La nutrizione è la scienza degli alimenti e del loro rapporto con la salute. Le sostanze nutritive sono sostanze chimiche presenti negli alimenti che vengono utilizzate dall'organismo per la crescita, il mantenimento e l'energia.
Le sostanze nutritive che non possono essere sintetizzate dall'organismo e che quindi devono essere assunte con la dieta sono considerate essenziali. Esse comprendono
Le sostanze nutritive che l'organismo può sintetizzare da altri composti, che possono essere ricavate anche dalla dieta, sono definite non essenziali. Tuttavia, in determinate condizioni, come la malattia o lo stress, la sintesi di nutrienti normalmente non essenziali può essere compromessa, rendendoli così essenziali. Questi nutrienti condizionalmente essenziali devono quindi essere forniti dalla dieta.
I macronutrienti (carboidrati, proteine e grassi) sono necessari per l'organismo in quantità relativamente importanti; i micronutrienti (vitamine e alcuni minerali traccia) sono necessari in quantità modeste.
La carenza di nutrienti può causare malnutrizione, che può indurre sindromi da deficit (p. es., kwashiorkor, pellagra). L'eccessiva assunzione di macronutrienti può portare a obesità e disturbi correlati; un'eccessiva assunzione di micronutrienti, può essere tossica. Inoltre, l'equilibrio di vari tipi di nutrienti, come il rapporto tra grassi insaturi versus saturi che si consumano, può influenzare lo sviluppo di disturbi.
Macronutrienti
I macronutrienti compongono la maggior parte della dieta e forniscono l'energia e molti nutrienti essenziali. I carboidrati, le proteine (compresi gli aminoacidi essenziali), i grassi (compresi gli acidi grassi essenziali), i macrominerali e l'acqua sono macronutrienti. I carboidrati, i grassi e le proteine sono interscambiabili come fonti di energia; i grassi forniscono 9 kcal/g (37,8 kJ/g); le proteine ed i carboidrati producono invece 4 kcal/g (16,8 kJ/g).
Carboidrati
I carboidrati presenti nella dieta sono metabolizzati in glucosio e altri monosaccaridi. I carboidrati aumentano la glicemia, fornendo energia.
I carboidrati semplici sono composti da piccole molecole, in genere monosaccaridi o disaccaridi, che aumentano rapidamente la glicemia.
I carboidrati complessi sono composti da tre o più monosaccaridi legati insieme, che vengono poi scomposti in monosaccaridi durante la digestione. I carboidrati complessi aumentano la glicemia più lentamente, ma per un periodo più lungo.
Il glucosio e il saccarosio sono carboidrati semplici; le fibre e il glicogeno sono carboidrati complessi.
L'indice glicemico è un modo di classificare gli alimenti in base a quanto rapidamente il consumo di carboidrati disponibili aumenta i livelli di glucosio plasmatico rispetto a uno standard. I valori vanno da 1 (l'aumento più lento) a 100 (l'aumento più veloce, equivalente a quello provocato dall'ingestione di glucosio puro, vedi tabella Indice glicemico di alcuni alimenti). Tuttavia, il tasso reale di aumento dipende anche da quali alimenti vengono consumati con il carboidrato.
I carboidrati con un elevato indice glicemico possono far aumentare rapidamente la glicemia fino a livelli elevati. Si ipotizza che, di conseguenza, i livelli di insulina aumentino, inducendo ipoglicemia e fame, che tendono a portare al consumo di calorie in eccesso e ad aumento di peso. I carboidrati con un basso indice glicemico aumentano lentamente i livelli glicemici, determinando livelli inferiori d'insulina postprandiale e meno fame, rendendo meno probabile il consumo di calorie in eccesso. Questi effetti determinano un assetto lipidico più favorevole e una riduzione del rischio di obesità, di diabete mellito e di eventuali sue complicanze.
Fibra
La fibra è un carboidrato complesso e si presenta in varie forme (p. es., cellulosa, emicellulosa, pectina, gomme). Le fibre alimentari possono essere solubili o insolubili. Le fibre insolubili aumentano la motilità gastrointestinale, prevengono la stipsi, aumentano il volume delle feci e aiutano a controllare la malattia diverticolare. Si pensa che le fibre insolubili aumentino l'eliminazione delle sostanze cancerogene prodotte dai batteri nell'intestino crasso. Prove epidemiologiche recenti suggeriscono un'associazione tra il cancro del colon e la scarsa assunzione di fibre e un effetto benefico delle fibre sulle patologie funzionali dell'intestino, sul morbo di Crohn, sull'obesità o sulle emorroidi. Le fibre solubili (presenti nella frutta, nelle verdure, nell'avena, nell'orzo, e nei legumi) riducono l'incremento postprandiale della glicemia e dell'insulinemia e possono ridurre i livelli di colesterolo.
La tipica dieta occidentale è povera in fibre alimentari (circa 12-17 g/die) a causa di un'elevata assunzione di farina di grano altamente raffinata e di una scarsa assunzione di frutta e verdure. Generalmente si raccomanda di aumentare l'assunzione di fibre a circa 30 g/die, consumando più verdura, frutta e cereali ad alto contenuto di fibre. Tuttavia, un'elevata assunzione di fibre può ridurre l'assorbimento di alcuni minerali.
Proteine
Le proteine sono molecole organiche complesse che contengono carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto. Le proteine sono necessarie per il mantenimento, la sostituzione, la funzione e la crescita dei tessuti. Proteine specifiche agiscono come enzimi, costituiscono alcuni ormoni e svolgono un ruolo importante nel mantenimento dell'equilibrio idrico. Se il corpo non riceve abbastanza calorie da fonti alimentari o da riserve tissutali (in particolare dal grasso), le proteine possono essere utilizzate per produrre energia. Le proteine nella dieta sono scomposte in peptidi e in aminoacidi.
Quando l'organismo utilizza le proteine della dieta per formare i tessuti, c'è un guadagno netto di proteine (bilancio azotato positivo). Durante gli stati catabolici (p. es., digiuno, infezioni, ustioni), possono essere utilizzate più proteine (a causa del catabolismo dei tessuti) di quante ne vengano assorbite, provocando una perdita netta di proteine (bilancio azotato negativo). Il bilancio azotato si determina al meglio sottraendo la quantità di azoto escreta nelle urine e nelle feci dalla quantità di azoto introdotta consumata.
Dei 20 aminoacidi, 9 sono aminoacidi essenziali; non possono essere sintetizzati e devono essere ottenuti dalla dieta. Tutti hanno bisogno di 8 aminoacidi essenziali; i lattanti necessitano, oltre a questi, di istidina.
Il fabbisogno di proteine nella dieta in base al peso si correla con il tasso di crescita, che diminuisce dall'infanzia all'età adulta. Il fabbisogno proteico giornaliero diminuisce da 2,2 g/kg nei lattanti di 3 mesi di età a 1,2 g/kg nei bambini di 5 anni e a 0,8 g/kg negli adulti. Il fabbisogno proteico deve coprire i bisogni di aminoacidi essenziali. Inoltre, il fabbisogno proteico è più elevato in alcuni pazienti. Per esempio, il fabbisogno proteico aumenta notevolmente durante la gravidanza e l'allattamento e durante i periodi di rapida crescita e recupero da una malattia. Il fabbisogno proteico aumenta anche con l'invecchiamento (1, 2). Gli adulti che desiderano aumentare la massa muscolare hanno bisogno di proteine supplementari (p. es., 1,4-2,0 g/kg/die) oltre il fabbisogno medio giornaliero di aminoacidi essenziali (3).
La composizione aminoacidica delle proteine varia ampiamente. Il valore biologico riflette la somiglianza tra la composizione in aminoacidi delle proteine e quella dei tessuti animali; pertanto, il valore biologico indica quale percentuale della proteina alimentare fornisce gli aminoacidi essenziali per l'organismo:
Una combinazione perfetta è la proteina dell'uovo, con un valore di 100.
Le proteine animali nel latte e nella carne hanno un alto valore biologico (~ 90).
Le proteine nei cereali e nelle verdure hanno un valore biologico inferiore (~40)
Alcune proteine derivate (p. es., la gelatina) hanno un valore biologico pari a 0.
La misura in cui le proteine della dieta apportano l'un l'altra gli aminoacidi mancanti (complementarietà degli alimenti) determina il valore biologico complessivo della dieta. Le dosi giornaliere raccomandate per le proteine presuppongono che mediamente la dieta mista abbia un valore biologico di 70.
Lipidi
I lipidi vengono scissi in acidi grassi e glicerolo. I lipidi sono necessari per la crescita dei tessuti e la produzione di ormoni. Gli acidi grassi saturi, comuni nei grassi animali, tendono a essere solidi a temperatura ambiente. Fatta eccezione per gli oli di palma e di cocco, i grassi derivati dalle piante sono prevalentemente liquidi a temperatura ambiente; essi contengono elevati livelli di acidi grassi monoinsaturi o di acidi grassi polinsaturi.
La parziale idrogenazione di acidi grassi insaturi (come avviene durante la produzione alimentare) produce acidi grassi trans, che sono solidi o semisolidi a temperatura ambiente. Fino a ultimamente, negli Stati Uniti, la principale fonte alimentare di acidi grassi trans erano gli oli vegetali parzialmente idrogenati, utilizzati nella produzione di alcuni alimenti (p. es., biscotti, cracker, patatine) per prolungare la durata di conservazione del prodotto. Tuttavia, nel 2015, l'U.S. Food and Drug Administration (FDA) ha rimosso gli oli parzialmente idrogenati dalla sua categoria "Generally Recognized as Safe category" (Generalmente riconosciuti come sicuri) sulla base di ampie ricerche che hanno dimostrato che gli acidi grassi trans aumentano il colesterolo LDL, abbassano il colesterolo HDL e aumentano il rischio di malattia coronarica. Da giugno 2018, i grassi trans artificiali sono stati vietati negli Stati Uniti.
Gli acidi grassi essenziali sono
Acido linoleico, un acido grasso omega-6 (n-6)
Acido linolenico, un acido grasso omega-3 (n-3)
Altri acidi grassi omega-6 (p. es., l'acido arachidonico) e altri acidi grassi omega-3 (p. es., l'acido eicosapentaenoico e l'acido docosaesaenoico) sono necessari per l'organismo, ma possono essere sintetizzati a partire dagli acidi grassi essenziali.
Gli acidi grassi essenziali sono necessari per la formazione di vari eicosanoidi (lipidi biologicamente attivi), tra cui prostaglandine, trombossani, prostacicline, e leucotrieni. Il consumo di acidi grassi omega-3 può ridurre il rischio di coronaropatia.
I requisiti per gli acidi grassi essenziali variano in base all'età. L'apporto adeguato di acido alfa-linolenico è di 1,6 g/die per gli uomini e 1,1 g/die per le donne. L'apporto adeguato di acido linoleico è di 17 g/die per gli uomini e di 12 g/die per le donne tra i 19 e i 50 anni di età. (L'assunzione adeguata è definita come l'apporto medio di nutrienti consumato quotidianamente da una popolazione di persone sane.) Gli oli vegetali sono una fonte di acido linoleico e acido linolenico. Oli ottenuti dal cartamo, dal girasole, dal granturco, dalla soia, dalla primula, dalla zucca e dal germe di grano forniscono grandi quantità di acido linoleico. Gli oli di pesce di mare e gli oli ottenuti dai semi di lino, dalla zucca, dalla soia e dalla canola (varietà di colza) apportano grandi quantità di acido linolenico. Gli oli di pesce di mare forniscono anche grandi quantità di acidi grassi omega-3. L'assunzione raccomandata di acidi grassi essenziali può essere soddisfatta con 2-3 cucchiai di grasso vegetale al giorno o consumando circa 85-3,5 g di pesce grasso cotto come il salmone 2 volte alla settimana.
Macrominerali
Sodio, cloro, potassio, calcio, fosfato e magnesio sono necessari in dosi giornaliere relativamente elevate (vedi tabelle Macrominerali, Apporto dietetico di riferimento consigliato e Linee guida per la dose giornaliera).
Acqua
L'acqua è considerata un macronutriente poiché è necessaria nella quantità di 1 mL/kcal (0,24 mL/kJ) di energia spesa o di circa 2500 mL/die. I bisogni variano con la febbre, l'attività fisica, e cambiamenti del clima e dell'umidità. L'apporto adeguato di acqua totale è di 2,7 L per le donne e di 3,7 L per gli uomini.
Riferimenti bibliografici riguardanti i macronutrienti
1. Bauer J, Biolo G, Cederholm T, et al: Evidence-based recommendations for optimal dietary protein intake in older people: a position paper from the PROT-AGE Study Group. J Am Med Dir Assoc 14(8):542-559, 2013. doi:10.1016/j.jamda.2013.05.021
2. Baum JI, Kim IY, Wolfe RR: Protein consumption and the elderly: What is the optimal level of intake? Nutrients 8(6):359, 2016. doi:10.3390/nu8060359
3. Campbell B, Kreider RB, Ziegenfuss T, et al: International Society of Sports Nutrition position stand: protein and exercise. J Int Soc Sports Nutr 4:8, 2007. doi:10.1186/1550-2783-4-8
Micronutrienti
Le vitamine e i minerali necessari in piccole quantità (oligoelementi minerali) sono detti micronutrienti.
Le vitamine idrosolubili sono la vitamina C (acido ascorbico) e gli 8 componenti del complesso vitaminico B: biotina, acido folico, niacina, acido pantotenico, riboflavina (vitamina B2), tiamina (vitamina B1) piridossina (vitamina B6) e vitamina B12 (cobalamina).
Le vitamine liposolubili sono le vitamine A (retinolo), D (colecalciferolo e ergocalciferolo), E (alfa-tocoferolo), e K (fillochinone e menachinone).
Solo le vitamine A, E e B12 sono immagazzinate in quantità significative nell'organismo; le altre vitamine devono essere introdotte regolarmente per mantenere la salute dei tessuti.
I microelementi o minerali essenziali in tracce comprendono cromo, rame, iodio, ferro, manganese, molibdeno, selenio e zinco. Fatta eccezione per il cromo, ciascuno di questi è incorporato negli enzimi o negli ormoni necessari nel metabolismo. Fatta eccezione per le carenze di ferro e zinco, le carenze di microminerali sono rare nei paesi con bassi tassi di insicurezza alimentare.
Gli altri minerali (p. es., alluminio, arsenico, boro, cobalto, fluoro, nickel, silicio, vanadio) non si sono dimostrati essenziali per le persone. Il fluoruro, sebbene non essenziale, aiuta a prevenire la carie dentaria formando un composto con il calcio (fluoruro di calcio [CaF2]), che stabilizza la matrice minerale nei denti.
Tutti gli oligoelementi minerali sono tossici a livelli elevati e alcuni (arsenico, nickel e cromo) possono essere cancerogeni.
Altre sostanze alimentari
La dieta giornaliera dell'uomo contiene tipicamente più di 100 000 sostanze chimiche (p. es., il caffè ne contiene 1000). Di esse, solo 300 sono nutrienti e solo una parte di queste è essenziale. Tuttavia, molte sostanze non nutrienti nei cibi sono utili. Per esempio, gli additivi alimentari (p. es., i conservanti, gli emulsionanti, gli antiossidanti, gli stabilizzatori) migliorano la produzione e la stabilità dei cibi. Gli oligoelementi (p. es., le spezie, gli aromi, gli odori, i coloranti, le sostanze fitochimiche, molti altri prodotti naturali) migliorano l'aspetto e il gusto del cibo.
Alimenti trasformati, alimenti biologici, e alimenti bioingegnerizzati o geneticamente modificati
Alimenti trasformati
L'US Department of Agriculture (USDA) definisce un alimento trasformato come qualsiasi prodotto grezzo che sia stato sottoposto a lavaggio, pulizia, macinazione, taglio, tritamento, riscaldamento, pastorizzazione, sbiancamento, cottura, inscatolamento, congelamento, essiccazione, disidratazione, miscelazione, confezione, o qualsiasi altra procedura che altera il cibo dal suo stato naturale. Sulla base di questa definizione, praticamente tutti cibi vengono processati in una certa misura. Alcune moderne modalità di trasformazione degli alimenti, tuttavia, eliminano le sostanze nutritive dagli alimenti. Per esempio, la macinazione rimuove la crusca e i germogli, e quindi le fibre, il ferro, e molte vitamine del gruppo B dai cereali. La lavorazione spesso aggiunge additivi come conservanti (p. es., benzoati, sorbati, nitriti, solfiti e acido citrico); coloranti artificiali, aromi e dolcificanti; stabilizzatori; emulsionanti; e vitamine e minerali sintetici e altri additivi tra cui sale, glutammato monosodico, zucchero, grassi e oli raffinati. Alcuni additivi alimentari possono influenzare negativamente i bambini in particolare.
Gli alimenti ultra-trasformati (p. es., i dolci, gli spuntini salati, le bevande zuccherate, i pasti pronti e i fast food) sono sempre più diffusi e rappresentano quasi la metà della fornitura di cibo in molti paesi. Sono fatti con ingredienti economici (tra cui grassi malsani, cereali e amidi raffinati con aggiunta di zucchero e sale) che sono spesso combinati con additivi alimentari (tra cui coloranti, aromi e conservanti artificiali) per renderli poco costosi ed eccezionalmente gustosi e per prolungare la loro conservazione. La maggior parte contiene poco o nessun cibo intero. Questi alimenti favoriscono l'eccesso di cibo, l'aumento di peso e una carenza relativa di nutrienti importanti, aumentando i rischi di insulinoresistenza e possibilmente di altri disturbi (p. es., malattia coronarica, depressione, sindrome dell'intestino irritabile, cancro e anche la morte prematura).
Alimenti organici
Per essere etichettati USDA-certified organic (biologici), gli alimenti biologici devono essere coltivati e trattati secondo linee guida federali che trattano di molti fattori, tra cui la qualità del suolo, le pratiche di allevamento degli animali, il controllo dei parassiti e degli infestanti e l'uso di additivi. Per esempio, affinché la carne sia etichettata come biologica, gli animali devono essere allevati in condizioni che rispettino i loro comportamenti naturali (come la capacità di brucare nei prati), devono essere alimentati con mangimi e foraggi biologici al 100% e non devono ricevere antibiotici o ormoni. Per essere etichettato con il sigillo organico USDA, un prodotto deve contenere il 95% di ingredienti biologici.
Sebbene la certezza e l'estensione dei benefici per la salute attribuiti agli alimenti biologici rimangano sconosciute, l'assenza di antibiotici aiuta a prevenire la resistenza agli antibiotici. Anche i pesticidi sintetici possono aumentare i rischi di autismo, disturbo da deficit di attenzione/iperattività (ADHD) e le abilità cognitive alterate nei bambini. Una strategia per contenere l'aumento dei costi degli alimenti biologici è quella di utilizzare le liste annuali dei livelli di pesticidi dell'Environmental Working Group (EWG) che elencano le "dirty dozen (sporca dozzina)" (prodotti contaminati da più pesticidi rispetto ad altre colture) e la "clean fifteen (la quindicina pulita)" (prodotti che hanno la più bassa quantità di residui di pesticidi).
Alimenti bioingegnerizzati o geneticamente modificati
Gli alimenti bioingegnerizzati o geneticamente modificati sono alimenti contenenti organismi geneticamente modificati. Secondo la World Health Organization (WHO), questi alimenti contengono DNA modificato mediante tecniche di laboratorio e che non possono essere creati dall'allevamento convenzionale o trovati in natura. I cibi geneticamente modificati sono presenti sul mercato alimentare degli Stati Uniti fin dai primi anni '90, e la loro sicurezza per gli esseri umani e gli animali è controllata dall'U.S. Food and Drug Administration (FDA), dall'Environmental Protection Agency (EPA), e dall'USDA.
A partire dal gennaio 2022, gli alimenti richiedono un'etichettatura che indichi che sono alimenti bioingegnerizzati. Questi alimenti sono spesso ingredienti comuni e possono essere difficili da identificare.
Anche se il consumo di alimenti bioingegnerizzati non presenta rischi per la salute umana, gruppi di difesa della sicurezza alimentare hanno sollevato preoccupazioni come lo sviluppo di allergie (se il DNA trasferito proviene da un alimento allergenico) e la resistenza agli antibiotici derivante dal consumo di colture resistenti agli erbicidi che potrebbero teoricamente trasferire geni modificati di resistenza agli antibiotici al tratto digestivo umano. L'OMS ha affermato che il rischio di tale resistenza agli antibiotici è molto piccolo, ma non totalmente trascurabile.
Per ulteriori informazioni
US Department of Health and Human Services and US Department of Agriculture: Dietary Guidelines for Americans, 2020-2025
