Subiecte

Pionierii cercetării nutriționale au determinat conținutul energetic al alimentelor și, de asemenea, au contribuit la răsturnarea concepțiilor greșite despre diferite boli care au afectat omenirea.

schimbare

Nutrigenomica - și restul științei moderne a nutriției - stau pe fundațiile puse la sfârșitul secolului al XVIII-lea.

Asta nu înseamnă că nimeni nu s-a interesat până atunci de modul în care funcționează mâncarea. Civilizațiile antice din Egipt, Grecia, Roma, Persia, China și India erau conștiente de o legătură între hrană și sănătate. „Toți aveau regulile lor alimentare, dintre care multe sunt valabile și astăzi”, spune Claus Leitzmann, nutriționist uman la Universitatea din Giessen din Germania. „Vechii egipteni foloseau usturoiul în mod medicinal”.

Unele dintre adevărurile noastre alimentare datează de milenii. Vechiul medic grec Hipocrate a recomandat ca alimentele să fie mestecate temeinic înainte de înghițire și consumate cu moderație pentru a menține o sănătate bună. În Evul Mediu, călugărița germană și misticul creștin Hildegard de Bingen „știau multe despre mâncare”, spune Leitzmann. „A făcut câteva recomandări foarte inteligente”, cum ar fi mâncarea gătită, mai degrabă decât alimentele crude.

Dar înainte de secolul al XVIII-lea nu existau prea puține investigații științifice asupra compoziției alimentelor sau asupra modului în care corpul le procesează. Cercetătorii vremii erau „dependenți de observația experimentală”, spune Leitzmann. Metoda lor era „hrăniți și urmăriți”. Chimistul francez Antoine Lavoisier, considerat tatăl chimiei moderne, a condus mai întâi cercetările care au condus la știința actuală a nutrigenomicii.

Hrana ca combustibil

Lavoisier a fost unul dintre primii oameni de știință care a proiectat echipamente de laborator pentru a testa ce se întâmplă cu alimentele după ce sunt înghițite. Înainte de munca sa, oamenii de știință știau că greutatea alimentelor ingerate depășea greutatea fecalelor excretate și a urinei. Ei au atribuit această pierdere transpirației. Dar Lavoisier credea că alimentele sunt combustibil și că organismul, la fel ca motoarele cu combustibil care se dezvoltă în acel moment, trebuie să expulzeze dioxidul de carbon ca produs al arderii. El a bănuit că dioxidul de carbon expirat a reprezentat această materie pierdută.

Pentru a-și testa teoria, la începutul anilor 1780, Lavoisier a inventat un nou tip de dispozitiv - calorimetrul de gheață. Acesta a fost compus dintr-o coajă exterioară ambalată cu gheață, pentru a menține o temperatură constantă de 0 ° C, învelind o cameră care adăpostește un cobai. Căldura corpului animalului a topit gheața. Cântărind apa care curge din calorimetru, Lavoisier a reușit să estimeze căldura metabolică și să o compare cu căldura produsă de o lumânare aprinsă sau cărbune aprins.

Teoria sa s-a dovedit corectă. Lavoisier a declarat: „schimbul de gaze respiratorii este o combustie ca cea a unei lumânări aprinse”.

În lumea actuală de numărare a caloriilor, acest lucru nu pare a fi o revelație. Dar la acea vreme a fost o descoperire. „A fost teoretic important să ne dăm seama că organismul avea nevoie de energie pentru a funcționa și că o funcție majoră a alimentelor este de a o furniza”, spune Elizabeth Neswald, istoric al științei la Universitatea Brock din Ontario, Canada. „A fost o bază pentru a determina de ce are nevoie cineva pentru a supraviețui; ce duce la creșterea în greutate, ce duce la scăderea în greutate, ce permite munca fizică și care este relația dintre mâncare și munca fizică. ”

Cercetările lui Lavoisier au subliniat, de asemenea, importanța compoziției alimentelor și a realizării faptului că fecalele, urina, transpirația și respirația sunt o parte esențială a ecuației.

„Oamenii de știință din domeniul nutriției timpurii și-au petrecut o mare parte din timp inspectând excrementele altor persoane”.

„Acești oameni de știință din domeniul nutriției timpurii și-au petrecut o mare parte din timp - sau din timpul asistenților lor - inspectând și analizând excrementele altor persoane”, spune Neswald. "În experimentele nutriționale, a fost vital să se evalueze diferențele dintre intrare și producție - alimentele care intră și toate produsele care ies."

Această metodă, cunoscută sub numele de „încercări de echilibru”, a fost inițiată în anii 1830 de chimistul francez Jean-Baptiste Boussingault. El a efectuat studii de echilibru pentru azot - un element constitutiv al proteinelor - prin compararea conținutului de azot din fân, ovăz și cartofi hrăniți la vaci și cai cu excrementele animalelor și, în cazul vacilor, cu lapte. El a arătat că hrana animalelor conținea suficient azot pentru a îndeplini cerințele corporale, punând capăt speculațiilor că azotul suplimentar a fost obținut din atmosferă.

Explorarea macronutrienților

Până la mijlocul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au aflat că elementele primare din alimente sunt carbonul, azotul, hidrogenul și oxigenul și au împărțit constituenții alimentari în patru tipuri principale: carbohidrați, grăsimi, proteine ​​și apă. Cu toate acestea, structura chimică a primelor trei clase nu era cunoscută.

Un chimist german, Justus von Liebig, a făcut următorul salt înainte. Precoce von Liebig (numit profesor la Universitatea din Giessen la vârsta de 21 de ani) a inventat „kaliapparat”, o piesă specială din sticlă pentru analiza carbonului din compușii organici.

Laboratorul lui Von Liebig, probabil primul laborator didactic, a atras oameni de știință din întreaga lume. El a ajutat la formarea unei generații de cercetători nutriționali a căror activitate va continua până la începutul secolului al XX-lea. În anii 1860, de exemplu, doi dintre protejații lui Liebig - fiziologul Carl von Voit și chimistul Max Joseph von Pettenkofer - au obținut finanțare de la guvernul bavarez pentru a construi o cameră de respirație de ultimă generație, suficient de mare pentru a ține o persoană. Camera ar putea măsura soldurile zilnice atât a carbonului, cât și a azotului și, prin urmare, a estima necesarul de proteine ​​umane.

Neswald remarcă faptul că majoritatea cercetărilor nutriționale din această perioadă nu s-au concentrat asupra sănătății indivizilor, ci mai degrabă pe găsirea celor mai ieftine și mai ușoare metode de a hrăni „populațiile instituționalizate și sărace” pentru a preveni revoltele alimentare. Von Voit, spune Neswald, a vizitat închisorile și casele de lucru „pentru a evalua ce au fost hrăniți oamenii și care este starea lor de sănătate, cu scopul de a oferi îndrumări dietetice”.

Conceptul de alimente ca combustibil, care conține componente dietetice importante, a fost rafinat în continuare în Statele Unite. Chimistul agricol Wilbur Olin Atwater petrecuse în laboratorul lui von Voit ca doctorat, revenind în Statele Unite în 1871 pentru a conduce știința nutriției. Atwater a petrecut cinci ani în anii 1890 construind un calorimetru de respirație mai mare decât al lui von Voit și capabil să țină oamenii mai mult de o zi. Măsurătorile sale au fost atât de precise încât echivalenții săi energetici pentru proteine, grăsimi și carbohidrați sunt folosiți și astăzi. Atwater a fost primul care a adoptat cuvântul „calorii” ca unitate energetică pentru alimente. (O calorie de energie alimentară este de fapt echivalentă cu 1000 de calorii de energie termică.)

Din ce în ce mai mici

Oamenii de știință au început curând să-și dea seama că, pe lângă furnizarea de energie și macronutrienți, alimentele au jucat și un rol mai subtil în sănătate și boală. Medicul japonez Takaki Kanehiro, care a studiat în anii 1870 la St Thomas's Hospital Medical School din Londra, a fost o excepție rară de la dominarea germană din secolul al XIX-lea al nutriției. „A fost prima persoană care a arătat că beriberi provin din malnutriție”, spune Katsuhiko Yokoi, nutriționist uman la Universitatea Seitoku din Japonia. Anterior, beriberi se credea că este o boală infecțioasă.

La începutul secolului al XX-lea, alți oameni de știință din întreaga lume au început să exploreze legăturile dintre deficiențele nutriționale și alte afecțiuni, inclusiv rahitismul și scorbutul. Incapabili să explice aceste afecțiuni în termeni de grăsimi, proteine ​​sau carbohidrați, unii oameni de știință au început să suspecteze existența unei alte clase de ingrediente alimentare.

Biimirul polonez Casimir Funk a fost cel care, în 1912, în timp ce studia beriberi, a izolat tiamina, nutrientul care protejează împotriva acestei boli. El a numit substanța „amină vitală”, care a devenit în curând „vitamină”.

Lupta împotriva scorbutului este un exemplu de rafinare ulterioară a unei asociații de boli legate de nutriție. La mijlocul secolului al XVIII-lea, medicul naval scoțian James Lind a constatat că scorbutul poate fi tratat sau prevenit prin consumul de citrice. Dar el a crezut incorect că aerul de mare este de vină pentru boală. Au urmat alte sugestii eronate: în 1846, de exemplu, toxicologul scoțian Robert Christison a emis ipoteza că scorbutul este cauzat de deficitul de proteine. Scorbutul a continuat să fie o problemă sporadică la începutul secolului al XX-lea. Abia în 1932 biochimistul american Charles Glen King a arătat că scorbutul este cauzat de o deficiență a vitaminei C nou descoperită.

Cercetările pe animale au condus la descoperiri suplimentare legate de vitamine și boli. Biochimistul american Elmer Werner McCollum a învățat germana pentru a putea citi lucrările cercetătorilor din domeniul nutriției din trecut, care l-au inspirat să experimenteze pe șobolani. La Universitatea din Wisconsin, unde a lucrat inițial McCollum, protocoalele de cercetare au stipulat utilizarea vacilor ca modele animale. Dar McCollum și-a convins superiorii să-l lase să încerce animale mai mici. El a cumpărat 12 șobolani albini de la un magazin de animale de companie și a înființat prima colonie de șobolani pentru experimentare nutrițională în Statele Unite. În 1913, studiile sale cu aceste șobolani l-au determinat să identifice prima vitamină solubilă în grăsimi, vitamina A, și mai târziu a arătat că vitamina D - și nu vitamina A, așa cum credeau unii -, care previne rahitismul.

Dovedirea legăturii dintre micronutrienți și boală nu a venit cu ușurință. Lucrătorul și epidemiologul serviciului de sănătate publică din SUA, Joseph Goldberger, a teoretizat că pelagra, o boală majoră care cauzează diaree, dermatită, demență și moarte, era legată de dietă și nu, așa cum opinia medicală dominantă susținea la acea vreme, era o boală infecțioasă. În 1916, pentru a-și demonstra punctul de vedere, Goldberger și asistentul său s-au supus unei serii de teste - s-au injectat reciproc sânge de la un bolnav de pelagra, au tamponat secrețiile nasului și gâtului unei persoane infectate cu pelagra și le-au frecat în propriile lor. . și a înghițit capsule care conțin cruste de erupții cutanate care suferă de pelagra. Și totuși, în ciuda unei astfel de expuneri brute, nu au dezvoltat pelagra. Cu toate acestea, Goldberger nu a putut găsi cauza legată de dietă. Au trecut încă două decenii până când biochimistul american Conrad Elvehjem a realizat că pelagra a fost cauzată de un deficit de niacină (vitamina B3).

Atât de mulți micronutrienți fuseseră descoperiți până în 1944 încât unii credeau că domeniul nutriției fusese complet definit, cu puțin altceva de descoperit. Dar, deși părțile constitutive ale alimentelor ar fi putut fi tachinate, impactul lor asupra corpului a început să fie apreciat.

De la Lavoisier, prin von Liebig, la oameni de știință de astăzi, cum ar fi Jose Ordovas (vezi Știința mare la masă, pagina S2), cercetarea nutrițională sa concentrat pe elemente din ce în ce mai mici. Pe măsură ce oamenii de știință au cercetat mai adânc mecanismele biochimice de absorbție și funcționare corporală - deblocând mistere pe măsură ce trec - au declanșat și noi întrebări, până când ajungem la „cum interacționează genele noastre cu alimentele pe care le consumăm?” Și aceasta este întrebarea la care încercăm să răspundem și astăzi.