Vol. VIII Giugno 2013 N 3 CONSIDERAZIONI BIOCHIMICHE SULL ACIDOSI E SULL UTILITÀ DI UTILIZZARE INTEGRATORI ALIMENTARI BASIFICANTI

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1 Vol. VIII Giugno 2013 N 3 CONSIDERAZIONI BIOCHIMICHE SULL ACIDOSI E SULL UTILITÀ DI UTILIZZARE INTEGRATORI ALIMENTARI BASIFICANTI Maurizio Ceccarelli & Coll. Recentemente si è molto parlato sui problemi dell acidificazione tessutale, sia in rapporto a possibili stati infiammatori locali (cellulite), sia in rapporto a diete proteiche. Su queste basi si è parlato, altrettanto lungamente, dell uso di integratori basificanti e di diete acidificanti. Pensiamo utile, quindi, un rispolvero delle nostre conoscenze biochimiche per evidenziare la correttezza di queste affermazioni. L acidità o la basicità di una soluzione viene espressa dal valore del ph. Nei nostri liquidi biologici il valore del ph è pressoché costante (7,4) e può variare in un range molto limitato, da 7,35 a 7,45. Questo perché, acidosi o alcalosi, inducono delle alterazioni biologiche incompatibili con la nostra vita cellulare. Una acidosi grave è una potenziale causa di necrosi cellulare come conseguenza di un attivazione degli enzimi lisosomiali e delle lipasi, di un alterazione dei gradienti ionici e di una inibizione delle reazioni enzimatiche. I principali meccanismi molecolari del danno da acidosi sono: 1) l aumento di radicali liberi conseguente alla liberazione di ferro dalle proteine deposito per effetto dell aumento di ioni idrogeno; 2) le alterazioni intracellulari conseguenti alla variazione dei segnali di trasduzione con cambiamenti nella espressività genica e nella sintesi proteica; 3) la frammentazione del DNA per attivazione delle endonucleasi; 4) l apoptosi cellulare. La contrattilità del muscolo cardiaco è sensibile a piccoli cambiamenti di ph extracellulare. La riduzione di contrattilità associata ad una acidosi è determinata dalla caduta del ph nel liquido intracellulare. La tensione generata da miofibrille isolate è ridotta a ph basso. Il meccanismo dominante per la riduzione della contrattilità del tessuto è l'inibizione competitiva del calcio da parte degli ioni idrogeno. Sulle fibre del Purkinje si ha un rallentamento del tasso di ripolarizzazione con un aumento della durata di ms. Questo è accompagnato da un riduzione del potenziale massimo diastolico di 2-8 mv. Diminuendo il potenziale di membrana a riposo, diminuisce la velocità massima di aumento del potenziale d azione (Vmax), e si rallentata la conduzione. Inoltre, l acidosi deprime i processi metabolici riducendo i flussi ionici con alterazione delle funzioni di membrana. Gli ACID-SENSING ION CHANNEL (ASIC) 1a sono dei canali capaci di condurre Ca2+ e quindi di aumentare la concentrazione del Ca citosolico. L aumento degli ioni calcio induce apoptosi.

2 Per tutto questo, abbiamo dei sistemi tampone che consentono la regolazione dell'equilibrio acido-base. I tamponi sono acidi o basi deboli in grado di ridurre al minimo le variazioni di ph prendendo o rilasciando H+. Il principale sistema tampone extracellulare è HCO3-/H2CO3; la sua funzione è illustrata dalla seguente reazione: H2O + CO2 H2CO3 H + + HCO3- Nei fluidi corporei, la concentrazione di ioni idrogeno [H +] è mantenuto entro limiti molto ristretti, con una concentrazione fisiologica normale di 40 meq/l. La concentrazione di HCO3-(24 meq/l) è volte quella della [H +]. Il mantenimento della [H +] a questa bassa concentrazione è fondamentale per le normali attività cellulari, perché H+ a concentrazioni più elevate può legarsi fortemente alle proteine, caricate negativamente, compresi gli enzimi, e compromettere la loro funzione. In condizioni normali, acidi e, in misura minore, basi vengono aggiunti costantemente al compartimento del liquido extracellulare, al fine di mantenere la fisiologica [H +] di 40 meq/l. L equilibrio di questo sistema è permesso da una regolare ventilazione alveolare, che controlla PaCO2 e dalla regolare escrezione renale di H +, che controlla il valore plasmatico di [HCO3-] Uno dei principali fattori che rende questo sistema molto efficace è la capacità di controllare PaCO2 con i cambiamenti nella ventilazione. Come si può notare nella reazione, l aumento della concentrazione di anidride carbonica (CO2) spinge la reazione verso destra, mentre una diminuzione della concentrazione di CO2 la spinge verso sinistra. Se aumentiamo gli acidi nei fluidi corporei avremo un consumo di HCO3- e la formazione di acido carbonico, l'acido carbonico, a sua volta, forma acqua e CO2. La concentrazione di CO2 è mantenuta in un intervallo ristretto tramite la funzione respiratoria, che elimina l'accumulo di CO2, mentre i reni rigenerano l HCO3- consumato durante questa reazione. Gli acidi sono aggiunti ogni giorno nei fluidi del nostro corpo. Abbiamo acidi volatili (ad esempio, carbonico) e non volatili (per esempio, solforico, fosforico). Il metabolismo dei carboidrati e dei grassi nella dieta produce circa mmol di CO2 al giorno, che viene escreta dai polmoni. In caso contrario, abbiamo un acidosi respiratoria. Il metabolismo delle proteine (contenenti zolfo aminoacidi e fosfato) determinano la formazione di acidi non volatili, H2SO4 e H3PO4. Questi acidi sono tamponati dal sistema HCO3-/H2CO3 come segue: H2SO4 + 2NaHCO3 Na2SO4 + 2H2CO3 2H2O + CO2 Il risultato finale è il tamponamento di un acido forte (H2SO4) con 2 molecole di HCO3- e la produzione di un acido debole (H2CO3), che minimizza le variazioni di ph. I polmoni espellono la CO2 prodotta, ed i reni, per evitare la progressiva perdita di HCO3- e la conseguente acidosi metabolica, integrano l HCO3- consumato scambiando H+ a livello de dotto collettore. Alcuni aminoacidi (glutammato, aspartato) portano alla formazione di citrato e lattato, che, a loro volta, consumano HCO3-. Il risultato finale, in una tipica dieta, è un carico giornaliero di acido di meq di H +. Per mantenere il ph normale, i reni devono svolgere due funzioni fisiologiche. La prima è quella di riassorbire tutto l HCO3- filtrato (la perdita di HCO3- è uguale alla aggiunta di una quantità equimolare di H+), una funzione principalmente del tubulo prossimale. La seconda è quella di espellere l'h+

3 accumulato nella giornata (alla perdita di H+ segue la perdita di una quantità equimolare di HCO3-), una funzione del dotto collettore. Con una concentrazione nel siero di 24 meq/l di HCO3-, l'ultrafiltrato glomerulare giornaliero (180 litri), in un soggetto sano, contiene 4300 meq di HCO3-, ognuno dei quali deve essere riassorbito. Circa l 80% dell HCO3- filtrato è riassorbito nel tubulo prossimale, ed il resto viene riassorbito nel tratto ascendente e nel dotto collettore midollare. In seguito alla filtrazione glomerulare, grandi quantità di bicarbonato si ritrovano nel liquido tubulare a livello del tubulo prossimale. A questo livello, come detto, viene riassorbito l'80% del bicarbonato filtrato dai glomeruli. Sulla membrana apicale delle cellule tubulari, infatti (a contatto con il liquido tubulare) sono presenti trasportatori che mediano lo scambio di uno ione sodio con uno ione idrogeno, così che per ogni ione sodio riassorbito nella cellula, uno ione idrogeno viene eliminato nel lume tubulare. Il sangue, e dunque l'interstizio, sono carichi di CO2 che entra liberamente nella cellula del tubulo, dove l'anidrasi carbonica la trasforma in H2CO3, che si scinde spontaneamente in HCO3- e H+. Gli ioni idrogeno provenienti dalla scissione dell'acido carbonico vengono eliminati nelle urine con il meccanismo descritto in precedenza, mentre il bicarbonato viene riassorbito a livello della membrana e passa nel sangue. Con meccanismi simili, anche l'ansa di Henle e il tubulo distale concorrono al riassorbimento del bicarbonato, contribuendo rispettivamente per il 15% e per il 5% al processo; tuttavia è importante sottolineare che nel tubulo distale (e nel dotto collettore) il riassorbimento del bicarbonato non è legato a quello del sodio, ma piuttosto a quello del potassio. Il riassorbimento del bicarbonato è regolato da diversi fattori: in particolare l'acidosi sistemica, l'ipovolemia, l'ipokaliemia e l'angiotensina II aumentano il riassorbimento dello ione; al contrario, questo processo è inibito dal paratormone. L'aldosterone agisce invece aumentando la secrezione di ioni idrogeno nel dotto collettore. La quantità di ioni idrogeno da eliminare per via renale mantenendo un ph urinario di 5,0 (pari ad una concentrazione di H+ di 10 meq/l), richiederebbe escrezione ,000 litri di urina di una giornata. Il ph urinario non viene abbassato sotto il valore di 5.0 per non incrementare il divario tra il ph intracellulare (7.5) ed il ph luminare (5). Perciò, più del 99,9% del carico di H+ viene escreto tramite la base debole NH3 od il fosfato. Il fosfato, Na + + NaHPO - 4 (escreto dal rene), che, sommato all H + (escreto dal rene) e all HCO - 3, forma H 2 PO 4 (escreto nelle urine) + Na + HCO - 3 (riassorbito dal rene), proviene esclusivamente dagli alimenti e la regolazione della sua escrezione, dipende anche dal metabolismo del calcio (bilancio calcio/fosforo). Un acidosi di lunga durata, induce una regolazione ormonale del calcio e dei fosfati, portando alla alterazione del metabolismo del calcio e del fosforo e alla osteodistrofia uremica. Un altro importante sistema tampone per H+ è l ammoniaca (NH3), attraverso la seguente reazione: NH3 + H + NH4+ I reni sono capaci di metabolizzare l'aminoacido glutammina nelle cellule del tubulo prossimale; per ogni molecola di glutammina, vengono prodotte due molecole di ammonio (NH + 4 ). Lo ione ammonio fuoriesce dalla cellula passando nel liquido tubulare, dove si trova in equilibrio chimico con l'ammoniaca NH3; a seconda del ph del liquido prevarrà l'una o l'altra forma. Se il ph è molto basso, prevarrà lo ione ammonio, che viene eliminato con le urine; per valori di ph maggiori, invece, si formerà ammoniaca, che diffonde liberamente attraverso le membrane e viene riassorbita.

4 L'aumento della secrezione di H+ nel dotto collettore sposta l'equazione verso destra e diminuisce la concentrazione di NH3, facilitando la continua diffusione di nuova NH3 e permettendo di eliminare più H+. I reni possono regolare la quantità di NH3 sintetizzato sulla base della domanda, rendendo questo un potente sistema di tamponamento dell H + secreto nelle urine. Descritti i meccanismi di compensazione che il nostro corpo attua per impedire le variazioni del ph fisiologico, torniamo al problema iniziale. Diete ricche in proteine possono indurre acidosi? L uso di integratori basificanti è utile? Quali problemi possiamo avere nell uso prolungato di diete proteiche? Un eventuale acidosi tessutale localizzata (cellulite) può essere corretta con la dieta? Abbiamo detto che in una tipica dieta abbiamo un carico giornaliero di acido di meq di H+. Anche se triplicassimo questo carico con un alimentazione di sole proteine, il nostro contenuto in bicarbonati ( volte la concentrazione di ioni idrogeno) compenserà facilmente l eccesso. Gli alimenti, in base al valore del ph, sono distinti in acidi, acidificanti e alcalini. Pomodori e agrumi sono alimenti acidi che non sono acidificanti, se non sono cotti e se sono consumati lontano dai carboidrati. Gli alimenti acidi vengono metabolizzati fino a produrre basi (acido ascorbico), oppure fino a una rapida eliminazione (acido citrico, volatile e subito ossidato in CO2). Invece, alcuni frutti come susine, prugne e mirtilli, pur dal sapore dolce, sono acidificanti, perché contengono acidi organici, che non sono metabolizzati e passano immodificati nelle urine. Il PRAL (Potenzial Renal Acid Load) misura il carico renale acidificante potenziale di un cibo, valutando il contenuto (proteine, fosforo, magnesio e calcio) e la capacità di assorbimento intestinale dei singoli elementi (a prescindere dall'individuo). Si misura in meq/100 mg di alimento. L'aumento del PRAL è correlato al ph delle urine, rapporto proteine/potassio, colesterolo totale e DHL, valori di pressione sistolica e diastolica. Il PRAL dei cibi viene spesso calcolato secondo la specifica di Remer e Manz, con riferimento all'acidità determinata nelle urine. In generale, il PH residuale dei prodotti finali del metabolismo di un cibo, è diverso dal PH che quel cibo ha prima di essere mangiato. Tutto ciò ci porta al risultato che, un particolare tipo di alimentazione (proteica ad esempio) induce un acidificazione, non dei tessuti, ma delle urine. Cioè il problema, con normale funzione renale e polmonare, non è la variazione di ph dei tessuti e del sangue, ma quella del ph urinario. Questo è solo un indice di possibile calcolosi urinaria e di una possibile perdita di calcio osseo. In caso di risposta infiammatoria locale in un tessuto (cellulite?), la variazione di ph è relativa solo al distretto interessato e, quindi non soggetta a regolazione sistemica. In questo caso il nostro intervento deve essere locale ed orientato alla eliminazione della causa che induce infiammazione. Concludendo, diete basificanti e/o integratori basificanti hanno solo funzione sul ph urinario e sulla prevenzione di una possibile formazione di calcoli per eccessiva secrezione di calcio e sul depauperamento di questo minerale nelle ossa.

5 Bibliografia Baia Lda C, Baxmann AC, Moreira SR, Holmes RP, Heilberg IP. Noncitrus alkaline fruit: a dietary alternative for the treatment of hypocitraturic stone formers. J Endourol Sep;26(9): Duhon B, Attridge RL, Franco-Martinez AC, Maxwell PR, Hughes DW. Intravenous Sodium Bicarbonate Therapy in Severely Acidotic Diabetic Ketoacidosis (July/August). Ann Pharmacother Jun 4. Fahal IH. Uraemic sarcopenia: aetiology and implications. Nephrol Dial Transplant Apr 25 Lee JH, Kim MS, Na S, Koh SO, Sim J, Choi YS. Evaluation of acid-base status in brain dead donors and the impact of metabolic acidosis on organ retrieval. Minerva Anestesiol May 6. Trinchieri A. Diet and renal stone formation. Minerva Med Feb;104(1): Windsor R, Petchey W. Metabolic alkalosis in a patient with dyspnoea. BMJ May 2;346:f2710.