Fisiologia della nutrizione avanzata

Fisiologia della nutrizione avanzata

In seguito all'ingestione del cibo e alla digestione, i nutrienti vengono assorbiti a livello intestinale. Da questa sede raggiungono la circolazione sanguigna così da poter essere assorbiti dalle cellule e utilizzati per il metabolismo. Questa fase è nota come post-prandiale. Quando si è lontano dai pasti si verifica la fase post-assorbitiva, anche nota come digiuno, in cui nell'intestino non sono presenti substrati energetici perché il soggetto non si sta alimentando. È chiaro che la cellula non rischia di rimanere a corto di energia dal momento che i mammiferi possiedono delle riserve energetiche, quali glicogeno nel muscolo scheletrico e nel fegato e trigliceridi nel tessuto adiposo. Quindi, si è in fase post-assorbitiva quando l'energia non proviene dall'esterno ma dai depositi.

Capitolo: Fase post-prandiale

Fra le categorie di macronutrienti che dobbiamo assumere con la dieta vi sono i lipidi, delle sostanze ad alto contenuto energetico (9 kcal/grammo) che conferiscono un sapore gradevole ai cibi. Circa il 90% dei lipidi che introduciamo con la dieta sono trigliceridi (non avendo gruppi idrofilici, sono assolutamente idrofobici); in percentuali nettamente inferiori introduciamo anche fosfolipidi (sono anfipatici), colesterolo (è idrofobico ma presenta un gruppo ossidrilico -OH) ed esteri del colesterolo (assolutamente idrofobici). L'unico solvente del nostro organismo è il sangue, una soluzione acquosa, quindi per trasportare i lipidi nel torrente sanguigno è necessario utilizzare un escamotage: le lipoproteine costituite dalle apoproteine. Se questa strategia non fosse stata attuata, i trigliceridi si sarebbero aggregati fra loro formando delle gocce dette emboli lipidici che avrebbero potuto provocare infarto nella zona interessata.

Metabolismo esogeno

Il metabolismo esogeno dei lipidi inizia con l'introduzione dei lipidi con la dieta. Questi vengono assorbiti nell'intestino tenue per diffusione (subiscono prima un processo che riduce le dimensioni; i lipidi sono l'unica categoria di substrati energetici per cui non vengono utilizzati meccanismi di trasporto attivo secondario per il superamento della membrana apicale degli enterociti, ad eccezione del colesterolo che entra negli enterociti attraverso il trasportatore NPC1L1, localizzato sulla membrana apicale. Essendo un trasporto di tipo passivo che si verifica solo se c'è forza spingente, viene assorbito soltanto il 50% del colesterolo. I prodotti della digestione arrivano al reticolo endoplasmatico liscio dove si assiste alla riformazione dei trigliceridi, fosfolipidi ed esteri di colesterolo.

Dunque, attraverso l'utilizzo di un'apoproteina, Apo-B48, si ha la formazione dei chilomicroni, i quali passano all'apparato del Golgi da cui gemmano delle vescicole che vengono esocitate. A causa delle dimensioni elevate (circa 1 micron), i chilomicroni non possono entrare all'interno dei capillari e pertanto entrano nei vasi linfatici grazie ai quali potranno raggiungere la circolazione sanguigna. Il colesterolo in eccesso negli enterociti viene immesso nei chilomicroni (cui hanno come proteina di rivestimento le Apo-A) sotto forma di estere.

I chilomicroni consentono il trasporto dei trigliceridi nel tessuto adiposo, muscolo scheletrico (soprattutto quando è ipertrofico; gli acidi grassi non vengono esterificati a trigliceridi ma vengono degradati in anidride carbonica e ATP utile alla contrazione muscolare) e nella ghiandola mammaria (unicamente della gestante). Questi dipartimenti sono in grado di prendere i trigliceridi in quanto sono provvisti di un enzima chiamato lipoproteina lipasi (LPL) localizzato sulla superficie delle cellule in grado di idrolizzare i trigliceridi (provenienti dai chilomicroni) in acidi grassi e glicerolo. Man mano che perdono i trigliceridi a livello degli organi, il diametro dei chilomicroni si riduce perché il core (responsabile delle dimensioni della lipoproteina) diventa più piccolo: le dimensioni passano dal micron iniziale a circa 80 nm in quanto è stato ceduto il 90% dei trigliceridi. Questa misura consente ai chilomicroni di attraversare la parete dei capillari del fegato (sinusoidi epatici): a questo punto si parla di residui chilomicronici. Al fegato arriva il 10% dei trigliceridi rimasti, i fosfolipidi e tutto il colesterolo (le LPL non sono in grado di degradarlo).

Fine metabolismo esogeno: cibo → intestino → chilomicroni → tessuto adiposo, muscolare o ghiandola mammaria → fegato.

Metabolismo endogeno

Anche gli epatociti sono in grado di mandare i lipidi (sia esogeni che provengono dalla dieta, sia endogeni sintetizzati nel fegato attraverso la lipogenesi de novo: eccesso carboidrati → grassi) in circolo assemblando le VLDL, pertanto possiamo asserire ci sia un parallelismo fra enterociti ed epatociti. Anche le lipoproteine prodotte dal fegato hanno la funzione di trasportare i trigliceridi alle altre cellule, ma in questo caso vengono trasportati anche i lipidi sintetizzati dagli epatociti tramite la lipogenesi de novo (questa via metabolica viene attivata in caso di eccesso di carboidrati, in particolare di fruttosio).

Ugualmente ai chilomicroni, anche le VLDL vengono attaccate dalle LPL presenti sulle cellule dei tessuti periferici e man mano si riducono di dimensioni diventando prima IDL e poi LDL. Il fegato è in grado di sintetizzare anche una particolare lipoproteina, HDL, priva di core (lo formerà nella circolazione sanguigna: le dimensioni aumenteranno) che ha la funzione di prelevare il colesterolo in eccesso dalle cellule e riportarlo negli epatociti. Le HDL sono assemblate anche a livello degli enterociti (in quanto sintetizzano le Apo-A): si stima che il 30% delle HDL sia prodotto in tale sede. Queste vengono immesse nei capillari e arrivano al fegato, dove andranno a sommarsi a quelle epatiche. Dato che nel caso degli enterociti i fosfolipidi e il colesterolo provengono dalla dieta, le HDL prodotte a livello intestinale potrebbero essere un modo per trasportarli.

Il colesterolo è una sostanza di natura lipidica composta da quattro anelli costituiti da carbonio e idrogeno (di cui tre esagonali ed uno pentagonale) avente una coda carboniosa che presenta un gruppo ossidrile. Viene introdotto con la dieta ma può essere sintetizzato anche dalla specie umana in quanto tutte le cellule animali hanno il corredo enzimatico per poterlo fare. Nel reticolo endoplasmatico liscio è presente ACAT, un enzima in grado di formare l'estere del colesterolo, ancora più idrofobico del colesterolo stesso in quanto il gruppo ossidrile viene impegnato e completamente inerte: difatti rappresentano un deposito di colesterolo che viene degradato nel caso in cui i livelli dello sterolo diminuissero.

A livello cellulare non sono presenti meccanismi degradativi del colesterolo, l'unico organo in grado di eliminarlo è il fegato attraverso la formazione dei sali biliari (di cui il colesterolo è precursore). Tuttavia, se la quantità di colesterolo assunta con la dieta è eccessivamente elevata, il fegato non riesce ad eliminare tutto il colesterolo in eccesso attraverso i sali biliari e pertanto lo rimette in circolo sotto forma di estere attraverso le VLDL. Tuttavia, un eccesso di LDL (derivanti dalle VLDL) rappresenta un alto rischio per l'insorgenza dell'aterosclerosi. È stato appurato che se la quantità di colesterolo che viene assorbita viene ridotta, si riduce anche la quantità di colesterolo circolante e quindi anche il rischio di sviluppare la patologia aterosclerotica. Per diminuire l'assorbimento del colesterolo è importante ridurre la quantità introdotta ed ingerire sostanze che ne riducano l'assorbimento ad esempio resine e fibre. È possibile anche ingerire sostanze come gli stanoli vegetali che competono con il colesterolo per la formazione delle micelle: questi hanno maggiore affinità, quindi il colesterolo rimane nel lume e viene eliminato. Gli stanoli non hanno trasportatori a livello dell'enterocita e quindi non vengono assorbiti. Un altro stratagemma per ridurre l'assorbimento del colesterolo è l'utilizzo di un inibitore di NC1L1, come l'ezetimibe, un principio attivo che viene utilizzato in vari farmaci. Un altro principio attivo molto utilizzato è rappresentato dalle statine, cui intervengono sulla sintesi del colesterolo inibendo l'enzima chiave HMG-CoA.

Alcuni soggetti hanno un'elevata espressione del trasportatore del colesterolo, pertanto devono essere attenti ad introdurre quantitativi inferiori di colesterolo in quanto ne assumono di più. Al contempo, altri soggetti hanno un'espressione minore dello stesso trasportatore, quindi potrebbero assumerne di più. Nella fase post-prandiale aumenta la glicemia, comportando il rilascio di insulina (unico ormone della fase post-prandiale) da parte delle cellule beta del pancreas endocrino. Tale ormone agisce anche sul fegato provocando fra le varie cose anche il blocco della beta-ossidazione degli acidi grassi nei mitocondri. L'insulina è in grado di fare ciò stimolando il malonil-CoA a bloccare i trasportatori CTP1, fondamentali per l'ingresso degli acil-CoA nei mitocondri (cui costituiscono i substrati della beta-ossidazione).

Gli acil-CoA derivano dagli acidi grassi derivanti dai trigliceridi (trasportati nell'epatocita attraverso i residui chilomicronici) esterificati dalla lipasi epatica. Tuttavia, gli acidi grassi liberi potrebbero causare danni ai mitocondri, pertanto vengono convertiti in acil-CoA. Se non possono essere ossidati, gli acil-CoA potrebbero degradare le membrane, pertanto vengono trasportati nel reticolo endoplasmatico liscio dove sono presenti gli enzimi deputati alla sintesi di trigliceridi, che sono meno pericolosi. Quindi, in definitiva, l'insulina impedisce la beta-ossidazione e favorisce la formazione di trigliceridi.

Un effetto che l'insulina esplica sul tessuto adiposo è l'inibizione della lipasi ormone-sensibile, l'enzima responsabile della degradazione dei trigliceridi. In questo modo, viene impedita la mobilitazione dei lipidi dal tessuto adiposo e quindi si registrano bassi livelli dei NEFA.

Apoproteine

Le apolipoproteine sono delle proteine ad alto peso molecolare capaci di legare i lipidi e sono costituenti delle lipoproteine plasmatiche (degli aggregati molecolari deputati al trasporto di trigliceridi e colesterolo attraverso la circolazione sanguigna ai vari tessuti e organi). Le apoproteine possono essere classificate come:

• Apoproteine di assemblaggio: consentono l'assemblaggio della lipoproteina e quindi consentono la possibilità di trasportare i lipidi in circolo. Sono delle molecole anfipatiche: nelle lipoproteine espongono la porzione polare verso l'ambiente acquoso (plasma) ed interagiscono attraverso la porzione apolare con i lipidi presenti nel core. Non vengono mai perse dalla lipoproteina pertanto sono caratteristiche delle classi di lipoproteine di cui fanno parte. Ad esempio, l'apoproteina di assemblaggio tipica dei chilomicroni è l'Apo-B48 mentre per le VLDL è Apo-B100. Se è presente una mutazione nel gene che la codifica, gli epatociti non sono in grado di eliminare i trigliceridi. Dunque, questi si accumulano causando la steatosi epatica. Una ridotta/mancata espressione dell'Apo-B48 invece induce la sindrome di malassorbimento che comporta l'eliminazione dei lipidi derivanti dalla dieta attraverso le feci con insorgenza della steatorrea.
• Apoproteine di rivestimento: consentono il catabolismo del core in circolo (sono considerati modulatori di enzimi, quindi attivano o inibiscono gli enzimi che degradano il core; esempio: Apo-C) e agiscono da ligando per i recettori tissutali delle lipoproteine consentendo l'endocitosi mediata da recettori dei residui ormai spogli e potenzialmente pericolosi (Apo-E). Sono di natura idrofilica (non anfipatica come nel caso delle apoproteine di assemblaggio) e prendono contatto solo con il guscio. Formano legami deboli con la lipoproteina pertanto possono attaccarsi e distaccarsi molto facilmente. In caso ci fossero mutazioni a livello dei geni che codificano tali proteine si verifica uno scorretto catabolismo del core o il mancato assorbimento dei residui, che rimarrebbero in circolo.

Distinguiamo quattro classi di apoproteine: Apo-A, Apo-B, Apo-C ed Apo-E. I raggruppamenti sono stati fatti tenendo conto di diversi criteri: alcune sono delle isoforme (quindi o derivano dallo stesso gene ma hanno una maturazione differente come nel caso di Apo-B48 ed Apo-B100, oppure derivano da geni molto simili, quindi appartenenti alla stessa famiglia) altre invece hanno una somiglianza funzionale (derivano da geni completamente diversi quindi non hanno una somiglianza strutturale ma svolgono compiti simili; questo è il caso delle Apo-C).

Apo-A

Hanno un peso molecolare che si aggira intorno ai 28 kDa e svolgono principalmente il ruolo di apoproteina di assemblaggio per le HDL e attivatore dell'enzima LCAT. Sono espresse sia negli enterociti che negli epatociti, ad eccezione di Apo-A4 che rinveniamo esclusivamente nell'intestino.

• Apo-A1: rappresenta l'apoproteina di assemblaggio delle HDL. Hanno peso molecolare di 28 kDa. Proprio perché sono molto piccole, abbiamo numerose molecole di Apo-A1 nelle HDL (a differenza delle Apo-B che essendo grandi in ogni lipoproteina è presente un'unica molecola). Dal momento che sono presenti molte Apo-A1, alcune possono essere perse nella circolazione sanguigna. Questa apoproteina è espressa sia nel fegato che negli enterociti, pertanto possiamo avere sia HDL di origine epatica che intestinale. Apo-A1 svolge anche il ruolo di attivatore di LCAT (attivato anche da Apo-C1). Inoltre, mantiene HDL collegata alla membrana plasmatica consentendo così il passaggio del colesterolo dal citosol all'interno della lipoproteina.
• Apo-A2: la rinveniamo sempre nelle HDL ma il suo ruolo non è ancora ben chiaro. Si è ipotizzato che possa favorire il trasferimento delle apoproteine dall'HDL al chilomicrone e viceversa (ad esempio Apo-A ed Apo-E).
• Apo-A4: è sintetizzata esclusivamente nell'intestino e anche questa apoproteina attiva l'enzima LCAT.

Apo-B

Questa classe comprende le Apo-B48 e le Apo-B100, entrambe apoproteine di assemblaggio. Sono delle isoforme in quanto entrambe derivano dalla trascrizione dello stesso gene; tuttavia le Apo-B100 (500 kDa) sono il risultato della traduzione dell'intero mRNA mentre le Apo-B48 (240 kDa) derivano dalla traduzione di parte dello stesso messaggero che comporta alla formazione di una proteina che possiede un peso molecolare pari al 48% di Apo-B100. L'mRNA non viene tradotto nella sua interezza negli enterociti in quanto in tali cellule è espresso un enzima che non è presente negli epatociti, la citidina deaminasi, che è in grado di convertire una citidina in uridina nel messaggero producendo un codone non senso che implica l'interruzione della traduzione.

• Apo-B48: espressa esclusivamente negli enterociti e costituisce l'apoproteina di assemblaggio dei chilomicroni. È quindi essenziale per l'utilizzo dei lipidi derivanti dall'alimentazione.
• Apo-B100: espressa esclusivamente negli epatociti e costituisce l'apoproteina di assemblaggio di VLDL. A differenza di Apo-B48 oltre ad essere una proteina di assemblaggio, svolge anche il ruolo di ligando per il recettore solitamente svolto dalle apoproteine di rivestimento (Apo-B100 ha più domini di Apo-B48, per cui quest'ultima avrà perso i domini che le avrebbero consentito di fungere da ligando al recettore). Il recettore in questione può essere chiamato indistintamente sia recettore B-E (perché riconosce anche Apo-E, ma con maggior affinità) che recettore per le LDL. È espresso da tutte le cellule, quindi potenzialmente tutte le lipoproteine che presentano Apo-B100 potrebbero essere assorbite da tutte le cellule dell'organismo. Tuttavia, questo non si verifica perché non tutte le lipoproteine posseggono un diametro che possa consentire il passaggio attraverso le cellule epiteliali dei capillari (solo le LDL sono capaci di fuoriuscire dai capillari continui: per questo è anche detto recettore per le LDL). L'espressione del recettore B-E sulle cellule epatiche è regolata dai livelli di colesterolo: se aumentano troppo, non viene più espresso.

Apo-C

Sono una classe di apoproteine di rivestimento ed appaiono nettamente più piccole delle Apo-B (circa 10 kDa). Sono di natura idrofilica e vengono sintetizzate esclusivamente dal fegato cui le mette in circolo mediante le HDL. Le proteine di questa classe non sono isoforme in quanto derivano da tre geni che non sono assolutamente correlati fra loro ed hanno anche strutture molto diverse. Sono state raggruppate nella stessa classe perché tutte svolgono il ruolo di modulatore di enzimi, quindi partecipano al catabolismo delle lipoproteine con core in circolo. Inoltre, se presenti sui chilomicroni e VLDL, tutte le Apo-C impediscono che i residui chilomicronici e delle VLDL possano essere assorbiti dal fegato perché inibiscono il legame fra Apo-E ed il recettore. Quando Apo-C viene ceduto, il residuo potrà entrare nell'epatocita. Le Apo-C vengono mandate in circolo associate alle HDL, cui le cedono ai chilomicroni. Le ritroviamo poi nelle VLDL e nelle IDL ma non nelle LDL perché sono troppo piccole per poter interagire con altre apoproteine all'infuori di Apo-B100: ed infatti sono proprio le LDL ad entrare nell'epatocita.

• Apo-C1: non svolge ruoli a livello dei chilomicroni o delle VLDL bensì è l'unica Apo-C che compie il suo compito a livello delle HDL. Funge sempre da modulatore di enzima attivando LCAT. Questa proteina è fondamentale in quanto consente ad HDL di prelevare il colesterolo dalle cellule.