Nomogramma sul metabolismo individuale

Nei casi in cui non è possibile effettuare un'analisi diretta del metabolismo di un soggetto, si ricorre spesso a equazioni che cercano di approssimarne il valore corretto sulla base delle principali caratteristiche dell'individuo. Le formule presentate dagli inizi della medicina sperimentale ad oggi sono moltissime e ognuna è costruita prendendo in esame specifiche popolazioni di soggetti.

Per quanto riguarda il calcolo del metabolismo basale, cioè l'energia minima necessaria per mantenere le funzioni vitali di un soggetto in condizioni fisiologiche e in riposo assoluto, si può notare che tutte le equazioni utilizzano le caratteristiche antropometriche, come il peso e l'altezza, mentre la maggior parte di queste tengono conto anche dell'età. Per quanto riguarda la stima del dispendio energetico durante l'esercizio si fa spesso riferimento al MET cioè a quante volte è dispendiosa l'attività fisica in esame rispetto alla stessa durata in condizioni diriposo assoluto per un individuo di riferimento.

Se si analizzano meglio i pesi di ciascun fattore presente in queste equazioni, si scopre che il maggiore contributo all'energia è dato dal peso di tessuto metabolicamente attivo, semplificabile dalla massa magra totale dell'individuo, mentre l'età è un parametro che incide in misura minore rispetto agli altri. In realtà, se a parità di massa magra si analizzano i consumi di soggetti adulti e giovani attivi si scopre che essi sono sovrapponibili. questo vuol dire che le equazioni che tengono conto dell'età sono in realtà approssimazioni statistiche dell'aumento medio di tessuto adiposo di riserva, il cui accumulo è molto probabilmente solo in piccola parte conseguenza dei cambiamenti immodificabili, specialmente come quelli ormonali.

Il calcolo può allora essere semplificato se si considera soltanto la massa magra del soggetto. L'equazione di riferimento è quella di Katch-McArdle del 1985 che ha analizzato il metabolismo basale (MB), espresso in kcal/gg, sulla base della massa magra (MM) espressa in kg, di oltre 400 giovani atleti.

MB = 370 + (21.6 X MM) ; (1)

Risulta subito evidente che nella (1) l'età non conta mentre la massa magra è la sola che necessita di nutrienti. In realtà il ragionamento potrebbe essere ampliato al grasso essenziale ma l'energia da agiungere per mantenerlo invariato sarebbe davvero irrisoria.

Un'altro modo per calcolare il metabolismo basale, sempre espresso in kcal/gg, è quello di moltiplicare l’equazione generale di Weir sulla potenza metabolica a riposo (1949) per i minuti presenti in un giorno, non considerando il contributo marginale dell'escrezione dell'azoto urinario, come mostrato nei seguenti passaggi:

E(Kcal/min) = 3,941 VO2 (l/min) + 1,106 VCO2 (l/min)- 2,17 uN2 (Weir)

Dove: QR = VCO2/VO2; uN2 = 0

MB = (3,941 + 1,106 * QR) * VO2min * 1440 ; (2)

Nella (2) si espliciti il VO2 basale (VO2min) come il MET, espresso in kcal/kg/min, moltiplicato il peso, si assuma un quoziente respiratorio (QR) caratteristico di un soggetto normopeso e in condizioni di riposo assoluto (QR = 0.818) e si espima il peso in funzione della massa magra (MM) e della massa grassa % (MG%) del soggetto posta ad un valore di magrezza di riferimento che minimizzi il rischio cardiovascolare (MG% = 12%). In questo modo si ricava agevolmente la nuova formula sul metabolismo basale:

VO2min(l/min) = MET * P / 1000

MM = P * (1 - MG%); QR = 0.818 ; VO2min = 3.53 (kcal/kg/min); MG% = 0.12

MB(Kcal/gg) = (3,941 + 1,106 * QR) * MET * P * 1.44 ;

MB = (3,941 + 1,106 * 0.818) * 3.55 * MM / (1 - 0.12) * 1.44

MB = 28 * MM

MB = 28 * P * (1 - MG%) (3)

In base alla (3) è ora possibile dimostrare come, ad esempio, un soggetto attivo caratterizzato da un peso di 70 kg e una MG% del 10% ha lo stesso metabolismo basale di un soggetto sedentario di 78,75 kg con un MG% del 20%; nonostante i due soggetti riportino una differenza di 8,75 kg, l'energia necessaria per mantenere i loro pesi è la stessa.

Per il calcolo del metabolismo totale (Mtot) occorre sommare al metabolismo basale il dispendio dell'attività fisica, chiamato Metabolismo attivo (MA) e il dispendio da attività sportiva, chiamato Metabolismo sportivo (MS).

Mtot = MB + MA + MS ; (4)

Il soggetto sedentario può avere dei valori di metabolismo attivo (MA) che non supera le 200 - 300 kcal a causa dei bassi livelli di attività o di sforzi fisici. Diversamente, i valori caratteristici di soggetti estremamente attivi o sportivi, cioè di MA o di MS, possono superare le 800 - 1200 kcal. La somma di MA e MS è indicato come M(a+s)

Definito il metabolismo totale, cioè la spesa energetica, è possibile definire il fabbisogno energetico (Ftot) che mantenga invariato il peso. L'uso di un fattore medio uguale a 1,1 (1,05 - 1,2) che rappresenta l'effetto termogenico indotto dalla dieta, nel caso di pasti misti e bilanciati, è controverso e potrebbe indurre il soggetto a sovrastimare il dispendio energetico.

Ogni metabolismo parziale o somma di metabolismi può essere normalizzarlo rispetto all'altezza elevata al quadrato (H²) in modo da ottenere un parametro chiamato Ki, dove i indica il tipo di metabolismo preso in esame, con il quale è possibile ottenere una costante della quantità di energia da assumere per ottenere determinati effetti come, ad esempio, il mantenimento di un peso corporeo costante.

ki = Mi / H²

Dove "i" indica il metabolismo considerato: B, A, S, (B+A), (A+S), (B+S).

Procedura risolutiva del nomogramma sul metabolismo

Sul nomogramma seguente sono riportate le equazioni di moltiplicazione e di addizione necessarie per l'individuazione dei paramentri che definiscono il dispendio energetico totale (Etot) oppure, definito quest'ultimo, è possibile procedere in senso inverso e ottenere gli altri parametri incogniti.
Le operazioni di moltiplicazione sono individuate sulla scala logaritmica, caratterizzata da una distanza variabile tra le tacche, mentre le operazioni di addizione sono individuate sulla scala delle somme, caratterizzata da una distanza costante tra le tacche.

Per procedere col calcolo occorre seguire i seguenti punti:

1. Sul lato sinistro del nomogramma è possibile ottenere il k basale (Kb, nell'esempio uguale a 510) secondo la seguente espressione:
   
   

   Kb = 28 * IMC * (1 - MG%) ; IMC = P / H² (kg/m²)
   
   

2. Successivamente si individua sull'asse E(a+s) l'energia spesa per l'attività fisica e l'attività sportiva, e la si congiunge con l'altezza del soggetto in modo da ricavarne il K specifico di questo consumo K(a+s) nell'esempio pari a 310, avendo cura di riportare questo valore sulla scala delle somme di sinistra dello stesso asse.
3. Infine basta riportare sul lato delle somme dell'asse graduata anche il Kb e congiungerlo col precedente col fine di ricavare il ktot (820) inteso come la somma di Kb + K(a+s) e riportarlo sull'asse delle moltiplicazioni.
4. Per ricavare l'enegia totale (Etot) sarà sufficiente moltiplicare Ktot per l'altezza elevata al quadrato e quindi sul nomogramma congiungere il Ktot con l'altezza per intersecare il valore esatto del dispendio energetico, nell'esempio pari a circa 2650 kcal. Il fabbisogno totale sarà dato dal dispendio moltiplicato per l'azione dinamico specifica degli alimenti (ADS) assunto in media pari a 1,1.

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