Il Laboratorio Carnegie di Nutrizione: dove è nata la scienza del digiuno

Quando si parla di digiuno intermittente oggi, si citano ricercatori contemporanei — Valter Longo, Mark Mattson, Yoshinori Ohsumi. Ma il lavoro scientifico fondamentale che ha stabilito cosa accade realmente nel corpo umano durante un digiuno prolungato risale a oltre un secolo fa, all'interno di un laboratorio appositamente costruito a Boston, finanziato da una delle più grandi istituzioni filantropiche della storia: la Carnegie Institution of Washington.

Capire il Laboratorio Carnegie di Nutrizione — la sua missione, i suoi metodi e lo studio che lo ha reso celebre — è un contesto imprescindibile per chiunque voglia comprendere le origini della scienza del digiuno.

La Carnegie Institution e lo studio della nutrizione

Agli inizi del Novecento, la Carnegie Institution of Washington convogliava risorse verso le domande scientifiche più urgenti dell'epoca. La nutrizione era una di esse. Lo studio di come il corpo umano utilizza il cibo — e di cosa succede quando il cibo viene sottratto — era considerato non soltanto di rilevanza medica, ma di importanza sociale fondamentale. La povertà, le malattie e la malnutrizione erano emergenze di salute pubblica nell'America in via di industrializzazione, e comprendere i fabbisogni metabolici dell'organismo era un prerequisito per affrontarle.

Francis Gano Benedict fu nominato direttore del Laboratorio Carnegie di Nutrizione a Boston, Massachusetts. Era uno scienziato meticoloso, tecnicamente rigoroso — il tipo di ricercatore capace di costruire i propri strumenti quando quelli esistenti non erano sufficientemente precisi. Il suo laboratorio divenne una delle strutture di ricerca metabolica più sofisticate al mondo.

Il calorimetro a respirazione: il cuore del laboratorio

Lo strumento distintivo del Laboratorio Carnegie di Nutrizione era il calorimetro a respirazione — un dispositivo che Benedict progettò e costruì per misurare la produzione di calore del corpo umano con straordinaria accuratezza. Una persona entrava nel calorimetro e vi trascorreva la notte (o periodi più lunghi) mentre il dispositivo rilevava il calore prodotto, l'ossigeno consumato e l'anidride carbonica espirata.

Questa misurazione diretta del calore — chiamata calorimetria — fornì a Benedict qualcosa che nessun ricercatore prima di lui aveva mai ottenuto con tale precisione: una misura continua, in tempo reale, del dispendio energetico dell'organismo durante il digiuno. Poteva rispondere, con certezza scientifica, alla domanda: come cambia esattamente il consumo energetico del corpo quando non riceve cibo?

Il calorimetro era abbinato a un apparato respiratorio separato per le misurazioni diurne degli scambi gassosi — ossigeno consumato e anidride carbonica prodotta — che permetteva il calcolo del quoziente respiratorio. Questo rapporto rivela quale carburante il corpo sta bruciando: i carboidrati producono un quoziente respiratorio vicino a 1,0; i grassi producono un quoziente vicino a 0,70. Durante il digiuno di 31 giorni studiato nel 1915, Benedict osservò il quoziente respiratorio scendere da circa 1,0 nei primi giorni a meno di 0,72 nelle settimane centrali e finali — prova diretta e oggettiva del passaggio del corpo dai carboidrati ai grassi come carburante primario.

L'esperimento del 1912: un digiuno completo di 31 giorni

Il culmine del primo lavoro di Benedict sul digiuno fu un esperimento controllato condotto tra aprile e maggio 1912 su un soggetto maltese di nome Agostino Levanzin, pubblicato nel 1915 con il titolo A Study of Prolonged Fasting — Carnegie Institution of Washington, Publication No. 203.

Levanzin aveva 40 anni all'inizio del digiuno. Aveva già esperienza in questo campo — incluso un digiuno di 37 giorni condotto autonomamente a Malta — e nell'anno precedente all'esperimento aveva consumato un solo pasto al giorno. Era in buona salute fisica e psichicamente capace. Arrivò al laboratorio il 10 aprile 1912, sottoponendosi a tre giorni di misurazioni di riferimento, per poi iniziare un digiuno completo il 14 aprile, assumendo esclusivamente acqua distillata per 31 giorni consecutivi.

La scelta dell'acqua distillata era deliberata. Qualsiasi contenuto minerale nell'acqua del rubinetto avrebbe influenzato l'analisi delle urine, uno dei componenti più critici dello studio. Controllando con precisione l'assunzione di acqua — a partire da 750 millilitri al giorno, poi adeguata su indicazione medica con il progredire del digiuno — Benedict poté tracciare con certezza ciò che il corpo stava eliminando e il significato di quei dati per la chimica interna dell'organismo.

Cosa veniva misurato e perché

L'ampiezza scientifica dello studio Carnegie era straordinaria per l'epoca. Ogni giorno durante il digiuno di 31 giorni, Levanzin era sottoposto a:

Le principali scoperte scientifiche dello studio Carnegie

La pubblicazione del 1915 di Benedict fornì diverse scoperte che si collegano direttamente alla scienza moderna del digiuno intermittente:

Tempistica dell'esaurimento del glicogeno. La combustione dei carboidrati raggiunse il picco di 68,8 grammi il primo giorno del digiuno e scese ad approximately 4 grammi al giorno tra il 10° e il 13° giorno. Dopo il 13° giorno, la combustione dei carboidrati era praticamente cessata — il corpo aveva completamente esaurito le riserve di glicogeno. Le stime moderne per l'esaurimento del glicogeno nelle persone comuni sono più brevi (12–48 ore), ma Levanzin consumava un solo pasto al giorno da un anno, il che gli conferiva una flessibilità metabolica di base insolita (Cahill, G.F., 2006, Annual Review of Nutrition).

Adattamento metabolico. La produzione totale di calore scese da circa 836 calorie il 3° giorno a un minimo di circa 625 calorie nella notte del 21° giorno — una riduzione di circa il 25% del metabolismo basale. Questo rispecchia ciò che la ricerca moderna descrive come adattamento metabolico durante la restrizione calorica (Leibel et al., 1995, New England Journal of Medicine).

Risparmio proteico. L'escrezione di azoto — misura del catabolismo proteico — raggiunse il picco al 4° giorno per poi diminuire progressivamente, raggiungendo i valori più bassi negli ultimi giorni del digiuno. Questo dimostrò che il corpo riduce drasticamente il ricorso alle proteine come carburante una volta instaurato il catabolismo dei grassi, un processo oggi compreso attraverso gli effetti di risparmio proteico della chetosi (Longo & Mattson, 2014, Cell Metabolism).

Chetosi nutrizionale. L'acido beta-idrossibutirrico e i corpi acetonici furono rilevati sistematicamente nelle urine per tutta la durata del digiuno — una delle prime documentazioni scientifiche controllate della chetosi nutrizionale nel digiuno umano. L'acidosi era moderata e i sistemi tampone dell'organismo compensarono per tutto il periodo, senza pericolosi squilibri acido-base.

Adattamento cardiovascolare. La frequenza cardiaca scese dai valori elevati delle prime fasi del digiuno fino a 73 battiti per minuto al 23° giorno. Anche la pressione arteriosa si ridusse. Questi risultati sono coerenti con ciò che la moderna ricerca sul digiuno terapeutico descrive come riduzioni benefiche del carico cardiaco (Wilhelmi de Toledo et al., 2019, Nutrients).

Resilienza cognitiva. Nonostante 31 giorni senza cibo, Levanzin non mostrò alcun crollo cognitivo grave. Le sue risposte alle associazioni verbali rimasero coerenti e sofisticate per tutta la durata del protocollo di digiuno. Al 29° giorno scrisse dettagliate note autobiografiche di più pagine — una dimostrazione della conservazione delle funzioni cognitive di alto livello quasi alla fine di un mese completo di digiuno. Le sue prestazioni mentali variarono di giorno in giorno, e l'atteggiamento mentale fu identificato come la singola variabile più significativa nei risultati dei test cognitivi (Mattson et al., 2018, ).

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