Coronavirus, vaccini e immunità: saperne un po' di più (Parte II).

Nella prima parte dell'articolo (scritto dal dott. Giuliano Parpaglioni, biologo), abbiamo visto cos'è una cellula, un virus, come fa questo a contagiarci e come viene attaccato dal sistema immunitario. Quando questo non fosse sufficiente potrebbe succedere il disastro, il virus prenderebbe il sopravvento con danni gravi. Per questo la scienza ci mette a disposizione un mezzo di protezione eccezionale, i vaccini. Sappiamo di cosa si tratta? Ne parliamo?
Ecco la seconda parte dell'articolo di Giuliano.

Vaccini e varianti

Arrivano i vaccini

Da che mondo è mondo, la ricerca scientifica non si ferma solo perché c’è una pandemia in corso, anzi, mette le ali ai piedi. In tempo di record sono stati sviluppati vaccini contro SARS-CoV-2, vaccini che hanno sfruttato nuove o nuovissime tecnologie, in modo da facilitare la produzione e la diffusione di questi importanti farmaci. Ho già scritto tempo fa un post introduttivo a riguardo, da allora i modi per creare un vaccino sono aumentati e quelli di cui si discute di più sono quelli a DNA e quelli a RNA. 

Abbiamo detto che una volta che il virus entra nell’organismo, alcuni linfociti B si attivano, si moltiplicano e producono anticorpi specifici contro di esso e per far questo ci vogliono giorni o settimane. Non sarebbe più bello, invece, se in caso di infezione avessimo già il numero di linfociti B giusto per produrre immediatamente le nostre difese efficacemente? Ecco, questo è lo scopo di tutti i vaccini. Qualsiasi sia la tecnologia vaccinale, l’effetto è sempre lo stesso: andare a svegliare le nostre difese prima che arrivi il patogeno, in modo da averle pronte nel caso in cui arrivasse.

Abbiamo vaccini che presentano l’intero patogeno inattivato (ovvero incapace di moltiplicarsi, morto), oppure patogeni indeboliti (tecnicamente attenuati, ma non si usano molto ormai, perché sono i più rischiosi), o magari solo pezzetti di patogeni o tossine rese innocue. Da qualche tempo, si usa anche un’altra tecnologia: invece di immettere qualcosa di estraneo nel corpo, lo si fa produrre direttamente al corpo.

I vaccini contro SARS-CoV-2 attualmente in commercio funzionano proprio in questo modo: fanno produrre al nostro organismo una singola proteina del virus, che verrà riconosciuta dal sistema immunitario e contro la quale si attiveranno i linfociti B. Questo traguardo lo si raggiunge in due modi: virus a DNA o liposomi con RNA. Nel primo caso, un virus reso innocuo contiene il DNA che codifica solo per la proteina spike, lo fa arrivare dentro al nucleo della cellula (senza integrarlo nel DNA della cellula stessa: servono enzimi e parti specifiche per farlo e, semplicemente, queste cose non ce le mettiamo), lì verrà prodotto l’RNA messaggero che uscirà fuori dal nucleo e produrrà la proteina; nel secondo caso una vescicola di grasso (chiamata appunto liposoma) contiene l’RNA messaggero che codifica solo per la proteina spike, si fonde con la membrana della cellula, anch’essa grassa, e libera l’mRNA, con gli stessi risultati. Tutto ciò dura pochi giorni, trascorsi i quali non c’è più traccia dei componenti del vaccino nell’organismo.

Se ci si pensa, è l’uovo di Colombo: istruire le nostre cellule a produrre temporaneamente il bersaglio contro cui il sistema immunitario deve scatenarsi, sfruttando così la più fisiologica delle attivazioni dei linfociti.

Come detto, esistono anche altre tecnologie vaccinali e probabilmente in futuro vedremo anche in commercio cose differenti, ma per il momento abbiamo queste soluzioni. In tutti i casi, una volta immunizzati, se si viene a contatto con il virus lo si può combattere in maniera efficace da subito, scongiurando la malattia o, comunque, riducendone di molto il fastidio.

Le mutazioni, la biologia molecolare dell’evoluzione

In tutto ciò, c’è una caratteristica degli esseri viventi (o parzialmente viventi, come i virus) da tenere in conto: cambiano nel tempo. Quando una cellula si moltiplica, deve duplicare il suo DNA. In questo processo possono capitare degli errori e potrebbe succedere che certi geni non funzionino più come prima. Questo rischio c’è ogni volta che la cellula si moltiplica: tecnicamente, si dice che può avvenire una mutazione.

Attenzione: le mutazioni non sono per forza negative, magari quel gene mutato funziona addirittura meglio dell’originale, risultando quindi vantaggioso. Ecco, la stessa cosa succede con i virus: ogni volta che si moltiplicano, il loro materiale genetico può mutare. La maggior parte delle volte queste mutazioni causeranno un danno, ma talvolta potrebbero migliorare l’efficienza del virus e favorirlo. La realtà, in effetti, è molto semplice: più il virus si moltiplica e più la possibilità di mutazione aumenta; più questa aumenta, più è probabile che spunti fuori una nuova variante, con effetti diversi sul nostro organismo. Non c’è una ragione specifica dietro alle mutazioni virali, sono semplicemente errori che fa il virus durante la sua replicazione. Questo le rende imprevedibili, ma tutto sommato c’è anche un limite a quel che può succedere: la proteina spike non può mutare più di tanto, altrimenti non riconoscerebbe più il recettore ACE-2 sulla cellula. Allo stesso modo, dato questo limite, gli anticorpi creati dal vaccino o da precedenti infezioni sono comunque abbastanza efficaci contro il virus. Per spiegarmi meglio facciamo un esempio.

Mettiamo caso che le parole fossero oggetti concreti e che i linfociti B abbiano prodotto anticorpi contro la parola PROTEINA. Data l’alta specializzazione dei linfociti B, abbiamo anticorpi che legano la parte EIN o la parte OTE della parola. A un certo punto, la parola muta, e possono succedere varie cose. Un primo caso è che diventa PROTEINE. In questo caso, entrambi i tipi di anticorpi riescono ancora a legare OTE e EIN senza problemi. Magari diventa PRATEINA, a quel punto abbiamo gli anticorpi anti-OTE che fanno fatica a legarsi, magari ci riescono ancora ma non bene come prima. Abbiamo PRATEANA e la difficoltà è per entrambi i tipi di anticorpi: si legano entrambi, ma molto meno bene. Quando infine diventa PRATAONA, però, il legame è debolissimo… ma è anche possibile che la proteina in questione funzioni male, perché troppo mutata. L’evoluzione del virus è quindi figlia di un equilibrio tra l’efficienza della sua replicazione (e diffusione) e la capacità di sfuggire alle nostre difese: più riesce a moltiplicarsi e più muta. Dalla nostra parte, abbiamo la ricerca scientifica che può aggiornare i vaccini in caso di bisogno.

Due parole finali sulla microbiologia medica

Si legge spesso in giro la frase “i patogeni tendono a diventare meno pericolosi per adattarsi meglio all’ospite e diffondersi facilmente”. Questa frase è falsa e pericolosa. È sicuramente vero che esistono patogeni che danno malattie quasi del tutto senza sintomi, ma come ho detto l’evoluzione è un fatto casuale, non ha una tendenza predefinita. Esistono malattie estremamente pericolose e dannose che hanno anche un’alta capacità di diffondersi nella popolazione, non lo fanno solo perché incontrano persone vaccinate. Penso ad esempio alla difterite, che ha una letalità del 10% anche tra chi viene curato o al morbillo che nei paesi occidentali può uccidere da una a tre persone ogni mille casi e causare sequele molto gravi. Sono malattie molto facilmente trasmissibili, ma anche molto pericolose se si diffondono.

Il punto fondamentale è che non ci si può basare sulla pericolosità del patogeno: il dato importante è la facilità di trasmissione, che può essere alto anche con una alta pericolosità della malattia. Quello che possiamo fare, quindi, è combattere la diffusione del virus, impedirgli di riprodursi (e quindi mutare) e cercare di contenere la diffusione.

Al momento in cui scrivo, la variante di SARS-CoV-2 chiamata Omicron sembra effettivamente essere meno pericolosa in termini percentuali, ma è anche molto più efficace nel diffondersi. Attenzione: meno pericolosa non significa non pericolosa: causando molti più malati ha portato, in quest’ultimo periodo (inizio 2022) fino a oltre 400 morti al giorno in Italia.

La ricerca scientifica va avanti, ma le strategie più efficaci sono quelle preventive: vaccinazione, lavarsi le mani, mantenere la distanza, usare la mascherina quando necessario.

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Vi è piaciuto?
Ora sapete qualcosa in più. Grazie al dott. Giuliano Parpaglioni.

Alla prossima.

Coronavirus, vaccini e immunità: saperne un po' di più (Parte I).

Certo che parlare ancora di pandemia può essere noioso, capisco. Però è un argomento che, trattato spesso male, può riservare qualcosa di buono. Dopo tante discussioni inutili, fake news e polemiche, conoscere bene un argomento, sapere di cosa parliamo, ci consente non solo di essere più coscienti e preparati ma anche di difenderci meglio da false notizie e bufale.

Sicuramente parlare di biologia, virologia o immunologia sembra qualcosa di poco piacevole. Ma ci proviamo.
Con l'aiuto del dott. Giuliano Parpaglioni (biologo) che ha già collaborato in passato con il mio blog (negli anni "pionieristici" della divulgazione scientifica sul web!).

Due articoli, anzi uno abbastanza lungo ma che divido in due per maggiore leggibilità.

Leggetelo con leggerezza.
A Giuliano un grazie.

Due anni di pandemia, due anni di problemi enormi dal punto di vista organizzativo, sanitario e sociale. In questi due anni abbiamo imparato parole nuove, che ormai sentiamo anche a livello colloquiale: Coronavirus, proteina spike, anticorpi, vaccino a mRNA.

Molti sono abituati a sentire parlare di queste cose, ma la diffidenza che si ha verso i vaccini, gli attacchi agli hub vaccinali e la diffusione degli alternativi che instillano paura nella popolazione dimostrano che, per molti, queste parole sono ancora misteriose. Eppure, nascondono un mondo affascinante: capire queste parole significa capire perché il corpo umano reagisce in un dato modo, perché il virus muta e perché abbiamo bisogno di un vaccino. I dettagli sono complicati, ma cercherò di semplificare, iniziando a parlare di cosa succede alle cellule del nostro corpo. Dovrò necessariamente sorvolare sui dettagli, spero che gli addetti ai lavori perdonino le inevitabili imprecisioni.

La biologia cellulare

La cellula, ovvero: da dove spuntano le proteine

Le cellule del nostro corpo hanno tutte la stessa struttura: una membrana esterna fatta di grasso in cui sono inserite una quantità di proteine, un ambiente interno pieno di organelli con le funzioni più disparate e immersi in acqua, e un nucleo, separato dall’ambiente acquoso interno, di nuovo da una membrana fatta di grasso.

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Nell’ambiente acquoso compreso tra il nucleo e la membrana esterna avviene la maggior parte delle cose che avvengono in una cellula. Ad esempio, qui troviamo i ribosomi, che sono organelli dalla struttura piuttosto complicata e che hanno un compito molto importante: sintetizzare le proteine.

Per farlo, i ribosomi raccolgono dall’ambiente acquoso gli amminoacidi e li legano insieme: una proteina è infatti una catena di centinaia, a volte migliaia di amminoacidi.

Come fa il ribosoma a sapere quale amminoacido va messo in quel dato punto della proteina? Ora ci arriviamo.

Nel nucleo della cellula risiede il DNA, che tutti conosciamo anche come patrimonio genetico o materiale genetico. I geni, in particolare, sono parti di DNA che funzionano da stampo per la sintesi di una molecola simile, l’RNA messaggero, o mRNA.

Dato che il DNA non può uscire dal nucleo, anche l’mRNA si forma nel nucleo, ma lui può uscirne. Una volta uscito dal nucleo incontra i ribosomi, e qui avviene la magia: i ribosomi sanno leggere l’mRNA e a ogni porzione sanno abbinare uno specifico amminoacido. Una volta usato dai ribosomi, l’mRNA viene degradato [distrutto, ndr].

Riassumendo: un particolare gene, ovvero una piccola porzione di DNA, fa da modello per un mRNA, questo esce dal nucleo e viene letto dai ribosomi che fanno una vera e propria traduzione: traducono il linguaggio dell’mRNA in quello delle proteine. Esistono migliaia di tipi diversi di proteine perché esistono migliaia di geni che danno origine a migliaia di mRNA che vengono tradotti dai ribosomi. Ultima cosa da sapere: le proteine hanno forme tridimensionali specifiche e dalla loro forma dipende la loro funzione. La sequenza di amminoacidi che la compone decide se la proteina è globulare, filamentosa, a forma di uncino, a forma di Y e così via. Anche solo la sostituzione di un singolo amminoacido su migliaia potrebbe cambiare la forma della proteina, modificando l’efficacia della sua funzione.

Gli anticorpi sono proteine, i linfociti B sono la loro fabbrica.

Avendo chiaro ora il funzionamento di una cellula in generale, possiamo parlare delle cellule che producono gli anticorpi: i linfociti B. Queste cellule hanno una vita molto rischiosa: la maggior parte di esse, infatti, muore prima di riuscire a maturare. Il fatto è che sono dannatamente pericolose: producono anticorpi, delle proteine speciali capaci di legarsi ad altre strutture e scatenare così una risposta immunitaria contro quelle stesse strutture. Esiste una sola cellula, o comunque poche, per ogni tipo di anticorpo possibile. Il problema grande è che quando dico ogni tipo di anticorpo, intendo anche che ci sono cellule che attaccherebbero le strutture corporee. Durante la maturazione, qualsiasi cellula riconosca qualcosa viene uccisa (accade alla maggior parte delle cellule neonate), rimangono solo quelle che non riconoscono nulla e che, quindi, si scaglieranno contro strutture che non esistono nell’organismo.

Cosa succede quando entra qualcosa di estraneo? Succede che viene processata dall’organismo (ad esempio fagocitato da un macrofago) e alcuni frammenti vengono esposti sulle membrane cellulari (come ho detto: sulle membrane ci sono anche proteine); dopo qualche tempo e qualche passaggio aggiuntivo, questi frammenti arrivano ad attivare i linfociti B, che reagiscono di conseguenza.

La reazione consiste nella produzione di anticorpi e nella moltiplicazione. Più cellule ci sono, più anticorpi si producono e si riesce a contrastare meglio l’agente esterno. Questa cosa richiede tempo, mediamente un paio di settimane per la prima volta che si viene a contatto con un agente nuovo. Dal secondo incontro, i linfociti B sono aumentati di numero e sono già pronti a intervenire, quindi ci vuole molto meno tempo. Gli anticorpi sono proteine dalla forma a Y e sono capaci di riconoscere alcune strutture specifiche, porzioni di proteine o piccole molecole. Una volta riconosciute, si legano a esse e scatenano la risposta immunitaria, facilitando il compito delle altre cellule del sistema immunitario nel combattere l’aggressore.

Può farlo in due modi: legandosi a una struttura importante, per impedirgli di funzionare, o anche legandosi alla struttura estranea e venendo riconosciuto dai macrofagi, che faranno pulizia di tutto. Quando l’agente esterno è un batterio, questo secondo effetto è preponderante: il batterio viene così riconosciuto e fagocitato.

Quando invece è un virus, è importante anche la cosiddetta neutralizzazione, ovvero gli si deve impedire di funzionare. Ma che cos’è un virus?

I virus e il sistema immunitario

Una brutta notizia avvolta in una proteina

Sir Peter Medawar è stato un biologo britannico, premio Nobel per la medicina nel 1960. Fu lui a dichiarare che i virus sono una brutta notizia avvolta in una proteina, e come definizione è decisamente adeguata. I virus, infatti, sono organismi estremamente semplici e piccoli, molto più piccoli di un batterio. Non hanno una struttura cellulare, non hanno un loro metabolismo, sono strutture biochimiche capaci sono di moltiplicarsi all’interno di una cellula, sono parassiti che sfruttano le cellule per diffondersi e che non hanno senso di esistere senza cellule da infettare.

fonte

La loro struttura più semplice è formata da un qualche materiale genetico, DNA o RNA, circondato da una struttura proteica. Alcuni, oltre a questo, hanno anche un rivestimento di grasso simile alle membrane delle cellule, con tanto di proteine inserite in esso. Dato che la membrana esterna, quando c’è, è di grasso e dato che la membrana della cellula è pure di grasso, a volte l’ingresso del virus prevede la fusione delle due membrane, per poi far entrare dentro la cellula solo l’interno del parassita. Altre volte è più complesso e prevede una azione attiva della cellula. In tutti i casi, però, c’è bisogno prima di tutto di un riconoscimento: una proteina del virus deve riconoscere una proteina della cellula, per poter attivare qualsiasi tipo di interazione.

Nel caso di SARS-CoV-2, conosciamo tutti gli attori in causa: la proteina del virus è la proteina spike, mentre quella della cellula è chiamata recettore ACE-2.

La cosa funziona un po’ come il velcro: le due proteine si riconoscono e si uniscono. Formato questo legame, il virus può entrare. SARS-CoV-2 libera nell’ambiente acquoso della cellula il suo materiale genetico, rappresentato da una molecola di mRNA che contiene vari geni, quindi codifica per la proteina spike e per tutte le altre proteine virali. Questo mRNA fa quel che fanno tutti gli mRNA prodotti dalla cellula: si unisce ai ribosomi che, ciechi all’origine del filamento e obbedienti alla loro natura, su quello stampo sintetizzano le proteine del virus. A quel punto è fatta: il virus produce le proprie proteine sfruttando la cellula, si moltiplica e si diffonde nell’organismo.

Il contrattacco. I linfociti B contro il virus

Una volta entrato, [il virus, ndr] deve moltiplicarsi quanto più gli è possibile prima che il sistema immunitario reagisca. Come ho già detto, se è la prima volta che il virus entra nell’organismo, ci vuole tempo per avere le difese contro di lui: ecco perché la malattia dura giorni o settimane. Purtroppo, per alcuni questo tempo è anche troppo, si aggravano e rischiano la vita.

La maggior parte delle persone, per fortuna, guarisce, e lo fa grazie agli anticorpi prodotti dai propri linfociti B, che si legano alla proteina spike del virus impedendogli di legarsi al recettore ACE-2 e facilitandone l’eliminazione. La risposta immunitaria è ovviamente molto complessa, non riguarda solo i linfociti B: esistono parecchi tipi di cellule del sistema immunitario e tantissime molecole che vengono prodotte contro il virus e a favore di una attivazione sempre più potente della risposta immunitaria. Attenzione: a volte è addirittura questa attivazione molto potente a causare danni, perché il sistema immunitario è programmato per distruggere gli agenti esterni, e facendolo può ovviamente causare danni collaterali. Un esempio di questa reazione estrema è la famosa tempesta di citochine: vengono prodotte moltissime molecole che stimolano il sistema immunitario e quando avviene in parti sensibili del corpo (come, ad esempio, i polmoni) il danno può essere letale. Per fortuna un evento del genere non è sempre presente.

E ora cosa succederà?
Lo vedremo nella prossima parte dell'articolo che sarà pubblicato tra pochi giorni.

Alla prossima.

Il fattore Eureka: come si legge uno studio scientifico (parte 2).

Questa è la seconda parte di un articolo apparso in questo blog qui.
L'autore è Giuliano Parpaglioni, biologo nutrizionista.
Ci spiega cosa sono gli studi scientifici, come si leggono, cosa possono trovare ed introduce un nuovo fattore di valutazione, il "fattore Eureka", un indice inventato ma che ci può dare un'idea sul livello di importanza di una ricerca scientifica. Ovviamente conviene leggere la prima parte per comprendere meglio questa seconda.

Quando leggiamo una ricerca dovremmo sempre sapere cosa stiamo leggendo. Uno studio non è uguale all'altro, ha scopi diversi, nasce con basi diverse e giunge a conclusioni diverse. Per questo motivo gli studi hanno differenze profonde, già a partire dal metodo, cioè dalle regole e dalle basi che li hanno originati.
Ma quali sono i diversi tipi di studio scientifico?
Eccolo spiegato.
Buona lettura.

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Studi descrittivi: Fatture Eureka 1-3 Gli studi descrittivi sono quelli che descrivono una data realtà: l’incidenza di una malattia, la presenza di un dato agente infettivo… ma anche ad esempio i case report, ovvero le pubblicazioni che riguardano una sola persona: il medico ha notato qualcosa di strano e pubblica l’esperienza su una rivista scientifica. Altro tipo di studio descrittivo è lo studio ecologico, che non riguarda la singola persona ma una popolazione. Questi studi sono la base della ricerca fuori dal laboratorio: cercano possibili correlazioni, cercano particolari, stimolano la curiosità di andare a vedere se c’è un nesso causale tra A e B, ma non danno risposte. Il FE di questi studi potremmo metterlo tra 1 e 3, a seconda della qualità dello studio. Un esempio è il case report di un ragazzo di 19 anni con disfunzioni erettili che il medico ha associato all’alto consumo di soia (3): interessante, ma va come minimo contestualizzato (il ragazzo soffriva anche di diabete) e verificato con altri studi.

Studi analitici: Fattore Eureka 2-7 Gli studi descrittivi sono pura osservazione e descrizione degli eventi. Gli studi analitici invece tentano di dare una giustificazione a quello che si osserva analizzando il fenomeno confrontando due popolazioni diverse: si usa quindi un controllo: una seconda popolazione di confronto.

• Studio trasversale (cross-sectional). Con questionari o utilizzando registri pubblici si cerca una relazione in un dato momento tra un evento A e un evento B. Ad esempio è possibile studiare l’associazione di obesità e artrite tra gennaio 2015 e gennaio 2016 a Milano, si fa un’istantanea, in un dato momento, di quella popolazione, si confrontano le persone tra loro e si può trovare una correlazione statisticamente significativa tra gli eventi. Il problema è che con questo tipo di studi non si riesce a capire se è A a causare B o viceversa: l’obesità scatena l’artrite per aumento dell’infiammazione o l’artrite causa l’obesità per una minore possibilità di muoversi? Questo tipo di studi potrebbero avere un FE da 2 a 4 a seconda della qualità dello studio. Sono più significativi degli studi descrittivi perché riescono a trovare correlazioni, ma non un rapporto di causa-effetto.

• Studio caso-controllo. In questo tipo di studi si prende in considerazione prima di tutto un effetto (ad esempio la presenza di una patologia) e si va indietro nel tempo per indagarne le cause. Grazie agli studi descrittivi si sospetta che ci sia, ad esempio, una correlazione tra una patologia e un certo tipo di alimentazione, così si cerca di capire come le persone si siano alimentate negli anni precedenti. Grossolanamente, se tra coloro che in passato hanno seguito una certa alimentazione sono molto frequenti i malati, mentre la popolazione che non l’ha seguita è più sana, è ragionevole supporre che quell'alimentazione causi la malattia. Potremmo dare a questi studi un FE da 3 a 5 a seconda della qualità del singolo studio. Cominciamo a riconoscere delle correlazioni causali, anche se non perfette: l’indagine retrospettiva non permette molta precisione, i registri potrebbero essere curati male, la memoria potrebbe essere imprecisa.

• Studio di coorte. È il principe degli studi osservazionali analitici, ed è anche il più costoso in assoluto. Lo studio di coorte prevede che si seguano delle popolazioni per un certo periodo di tempo, andando a registrare prima di tutto le possibili cause (es. un tipo di alimentazione suggerita dagli studi descrittivi) e, nel tempo, vedere cosa succede a chi è stato esposto a quell'evento (es. a chi continua ad alimentarsi in un dato modo). È spesso una ricerca lunga anni, che coinvolge molti centri di ricerca spesso sparsi per il mondo, di solito arruola decine di migliaia (o centinaia di migliaia) di persone per vedere cosa cambia col passare del tempo nella loro salute. Un esempio è lo studio EPIC (European Prospective Investigation Into Cancer and Nutrition), che cerca di capire come l’alimentazione influenzi l’insorgenza dei tumori. I risultati dati da questo tipo di indagine sono molto importanti, a volte determinanti per gli aggiornamenti delle linee guida, ma sono anche estremamente difficili e costosi.

A mio parere, il FE va da 5 a 7, perché dato l’alto numero di casi arruolati nella statistica e l’alto numero di ricercatori coinvolti, è altamente improbabile che la qualità possa essere scarsa.

Studi clinici: Fattore Eureka 5-8 Gli studi clinici sono quelli fatti in ospedale, sono quelli ad esempio che permettono la commercializzazione di nuovi farmaci e sono molto interessanti perché sono studi di intervento. Non ci si limita più a osservare, ma si interviene con un qualche approccio terapeutico per cambiare la situazione di un dato campione di persone. Determinante, per l’influenza che può avere questo tipo di ricerca, è il campione: il numero e la qualità delle persone coinvolte. In queste ricerche si può, ad esempio, confrontare l’effetto di un nuovo farmaco con il vecchio, oppure con un placebo. Se il campione di persone coinvolto è piccolo, lo studio può dare indizi per ulteriori indagini, ma difficilmente potrà essere un caposaldo della ricerca. Inoltre, si può decidere di randomizzare il campione oppure no: se io decido che data la caratteristica A il paziente avrà il placebo e data la caratteristica B avrà il farmaco vero, sto pilotando i due gruppi (e non è per forza un male, dipende dall'obiettivo della ricerca). Se invece ho interesse nel fatto che i due gruppi siano il più omogenei possibile allora dovrò randomizzarli, ovvero fare in modo che chi ha la caratteristica A finisca sia nel gruppo di controllo sia in quello con il farmaco vero. Altra caratteristica: gli studi possono essere in cieco, in doppio cieco e in triplo cieco. Gli studi in cieco sono quando il paziente non sa se sta prendendo il nuovo farmaco o quello vecchio; il doppio cieco è quando anche il ricercatore non sa se sta somministrando l’uno o l’altro; il triplo cieco coinvolge anche chi elabora i risultati, ad esempio lo statistico del gruppo di ricerca. Queste accortezze servono per minimizzare l’effetto placebo, che ci sarebbe in ogni caso. Tutte queste cose insieme fanno sì che questi studi siano estremamente importanti per la ricerca, e a seconda della qualità (piccolo o grande campione, randomizzazione, cieco, doppio cieco o triplo cieco) il FE può essere tra 5 e 8.

Revisioni sistematiche e metanalisi: Fattore Eureka 7-10 Capita spesso di trovare che lo studio A dica una cosa e lo studio B dica l’esatto contrario. Come si può decidere quale sia la posizione corretta? Ci vengono in aiuto le revisioni della letteratura. Storicamente una revisione (o review) è il racconto dello stato dell’arte: si prende tutta la letteratura scientifica su un dato argomento e se ne fa un riassunto, pubblicando la propria opinione a riguardo. Questo tipo di revisione è ormai abbastanza difficile da incontrare in ricerca clinica, anche se ne ha costituito la storia anche in epoca recente. Ora si parla soprattutto di revisioni sistematiche: un tipo di revisione più ancorato ai fatti. Si incomincia sempre dall’insieme della letteratura su un dato argomento, da qui i lavori vengono selezionati secondo criteri oggettivi di qualità e si dà un giudizio complessivo solo su quelli rimanenti. Per dare un’idea: è possibile che su un dato argomento ci siano più di 20.000 articoli, ma che in una revisione sistematica con criteri di selezione stringenti ne vengano esaminati al massimo una trentina. Quando poi, oltre al giudizio qualitativo e complessivo viene aggiunta anche l’analisi matematico-statistica, non si parla più di revisione sistematica ma di metanalisi.

Con questo tipo di lavoro arriviamo al punto più alto dell’analisi dei dati a disposizione: si prendono i risultati numerici dei lavori selezionati (con gli stessi criteri oggettivi delle revisioni sistematiche) e si mettono insieme per trovare delle risposte chiare e precise. Un esempio di metanalisi è il gigantesco lavoro del WCRF (World Cancer Research Fund), che mette insieme i dati di tutti i lavori che riguardano l’alimentazione, lo stile di vita e lo sviluppo di tumori. Questi lavori vanno secondo me da un FE di 7 in caso di revisione semplice, fino a un FE di 9 nel caso delle metanalisi. Ovviamente, la metanalisi che riguarda studi clinici ha più impatto di una metanalisi che riguarda studi di coorte. Esistono anche metanalisi di metanalisi, e probabilmente sono la cosa che più si avvicina a un FE di 10.

Conclusioni 

Leggere uno studio su PubMed non è una cosa semplice, molto spesso lo stesso linguaggio tecnico impedisce di capire bene quello che si sta leggendo e la matematica e la statistica sono scogli importanti anche per molti addetti ai lavori. Questo che ho proposto, anche in maniera scherzosa con la mia scala Eureka, è un primo passo per orientarsi e poter verificare meglio quello che si legge in giro. Non tutte le ricerche sono uguali, non tutte hanno lo stesso valore ma, allo stesso tempo, non per questo vanno trascurate perché possono essere l’inizio di qualcosa di importante in futuro. La ricerca in laboratorio, ad esempio, non ha alcun impatto immediato sulla quotidianità, ma è il punto di partenza dal quale scaturisce tutto il resto. Allo stesso modo, le metanalisi vanno analizzate, discusse, criticate e spolpate fino all’osso per poter essere prese in considerazione e poter diventare rilevanti come dovrebbero essere. La prossima volta che leggete su internet che hanno trovato la cura per il cancro, provate a cercare il lavoro originale e a capire di che tipo di lavoro si tratta, magari si sta solo illustrando uno studio ecologico.

Bibliografia

(1). Murad MH, Asi N, Alsawas M, Alahdab F. New evidence pyramid. Evid Based Med. 2016;21(4):125-127. doi:10.1136/ebmed-2016-110401.

(2). Grimes DA, Schulz KF. An overview of clinical research: the lay of the land. Lancet (London, England). 2002;359(9300):57-61. doi:10.1016/S0140-6736(02)07283-5.

(3). Siepmann T, Roofeh J, Kiefer FW, Edelson DG. Hypogonadism and erectile dysfunction associated with soy product consumption. Nutrition. 2011;27(7-8):859-862. doi:10.1016/j.nut.2010.10.018.

Il fattore Eureka: come si legge uno studio scientifico (parte 1).

Già in passato ho ospitato in questo blog gli articoli di Giuliano Parpaglioni, biologo nutrizionista, che con quello che leggerete oggi ci spiegherà come si legge uno studio scientifico.

Non è facile come può sembrare ad un profano, ci sono molti elementi da valutare, particolari tecnici e fatti che, chi non è del campo, potrebbe sottovalutare.

Anche la ricerca apparentemente più banale può nascondere un colpo di genio e, viceversa, anche quella più complicata può essere, in realtà, vera spazzatura. Come fare quindi a valutare l'importanza di uno studio scientifico?
Oggi, con l'aumentare delle riviste "predatorie" (riviste scientifiche che di scientifico hanno pochissimo, pubblicano qualsiasi cosa, a prescindere dalla sua attendibilità, dietro pagamento) il caos è totale. È possibile trovare un dato ed il suo opposto. Non è facile quindi, per chi non ha gli strumenti adatti, capire il livello di ciò che si legge.

Il fattore Eureka è un indice inventato, bella intuizione di Giuliano, che serve a valutare l'attendibilità di uno studio.

Come fare? Eccolo spiegato.

L'articolo è diviso in due parti (potrebbe sembrare molto difficile ma non lo è e merita perché ci spiega cose che richiederebbero volumi interi).
Grazie a Giuliano Parpaglioni per la sua collaborazione.

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Normalmente, le notizie in ambito scientifico arrivano tramite intermediari. Ognuno di noi si informa più o meno come tutti gli altri: articoli divulgativi online e cartacei, articoli di giornale, servizi televisivi, passaparola con amici e parenti.

Tutto quello che arriva alle notizie, ovviamente, deve avere avuto un'origine da qualche ricercatore che a un certo punto ha detto “oh, ecco: ora sappiamo che da A deriva B” pubblicando tutto il suo lavoro dimostrativo in una rivista scientifica in maniera dettagliata e tecnica. Successivamente, i giornalisti scientifici, gli addetti ai lavori o i vari interessati a quel dato argomento andranno a leggere quel lavoro e diffonderanno la notizia con i loro mezzi: generalmente il primo passaggio è cercare lo studio in un motore di ricerca dedicato, e PubMed è il più utilizzato.

Il passaggio tra l’articolo originale e l’orecchio della persona comune è quindi un passaggio critico, perché passa per una terza persona che si occupa di dare voce popolare a ciò che dice quel lavoro scientifico, spesso incomprensibile ai non addetti ai lavori. Salvo casi di cattiva scienza (ovvero lavori poco accurati, con analisi statistiche fantasiose o vere e proprie frodi), è questo il momento in cui siamo più deboli: dobbiamo fidarci di chi diffonde la notizia e della sua interpretazione, perché non saremmo in grado di andare a verificarla. Eppure sarebbe utile a molti il poter verificare le notizie che ci arrivano. L’obiettivo di questo articolo, quindi, sarà cercare di fare almeno un po’ di chiarezza tra i vari tipi diversi di studi che si possono trovare su PubMed, quale sia il peso di ciascun tipo di articolo nella quotidianità e quanto possiamo fidarci di un risultato, se non dal punto di vista matematico e statistico, almeno da quello divulgativo.

Il fattore Eureka

Credo che il modo migliore per arrivare all'obiettivo sia introdurre una scala di valori.

Potremmo chiamarla “scala Eureka”, e possiamo delimitarla tra 1 a 10.

Eureka è una parola che si traduce con “ho trovato” ed è attribuita ad Archimede di Siracusa;

nel nostro caso serve per definire lo stato di conoscenza raggiunto con un certo tipo di ricerca: con un Fattore Eureka (FE) di 1, più che “ho trovato” siamo di fronte a “forse potrebbe essere se”; un FE di 10 invece porta la matematica certezza che un dato avvenimento sia esattamente come descrive lo studio.

Un tipo di ricerca che abbia un FE pari a 1 potrebbe essere l’inizio di un nuovo filone di ricerca, un indizio per vedere se, come e quando una data cosa effettivamente avviene; un tipo di ricerca che arriva al 10 cambia le linee guida. Ci tengo a sottolineare che sto parlando di tipi diversi di pubblicazioni, non di singoli lavori: per questo motivo la scala non sarà mai esattamente definita ma magari potrà andare da TOT a TOT2 per quel tipo di pubblicazione. Ovviamente ci sono tanti lavori che rientrano in un FE di 1, ma 10 è praticamente una chimera: la scienza va avanti per verifiche e l’idea che esista un tipo di studio che da solo possa cambiare il mondo è alquanto improbabile. In questo contesto, questa scala ci servirà solo per capire come classificare quello che troviamo su PubMed, e che spesso viene riportato negli articoli: posso fare più affidamento su uno studio ecologico o su uno studio di coorte? Ha più rilevanza un trial clinico o uno studio caso-controllo? Queste sono le domande a cui voglio rispondere con la scala Eureka.

Esiste, in letteratura, quella che viene chiamata la evidence pyramid (1), la scala che useremo in questo articolo prenderà spunto dalla nuova versione di questa piramide, proposta nel 2016.

Le pubblicazioni

La ricerca inizia per curiosità, per voler scoprire come funziona qualcosa o per verificare che una data cosa sia effettivamente come si è sempre pensato fosse. Si chiama ricerca di base, ed è quella su cui si poggia tutto il mondo scientifico e tecnologico. In campo biomedico, si fa soprattutto nei laboratori e riguarda principalmente colture cellulari, esperimenti biochimici, microscopi, spettroscopi e camici macchiati di reagenti. Questa è la cosiddetta ricerca preclinica. Può essere in vitro se fatta in provette o su colture cellulari (che è la vera e propria ricerca di base) o in vivo se si tratta di esperimenti su animali (che spesso cerca già una qualche applicazione, anche se grossolana). Lo sviluppo di un farmaco ad esempio comincia così: si sintetizza una molecola, la si prova su cellule e poi su animali, se passa questi test la si prova su esseri umani. Fare ricerca sugli esseri umani però non riguarda solo i farmaci: apre infatti un ventaglio di possibilità molto ampio.

La ricerca clinica

Esiste tutta una serie di ricerche che riguardano la ricerca clinica e l’epidemiologia, tutte importanti – a loro modo – per comprendere meglio la realtà che ci circonda. Il seguente schema è la traduzione di quello pubblicato su Lancet nel 2002(2) che riassume, a grandi linee, cosa si fa in ricerca.

Immaginiamo di essere dei ricercatori che non fanno ricerca di laboratorio ma ricerca clinica. Abbiamo due strade principali da seguire: fare un qualche tipo di intervento (studi sperimentali) oppure limitarci a osservare cosa succede spontaneamente (studi osservazionali) e, in quest’ultimo caso, potremo decidere di descrivere semplicemente cosa succede in una popolazione (studi descrittivi) oppure fare un confronto tra due popolazioni (studi analitici). La scelta cambierà drasticamente il nostro FE, ma anche i costi e i tempi della nostra ricerca.

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L'argomento, come si vede, è abbastanza complicato ed è per questo che nella valutazione di uno studio scientifico serve competenza. Nonostante possa sembrare ovvio fidarsi delle conclusioni di una ricerca, non è sempre così, gli elementi da valutare sono tanti.

Nella prossima parte dell'articolo cercheremo di capire il significato di ogni tipo di studio, a cosa serve e perché nasce (e cosa può concludere).

Alla prossima.

Come funziona? L'equilibrio acido base del sangue.

[aggiornato dopo la pubblicazione iniziale]

L'argomento non lo tratto da tempo ma (purtroppo) è sempre di attualità. La famigerata, leggendaria, insulsa "dieta alcalina". Una delle bufale mediche più diffuse che, probabilmente perché si ignorano i meccanismi di base della fisiologia umana, si diffonde indisturbata, anche (ahimé) per bocca di medici, professionisti e persone che dovrebbero aver sfogliato qualcosa in più dell'enciclopedia medica.

La "dieta alcalina" sarebbe un regime alimentare secondo il quale, alimentandosi di ben precisi "alimenti alcalini" si otterrebbero ingenti benefici per la salute e addirittura nella cura di malattie gravi come il cancro.
Tutto questo perché questi alimenti sarebbero capaci di "alcalinizzare" l'organismo (poi esistono varie versioni, l'alcalinizzazione riguarderebbe talvolta il sangue, altre le cellule, altre la "matrice extracellulare" e così via, secondo l'ipotesi, una diversa dall'altra, di chi la diffonde). C'è un solo "piccolo" problema: non è possibile alcalinizzare (o acidificare) il nostro sangue senza incorrere in disturbi anche gravi e persino letali e per questo parlare di "alcalinizzazione dell'organismo" come se fosse una panacea, equivale a parlare di rapimenti alieni: una bufala.

Se esistesse una dieta capace di alcalinizzare il nostro corpo, sarebbe fortemente tossica. Sarà un caso (ma anche no) ma la persona che, tramite un libro, ha diffuso al grande pubblico questa leggenda, è un falso medico finito in carcere con 18 capi d'accusa, tra i quali la truffa, non prima di essersi fatto riempire il portafogli da tante persone illuse di aver trovato la soluzione per i loro acciacchi.

Purtroppo l'argomento non è (per chi è profano) di immediata comprensione. Proviamo allora a conoscerlo meglio nella sua parte più importante. L'equilibrio tra alcalosi ed acidità del nostro organismo è mantenuto (sempre, costantemente, di continuo...) da una serie complessa di sistemi, se riusciamo a capire questi meccanismi riusciremo non solo a conoscere un incredibile e complicato insieme di eventi che ci consentono di vivere ma (per chi non lo conosce) il motivo per cui bufale come la "dieta alcalina", le "acque alcaline", gli "integratori alcalini" ed altre amenità simili, sono semplici prodotti commerciali truffaldini che vendono perché non tutti conoscono come funziona il corpo umano.

Questo articolo servirà anche ai medici ed ai professionisti della salute che, per malafede o semplice ignoranza, hanno saltato l'esame di fisiologia medica diventando purtroppo diffusori di bufale, un ripassino non fa mai male.

Tutto sarà spiegato da Giuliano Parpaglioni, biologo nutrizionista.

Nessuna paura se alcuni passi possono sembrare (lo sono?) più complessi, leggete con calma, chiedete pure. Capire è molto meglio che credere.

Un grazie a Giuliano e buona lettura.

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L’idrogeno è l’elemento più diffuso in natura derivando direttamente dai processi seguenti al famoso Big Bang, dal quale ha avuto origine il nostro universo. Nei sistemi biologici, l’idrogeno è presente principalmente in forma legata al carbonio (legami C-H), all’ossigeno (legami O-H) e all’azoto (legami N-H) che, nel loro insieme, formano i gruppi funzionali costituenti i metaboliti ai quali sono deputate le funzioni vitali.

A seconda della forza con cui l’idrogeno è legato agli altri atomi, è possibile che esso si dissoci (ovvero passi dalla forma legata a quella disciolta) e si presenti sotto forma di ione con una carica elettrica positiva (ciò avviene maggiormente nelle soluzioni acquose, in quanto nei sistemi non acquosi non è possibile trovare lo ione idrogeno disciolto). L’idrogeno, privo del suo elettrone, viene anche indicato molto semplicemente come protone (sebbene indicare lo ione idrogeno come protone sia un vezzo tipico dei chimici organici) o idronio.

Lo ione idrogeno — o protone o idronio — prende parte a moltissime reazioni chimiche e la sua concentrazione (ovvero il contenuto di ioni idrogeno per unità di volume della soluzione) può cambiare l’esito di una reazione in maniera determinante. I valori numerici della concentrazione di ioni idrogeno sono estremamente piccoli. Per questo motivo i chimici hanno introdotto una scala di valori di natura logaritmica indicata come pH in modo da poter maneggiare numeri che rientrino nell’ordine delle decine invece che in un ordine che va dai centesimi ai microcentesimi e oltre (ovvero da 0,01 a 0,0000000001).

La necessità di una scala logaritmica è nata in un’epoca in cui ancora non esistevano i calcolatori elettronici. Tuttavia, anche se oggi i computer sono sempre più potenti, la scala di pH è rimasta nell’uso chimico per la sua estrema comodità nello spiegare cosa accade nei sistemi complessi.

Il pH e l’acidità

Come detto poco sopra, la concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione è misurata tramite il pH: questa scritta non è un acronimo, ma un’operazione matematica. Esplicitandola la si può scrivere anche come:

-log10[H+]

una parolaccia che si legge cologaritmo in base dieci della concentrazione degli ioni idrogeno ed è tradizionalmente compresa tra 0 e 14 (anche se in teoria può avere valori più bassi e più alti di così).

Essendo un’operazione matematica e non un acronimo, le scritte “ph”, “Ph” e “PH” sono errate; è come voler scrivere una frazione usando il simbolo della percentuale invece della linea di frazione. Il valore neutro è 7, ed è il pH dell’acqua distillata a 25 °C; valori inferiori a 7 definiscono una soluzione acida, mentre valori superiori a 7 definiscono una soluzione basica o alcalina. 

Possiamo quindi dire che una soluzione è acida se il pH di tale soluzione è inferiore a 7, è basica o alcalina se il pH di tale soluzione è superiore a 7, è neutra se il pH di tale soluzione è uguale a 7. Il tutto dipende anche dalla temperatura: se si alza, il punto di neutralità si abbassa (ecco perché i saponi intimi non hanno un pH pari a 7, anche se sull’etichetta c’è scritto “neutro”).

Esistono varie sostanze capaci di cambiare il pH di una soluzione: semplificando molto si può dire che se una sostanza disciolta in acqua libera ioni idrogeno (aumentandone la concentrazione e abbassando il pH) è un acido; viceversa se una sostanza disciolta in acqua lega ioni idrogeno (diminuendone la concentrazione e alzando il pH) è una base (o alcale).

A seconda della facilità che ha la sostanza di legare o cedere ioni idrogeno si parla di acidi e basi forti oppure acidi e basi deboli: una base forte o un acido forte cambieranno il pH in maniera molto più accentuata di quanto lo possano fare un acido debole o una base debole. Esistono poi le cosiddette soluzioni tampone definite come soluzioni di acidi (o basi) deboli e il loro ione coniugato. (una base coniugata deriva dalla dissociazione dell’acido debole).

Queste soluzioni sono in grado di “tamponare” (ovvero resistere) a piccole variazioni di pH facendo in modo che la concentrazione di ioni idrogeno rimanga costante. Ovviamente ci sono dei limiti al potere tamponante, ma entro questi limiti il pH della soluzione è mantenuto praticamente costante. Questo concetto è fondamentale per capire la regolazione del pH del sangue, perché effettivamente il sangue è una soluzione tampone.

Il sangue, i polmoni, i reni

L’intervallo fisiologico di pH del sangue è compreso tra 7,38 e 7,42. Si parla di acidosi quando scende sotto i 7,35 mentre c’è un’alcalosi quando è superiore a 7,45.

Il corpo fa di tutto per evitare questi minimi sbalzi: in caso di variazioni le proteine possono cambiare forma, diventando inefficienti per qualsiasi loro funzione; il sistema nervoso può avere gravi problemi (si può arrivare a confusione, al coma o anche alla morte); possono avvenire squilibri elettrolitici (ad esempio può crescere troppo o diminuire troppo la concentrazione del potassio, minerale fondamentale per il funzionamento del cuore) e quindi portare anche aritmie. Ecco perché esistono degli efficientissimi sistemi di controllo, il primo dei quali, il più semplice, è dato dalla composizione del sangue stesso.

Come dicevo precedentemente, il sangue è una soluzione tampone perché ricco di composti che fanno sì che il pH rimanga costante. I protagonisti principali di questo controllo sono l’anidride carbonica (CO2) e il bicarbonato (HCO3–). Queste due molecole sono legate da una formula chimica:

Indipendentemente dai meccanismi, è importante sapere che è una reazione reversibile, ovvero è possibile anche partire dal bicarbonato e rifare le reazioni verso l’anidride carbonica: anzi, la reazione inversa avviene continuamente, stabilendo un equilibrio stabile tra i vari composti. Inoltre, per il principio di Le Chatelier, se in un sistema all’equilibrio aggiungiamo uno dei reagenti (ovvero uno dei composti scritti a sinistra), la reazione produce più prodotti (i composti scritti a destra), e viceversa.

Ed ecco come funziona questo tampone:

se per un qualunque motivo aumentano gli acidi (esercizio fisico, dieta ricca di proteine o di grassi, malattie…) aumenta la concentrazione di H+, quindi la reazione si sposta a sinistra e produce più anidride carbonica e acqua, di fatto eliminando gli ioni idrogeno in eccesso. Altri tamponi, che agiscono in maniera simile, sono le proteine (alcuni aminoacidi hanno la capacità di legarsi agli ioni idrogeno o di cederli) e i fosfati (molecole formate da fosforo e ossigeno, con una carica negativa molto forte che attraggono gli ioni idrogeno).

Ovviamente questo meccanismo non è sufficiente da solo: i tamponi sono limitati, una volta che una molecola ha reagito non è più utilizzabile. È quindi necessario che vengano prodotti nuovi tamponi di continuo.

Qui agiscono polmoni e reni. I polmoni sono gli organi deputati all’ossigenazione del nostro sangue. Con il respiro si fa in modo di caricare il sangue che passa negli alveoli di nuove molecole di ossigeno, scaricandolo al contempo delle molecole di anidride carbonica. Mentre è ormai conoscenza comune il fatto che l’ossigeno serva per sopravvivere, è importante sottolineare che anche la fine regolazione dell’anidride carbonica permette di rimanere in salute.

Come detto, se per un qualunque motivo aumentano i protoni nel sangue ne consegue una reazione chimica che va a formare anidride carbonica. Questa è in aggiunta a quella normalmente prodotta dal metabolismo cellulare, di conseguenza aumenta la frequenza del respiro, che porta a eliminarla più velocemente per ristabilirne i limiti. Allo stesso tempo, se il pH del sangue dovesse alzarsi per qualunque motivo (quindi se dovesse calare la concentrazione di protoni), la reazione polmonare sarebbe quella di rallentare il respiro, per scambiare meno anidride carbonica con l’esterno e aumentarne la concentrazione nel sangue. Di contro, alcuni scompensi respiratori possono causare acidosi o alcalosi. In caso di iperventilazione si eliminerebbe troppa CO2, avremmo quindi un’alcalosi respiratoria: per lo stesso principio di Le Chatelier citato prima, togliendo un reagente si spingono i prodotti a reagire tra loro, per riformare il reagente mancante, quindi si va a diminuire la concentrazione di ioni idrogeno. L’effetto opposto si ha con un’ipoventilazione, che elimina troppa poca anidride carbonica, causando un eccesso di ioni idrogeno, quindi un’acidosi respiratoria. I polmoni agiscono sulla regolazione nell’arco di minuti, ma anch’essi da soli non sono sufficienti, sia perché la ventilazione non dipende solo dai livelli di CO2 ma anche da quelli dell’ossigeno, sia perché c’è anche la parte destra della reazione scritta prima da soddisfare.

Anche i bicarbonati non sono infiniti, quindi vanno ripristinati, e a farlo ci pensano i reni.

Il rene è un organo molto complesso, il suo funzionamento dà del filo da torcere a ogni studente che voglia preparare un esame di fisiologia, cercherò di essere il più essenziale possibile. Il compito principale del rene è quello di filtrare il sangue in modo che in circolo rimangano i nutrienti mentre gli scarti possano essere eliminati con le urine. È formato da una serie di tubi (tubuli) che si uniscono a formare l’uretere, che sfocia nella vescica.

La pulizia del sangue avviene in tre fasi: filtrazione, in cui il sangue viene come setacciato grossolanamente; secrezione, in cui alcune sostanze passano dal liquido peritubulare (ovvero il liquido nello spazio intorno al tubulo renale, non collegato con l’esterno del corpo, che poi torna nel circolo sanguigno) al lume tubulare (ovvero lo spazio che poi si collegherà all’uretere e quindi all’esterno); riassorbimento, in cui le sostanze vengono riprese dal lume tubulare per finire nel liquido peritubulare.

Le cellule renali, in tempi che vanno nell’ordine di grandezza di ore o giorni, attuano le seguenti azioni:

1. secernono ioni idrogeno, quindi fanno in modo che il pH del liquido peritubulare non diminuisca; 

2. riassorbono bicarbonato, portandolo nel liquido peritubulare facendolo così rientrare nel circolo sanguigno;

3. producono nuovo bicarbonato, mandando anche questo nel liquido peritubulare.

In tutto ciò, gli ioni idrogeno vanno a finire nelle urine, e nonostante esistano dei tamponi a base di fosfati anche lì, le urine risultano sempre molto più acide del sangue (generalmente intorno a pH 5,5 e il limite minimo è comunque di 4,5). In caso di acidosi metabolica la diminuzione di pH è data da ragioni diverse dall’aumento della CO2, ad esempio a causa di un diabete. I polmoni reagiscono come detto sopra fino ad arrivare al loro limite possibile, il grosso del lavoro lo fa il rene, secernendo più ioni idrogeno e riassorbendo e producendo più bicarbonato. In caso di alcalosi metabolica il pH è aumentato per cause diverse dalla diminuzione di CO2, per esempio l’ingestione eccessiva di bicarbonato di sodio. Anche qui i polmoni fanno quello che possono e il rene reagisce limitando il riassorbimento, la produzione di bicarbonato e la secrezione di ioni idrogeno.

Da quello che è stato detto finora, è ovvio che il mantenimento del pH dipende dalle concentrazioni di anidride carbonica e di bicarbonato. I valori ideali sono mantenuti quando la concentrazione di bicarbonato è venti volte la concentrazione dell’anidride carbonica (questo valore può essere calcolato tramite l’equazione di Henderson – Hasselbach, che vi risparmio).

Quando i polmoni e i reni lavorano insieme senza nessun problema, questo rapporto è mantenuto costante. In caso di acidosi, aumenta l’anidride carbonica o diminuisce il bicarbonato, quindi il rapporto è più basso; in caso di alcalosi, aumenta il bicarbonato o diminuisce l’anidride carbonica, quindi il rapporto è più alto.

In conclusione, possiamo dire che, salvo patologie che impediscano il normale funzionamento di polmoni e reni, o magari eccessi estremi di acidi (come nel diabete) o di basi (come assumendo troppo bicarbonato), il pH del sangue è costante e perennemente regolato, senza possibilità di sbavatura. Assumere acidi organici come grassi o proteine con la dieta non fa variare il pH del sangue, perché i meccanismi spiegati lo impediscono. Allo stesso modo assumere minerali alcalinizzanti con frutta e verdura non ha effetti, perché i polmoni e i reni lavorano per annullarli. 

Non amo dire che l’uomo è una macchina perfetta, perché non è vero (e per ulteriori implicazioni ontologiche di questa frase), ma di certo è una macchina molto complessa e ciò che facciamo tutti i giorni senza fatica, sopravvivere, è in realtà il frutto di milioni di anni di evoluzione che ha portato all’unione di meccanismi sopraffini. Da biologo rimango affascinato, come un appassionato d’arte davanti a un capolavoro, dalla splendida complessità che ogni giorno vive dentro di noi, e di cui non ci rendiamo nemmeno conto.

Giuliano Parpaglioni, Biologo Nutrizionista.

Approfondimenti: 

• Acido e Base: l’evoluzione di un significato (1° parte).

• Acido e Base: significati ed implicazioni da Brønsted-Lowry a Lewis (2° parte).

• Soluzioni tampone.

• Principio di Le Chatelier.

•Henderson–Hasselbalch equation 

Bibliografia:

Stanfield, Germann – Fisiologia – Terza edizione EdiSES 2011, pp. 556-64

Ringraziamenti:

Ringrazio per la consulenza Pellegrino Conte, professore associato di chimica agraria all’Università degli Studi di Palermo.

Devo a lui l’accuratezza della prima parte del post. Qualsiasi errore, imprecisione o eccessiva approssimazione è da attribuire solo a me.