Bilancio energetico e sue implicazioni nella salute e nella malattia

Su cosa si basa il bilancio energetico?

L'equilibrio energetico si basa sul principio termodinamico fondamentale secondo cui l'energia non può essere distrutta e può solo essere guadagnata, persa o immagazzinata da un organismo. È definito come lo stato raggiunto quando l'apporto di energia è uguale al dispendio energetico. Quando l'organismo è in equilibrio energetico, il peso corporeo è stabile; quando l'organismo è in equilibrio energetico positivo, il peso corporeo aumenta; quando l'organismo è in equilibrio energetico negativo, il peso corporeo diminuisce. In altre parole, l'equilibrio energetico significa praticamente equilibrio di peso, un equilibrio energetico positivo significa aumento di peso e un equilibrio energetico negativo implica una perdita di peso. Questa regola è nota anche come regola delle calorie in entrata e delle calorie in uscita (CICO): la perdita di peso si verifica quando le calorie consumate sono inferiori a quelle bruciate, mentre l'aumento di peso si verifica quando le calorie consumate sono superiori a quelle bruciate. Il mantenimento del peso si verifica quando le calorie consumate sono uguali a quelle bruciate.

Assunzione e dispendio energetico

Per comprendere meglio il bilancio energetico, analizziamo le sue due componenti: l'apporto e il dispendio energetico. L'assunzione di energia si riferisce alle calorie che gli esseri umani ingeriscono da proteine, carboidrati, grassi e alcol attraverso il consumo di cibi e bevande. Il dispendio energetico, invece, si riferisce alle calorie spese dall'uomo attraverso il tasso metabolico a riposo (RMR), l'effetto termico degli alimenti (TEF) e l'attività fisica. Il RMR è l'energia necessaria per alimentare il corpo a riposo e mantenere le funzioni vitali e l'omeostasi. L'RMR rappresenta il 60-75% del dispendio energetico totale giornaliero ed è proporzionale alla massa muscolare, il che significa che maggiore è la muscolatura di una persona, maggiore è l'RMR. Il TEF si riferisce all'energia necessaria per assorbire, digerire e metabolizzare il cibo consumato e rappresenta in genere 8-10% del dispendio energetico totale giornaliero. Infine, l'energia spesa attraverso l'attività fisica, la componente più variabile del dispendio energetico totale giornaliero, comprende le calorie spese attraverso l'esercizio volontario e non volontario, come il controllo posturale e i brividi. Questa componente è nota anche come termogenesi da attività non di esercizio (NEAT).

L'assunzione e il dispendio di energia sono controllati principalmente dal sistema nervoso centrale (SNC). Quando si consuma il cibo, gli input di odore, gusto e consistenza vengono inviati al cervello cognitivo ed emotivo, regolando il comportamento alimentare. Mentre il cibo entra nel tratto gastrointestinale (GI), la distensione fisica dello stomaco crea un segnale di sazietà che viene trasmesso al cervello per far smettere di mangiare. Inoltre, i componenti del cibo digerito, come gli acidi grassi, promuovono ulteriormente la sazietà stimolando gli ormoni della sazietà a breve termine, come la colecistochinina, dalle cellule endocrine del tratto GI. Infine, una volta terminato il consumo di cibo, vengono secreti ormoni dal tessuto adiposo (leptina) e dal pancreas (insulina), che sopprimono ulteriormente l'appetito. La regolazione del bilancio energetico non è solo un processo a breve termine ma, soprattutto, a lungo termine. L'ipotalamo, una particolare regione cerebrale, regola l'equilibrio energetico a lungo termine, e quindi il peso corporeo, codificando le informazioni sulla disponibilità e sulla riserva energetica totale dell'organismo.

Un bilancio energetico positivo cronico causato da una combinazione di fattori genetici (geni dell'obesità) e ambientali (abbondanza di cibo, basso costo degli alimenti appetibili ad alto contenuto di grassi e zuccheri, mancanza di infrastrutture e di motivazioni per l'attività fisica) porta all'accumulo di grasso e infine all'obesità. Al contrario, il dispendio energetico deve superare l'assunzione di energia (bilancio energetico negativo) per perdere peso. Tuttavia, l'entità di questo bilancio energetico negativo è molto discutibile e nel corso degli anni sono state sviluppate molte teorie. Una delle più diffuse è la regola delle "3.500 kcal per chilo", utilizzata per prevedere il tempo di variazione del peso in seguito a un intervento dietetico. In particolare, questa regola afferma che è necessario un deficit calorico di 3.500 kcal per perdere un chilo. Questa regola è stata confermata poiché è generalmente riconosciuto che con la variazione di peso si verificano cambiamenti compensativi nel dispendio energetico, rendendo questo equilibrio più complesso di una semplice equazione matematica.

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Lo spostamento del bilancio energetico verso una minore assunzione di energia rispetto al dispendio energetico totale comporta una serie di adattamenti biologici distinti, tra cui la diminuzione del RMR, la riduzione del NEAT e l'alterazione dei livelli di ormoni circolanti che regolano l'appetito (aumento dei livelli di ormoni orexigenici o della fame, come la grelina, e riduzione dei livelli di ormoni anoressigenici o della sazietà, come la leptina), noti per influenzare la perdita di peso ma soprattutto il mantenimento del peso a lungo termine. Gli adattamenti biologici più potenti che si verificano durante la perdita di peso e che agiscono contro il suo mantenimento sono la diminuzione dell'RMR e l'aumento dell'efficienza dell'attività del muscolo scheletrico, soprattutto durante i bassi livelli di esercizio fisico (precedentemente indicato come NEAT). Questi adattamenti sono indicati collettivamente come termogenesi adattativa (AT), in cui le cellule del corpo, e in particolare le cellule muscolari scheletriche, bruciano meno calorie per le loro attività (principalmente attività di tipo NEAT) per unità di peso rispetto a quanto farebbero normalmente, se non esistesse l'ambiente ipocalorico. I suddetti cambiamenti sono le cause principali del plateau della perdita di peso e della ripresa completa o parziale del peso. Pertanto, poiché il bilancio energetico costituisce un meccanismo sensibile che può essere facilmente alterato, soprattutto attraverso pratiche dietetiche estreme e improprie come le diete a bassissimo contenuto calorico (VLCD), chi è a dieta dovrebbe sempre rivolgersi a dietologi professionisti che lo guidino in questo processo.

Il sovrappeso e l'obesità che derivano da un bilancio energetico cronico positivo sono i principali fattori di rischio per gravi malattie croniche, in particolare il cancro, le malattie cardiovascolari e il diabete di tipo II. L'obesità è un fattore causale per molti tipi di cancro, tra cui colon-retto, endometrio, rene, esofago, pancreas, tiroide, seno e prostata. Il tessuto adiposo è un tessuto metabolicamente attivo che produce ormoni e citochine infiammatorie che contribuiscono ad aumentare il rischio di alcuni tipi di cancro. Inoltre, l'insulino-resistenza, caratteristica dell'obesità e precursore del diabete di tipo II, provoca iperinsulinemia, che stimola la produzione del fattore di crescita insulino-simile -1 (IGF-1), con conseguente aumento del rischio di cancro. L'obesità è anche un forte fattore di rischio per lo sviluppo di malattie cardiovascolari, causando ipertensione, iperlipidemia e disfunzione endoteliale. La perdita di peso attraverso l'adozione di un modello alimentare sano ed equilibrato, come la dieta mediterranea, riduce gli effetti nocivi di un bilancio energetico positivo a lungo termine sul cuore e sul sistema circolatorio in generale.

Un bilancio energetico positivo è solo a volte sfortunato. Creare un adeguato surplus energetico è spesso un prerequisito, soprattutto per gli atleti magri che cercano di aumentare la massa muscolare. L'entità di questo surplus, che consente all'atleta di accumulare 1 kg di massa muscolare scheletrica, non è ancora stata definita a causa di variabili inestimabili come la genetica, l'età, il sesso, la composizione corporea e lo stato di allenamento. Tuttavia, poiché l'accrescimento della massa muscolare attraverso un bilancio energetico positivo è associato anche a un aumento della massa grassa, la raccomandazione generale è un surplus di 350-500kcal al giorno per un contesto anabolico efficiente. Un bilancio energetico positivo non è sufficiente, in quanto è necessaria un'adeguata prescrizione di un programma di allenamento di resistenza e un corretto apporto di proteine, che sono il macronutriente più critico nell'ipertrofia del muscolo scheletrico.

Il RMR e, di conseguenza, il bilancio energetico possono essere misurati con precisione attraverso la calorimetria indiretta respiratoria, che è il test gold standard per la misurazione del dispendio energetico. L'analisi del respiro monitora gli scambi gassosi, ovvero il volume di consumo di ossigeno (VO2) e la produzione di anidride carbonica (VCO2) a riposo e durante l'esercizio. Il rapporto tra la produzione di CO2 e il consumo di O2 è noto come rapporto di scambio respiratorio (RER) e rappresenta l'ossidazione del carburante, in particolare il contributo relativo dei carboidrati e dei grassi alla spesa energetica. Durante l'ossidazione pura dei carboidrati, la quantità di CO2 prodotta equivale alla quantità di O2 consumata (RER=1,0), mentre durante l'ossidazione pura dei grassi il RER è pari a 0,7. Una maggiore capacità di ossidare i grassi a riposo è importante per la salute metabolica, la gestione del peso e la composizione corporea, mentre gli individui obesi con insulino-resistenza hanno un'efficienza brucia-grassi ridotta. Inoltre, un RER elevato a riposo è predittivo del recupero della massa grassa dopo una riduzione del peso corporeo indotta dalla dieta.

In generale, il bilancio energetico è un equilibrio complesso con molte componenti che possono variare in modo significativo tra gli individui. Questo equilibrio coinvolge meccanismi biologici complessi come gli ormoni e i circuiti neurali, la cui alterazione può avere effetti negativi a lungo termine sulla salute metabolica. Un bilancio energetico cronico positivo è legato all'obesità e ad altri gravi problemi di salute cronica, ma può anche essere auspicabile per gli atleti che si sforzano di aumentare la massa muscolare. Tutte le persone che cercano una misurazione valida del bilancio energetico dovrebbero sottoporsi all'analisi del respiro, il metodo gold standard per misurare il dispendio energetico, determinando così l'assunzione di energia e, infine, il bilancio energetico.

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