Termodinamica e nutrizione

Gli alimenti forniscono all’organismo energia; questa viene liberata in seguito all’ossidazione dei nutrienti. Secondo il primo principio della Termodinamica, l’energia non si disperde nell’ambiente, ma si trasforma in altra energia; infatti l’energia chimica assunta con gli alimenti è trasformata in energia meccanica, termica, chimica ed elettrica per sostenere il lavoro muscolare, mantenere l’omeostasi, il ricambio dei tessuti e l’accrescimento. Il secondo principio della Termodinamica inoltre afferma che non tutta l’energia chimica viene trasformata in biologica (attraverso la glicolisi e il ciclo di Krebs), ma solo il 30-35%. La parte restante è dispersa sottoforma di calore, ma buona parte di questo è riutilizzato per mantenere la temperatura di 37°C. E’ possibile calcolare l’equivalente calorico dei nutrienti (Ec), cioè la quantità di energia liberata a seguito dell’ossidazione di 1 grammo di nutriente. L’ossidazione dei monosaccaridi “in vitro” è pari a quella “in vivo”; quella degli acidi grassi e, soprattutto, degli aminoacidi ha un Ec biologico inferiore rispetto all’ Ec fisico. Infatti solo il 90-95% del grasso ingerito è realmente assorbito; mentre le proteine hanno una perdita di energia a causa della formazione dell’urea.  

Glucosio C6H12O6 + O2 --> CO2 + H2O + Energia (680 kcal)
Una molecola pesa la somma atomica dei suoi atomi: C=12;  H=1;  O=16
Pertanto il glucosio: (6x12)+(12x1)+6x16)= 180g
Per la stechiometria:
C6H12O6 + 6O2 --> 6CO2 + 6H2O + 680 kcal

Equivalente calorico (Ecg) = 680/180= 3,75 kcal/g
Poiché il Metabolismo Basale costa 1 caloria al minuto, 1 g di glucosio fa vivere 4 minuti.

L’equivalente calorico del litro di ossigeno (ECLO2) è la quantità di energia liberata a seguito dell’ossidazione di 1 litro di ossigeno. Una mole di qualsiasi gas occupa 22,414 litri.

Nel caso del glucosio vengono utilizzati 6O2 quindi 6x22,414= 134 litri
ECLO2= 680/134= 5,01 kcal/lO2

Il quoziente respiratorio (QR) è il rapporto tra i litri di CO2 prodotti (VCO2 ) e il flusso di ossigeno consumato (VO2).

Nel caso del glucosio vengono prodotti 6CO2 (e quindi 6x22,414=134 litri) e consumati 6O2 (e quindi 6x22,414=134 litri).
QR= VCO2/VO2= 134/134= 1

Palmitico C16H32O2 + O2 --> CO2 + H2O + Energia (2406 kcal)
(acido grasso saturo)
Una molecola di palmitico pesa: (16x12)+(32x1)+(2x16)= 256g
Per la stechiometria:
C16H32O2 + 23O2 --> 16CO2 + 16H2O + 2406 kcal

Equivalente calorico (Ecp)= 2406/256= 9,4 kcal/g
Acidi grassi a catena più corta hanno Ec leggermente inferiori; si considera la media che è 9 kcal/g.
Nel caso del palmitico vengono utilizzati 23O2 quindi 23x22,414 litri.
ECLO2=2406/(23x22,414)= 4,7 kcal/lO2
Nel caso del palmitico vengono prodotti 16CO2 e consumati 23O2.
QR=VCO2/VO2= (16x22,414)/(23x22,414)=  0,7
Gli aminoacidi non subiscono nell’organismo l’ossidazione completa.