Nutrizione: come il cibo diventa energia, crescita e salute

Che cosa significa davvero nutrizione

La nutrizione è l’insieme dei processi biochimici e fisiologici con cui un organismo vivente utilizza il cibo e l’acqua per restare in vita. Il cibo fornisce i nutrienti: sostanze che il corpo scompone per liberare energia, che usa come materia prima per costruire e riparare i propri tessuti o di cui ha bisogno in piccole quantità perché le sue reazioni chimiche continuino a funzionare. Ogni battito del cuore, ogni pensiero e ogni capello che cresce dipendono da molecole che un tempo sono arrivate come parte di un pasto.

La nutrizione è più che mangiare. Comprende l’intero percorso del cibo: sceglierlo e assumerlo, digerirlo in parti più piccole, assorbire queste parti nel sangue, trasportarle fino alle cellule e infine utilizzarle nel metabolismo, la rete di reazioni chimiche che mantiene in vita una cellula. La scienza che studia tutto questo si chiama scienza della nutrizione. Si basa su chimica, biologia e medicina e, sebbene riguardi ogni tipo di organismo, la maggior parte della ricerca si concentra sulla nutrizione umana.

Un’idea chiave è l’equilibrio. Un nutriente si dice essenziale quando il corpo non è in grado di produrlo, o non ne produce abbastanza, e deve quindi ricavarlo dal cibo. Averne troppo poco crea problemi, ma anche averne troppo. Entrambe le situazioni sono forme di malnutrizione, una parola che significa letteralmente cattiva nutrizione e non semplicemente scarsità di cibo.

Le principali classi di nutrienti

I nutrienti si dividono di solito in due grandi gruppi. I macronutrienti servono in grandi quantità, misurate in grammi, e per lo più forniscono energia. I micronutrienti servono in quantità minime, misurate in milligrammi o persino in microgrammi, ma non sono meno importanti.

Carboidrati

I carboidrati sono formati da carbonio, idrogeno e ossigeno. I più semplici sono zuccheri come il glucosio e il fruttosio; catene più lunghe formano gli amidi, presenti in pane, riso, patate e pasta. Il corpo scompone gli amidi in glucosio, il principale carburante del cervello e un carburante importante per i muscoli. Il glucosio in eccesso può essere immagazzinato come glicogeno nel fegato e nei muscoli, oppure trasformato in grasso.

Proteine

Le proteine sono lunghe catene di unità più piccole chiamate amminoacidi. Le proteine umane sono costruite a partire da venti amminoacidi standard, e nove di questi sono essenziali per gli adulti, cioè devono provenire dalla dieta. Le proteine formano muscoli, pelle, capelli ed enzimi, le macchine molecolari che accelerano le reazioni chimiche. Carne, pesce, uova, latticini, fagioli, lenticchie e frutta a guscio ne sono ricche fonti. Le proteine animali contengono di solito tutti gli amminoacidi essenziali in buone proporzioni, mentre gli alimenti vegetali possono essere combinati, per esempio cereali con legumi, per fornire la serie completa.

Grassi

I grassi, o lipidi, sono la fonte di energia più concentrata degli alimenti. Formano inoltre le membrane che circondano ogni cellula, aiutano il corpo ad assorbire alcune vitamine e fungono da isolante e da imbottitura protettiva. Due acidi grassi, l’acido linoleico (un omega-6) e l’acido alfa-linolenico (un omega-3), sono essenziali per l’essere umano. Si trovano negli oli vegetali, nella frutta a guscio, nei semi e nel pesce.

Vitamine

Le vitamine sono composti organici di cui il corpo ha bisogno in piccole quantità. All’essere umano ne servono tredici. Quattro sono liposolubili (A, D, E e K) e possono essere immagazzinate nel grasso corporeo e nel fegato. Le altre sono idrosolubili: la vitamina C e le otto vitamine del gruppo B. La maggior parte di queste non viene conservata a lungo, perciò bisogna assumerle regolarmente. Molte vitamine aiutano gli enzimi a svolgere il loro lavoro; la vitamina A è necessaria per la vista, la vitamina D per ossa forti e la vitamina K per la coagulazione del sangue.

Minerali

I minerali sono elementi chimici di cui il corpo ha bisogno, come calcio, fosforo, potassio, sodio, magnesio, ferro, zinco e iodio. Calcio e fosforo costruiscono ossa e denti. Il ferro si trova al centro dell’emoglobina, la proteina dei globuli rossi che trasporta l’ossigeno. La tiroide usa lo iodio per produrre ormoni che regolano la velocità con cui il corpo consuma energia.

Acqua e fibre

L’acqua a volte non compare negli elenchi dei nutrienti, eppure è ciò di cui possiamo fare a meno per il tempo più breve. Costituisce circa il 60 per cento del peso corporeo di un adulto, trasporta nutrienti e scorie e aiuta a regolare la temperatura del corpo attraverso il sudore. Le fibre alimentari sono un gruppo di carboidrati vegetali che gli enzimi digestivi umani non riescono a scomporre. Le fibre danno volume e mantengono in movimento l’intestino, e i batteri dell’intestino crasso ne fanno fermentare una parte, producendo sostanze che nutrono le cellule della parete intestinale.

Dal piatto alla cellula: digestione e metabolismo

La digestione comincia in bocca, dove i denti sminuzzano il cibo e la saliva inizia a scomporre l’amido. Nello stomaco, un acido forte e alcuni enzimi cominciano a smontare le proteine. La maggior parte del lavoro avviene nell’intestino tenue, dove gli enzimi del pancreas e la bile prodotta dal fegato completano la scomposizione dei carboidrati in zuccheri semplici, delle proteine in amminoacidi e dei grassi in acidi grassi. La parete interna dell’intestino tenue è ricoperta da milioni di minuscole sporgenze a forma di dito chiamate villi, che le danno una superficie enorme per assorbire queste piccole molecole nel sangue e nella linfa.

Una volta entrati nel corpo, i nutrienti prendono parte a due tipi di metabolismo. Il catabolismo scompone le molecole per liberare energia. Nelle cellule, il glucosio e gli acidi grassi vengono ossidati gradualmente, soprattutto all’interno di strutture chiamate mitocondri, e l’energia viene catturata in una molecola chiamata ATP, la moneta energetica della cellula. L’anabolismo fa il contrario: usa energia per costruire molecole grandi, come nuove proteine per i muscoli in crescita o nuovo DNA per le cellule che si dividono.

Il corpo ospita inoltre migliaia di miliardi di microbi, soprattutto nell’intestino crasso. Questa comunità, nota come microbiota intestinale, aiuta a scomporre le fibre e produce alcune vitamine, tra cui la vitamina K e alcune vitamine del gruppo B. I ricercatori stanno ancora scoprendo quanto questi microbi influenzino la digestione e la salute.

Energia: contare le calorie

L’energia contenuta negli alimenti si misura in chilocalorie o in chilojoule. Una chilocaloria è l’energia necessaria per riscaldare un chilogrammo d’acqua di un grado Celsius. Sulle etichette alimentari questa unità viene spesso scritta come Caloria con la C maiuscola, il che può confondere, perché una Caloria alimentare equivale a mille piccole calorie.

Gli scienziati misurarono per la prima volta l’energia degli alimenti bruciandoli in un contenitore chiuso e circondato d’acqua, detto bomba calorimetrica, e registrando di quanto si scaldava l’acqua. Alla fine dell’Ottocento il chimico statunitense Wilbur Atwater stabilì quanta di questa energia il corpo umano sia davvero in grado di utilizzare. La sua semplice regola si applica ancora oggi: circa 4 chilocalorie per grammo di carboidrati, circa 4 per grammo di proteine e circa 9 per grammo di grassi.

Anche a riposo completo, il corpo spende una grossa parte della sua energia solo per restare in vita: far battere il cuore, far respirare i polmoni e mantenere il corpo caldo. È il cosiddetto metabolismo basale. Il cervello da solo consuma circa un quinto dell’energia del corpo a riposo, pur rappresentando solo il 2 per cento circa del peso corporeo. I bambini hanno bisogno di energia e nutrienti in più per crescere, ed è per questo che una buona nutrizione nell’infanzia è così importante.

Quando la nutrizione non funziona: la malnutrizione

Denutrizione

Quando una persona non riceve abbastanza energia o proteine per lungo tempo, il corpo comincia a usare i propri tessuti come carburante. Tra le forme gravi ci sono il marasma, in cui il corpo diventa estremamente magro e deperito, e il kwashiorkor, legato a una grave carenza di proteine, che provoca gonfiore soprattutto alle gambe e alla pancia. La denutrizione indebolisce il sistema immunitario, così le infezioni diventano più frequenti e più pericolose, e nei bambini può causare un arresto della crescita, cioè una statura inferiore a quella che dovrebbero raggiungere.

Malattie da carenza

La mancanza di un solo micronutriente può causare una malattia specifica. Senza vitamina C il collagene non si forma correttamente e compare lo scorbuto, con gengive sanguinanti e ferite che guariscono lentamente. Una carenza di vitamina D, o di calcio, durante l’infanzia provoca il rachitismo, in cui le ossa diventano molli e si deformano. Troppo poca tiamina (vitamina B1) causa il beriberi, che danneggia nervi e cuore, mentre la mancanza di niacina provoca la pellagra, che colpisce pelle, apparato digerente e cervello. La carenza di iodio può ingrossare la tiroide fino a formare un gozzo e, in gravidanza, danneggiare lo sviluppo del cervello del bambino. Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, la carenza di ferro è la carenza nutrizionale più diffusa al mondo, e la carenza di vitamina A è una delle principali cause prevenibili di cecità infantile. Poiché queste carenze possono esistere anche quando le persone assumono abbastanza calorie, vengono talvolta chiamate fame nascosta.

Ipernutrizione

La malnutrizione comprende anche l’assunzione di più energia di quanta il corpo ne consumi. L’energia in eccesso viene immagazzinata come grasso e, nel corso degli anni, ciò può portare all’obesità, che aumenta il rischio di diabete di tipo 2, malattie cardiache e alcune altre patologie. Anche l’eccesso di un singolo nutriente può essere dannoso. Le vitamine liposolubili in particolare possono accumularsi fino a livelli tossici: esploratori artici che mangiarono fegato di orso polare, straordinariamente ricco di vitamina A, si ammalarono gravemente. Oggi molti Paesi devono affrontare un doppio carico della malnutrizione, in cui denutrizione e obesità convivono, a volte persino all’interno della stessa famiglia.

Come gli scienziati hanno scoperto i nutrienti

Per gran parte della storia le persone sapevano che alcuni cibi le mantenevano in salute senza sapere perché. Uno dei primi esperimenti controllati della medicina riguardò proprio la nutrizione. Nel 1747 il chirurgo navale scozzese James Lind divise alcuni marinai malati di scorbuto in piccoli gruppi e diede a ciascun gruppo una cura diversa. Quelli che ricevettero arance e limoni migliorarono con sorprendente rapidità. Ci vollero comunque decenni prima che la marina britannica fornisse regolarmente succo di agrumi ai suoi marinai.

Alla fine del Settecento il chimico francese Antoine Lavoisier dimostrò che la respirazione è una sorta di combustione lenta: il corpo usa l’ossigeno per liberare l’energia del cibo ed emette anidride carbonica, proprio come una candela. Questa idea pose le basi dello studio del metabolismo. Nel corso dell’Ottocento i chimici identificarono carboidrati, grassi e proteine, e molti credevano che questi, insieme ai minerali e all’acqua, fossero tutto ciò di cui una persona avesse bisogno.

Questa convinzione crollò grazie a un enigma legato al beriberi. Negli anni Novanta dell’Ottocento il medico olandese Christiaan Eijkman, che lavorava nelle Indie orientali olandesi (l’attuale Indonesia), notò che i polli nutriti con riso bianco brillato sviluppavano una malattia simile al beriberi, mentre quelli nutriti con riso non brillato no. Qualcosa negli strati esterni del chicco li proteggeva. Nel 1912 il biochimico polacco Casimir Funk propose che malattie del genere fossero causate dalla mancanza di sostanze speciali che chiamò vitamine, da ammine vitali. Quando si scoprì che non tutte erano ammine, in inglese fu eliminata la e finale, e nacque così la parola moderna vitamin. Eijkman condivise il premio Nobel per la fisiologia o la medicina del 1929 con il biochimico inglese Frederick Gowland Hopkins, che aveva dimostrato che gli animali hanno bisogno di fattori alimentari accessori oltre ai nutrienti già noti.

All’inizio del Novecento il medico statunitense Joseph Goldberger dimostrò che la pellagra, allora molto diffusa nel sud degli Stati Uniti, era causata da un’alimentazione povera e non da germi. Negli anni Venti la Svizzera e gli Stati Uniti cominciarono ad aggiungere iodio al sale da cucina, una delle misure di salute pubblica più semplici e riuscite di sempre, che ridusse drasticamente il gozzo.

La nutrizione oltre l’essere umano

Tutti gli esseri viventi hanno bisogno di nutrirsi, ma lo fanno in modi molto diversi. Gli autotrofi, come le piante, le alghe e alcuni batteri, producono da sé le proprie molecole organiche. Le piante usano la luce solare, l’anidride carbonica e l’acqua nella fotosintesi, poi assorbono i minerali dal terreno attraverso le radici. I tre minerali di cui hanno bisogno in maggiore quantità sono azoto, fosforo e potassio, ed è per questo che sono gli ingredienti principali dei fertilizzanti da giardino. Gli eterotrofi, tra cui animali e funghi, devono ottenere le loro molecole organiche mangiando o assorbendo altri organismi o i loro resti.

La natura ha trovato soluzioni sorprendenti. Le piante carnivore come la dionea crescono in terreni poveri e paludosi e catturano insetti soprattutto per procurarsi azoto e altri minerali, non energia. Le mucche e gli altri ruminanti non riescono a digerire da soli la cellulosa dell’erba; se ne occupano i microbi che vivono nel loro grande stomaco diviso in più camere. Anche le termiti, che si nutrono di legno, dipendono dai microbi del loro intestino per scomporlo.

Costruire una dieta equilibrata

Nessun alimento contiene da solo tutti i nutrienti nelle giuste quantità, per questo gli esperti di salute raccomandano di mangiare cibi vari. Molti Paesi pubblicano linee guida alimentari sotto forma di semplici immagini. Nel 2011 gli Stati Uniti hanno sostituito la loro nota piramide alimentare con un diagramma a forma di piatto chiamato MyPlate, che mostra come verdura e frutta dovrebbero occupare circa metà di un pasto, mentre cereali e alimenti proteici si dividono il resto.

Tra i consigli presenti nella maggior parte delle linee guida nazionali ci sono:

• Mangiare molta verdura, frutta, cereali integrali, legumi e frutta a guscio.
• Scegliere l’acqua come bevanda principale.
• Limitare le bevande zuccherate e i cibi ricchi di zuccheri aggiunti. L’Organizzazione Mondiale della Sanità consiglia di mantenere gli zuccheri liberi sotto il 10 per cento dell’energia assunta ogni giorno.
• Usare meno sale. Per gli adulti l’Organizzazione Mondiale della Sanità raccomanda meno di 5 grammi al giorno.
• Preferire i grassi insaturi, presenti negli oli vegetali, nella frutta a guscio e nel pesce, a grandi quantità di grassi saturi.

Anche i bisogni cambiano nel corso della vita. Neonati, adolescenti in crescita, donne in gravidanza e anziani hanno esigenze particolari, ed è per questo che i consigli nutrizionali sono spesso adattati all’età e alla fase della vita.

Fatti sorprendenti sulla nutrizione

• La maggior parte dei mammiferi è in grado di produrre la propria vitamina C, ma l’essere umano no. Condividiamo questa incapacità con le scimmie antropomorfe e le altre scimmie, le cavie e alcuni pipistrelli, ed è per questo che lo scorbuto può colpire le persone ma non i cani o i gatti.
• La vitamina D è insolita: la pelle può produrla quando è esposta alla luce del sole, perciò in un certo senso è in parte vitamina e in parte ormone.
• La vitamina B12 è prodotta soltanto dai microbi. Gli animali la ottengono dal cibo o dai batteri, ed è per questo che a chi non consuma prodotti animali si consiglia di usare alimenti arricchiti o integratori.
• Le fibre sono state a lungo considerate un inutile materiale di scarto. Oggi sono apprezzate come cibo per il microbiota intestinale e per il loro legame con un apparato digerente sano.
• L’idea che siamo ciò che mangiamo è letteralmente vera in un certo senso: molti degli atomi del tuo corpo vengono via via sostituiti da atomi che provengono da ciò che mangi e bevi.