cioè si perdono con esso minori quantità di sodio.

DISTURBI DI CALORE

L’esercizio intenso praticato in condizioni ambientali inadeguate può produrre effetti sfavorevoli sulla prestazione tra i quali :

Sincope da calore – consiste in una vera e propria perdita di coscienza ad elevata temperatura corporea superficiale e profonda.

Crampi da calore – compaiono in individui non acclimatati e consistono in spasmi muscolari

Esaurimento da calore – può essere da deplezione di acqua o di sale ed è caratterizzato da disidratazione, del soggetto con cefalea, astenia, nausea, vomito, diarrea.

Colpo di calore – è un’emergenza medica con reale pericolo di vita in cui la sudorazione è cessata, la temperatura corporea interna è molto elevata e si possono avere : vomito, diarrea, convulsioni, coma, tachicardia.

Tutte queste condizioni sono caratterizzate da eventi comuni come l’esposizione al caldo, la perdita di acqua e l’accumulo di calore, tra cui il + importante è dato dalla perdita di acqua con disidratazione.

Grazie a Mariangela Pellegrino