IL METABOLISMO
di Dr. Luca Billeter

1.LA TEMPERATURA CORPOREA

Il normale range di variazione della temperatura si situa tra i 36-38°, con un valore medio di 37°.
Nell’arco della giornata la temperatura può variare di 1-2°, con temperature più basse durante il sonno.
Nell’anziano soprattutto, il meccanismo che regola la temperatura non è più preciso come da giovani e le variazioni della temperatura ambientale possono essere compensate più lentamente ed in modo meno efficace.

Produzione di calore:

La respirazione cellulare, processo che libera energia dalle sostanze alimentari per formare ATP, produce anche calore (energia termica) e vi sono molti fattori che regolano questo processo:

¨ l’ormone tiroxina, potenzia la respirazione cellulare e la produzione di calore. La secrezione di tiroxina è regolata dall’energia prodotta dal nostro organismo, il cosiddetto apporto metabolico. Quando il contributo metabolico diminuisce, la gh. tiroidea è stimolata a secernere più tiroxina.
Meccanismi di feed-back inibiscono l’ulteriore secrezione.
La tiroxina è dunque il più importante regolatore della produzione giornaliera d’energia.

¨ Nelle situazioni di stress, l’adrenalina e la noradrenalina sono secrete dalla midollare del surrene ed in SNA diventa più attivo.
L’adrenalina aumenta la respirazione cellulare, specialmente in organi come il cuore, i muscoli scheletrici ed il fegato.
L’incremento di ATP per far fronte alle richieste in situazioni di stress comporta una maggiore quantità di calore.

¨ I muscoli scheletrici sono di solito in uno stato di leggera contrazione chiamata tono muscolare. Poiché anche minime contrazioni richiedono ATP, anche i muscoli sono produttori di calore. Questa quota ammonta a circa il 25% di tutto il calore corporeo a riposo e aumenta notevolmente quando è prodotto più ATP.
Il fegato è un altro organo che continuamente sintetizza ATP per fornire l’energia necessaria per le sue molte funzioni.
Complessivamente esso fornisce il 20% di tutto il calore corporeo a riposo. Il calore prodotto da questi organi attivi è distribuito ai vari distretti dell’organismo dal sangue. Come il sangue scorre attraverso organi come muscoli e fegato, esso si riscalda.
A sua volta il sangue raggiunge le restanti aree del corpo e cede calore.

¨ Pure l’assunzione di cibo aumenta la produzione di calore, poiché l’attività dell’apparato digerente è aumentata. Il calore si forma perché gli organi competenti producono ATP per la peristalsi e per la sintesi degli enzimi digestivi.

¨ I cambiamenti della temperatura corporea determinano essi stessi un effetto sul metabolismo e sulla produzione di calore. Una temperatura più alta aumenta il metabolismo, che a sua volta incrementa la produzione di calore ed innalza la temperatura corporea ulteriormente.

Perdite di calore:

¨ Perdite di calore attraverso la pelle.

La pelle costituisce la principale fonte di dispersione del calore nell’ambiente esterno. Per radiazione s’intende che il calore è ceduto dal corpo all’aria; la conduzione è la perdita di calore dovuta al passaggio di calore a oggetti meno caldi, come i vestiti in contatto diretto con la cute. Per convenzione indichiamo che l’aria atmosferica più fredda allontana l’aria calda dalla superficie della pelle e facilita la perdita di calore. Questo è il motivo quindi un ventilatore ci fa sentire più fresco in una giornata calda. Naturalmente le arteriole del derma possono contrarsi o dilatarsi per aumentare o ridurre il flusso di sangue. L’altro meccanismo attraverso il quale il calore viene disperso dalla pelle è il sudore. Le gh. sudoripare secernono sudore sulla superficie cutanea e l’eccesso di calore corporeo lo fa evaporare. La perdita di acqua durante la sudorazione può rapidamente portare alla disidratazione, quindi l’acqua perduta deve essere rimpiazzata bevendo liquidi.

¨ Perdita di calore attraverso l’apparato respiratorio.

La mucosa respiratoria determina l’evaporazione di acqua dall’epitelio di rivestimento; dunque il vapor acqueo formatosi viene esalato.

¨ Perdita di calore attraverso le vie urinarie e digerenti.

Eliminazione di urine e feci comporta la perdita di una piccola quantità di calore.

Regolazione della temperatura corporea

L’ipotalamo è responsabile della regolazione della temperatura corporea, equilibrando produzione e perdita di calore così da mantenere il nostro organismo alla temperatura richiesta.Speciali neuroni dell’ipotalamo registrano i cambiamenti della temperatura del sangue che attraversa il cervello; i recettori della temperatura della pelle forniscono pure informazioni sui cambiamenti della temperatura esterna.

L’ipotalamo integra queste informazioni e dà luogo alle risposte necessarie per mantenere la temperatura corporea ai normali livelli.

Meccanismi per aumentare la dispersione di calore:

questa viene ottenuta con una vasodilatazione ed un aumento della sudorazione. Tuttavia se la temperatura dell’ambiente è più alta di quella corporea, il meccanismo diventa inefficiente, mentre la sudorazione diventa inefficiente quando l’umidità atmosferica è elevata.

Nei giorni afosi, la produzione di calore può essere diminuita anche per la riduzione del tono muscolare. Per questo è possibile sentirsi svogliati in queste giornate.

Meccanismi di conservazione del calore:

in un ambiente freddo la perdita di calore corporeo è inevitabile, ma può essere ridotta al minimo. La vasocostrizione del derma sposta la circolazione del sangue lontano dalla superficie corporea, così da avere più calore nelle parti centrali del corpo; la sudorazione diminuisce o si ferma completamente. Se ciò non è ancora sufficiente, l’organismo può produrre calore aumentando il tono muscolare. I cossidetti brividi possono far aumentare la produzione di calore sino a 5 volte la norma.

Febbre

Consiste in un rialzo anomalo della temperatura corporea e può accompagnare malattie infettive, traumi fisici, cancro o danni al SNC.

Le sostanze che possono provocare la febbre sono chiamate pirogeni (batteri, proteine estranee e sostanze chimiche).

I pirogeni batterici elevano dunque il termostato ipotalamico ad un livello più alto; dunque all’inizio il corpo è più freddo rispetto al nuovo livello richiesto dall’ipotalamo ed i meccanismi di produzione dell’individuo vengono attivati.

Il paziente in questa fase sente freddo e comincia a tremare; il calore prodotto nella fase successiva sarà sufficiente per aumentare la temperatura corporea ed a questo punto il paziente non avvertirà né caldo né freddo.

Come gli effetti pirogeni si riducono, la richiesta ipotalamica diminuisce ed ora il paziente sentirà caldo e verranno attivati i meccanismo di dispersione del calore.

Vasodilatazione della pelle e sudorazione si verificheranno finché la temperatura corporea si abbassa.

La febbre ha anche uno scopo; nelle febbri infettive i globuli bianchi aumentano la loro attività a temperature moderatamente elevate; tuttavia ad una temperatura corporea superiore i 41°C, l’ipotalamo comincia a perdere la sua capacità di regolare la temperatura e gli enzimi cellulari delle cellule vengono danneggiati e denaturati.

Le cellule iniziano a morire, per cui soprattutto a livello del SNC (i neuroni), una febbre elevata che si prolunga nel tempo può provocare un danno cerebrale irreversibile.

Vi sono naturalmente molti farmaci che abbassano la febbre, che assumono il nome di antipiretici e che fanno parte della grande categoria del farmaci infiammatori non steroidei (FANS), fra i quali si ricordano il paracetamolo, l’aspirina, il Voltaren, il Ponstan, l’Indocid……………

La maggior parte di questi farmaci sono antipiretici, antinfiammatori (a parte il paracetamolo) ed analgesici.

2.IL METABOLISMO

Il termine metabolismo si riferisce a tutte quelle reazioni che avvengono nell’organismo; esse si possono dividere in anaboliche e cataboliche.

L’anabolismo comprende le reazioni di sintesi o di formazione, cioè consiste nel mettere insieme molecole più piccole per formarne altre più grandi. Ad esempio la sintesi di emoglobina, la sintesi di glicogeno, la sintesi dei lipidi.

Catabolismo significa decomposizione, rompere il legame di grandi molecole per formarne di più piccole. Durante il catabolismo, viene spesso liberata energia usata per sintetizzare ATP.

La maggior parte delle reazioni anaboliche e cataboliche è catalizzata da enzimi, ciascuno specifico per un solo tipo di reazione.

La Respirazione cellulare

C H O CO +H O+ATP+calore

Questa è l’equazione della respirazione cellulare, il cui scopo è la produzione di ATP. L’energia in forma di calore ci dà una temperatura corporea e l’ATP prodotto viene impiegato per le reazioni che richiedono energia. L’acqua che si forma è detta acqua metabolica.

La respirazione cellulare del glucosio passa attraverso tre fasi importanti: la glicolisi, il ciclo di Krebs ed il trasporto dei citocromi.

Glicolisi

Gli enzimi necessari per le reazioni della glicolisi si trovano nel citoplasma delle cellule. Nella glicolisi una molecola di 6 atomi di carbonio viene frammentata in 2 molecole di acido piruvico.

Si ha un guadagno netto di 2 molecole di ATP per molecola di glucosio. Se non è presente ossigeno nella cellula (come alla fine di un esercizio fisico), l’acido piruvico viene convertito in acido lattico.

Se l’ossigeno è presente, l’acido piruvico entra nello stadio successivo dell’acido citrico o ciclo di Krebs.

Ciclo di Krebs dell’acido citrico e sistema di trasporto dei citocromi

La molecola di piruvato perde un atomo di carbonio, costituendo l'acetilC o A, un composto contenete due atomi di carbonio. A livello dei mitocondri esso, combinandosi con l'OSSALACETATO (contenete quattro atomi di carbonio) da origine all'ACIDO CITRICO (CITRATO) con sei atomi di carbonio. Successivamente l'acido citrico subisce una serie di trasformazioni ritornando poi a formare l'ossalacetato che, combinandosi con un'altra molecola di acetil C o A ricomincia il ciclo. Durante l'ossidazione dell'acido citrico si liberano atomi di idrogeno e di carbonio, che combinandosi con l'ossigeno danno origine a molecole di acqua e di anidride carbonica. Nelle diverse reazioni intervengono gli enzimi specifici, in particolare i CITOCROMI, strutture contenenti ferro che legano gli ioni idrogeno (H+) all'ossigeno, formando molecole di acqua, che assieme a quelle di CO₂ vengono eliminate dalla cellula. Questi non sono gli unici prodotti dell'ossidazione dei principi nutritivi. Durante il ciclo si ha la produzione di ATP (fosforilazione dell'ADP in ATP). Ciò che avviene si può riassumere in questo modo:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ 6CO₂ + 6H₂O + 36 ATP

Proteine e grassi come fonte di energia

Anche proteine e grassi possono produrre energia.

Gli aminoacidi in eccesso, non necessari per la sintesi proteica, possono essere usati per la produzione di energia.

Essi sono deaminati nel fegato, cioè il gruppo NH2 viene rimosso e la porzione restante entrerà nel ciclo di Krebs.

I lipidi sono costituiti da glicerolo ed acidi grassi, che sono il prodotto finale della digestione dei grassi.

Il glicerolo, può essere trasformato in acido piruvico, che entra nel ciclo di Krebs.

Sia gli aminoacidi sia gli acidi grassi possono essere convertiti dal fegato in chetoni, nelle situazioni in cui i grassi e gli aminoacidi siano divenuti la principale fonte di energia.

Può comunque insorgere una condizione detta chetosi (vedi allegato).

Energia proveniente dai 3 tipi di sostanze nutritive

L’energia potenziale dei cibi è misurata in Kcal o chilocalorie.

Una caloria è la quantità di energia necessaria per far salire di 1°C la temperatura di 1 grammo di acqua.

Un grammo di carboidrati contiene circa 4 Kcal, come un grammo di proteine, mentre un grammo di grasso circa 9.

Uso del cibo per processi di sintesi

Ogni molecola di glucosio in eccesso rispetto ai bisogni energetici immediati è convertita in glicogeno nel fegato e nei muscoli scheletrici. Il glicogeno è quindi una fonte di energia in condizioni di ipoglicemia e durante attività muscolare.

Cheratina, melanina, collagene, tendini, legamenti, miosina, astina, mioglobina, emoglobina, anticorpi, fibrinogeno, albumina, pepsina, amilasi, l’ormone per la crescita, l’insulina e gli enzimi, sono proteine che derivano dagli aminoacidi. Vi sono aminoacidi non essenziali ed essenziali, cioè che dobbiamo introdurre con la dieta e che il nostro organismo non riuscirebbe altrimenti a costruire.

Il tessuto adiposo sottocutaneo invece è costituito dai grassi, che vengono usati per la sintesi dei fosfolipidi (la guaina mielinica p.e.). Pure il colesterolo deriva dagli acidi grassi, che verrà utilizzato per la sintesi dei sali biliari e gli ormoni steroidei.

Cortisolo, aldosterone, estrogeni e progesterone derivano pure dai lipidi.

Vitamine e minerali

Le vitamine sono molecole organiche necessarie in piccola quantità per le normali funzioni dell’organismo; alcune vitamine sono coenzimi, necessari per il funzionamento do certi enzimi.

I minerali sono sostanze inorganiche ed hanno una varietà di funzioni.

Apporto metabolico

Il tasso metabolico esprime di norma la quantità di calore prodotta.

L’energia potenziale contenuta nel cibo è misurata in chilocalorie; durante il sonno ad esempio, l’energia spesa da una persona di 75Kg è di circa 60-70 Kcal per ora.

L’energia semplicemente richiesta per vivere (distesi a riposo su un letto) costituisce l’apporto metabolico basale, il quale varie a seconda dei fattori:

¨ l’esercizio (cioè la contrazione muscolare) fa aumentare la spesa energetica

¨ l’età; il metabolismo è più alto nei bambini piccoli e diminuisce con l’età

¨ la configurazione corporea; persone alte e magre hanno metabolismi più elevati, poiché l’area di superficie è più ampia, attraverso la quale il calore è disperso

¨ ormoni sessuali; il testosterone aumenta l’attività metabolica molto di più che non gli estrogeni, il che assicura all’uomo un metabolismo più alto della donna

¨ la stimolazione del simpatico

¨ diminuzione dell’immissione di cibo

¨ clima (idee in contrasto)