L Impiego delle Acque Minerali nella Dietoterapia degli Stati Fisiologici e Patologici

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1 Giornate Reggiane di Dietetica e Nutrizione Clinica 1 a Edizione L Impiego delle Acque Minerali nella Dietoterapia degli Stati Fisiologici e Patologici Reggio Emilia, 28 Settembre 2007 A cura di William Giglioli - Salvatore Vaccaro

2 Giornate Reggiane di Dietetica e Nutrizione Clinica 1 a Edizione L Impiego delle Acque Minerali nella Dietoterapia degli Stati Fisiologici e Patologici Reggio Emilia, 28 Settembre 2007 A cura di William Giglioli - Salvatore Vaccaro

3 INDICE INTRODUZIONE Pag. 03 PARTE 1 - ACQUA ED ORGANISMO UMANO Pag. 04 Proprietà Chimico-Fisiche dell Acqua Pag. 05 Roberto Messori L Importanza Biologica dell Acqua Pag. 14 Emanuela Casini Fabbisogni Idrici nelle Varie Fasce d Età e Stati Fisiologici Pag. 23 Massimo Vincenzi PARTE 2 - LE ACQUE MINERALI Pag. 29 Acque Destinate al Consumo Umano Pag. 30 Maurizio Rosi Classificazione delle Acque Minerali Pag. 35 Salvatore Vaccaro Il Percorso delle Acque Minerali dalla Sorgente alla Tavola Pag. 44 Salvatore Vaccaro L Etichetta delle Acque Minerali Pag. 50 Antonia Maria Morini PARTE 3 - ACQUE MINERALI: INDICAZIONI E CONTROINDICAZIONI NELLA DIETOTERAPIA DEGLI STATI FISIOLOGICI E PATOLOGICI Pag. 62 L Acqua in Età Pediatrica ed Adolescenziale Pag. 63 Sergio Amarri, Anna Lasagni, Roberto Verri L Acqua in Gravidanza e nell Allattamento Pag. 70 Giovanni Battista La Sala L Acqua nello Sportivo Pag. 71 Nino Carlo Battistini L Acqua negli Stati Patologici Pag. 74 Barbara Paolini Fegato ed Acque Pag. 83 Giovanni Fornaciari Apparato Gastrointestinale ed Acque Pag. 85 Angela Mazzocchi

4 PARTE 4 - ABSTRACTS Pag. 88 Indagine sull intake idrico medio/die in pazienti ospedalizzati Pag. 89 Salvatore Vaccaro Valutazione della distribuzione dei fluidi corporei in soggetti con eccesso ponderale tramite l Analisi Bioimpedenziometrica Pag. 90 Salvatore Vaccaro PARTE 5 - ACQUE MINERALI E MERCATO ITALIANO Pag. 91 Le principali acque minerali presenti sul mercato italiano Pag. 92 Salvatore Vaccaro

5 Liscia, gassata, frizzante, effervescente naturale, piatta, leggermente gassata, oligominerale, purificata. Ci si può davvero perdere in un oceano d acqua. Cosa ci ha indotti ad affrontare questo tema? Gli italiani sono i maggiori produttori e bevitori mondiali d acqua minerale con un consumo di oltre 180 litri pro capite. Più del 50 per cento dei nostri connazionali beve acqua minerale in bottiglia, probabilmente perché la ritiene più sicura e piacevole. Le acque minerali ed il loro consumo possono presentare numerosi aspetti poco conosciuti e non del tutto definiti Molti ritengono che l'acqua minerale sia migliore e più garantita dell'acqua dell'acquedotto tanto da tutelare meglio la propria salute e quella della propria famiglia. L acqua minerale una volta imbottigliata, distribuita e pubblicizzata può arrivare però a costare dalle 500 alle 1000 volte in più rispetto all'acqua del rubinetto. Vale la pena spendere tanti soldi per acquistarla? L acqua minerale è di qualità superiore all acqua del rubinetto? La pubblicità fatta dalle aziende produttrici dell acqua minerale può creare false aspettative nei consumatori? Le etichette delle bottiglie sono sufficientemente chiare nel presentare un tipo di acqua rispetto ad un altra? E allora è possibile con l aiuto di esperti verificare se questo elemento-alimento, indispensabile alla nostra vita, possa essere consumato tramite una scelta responsabile? Accostare ad un determinato cibo un tipo di acqua minerale può essere un modo per migliorare la digestione ed arricchire la nostra gastronomia? Esistono acque minerali utili alla cura di patologie epatiche e gastroenterologiche? La legislazione vigente tutela i consumatori verso acque minerali non idonee? Quanta acqua è necessaria al nostro organismo nelle varie età della vita? Ecco perché abbiamo scelto questo tema, davvero appassionante, con la speranza che ai tanti quesiti posti venga data una risposta dissipando dubbi e confermando, se esistono, certezze. Dr. William Giglioli Responsabile U.O. Lungodegenza Post-Acuta Riabilitazione Estensiva - Cure Palliative Responsabile Team Nutrizionale Aziendale A.O. Arcispedale Santa Maria Nuova

6 Parte 1 Acqua ed Organismo Umano

7 PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE DELL ACQUA Roberto Messori ARPA Emilia Romagna - Sezione di Reggio Emilia Il convegno che si apre oggi pone al suo centro l acqua. Mai come ora, forse, il problema acqua è sentito, discusso ed è fonte di preoccupazione a livello mondiale. Come sappiamo non è possibile concepire una qualsiasi forma di vita, almeno sul nostro pianeta, a prescindere dall acqua. Tutti quanti siamo a conoscenza che la risorsa acqua, e soprattutto l acqua potabile, non può essere considerato un bene infinito: è un bene prezioso, strategico che va tutelato, innanzitutto pensando alle generazioni future. Ma veniamo all argomento del mio intervento: le qualità chimico-fisiche dell acqua. Dal punto di vista chimico l acqua è definita come l ossido di idrogeno, la sua molecola è da noi tutti conosciuta e la vita su questo pianeta (almeno per come la conosciamo) non si sarebbe mai sviluppata se l'acqua non avesse alcune proprietà chimicofisiche molto singolari che la fanno essere davvero una molecola straordinaria. Facciamo qualche esempio. L acqua allo stato liquido ha densità maggiore dell acqua allo stato solido; se così non fosse i ghiacci galleggianti affonderebbero, e si adagerebbero sui fondali marini. Altra proprietà particolarissima dell acqua è quella che, nonostante il suo basso peso molecolare, presenta punti di fusione e di ebollizione relativamente molto elevati, e possiede un alta capacità termica che permette all acqua di non risentire eccessivamente degli sbalzi di temperatura esterni. Questo fatto è di estrema importanza sia dal punto di vista ambientale (per la capacità di mari, laghi, oceani di mitigare il clima) che dal punto di vista fisiologico (il nostro corpo è formato in gran parte d acqua e la costanza della temperatura è, per le cellule, di capitale rilevanza). Molte delle proprietà dell acqua sono dovute e spiegate dalla sua forma e dalla sua struttura elettronica. La teoria del legame chimico aiuta a spiegarle.

8 Molte di queste proprietà e altre ancora risiedono nella particolare natura del legame fra l atomo di ossigeno e i due atomi di idrogeno, nella loro geometria e nella differenza di elettronegatività fra questi due elementi. Proprio a causa di questa differenza la molecola d acqua può interagire con altre molecole polari o forme ioniche (vedi il fenomeno della solvatazione), mentre le molecole apolari tenderanno a rifuggire l acqua (e per questo si usa per le specie apolari il termine idrofobico, cioè che teme l acqua ). In virtù della polarità delle molecole d acqua, poi, queste si possono legare fra di loro per mezzo dei cosiddetti legami idrogeno, in cui l ossigeno di una molecola si coordina all idrogeno di un altra con una direzionalità ben precisa. Proprio questo specialissimo legame spiega molte delle proprietà dell acqua prima enunciate. Quando però si parla di proprietà chimico-fisiche delle acque destinate al consumo umano (sia quelle di rubinetto che quelle minerali naturali in bottiglia ) ci si riferisce, solitamente, alle caratteristiche di soluzioni acquose contenenti diversi sali.

9 Principali parametri di composizione delle acque destinate al consumo umano e delle minerali Conducibilità elettrica In una soluzione, gli ioni presenti consentono il passaggio della corrente elettrica. Poiché la conducibilità elettrica aumenta in modo proporzionale alla concentrazione delle sostanze disciolte, la conducibilità elettrica è un parametro utile per ottenere una misura, seppur approssimativa, del contenuto salino di un acqua. La conducibilità elettrica è molto influenzata dalla temperatura e generalmente viene riportata la conducibilità elettrica specifica a 20 C con unità di misura in µs/cm. L acqua molto pura (cioè con un bassissimo contenuto di ioni in essa disciolti) ha una conducibilità elettrica molto bassa, mentre le acque sotterranee comunemente utilizzate per il consumo umano presentano valori di conducibilità elettrica specifica che comunemente va dai 100 ai 1000 µs/cm. ph Nell'acqua allo stato liquido una parte delle molecole si dissocia spontaneamente in ioni H + e ioni OH. Alla temperatura standard di 25 C la concentrazione di ioni H + è pari a 1,0 x 10-7 eq/l. Anziché esprimere la concentrazione degli ioni H + in questa forma, si utilizza il logaritmo decimale negativo (o cologaritmo) detto ph. Più esattamente il ph è però definito come il logaritmo negativo dell attività dello ione H +. ph = -log 10 a H+ Il ph di un acqua distillata. in assenza di anidride carbonica disciolta è 7,00 a 25 C. Questo valore di ph definisce la condizione di neutralità: ph inferiori a 7 indicano condizioni di acidità, superiori di basicità. Il ph delle acque sotterranee, con basso contenuto di anidride carbonica disciolta, è generalmente compreso tra 6,5 e 8,0. Le acque con bassa mineralizzazione, alimentate dalla fusione delle nevi o dalla pioggia, presentano generalmente un ph intorno a 5,5-6,5; nelle normali acque fluviali o di sorgente, di tipologia prevalentemente bicarbonato-calcica, il ph va da 7,0 a 8,0. Variazioni anche minime del ph hanno un ruolo importante nel modificare la solubilità di certe sostanze. La solubilità del calcare, ad esempio, è molto influenzata dal valore di questo parametro. Potenziale redox (ORP) La misura del potenziale redox, ovvero della capacità della soluzione di risultare donatore o accettore di elettroni (quindi riducente o ossidante) risulta molto utile per comprendere le dinamiche che avvengono all interno delle acque sotterranee. La stabilità e la solubilità di molte specie ioniche presenti in un acqua dipende fortemente dalle condizioni redox: ne sono un esempio, come si dirà più avanti, la presenza nelle acque di ferro, manganese e ammonio. È un parametro da valutare esclusivamente al momento del prelievo ma non è richiesto dalle normative di controllo delle acque.

10 Residuo fisso Il contenuto in sali di un'acqua può essere misurato attraverso il residuo fisso. Il residuo fisso o residuo totale a 180 C, corrisponde alla parte solida che rimane dopo aver evaporato ed essiccato alla temperatura di 180 C, una quantità nota di acqua, in genere 1 litro. Esso esprime la quantità totale di sali contenuti. Nelle acque destinate al consumo umano e in quelle minerali naturali il residuo fisso presenta valori che vanno dalle oligominerali (con residuo fisso minore di 500 mg/l), ad acque a media mineralizzazione (spesso comunque non superiori o di poco superiori ai 1000 mg/l). Forme di azoto nelle acque L azoto come gas può essere presente nelle acque sotterranee in fase di gas disciolto, ma molto più importanti sono le forme dell azoto presenti in composti a differenti stati di ossidazione. Ammonio L'ammoniaca deriva solitamente da sostanze proteiche non completamente degradate, principalmente dall azoto degli amminoacidi che per deamminazione passa a NH 3 secondo la sequenza: proteine amminoacidi urea azoto ammoniacale Nelle acque destinate al consumo umano e in quelle minerali naturali l ammoniaca è generalmente assente. Fanno eccezione le acque provenienti da acquiferi torbosi dove, in presenza di potenziale redox decisamente negativo, la concentrazione di ammonio può raggiungere valori di alcuni milligrammi al litro: nelle acque provenienti dai pozzi della bassa padana, ad esempio, è usuale riscontrare concentrazioni di ammonio fino anche a 5 mg/l. Nitrito e nitrato Queste forme di azoto, quando presenti, sono spesso in bassa concentrazione. Valori elevati sono indici di una risorsa compromessa da inquinamenti. Lo ione nitrato raggiunge le acque sotterranee principalmente come sostanza disciolta nelle acque piovane di infiltrazione, ma i valori di nitrato in acque a basso impatto antropico raramente superano i 4-5 mg/l. Per questo parametro il D.Lgs 31/2001 (relativo alle acque destinate al consumo umano) pone un limite di 50 mg/l, mentre la normativa vigente per le acque minerali naturali fissa a 45 mg/l il limite e addirittura a 10 mg/l per le acque destinate alla prima infanzia: il motivo di queste limitazioni è dovuto alla possibilità che il nitrato, nello stomaco (soprattutto dei lattanti), possa trasformarsi in nitrito e quindi, reagendo con alcune ammine introdotte col cibo, formare le nitrosammine, sostanze che, secondo la letteratura scientifica, nelle cavie sono risultate epatotossiche e cancerogene. A questo proposito c è da ricordare che nitrato e nitrito entrano spesso nella nostra dieta anche come conservanti nei salumi (nitrato e nitrito di sodio: E251 e E250). Lo ione nitrito è generalmente assente nelle acque destinate al consumo umano e/o minerali.

11 Fluoruro Nelle acque sotterranee, quando sono assenti particolari situazioni geochimiche, il contenuto di ione fluoruro è molto basso da < 0,05 a 0,20 mg/l. Il fluoruro ha una duplice veste: esso è un elemento necessario all organismo umano (l apporto alimentare di fluoro a basse dosi può avere un azione benefica sulla dentizione), ma potrebbe determinare fluorosi, in particolare nella popolazione più sensibile come lattanti e bambini in tenera età. Pertanto il recente D.M. 11 settembre 2003 sulle acque minerali prevede all art. 1 che «le acque minerali naturali, la cui concentrazione di fluoro è superiore a 1,5 mg/l, devono riportare la seguente indicazione in etichetta: Contiene più di 1,5 mg/l di fluoro: non ne è opportuno il consumo regolare da parte dei lattanti e dei bambini di età inferiore a sette anni». Cloruro Lo ione cloruro è presente nelle acque sotterranee in concentrazioni molto variabili in funzione della litologia degli acquiferi. In acque che circolano nelle arenarie uarzosofelspatiche, rocce molto comuni in aree appenniniche, o in aree carsiche, i cloruri si trovano in concentrazioni fra 5 e 20 mg/l. Questi derivano in gran parte dagli apporti della pioggia. Nelle acque delle piane alluvionali, il cloruro è quasi sempre in concentrazioni superiori, specialmente in zone costiere dove le falde di acqua dolce possono venire in contatto con quelle marine. Quasi sempre l estrazione eccessiva di acque dal sottosuolo determina risalita del cuneo salino dal mare con grave compromissione della risorsa. Nelle zone aride, le acque sotterranee profonde sono spesso ricche in cloruro per l assenza di diluizione da parte delle acque piovane di infiltrazione e per i tempi lunghi di contatto con le rocce dell acquifero che ne favoriscono l arricchimento. Solfato Lo ione solfato è presente in tutte le acque fluviali, lacustri e sotterranee; in acque sotterranee si possono riscontare concentrazioni da pochi mg/l fino, in alcuni casi, a oltre 1000 mg/l; le concentrazioni più elevate si riscontrano nelle acque che vengono in contatto con sedimenti evaporitici a gesso (CaSO4.2H2O) o anidrite (CaSO4). Carbonato e bicarbonato L anidride carbonica, disciolta nell acqua piovana di infiltrazione o generata per fenomeni di metamorfismo delle rocce si scioglie in acqua con formazione di acido carbonico, un acido debole con costante di dissociazione di 4,2x10 7. La presenza di carbonati e bicarbonati (o idrogenocarbonati) nelle acque dipende quindi dalla CO2 presente e dalle reazione di equilibrio di questa in funzione del ph. La distribuzione delle varie specie CO2 acquosa (acido carbonico), HCO3 - e CO3-2 in funzione del ph è riportata nella figura 1.

12 In molte acque sotterranee con ph intorno a 7,5 è presente prevalentemente la forma HCO3 - (bicarbonato) che quindi contribuisce totalmente all alcalinità dell acqua. Per questo motivo i carbonati risultano assenti o hanno concentrazioni normalmente molto basse mentre i bicarbonati possono raggiunge valori anche superiori a 500 mg/l. Calcio Il calcio è un elemento molto abbondante ed è presente in molti minerali costituenti la crosta terrestre; molte rocce contengono calcio in elevata percentuale. Concentrazioni elevate (rispetto al totale dei cationi) indicano generalmente la provenienza da rocce carbonatiche. Tuttavia, le acque che circolano nei sistemi carbonatici di tipo carsico, con rocce costituite da calcari e dolomie, sono generalmente a basso contenuto di calcio e magnesio per l elevata velocità di attraversamento che non dà luogo a significativi fenomeni di solubilizzazione. La dissoluzione dei calcari avviene per opera dell acqua ricca di anidride carbonica. Nelle acque sotterranee le concentrazioni di calcio che comunemente si riscontrano sono comprese fra 10 e 200 mg/l. L importanza del calcio nella nutrizione è da tutti riconosciuta (per le ossa, i denti, i muscoli, i nervi). Magnesio Anche il magnesio è un elemento diffuso in molti minerali della litosfera. Concentrazioni elevate si riscontrano nelle acque che hanno un lungo tempo di residenza in acquiferi costituiti da sabbie e ghiaie contenenti dolomia (carbonato doppio di calcio e magnesio) o ofioliti (rocce vulcaniche formatesi in ambiente marino profondo e ricche in silicio, alluminio, ferro, magnesio). In questi casi si raggiungono valori fino a 100 mg/l. L importanza del magnesio nella nutrizione è da molti riconosciuta, fra l altro, per la prevenzione delle malattie cardiovascolari.

13 Durezza La durezza è connessa alla presenza dei due ioni alcalino-terrosi ed è definita come la somma del contenuto dei sali di calcio e di magnesio espressi come CaCO3. In origine il concetto di durezza esprimeva la maggiore o minore capacità di un acqua di produrre schiuma insieme al sapone. La presenza di calcio e magnesio inibisce infatti la formazione di schiuma e limita il potere lavante dell acqua. La durezza è un parametro frequentemente tenuto sotto controllo, in particolare per l utilizzo domestico dell acqua dove, nei circuiti dell acqua calda, acque con durezza relativamente elevata possono dare luogo alla deposizione di carbonati di calcio e magnesio. In relazione alla durezza nelle acque si adottano principalmente le seguenti definizioni: durezza totale: concentrazione totale di sali di calcio e magnesio espressa come carbonato di calcio (è il parametro richiesto dalle normative su acque potabili e minerali). durezza permanente: concentrazione di sali di calcio e magnesio espressa come carbonato di calcio, misurata dopo ebollizione dell acqua. La durezza permanente è il contenuto di calcio e magnesio dovuto alla presenza di solfati o cloruri e, talora, nitrati, che persiste dopo aver fatto precipitare i carbonati e i bicarbonato per ebollizione. durezza temporanea: differenza fra la durezza totale e quella permanente. Essa rappresenta la concentrazione dei bicarbonati alcalino-terrosi ed è espressa come carbonato di calcio. La durezza totale è un parametro molto usato in idrogeologia e viene comunemente espressa in gradi francesi; 1 grado francese corrisponde a 10 mg/l di CaCO3, oppure a 8,7 mg/l di MgCO3. Vi sono scale di classificazione della durezza delle acque che non sempre sono in accordo; fra queste quella più comunemente usata è la seguente: leggere o dolci, se con durezza inferiore a 14 F; mediamente dure, se con durezza compresa tra 14 e 22 F; dure, se con durezza superiore a 22 F. Sodio Trattandosi di uno dei costituenti base di molti tipi di rocce, è sempre presente nelle acque sotterranee e superficiali principalmente a causa dell elevata solubilità dei suoi sali. Nelle acque il sodio deriva dalla lisciviazione dei depositi superficiali e sotterranei di sali, dalla alterazione dei minerali silicei, dalle intrusioni di acqua marina negli acquiferi di acqua dolce. Elevate concentrazioni di sodio sono spesso accompagnate da cloruri. Potassio Il potassio proviene per lo più dai principali silicati costituenti le rocce di origine magmatica o argillosa. Le concentrazioni che normalmente si riscontrano sono generalmente inferiori o intorno a 1 mg/l.

14 Metalli e altri elementi nelle acque Metalli ed altri elementi di natura non metallica (arsenico, selenio) possono essere presenti nelle acque naturali in concentrazioni, normalmente molto basse, e in forme diverse. Ferro Sono le condizioni riducenti del sistema, come frequentemente si riscontrano in acque sotterranee, che possono determinare mobilizzazioni di concentrazioni elevate di questo metallo nella forma dello ione Fe +2. Le acque che contengono elevate concentrazioni di ioni Fe+2 (talvolta fino a 5000 µg/l), una volta ossigenate a contatto con l aria, tendono a dar luogo ad intorbidamenti per la formazione di un precipitato di idrossido ferrico. Nelle acque il ferro, già con valori di concentrazione di µg/l, crea inconvenienti per la formazione di incrostazioni di idrossidi e carbonati e per il sapore metallico che impartisce all acqua. Concentrazioni elevate di ferro in soluzione possono determinare poi sviluppo di ferrobatteri con problemi di corrosione delle tubazioni. Il ruolo e l importanza del ferro nell organismo umano è noto: esso è il costituente dell emoglobina e come tale ricopre una funzione essenziale. Manganese Il manganese contenuto nelle acque sotterranee deriva frequentemente dalla solubilizzazione del carbonato di manganese, MnCO3, presente con una certa abbondanza nei paleosuoli. Spesso accompagna i minerali di ferro avendo un comportamento simile. Il manganese è presente nelle acque spesso come ione Mn+2, specie chimica piuttosto solubile. Generalmente, quando è presente in concentrazioni superiori a 50 µg/l e viene a contatto con l aria, si ha l ossidazione e la precipitazione come idrato Mn(OH)4, che provoca gli stessi inconvenienti del ferro: intorbidamento dell acqua, sapori sgradevoli, torbidità e depositi nelle tubazioni. Per l organismo umano il manganese è un costituente di alcuni enzimi e come tale risulta essenziale. Arsenico L arsenico costituisce un contaminante delle acque diffuso in numerose aree della Terra e la sua presenza è normalmente imputabile a rilasci di origine naturale. Numerosi sono i territori dove si rileva arsenico nelle acque in concentrazioni elevate. Particolarmente grave è la situazione nel West Bengala (India), dove una popolazione di 1,5 milioni di persone è interessata dall uso di acque contaminate da arsenico, con concentrazioni medie intorno a 200 µg/l. In Italia valori di arsenico, a volte anche superiori a 10 µg/l (l attuale concentrazione massima ammessa dal D.Lgs 31/2001) sono riscontrati ad esempio nelle acque sotterranee in alcune aree dell Emilia, in acque di pozzo di alcuni comuni della provincia di Mantova e in alcuni comuni del Veneto, ma anche in acque di sorgente di acque minerali o in laghi del Lazio settentrionale e nelle acque sotterranee dei Campi Flegrei (Napoli). Dalla maggior parte di queste indagini emerge che la presenza dell arsenico è legata a processi naturali di cessione dei minerali (spesso arsenopiriti) presenti negli acquiferi.

15 L arsenico è presente principalmente nelle due forme di ossidazione come As +3 e As +5. La forma stabile in condizioni ossidanti è As +5, mentre As +3 è presente in condizioni riducenti, in particolare nelle acque sotterranee, frequentemente associato a Fe +2 e ammonio. I limiti di legge sono comunque relativi all arsenico totale. Aspetti tossicologici dell'arsenico I composti inorganici dell'arsenico sono molto tossici e sono considerati cancerogeni. L'arsenico (come arsenic and compounds ) è inserito dalla International Agency for Research on Cancer (IARC, 1987) nel Gruppo 1 della lista dei cancerogeni umani. Gli effetti sulla salute umana sono diversi a seconda del tipo di esposizione. Quelli acuti, prodotti dall esposizione ad alte dosi, inducono gravi effetti sull apparato gastroenterico e sui reni, mentre le maggiori ricadute sanitarie sono dovute alle lunghe esposizioni a basse dosi, prevalentemente per l impiego dell acqua utilizzata a scopo potabile: studi epidemiologici hanno dimostrato gli effetti cancerogeni dell arsenico assunto attraverso questo veicolo. Un tempo era considerato un elemento di interesse per l organismo umano (sembra legato al processo della crescita), tanto che ancora oggi sono impiegate ad uso termale le acque arsenicali-ferrugginose che trovano impiego sia nella balneoterapia per la cura di particolari malattie delle pelle, sia nel trattamento di anemie. In realtà, come riportato in precedenza, l arsenico è molto più conosciuto e studiato per gli effetti tossici. Selenio Il selenio è presente nella crosta terrestre in piccole quantità come seleniuro e selenito Il selenio è un elemento essenziale per i sistemi biologici. Carenze di questo elemento possono determinare problemi alla salute, tuttavia la dose tossica è molto vicina a quella fisiologica, tanto che nelle acque minerali e in quelle potabili il valore limite è molto basso (10 µg/l). Stronzio, litio, bario ed altri elementi in traccia Stronzio litio e bario, sono contenuti generalmente in tutte le acque in concentrazioni variabili.

16 L IMPORTANZA BIOLOGICA DELL ACQUA Emanuela Casini Biologa Libero-Professionista - Modena Introduzione La vita come noi la conosciamo, si è evoluta nell acqua ed è sempre legata alla presenza dell acqua, l'esistenza sulla terra non sarebbe stata possibile senza questa materia dai molteplici aspetti e dalle fondamentali proprietà biologiche. Perciò le caratteristiche dell acqua hanno un importanza fondamentale per tutti gli esseri viventi. Ogni giorno l'acqua, elemento semplice ma preziosissimo, ricorre nella nostra vita. "If there is magic on this planet, it is contained in water" (Loran Eisely "The immense journey, dal sito Internet dell'epa - United States Environmental Protection Agency - Of water). Come ormai è noto, l'apporto di acqua è indispensabile alla vita; mentre si può sopravvivere anche 10 settimane senza mangiare, la morte sopraggiunge solo dopo pochi giorni se il digiuno è totale. Funzioni Le cellule degli organismi superiori sono in gran parte costituite di acqua e possono vivere soltanto se costantemente immerse in mezzi acquosi. Negli organismi terrestri la superficie corporea è esposta a un ambiente non acquoso; tuttavia, la maggior parte delle cellule che si trovano negli strati superficiali esposte all aria sono cellule morte che vengono costantemente rimpiazzate da elementi degli strati sottostanti (come per esempio, le cellule dello strato corneo dell epidermide) e il cui compito è quello di impedire l eccessiva perdita d acqua dagli strati sottostanti. Al di sotto delle superfici esposte all ambiente atmosferico, quindi, grazie al mantenimento di un ambiente acquoso e a parametri chimico-fisici relativamente costanti, le diverse funzioni cellulari possono svolgersi in condizioni ottimali. Dal punto di vista biologico, l acqua cellulare non ha proprietà uniformi. In ambito cellulare, le molecole di acqua possono essere suddivise in due popolazioni. Alcune infatti vanno a costituire la cosidetta acqua di idratazione, mentre le rimanenti formano l acqua di riempimento (o bulk water). Le due popolazioni, anche se chimicamente identiche, differiscono per alcune caratteristiche fisiche (capacità termica, costante dielettrica, potere di solvatazione, etc.) e per il rispettivo ruolo biologico. L acqua di idratazione è costituita da molecole altamente ordinate (basso contenuto entropico), strettamente addossate alle macromolecole biologiche. Essa rappresenta circa il 40% dell intero patrimonio idrico cellulare. L acqua di idratazione va considerata come l acqua strettamente necessaria al funzionamento dei principali componenti molecolari della cellula (es. una molecola enzimatica, anche in presenza della sola acqua di idratazione, manifesta già la massima attività catalitica). Le molecole ascrivibili all acqua di riempimento mostrano, al contrario, un marcato disordine (alto contenuto entropico). Anche se non direttamente implicata nel funzionamento

17 delle principali molecole di interesse biologico, l acqua di riempimento è impegnata a sostenere fenomeni il cui riflesso, nell ambito dell intera economia cellulare, è tutt altro che trascurabile (equilibrio osmotico, diffusione, solvatazione di elettroliti, etc.). Ciò che risulta essenziale è la possibilità di interconversione fra molecole d acqua appartenenti a popolazioni diverse. Molecole appartenenti all acqua di idratazione possono disorganizzarsi per poi andare a far parte dell acqua di riempimento e viceversa. Nell organismo umano l acqua rappresenta un costituente essenziale per il mantenimento della vita ed è anche quello presente in maggior quantità. La sua presenza è indispensabile per lo svolgimento di tutti i processi fisiologici e le reazioni biochimiche che avvengono nel nostro corpo. Il ruolo biologico dell'acqua deriva dalla struttura e dalle proprietà chimico-fisiche di questa singolarissima sostanza. Quindi l'acqua che beviamo non serve solo a dissetarci e rinfrescarci, ma svolge un grande numero di funzioni insostituibili: è solvente di gas, elettroliti e colloidi; trasporta i nutrienti e metaboliti all interno delle cellule partecipa ai processi di termoregolazione; costituisce il mezzo in cui avvengono le reazioni metaboliche e digestive; è il costituente fondamentale delle secrezioni e dell allontanamento delle sostanze di rifiuto; svolge una funzione plasmatica, conferendo turgore alle cellule e proteggendo l omeostasi corporea. Solvente di gas, elettroliti e colloidi L acqua possiede una struttura chimico-fisica straordinaria che costituisce una matrice coerente di coordinamento delle molecole in essa disciolte. Una delle più evidenti proprietà straordinarie dell acqua è la sua elevata solubilità per un gran numero di sostanze polarizzabili dette pertanto idrofile. Questa capacità ad interagire con il gradiente di polarità delle sostanze conduce l acqua ad avere una grande importanza nello sviluppo dei sistemi viventi. Infatti l acqua ha un ruolo primario nella trasformazione delle proteine da lineari a condensate in modo tridimensionale. Attraverso la condensazione il ripiegamento che le sostanze proteiche assumono diventa funzionale alla creazione di siti biologicamente attivi per interfaccia di gruppi chimici reattivi. Pertanto le reazioni idrofile e le reazioni idrofobiche delle molecole in acqua fanno ruotare le molecole proteiche che possono racchiudere e raggruppare le parti idrofile nel centro ed esporre le parti idrofobiche all esterno creando delle membrane proteiche flessibili a processi di osmosi. L acqua ha un ruolo primario anche nel meccanismo della respirazione. La respirazione è il processo mediante il quale gli organismi si procurano ossigeno (O 2 ) ed eliminano anidride carbonica (CO 2 ). Questi gas vengono veicolati dal sangue ad appositi organi respiratori dotati di particolari superfici membranose estremamente delicate, a livello delle quali avviene uno scambio di gas con l ambiente esterno. La funzione della respirazione è quella di apportare alle cellule l O 2 che, attraverso le reazioni della respirazione cellulare, permette la produzione di energia sotto forma di ATP (adenosin trifosfato), energia che verrà poi utilizzata nei processi vitali; i prodotti di scarto della respirazione cellulare (come CO 2 e

18 H 2 O) vengono eliminati dalla cellula sempre mediante il processo della respirazione. Il passaggio dell O 2 all interno degli organismi è basato sul fenomeno della diffusione, ovvero il movimento casuale delle molecole. La diffusione è il meccanismo attraverso il quale una sostanza migra spontaneamente da una regione in cui la sua concentrazione (misurata in pressione parziale) è più alta ad una regione in cui la sua concentrazione è più bassa. Maggiore è la differenza tra le pressioni parziali, maggiore è il tasso di diffusione. La concentrazione dell O 2 nelle cellule è bassa, mentre quando lascia i polmoni l emoglobina (pigmento respiratorio) contenuta nel sangue è satura al 100% (quattro molecole di ossigeno sono legate ad ogni molecola di emoglobina): così l ossigeno quando raggiunge i capillari diffonde dal sangue alle cellule. La situazione contraria si verifica con l anidride carbonica. Infatti, la concentrazione di CO 2 nelle cellule metabolicamente attive è maggiore che nei capillari, così l anidride carbonica diffonde dalle cellule ai capillari. L acqua contenuta nel sangue si combina con l anidride carbonica formando acido carbonico, il quale si dissocia in ione bicarbonato e ione ossigeno. In questo modo la molecola di anidride carbonica non risulta più presente nel sangue e l attività di diffusione di CO 2 dalle cellule al sangue può continuare. Infine, nei capillari degli alveoli polmonari il bicarbonato si combina con lo ione idrogeno formando acido carbonico che si dissocia in anidride carbonica e acqua. La CO 2 diffonde quindi negli alveoli e poi fuori dal corpo con l espirazione. Affinché le superfici respiratorie possano svolgere adeguatamente la loro funzione è necessario che siano umide: infatti sia l O 2 che la CO 2 devono essere sciolti nell acqua per poter diffondere. Trasporta nutrienti e metaboliti all interno delle cellule All interno dell organismo, i nutrienti e i metaboliti sono trasportati, in soluzione, essenzialmente dal plasma e dalla linfa. Il trasporto dei nutrienti all interno delle cellule e dei prodotti catabolici dall interno delle cellule al fluido extracellulare avvengono generalmente per processi di diffusione e di trasporto attraverso le pareti dei capillari e le membrane cellulari. I fluidi extracellulari trasportano anche una vasta serie di messaggeri, come gli ormoni, dai siti di sintesi a quelli dove queste sostanze esplicano la loro azione e sono quindi fondamentali nella coordinazione delle funzioni dell organismo. Partecipa ai processi di termoregolazione Il corretto svolgimento delle reazioni chimiche all interno dell organismo richiede che la temperatura corporea rimanga sostanzialmente costante nonostante le variazioni nella produzione di calore dipendenti dall attività metabolica. La grande capacità termica propria dell acqua è in grado di minimizzare le variazioni di calore e, in particolare, il compartimento intravascolare è in grado di disperdere gli eccessi di calore prodotto nei siti metabolicamente attivi. L acqua è indispensabile per la regolazione della temperatura corporea mediante la sudorazione, anche impercettibile, e il vapor acqueo eliminato attraverso i polmoni. Il suo alto calore latente di evaporazione è responsabile della sua capacità termoregolatrice. La termoregolazione corporea è un meccanismo tendente a mantenere costante la temperatura dell organismo attraverso l adattamento dei processi di produzione e di dispersione del calore ai cambiamenti della temperatura ambientale. Negli organismi animali la produzione di calore

19 deriva dai processi ossidativi del metabolismo energetico, dall attività muscolare e dall alimentazione; per quest ultima secondo l azione dinamica specifica degli alimenti. Le perdite di calore avvengono in gran parte (70% circa) per radiazione e conduzione e, in via secondaria, attraverso il sudore, la respirazione e gli emuntori intestinale ed urinario. I meccanismi di termoregolazione sono propri degli animali superiori a sangue caldo od omeotermi. Gli animali a sangue freddo o pecilotermi (rettili, anfibi, pesci) possiedono meccanismi di termoregolazione molto rudimentali, per cui la loro temperatura corporea varia entro limiti abbastanza estesi ed in rapporto alla temperatura dell ambiente circostante. Negli animali ibernanti poi i meccanismi termoregolatori sono operativi solo in determinati periodi dell anno e quando la temperatura esterna scende al di sotto di certi valori, essi cadono in letargo ed in tale condizione la temperatura corporea diminuisce raggiungendo valori di C. A seguito di variazioni della temperatura ambientale, gli organismi omeotermi mettono in atto risposte di tipo somatico, endocrino, comportamentale ed in modo particolare neurovegetativo attraverso cui viene adeguata l entità delle perdite e della produzione di calore. I meccanismi attivati dal freddo sono: l attività muscolare, la secrezione di adrenalina e di ormone tireotropo, l aumento dell appetito (tutti fattori che aumentano la produzione di calore), come pure la vasocostrizione cutanea ed i riflessi di orripilazione e di raggomitolamento, che tendono a diminuire la perdita di calore. Al contrario sono attivati dal caldo: la vasodilatazione cutanea, la ventilazione polmonare e la sudorazione che favoriscono la dispersione del calore; questi stimoli diminuiscono insieme l appetito, l attività motoria e la secrezione ipofisaria di ormone tireotropo con conseguente rallentamento del metabolismo e quindi della produzione di calore. L insieme dei meccanismi riflessi termoregolatori è integrato dall ipotalamo. Nell ipotalamo anteriore esiste un centro termolitico: cioè un gruppo di neuroni sensibili ad aumenti di temperatura di 1-2 C e capaci di reagire a questi aumenti con l attivazione dei meccanismi di attivazione termica. Lesioni a livello dell ipotalamo anteriore determinano ipertermia. Nell ipotalamo posteriore e laterale esiste un centro termogenetico costituito da neuroni che risentono della diminuzione della temperatura ambiente e che reagiscono con l attivazione di meccanismi conservativi e produttivi del calore. In determinate circostanze il controllo ipotalamico della temperatura corporea risulta spostato a livello più alto: ciò in particolare si osserva nella febbre dovuta il più delle volte alla liberazione di tossine che agiscono sui centri termoregolatori dell ipotalamo attraverso fattori pirogeni dei leucociti circolanti. La giusta quantità d'acqua permette al cervello di controllare correttamente i meccanismi di termoregolazione del nostro corpo. La mancanza d acqua da origine a scompensi come: crampi, sensazione di spossatezza e mancamenti nei casi di disidratazione più gravi. Un rischio da evitare è quello di bere solo quando ne avvertiamo strettamente il bisogno, perché potrebbe essere già troppo tardi. Infatti, il senso di sete è controllato dall'ipotalamo, ma questa ghiandola del cervello non è un indicatore sempre affidabile e a volte può scattare in ritardo. Perciò, bisogna imparare a idratarsi regolarmente durante la giornata, anche quando si crede di non averne bisogno.

20 Costituisce il mezzo in cui avvengono le reazioni metaboliche e digestive L'acqua costituisce un vero e proprio reagente in moltissime reazioni del chimismo cellulare. Da un punto di vista più strettamente biochimico, l'essenziale importanza dell'acqua deriva dalla considerazione che la condizione generale per lo svolgimento delle trasformazioni metaboliche è che le sostanze reagenti siano allo stato di soluzione acquosa. Per esempio l'acqua viene utilizzata nei numerosi processi di scissione enzimatica di legami che avvengono durante l'utilizzazione dei carboidrati, dei lipidi, delle proteine e negli svariati processi di degradazione, partecipa ai fenomeni digestivi facilitando il transito e la fluidificazione del chimo attraverso il tubo gastroenterico fino a che i nutrienti, in soluzione, passano attraverso la parete intestinale e vengono convogliati al sangue e alla linfa. I processi metabolici riguardano le trasformazioni di una sostanza e la trasformazione dell'energia chimica delle sostanze alimentari in calore o in lavoro meccanico. Nel metabolismo della materia si distinguono due momenti: l anabolismo, per mezzo del quale si ha la formazione delle sostanze o l'immagazzinamento di materiale di riserva, a partire dalle sostanze nutritive introdotte e che utilizza per accrescersi, riparare tessuti, ecc. e il catabolismo, per mezzo del quale avviene la scomposizione dei materiali di riserva o delle sostanze introdotte in costituenti più semplici, gli ultimi dei quali vengono eliminati attraverso gli organi di escrezione (rene, intestino, cute, polmoni); così variazioni anche piccole mettono in moto una serie di meccanismi di difesa atti a mantenere costante il rapporto tra acqua e sostanze in essa disciolte. Infine, l'acqua all interno dell'intestino fa volume prevenendo la stipsi. L'equilibrio idrico è essenziale per l'organismo e da esso dipende tutta l'attività metabolica. È il costituente fondamentale delle secrezioni e dell allontanamento delle sostanze di rifiuto L acqua è il mezzo attraverso il quale l organismo elimina le scorie metaboliche: trasporta le scorie fuori dal nostro organismo per mezzo degli organi emuntori ed escretori. Una volta avvenuto il metabolismo, il sangue, che contiene circa il 92% di acqua, trasporta i prodotti residui catabolici dalle cellule agli organismi deputati all escrezione: reni, polmoni, pelle. Un ruolo fondamentale è svolto dal rene che regola l'eliminazione dei soluti e quindi la loro concentrazione nell'organismo. Se si riduce l'apporto di liquidi, o se aumentano la frequenza respiratoria e le perdite per sudorazione, si avranno urine più concentrate in un volume giornaliero ridotto. Se aumentano i consumi e se le perdite extraurinarie sono modeste, le urine saranno più diluite. Il controllo si realizza comunque a partire dal sistema nervoso centrale che, istantaneamente e costantemente informato sulle condizioni dei vari sistemi corporei, inibisce o favorisce la produzione di specifici ormoni che agiscono a livello periferico e modula la sensazione della sete. La parola sete ha significati diversi in rapporto al contesto in cui viene usata. Negli studi sperimentali su animali, la sete coincide in sostanza con la misurazione della quantità di acqua ingerita. Nell uomo, l uso di questa parola non può essere ristretto al bisogno di acqua, in quanto intervengono meccanismi comportamentali e culturali che si sommano alle esigenze fisiologiche nel determinare la quantità ed il tipo di bevande ingerite. La definizione meno restrittiva è probabilmente quella di tendenza ad ingerire bevande. Tutti gli animali terrestri perdono continuamente liquidi

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