Il modello a calorie o sistema Atwater

• che cos'è il modello a calorie?
• il calcolo dell'energia degli alimenti secondo il modello a calorie
• critiche e considerazioni sul sistema Atwater
• chi era Atwater, lo studioso del modello a calorie?
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Che cos'è il modello a calorie?

Il modello a calorie, o sistema Atwater, è un metodo utile per calcolare la quantità di energia derivante dal cibo e, in particolare, dai suoi macronutrienti principali: proteine, carboidrati e grassi.

Questo modello è basato su degli studi condotti da Atwater e colleghi tra la fine dell'Ottocento e l'inizio del Novecento A Middletown, in Connecticut. 

Per stimare il contenuto energetico dei macronutrienti presenti negli alimenti, Atwater e colleghi hanno confrontato i risultati ottenuti da ricerche precedenti, con quelli che hanno ottenuto dalla combustione di proteine, carboidrati e grassi presenti all'interno di una dieta tipica delle persone americane di quel periodo storico. 

Agli inizi del ventesimo secolo, Atwater ha perfezionato il calorimetro, strumento che ha poi utilizzato per quantificare e studiare l'energia introdotta e dispersa in seguito all'ingestione dei cibi in modo da valutarne il bilancio energetico. Sono 3 le pubblicazioni storiche che hanno dato il via al modello a calorie, realizzate nel 1899, nel 1905 e nel 1910.

Il calcolo dell'energia degli alimenti secondo il modello a calorie

Secondo il modello a calorie, l'energia totale ricavata dagli alimenti è data dalla somma dell'energia derivante dai tre macronutrienti principali: proteine, carboidrati e grassi. Inoltre, l'energia che viene effettivamente metabolizzata ed è disponibile per le funzioni del nostro organismo, secondo Atwater, è influenzata anche dall'energia dispersa attraverso le feci. Atwater calcola quindi il coefficiente di disponibilità, oggi definito dalla terminologia moderna come "coefficiente di digestibilità apparente". Nella valutazione del contenuto energetico, infatti, Atwater ha preso in considerazione anche la digeribilità degli alimenti, che lui preferisce definire come "disponibilità", attraverso il "coefficiente di disponibilità". Questo coefficiente prende in considerazione sia l'apporto di un nutriente che la sua escrezione fecale. Una parte, seppure piccola, del contenuto energetico dei nutrienti, viene persa, infatti, attraverso le feci e non assorbita a livello intestinale. Questa porzione può essere considerata costante, data la sua piccola dimensione e dato che sembra essere indipendente dal tipo di dieta effettuato.

Altro parametro che viene considerato nel calcolo dell'energia metabolizzata è anche la dispersione attraverso le urine dei derivati delle proteine, che viene calcolata come valore costante attraverso la dispersione di azoto nelle urine. La quota di energia escreta con le urine è abbastanza costante, anche se non tutti sono concordi con i valori forniti dal modello a calorie, in quanto lo ritengono non adatto a tutte le situazioni fisiologiche. 

In seguito alla formulazione del modello a calorie, sono state calcolate le calorie da attribuire ad ogni grammo di macronutrienti introdotti. Precisamente, alle proteine e ai carboidrati vengono associate 4 kcal/g e ai lipidi 9 kcal/g. Questi valori sono ancora oggi comunemente utilizzati nella normale pratica ambulatoriale. Se per le proteine questo valore può cambiare a seconda del tipo di proteina presa in considerazione, per quanto riguarda carboidrati e grassi questi valori sono abbastanza simili nei vari alimenti considerati e tra i vari tipi di molecole. Fra i carboidrati, ad esempio, i monosaccaridi, gli oligosaccaridi e i polisaccaridi hanno sempre valori che si aggirano intorno alle 4 kcal/g.  

Critiche e considerazioni sul sistema Atwater

Questo modello è stato molto spesso messo in discussione perchè considerato approssimativo e con molti limiti. Gli studi che nel tempo hanno tentato di proporre dei modelli diversi non sono, però, del tutto validi e spesso hanno portato a risultati che non si discostavano moltissimo da quelli di Atwater. 

In realtà, questo sistema non è altro che una convenzione e la differenza tra i valori proposti e quelli reali, nell'applicazione pratica, non induce ad errori significativi. Può, invece, essere una valida alternativa per evitare complesse misure, in modo da semplificare l'utilizzo di questi valori nella normale pratica ambulatoriale.  

Nel calcolo dell'energia fornita dai macronutrienti realizzato da Atwater, vi sono tuttavia delle imprecisioni, dovute a fattori diversi. Primo fra tutti la composizione degli alimenti, che è variabile a seconda del tipo di cibo considerato, in particolare se consideriamo la composizione di grassi e acqua. Pertanto, nel caso in cui sia necessario avere dei valori precisi riguardo il singolo alimento, è necessario fare della misurazioni più accurate. Infatti, una delle critiche che viene spesso mossa nei confronti del modello a calorie, è il fatto che le misurazioni sono state fatte su una dieta e non sul singolo alimento, quindi con la complessità di interazioni tra nutrienti, e su un'alimentazione tipica delle persone americane del 20° secolo, quindi teoricamente poco riconducibile ai tempi moderni e in paesi con abitudini alimentari diverse da quelle americane.

Anche il calcolo del consumo calorico, utilizzato per la misurazione dell'energia fornita dagli alimenti, può essere soggetto a misurazioni errate, con errori che possono talvolta essere però trascurati.

Inoltre, la variabilità individuale è un altro fattore che influisce nell'errore del sistema Atwater, così come nei risultati di molti studi che utilizzano modelli sperimentali umani. 

Chi era Atwater, lo studioso del modello a calorie?

Wilbur Olin Atwater è stato un chimico originario degli Stati Uniti, che ha lavorato e studiato anche in Germania, dove ha collaborato con chimici e fisiologi importanti, fra cui Voit. Nasce nel 1844 e muore nel 1907, lasciando in eredità una serie di ricerche importanti, sopratutto nel campo della nutrizione. Fra queste vi è quella realizzata tra il 1879 e il 1882, in cui andava a studiare e definire la composizione chimica e il valore nutritivo della carne e del pesce.

Negli anni successivi, grazie alla collaborazione con Voit, fisiologo tedesco, lavora al metabolismo dei mammiferi, grazie ai quali ha acquisito conoscenze necessarie per i successivi studi che ha intrapreso, come quelli sulla chimica degli alimenti, analizzandone più di 2600, e la digeribilità dei cibi. 

Confrontando la dieta americana con quella europea, ha concluso poi che in generale le popolazioni mangiano in modo eccessivo, in particolare introducendo troppi zuccheri e grassi, e fanno poca attività fisica. Ha continuato invitando a fare studi sulle conseguenze che questi comportamenti possono avere sul metabolismo e sull'organismo in generale. 

Ma il maggior contributo scientifico di Atwater, rimane quello che riguarda il bilancio energetico, che ha dato vita al modello a calorie o sistema Atwater. Alla sua morte, egli aveva realizzato circa 500 esperimenti su questo argomento, dimostrando  che l'energia si conserva non solo nel mondo inanimato, ma anche tra gli esseri viventi. 

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