La maggior parte degli organismi riceve energia attraverso la degradazione della molecola del glucosio. Diversamente dalle piante, noi esseri umani non siamo in grado di sintetizzarla da soli ma dobbiamo assumerla attraverso la dieta.
Il processo di produzione di energia che avviene all’interno del nostro organismo è in grado di fornirci quei $2.4 \ kWh$ di energia richiesta dal corpo per poter funzionare.🔋
In copertina, foto CC by 4.0 di Jonathan Borba su Unsplas
Il corpo umano produce energia mangiando
Per restare vivi, il nostro corpo ha bisogno di ricevere energia. L’energia la ottiene mangiando. Il cibo contiene sostanze e nutrienti che il nostro organismo è in grado di assimilare attraverso numerose reazioni chimiche che avvengono all’interno dell’apparato digerente.
Questo avviene aggiungendo liquidi – acidi ed enzimi – al bolo alimentare – ovvero il cibo masticato e parzialmente digerito dagli enzimi della saliva – che arriva allo stomaco attraverso l’esofago. Lo stomaco spezza i legami che compongono i carboidrati – zuccheri ed amidi – e li trasforma in zuccheri semplici come il glucosio. Insieme al piccolo intestino, assorbe il glucosio così creato per immetterlo nel flusso sanguigno.
Il delicato equilibrio tra glucosio ed insulina
Il glucosio contenuto nel nostro sangue viene impiegato come fonte di energia o immagazzinato per poter essere sfruttato in un secondo momento. Affinché il processo abbia successo è necessario fornirgli insulina. L’insulina è un ormone prodotto e rilasciato dalle cellule beta del pancreas. Queste sono estremamente sensibili alla percentuale di glucosio presente nel sangue e il processo di produzione di insulina viene accelerato o decelerato a seconda di quanto zucchero, e quindi di quanto cibo, viene introdotto.
Una volta rilasciata l’insulina nel sangue, questa è in grado di stimolare l’ingresso del glucosio nel citosol – la parte liquida interna alle cellule -. La cellula è in grado di convertire il glucosio in energia attraverso un processo noto come respirazione cellulare.
La respirazione cellulare
La respirazione cellulare è a tutti gli effetti un processo biochimico di combustione a catena, cioè un processo esotermico – con rilascio di energia, del calore viene ceduto dal sistema all’ambiente – di ossidoriduzione – con trasferimento di elettroni – in cui i prodotti di un passaggio sono utilizzati come reagenti per il passaggio successivo. Il fine ultimo è quello di produrre energia sotto-forma di ATP – adenosina trifosfato -.
Il processo può essere suddiviso in più step, che non andremo ad approfondire ai fini di questo articolo. Ci basti sapere che:
- la glicolisi rappresenta il primo step, racchiude al suo interno più reazioni che avvengono in assenza di ossigeno, nel citosol, e spezza le catene di glucosio
- la decarbossilazione ossidativa converte l’acido piruvico in acetil-coenzima A. Questo, come gli step successivi, avviene nei mitocondri
- il ciclo di Krebs genera una molecola di GTP – guanosina trifosfato -, che viene subito convertita in ATP, tre molecole di NADH e una di $FADH_2$
- la fosforilazione ossidativa chiude il processo arrivando alla sintesi della ATP. Lo fa cedendo gli elettroni ottenuti dai coenzimi $NADH$ e $FADH_2$ alla catena di trasporto, creando un gradiente protonico $H^+$, che viene utilizzato per azionare l’enzima ATP-sintasi.
Il risultato della respirazione cellulare, così come per la combustione, è la completa ossidazione del glucosio per mezzo dell’ossigeno $O_2$, con conseguente produzione di $CO_2$, $H_2O$ ed energia. L’energia prodotta viene rilasciata sotto-forma di calore ed ATP.
A tutti gli effetti, possiamo definire la ATP come l’energia cellulare che il corpo umano sintetizza da sé attraverso la digestione degli alimenti.
Il tasso metabolico basale
Il BMR – tasso metabolico basale – è l’indicatore che si usa per quantificare il fabbisogno energetico del singolo individuo, note che siano età, sesso e peso. E’ l’energia richiesta dal nostro corpo per portare avanti tutti i processi di base, necessari alla nostra vita.
Il tasso metabolico basale (BMR), spesso abbreviato in metabolismo basale, è il minimo quantitativo energetico richiesto dal nostro corpo per mantenere lo stato di veglia e le funzioni vitali: respirazione, circolazione sanguigna, produzione di cellule, sintesi proteica, trasporto ionico ecc..
Spesso è utile distinguerlo dal tasso metabolico a riposo che rappresenta il fabbisogno energetico richiesto dal corpo umano per funzionare, in condizioni di minimo dispendio energetico: in condizioni cioè di digiuno da 12 ore, in stato di veglia ma di totale rilassamento fisico/psichico.
L’unità di misura del BMR è la caloria, che viene utilizzata per misurare l’energia ma anche il lavoro. Non è l’unità di misura dell’energia del modello standard – che rimane il joule – ma è definita nel modo seguente:
La caloria è la quantità di energia necessaria per innalzare di $1$ grado, da $14.5^{\circ}C$ a $15.5^{\circ}C$ la temperatura di 1 grammo di acqua distillata.
| Caloria (cal) | Joule (J) |
|---|---|
| 1 | 4,1868 |
| 1000 | 4186,8 |
| 0.239 | 1 |
Il corpo umano richiede 2.4 kWh di energia per funzionare
L’energia richiesta dal corpo umano si aggira attorno ai 2.4 kWh. Per poter funzionare, il nostro corpo richiede e produce circa 100 W di potenza a riposo. Di questi, almeno 20 W vengono utilizzati esclusivamente dal cervello.
Il Watt è l’unità di misura della potenza ed 1 W equivale al consumo di 1 Joule al secondo. Considerando che una giornata è composta di 86400 secondi, avremo che, nel giro di 24 ore, il corpo umano richiede 100 watt x 86400 secondi = 8.640.000 Joule di energia.
8.640.000 Joule di energia corrispondono a 2063.628,58 calorie. Ciò significa che in un giorno il corpo umano richiede almeno circa 2000 kilocalorie per poter funzionare.
Per compararlo al consumo degli elettrodomestici che abbiamo a casa, possiamo convertire questa quantità in kilowattora. 100 Watt x 24 ore corrispondono a 2.4 kWh.
2.4 kWh o, equivalentemente, 2000 kcal è l’energia richiesta dal corpo umano solo per poter eseguire le funzioni di base, per vivere. Altra energia è necessaria se vogliamo scaldarci, compiere sforzi ecc..
Non deve stupirci il fatto che ciò sia commisurabile con quanto richiesto per il funzionamento di 3 lampadine da 30W continuamente accese per 24 ore. Ciò che deve stupirci è il fatto che, in Europa, consumiamo in media 120 kWh di energia al giorno. Almeno 50 volte tanto quanto strettamente necessario. Negli USA il consumo addirittura raddoppia, mentre nelle restanti parti del mondo è a metà.
In un mondo la cui crescita della popolazione è destinata ad accelerare, di paro passo al fabbisogno energetico richiesto, è sempre utile avere bene a mente queste grandezze. Attraverso una presa di coscienza della notevole differenza presente fra l’energia strettamente necessaria alla nostra sopravvivenza e l’energia da noi fagocitata possiamo, attraverso la formazione di nuove menti, rivoluzionare davvero il nostro impatto di consumatori e cambiare il nostro modo di vivere.