Valutazione dello stato di nutrizione, parte 2

Corso di valutazione dello stato di nutrizione

Prof. Alberto Battezzati

Parte 2: dalla misurazione dell’acqua corporea alle tecniche di misurazione del dispendio energetico

© Laila Pansera - 1

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Misurazione dell’acqua corporea

L’acqua è la molecola fondamentale nell’organismo, ha moltissime funzioni, ed è trattenuta nei nostri compartimenti corporei grazie alle forze osmotiche esercitate dai soluti. L’acqua ha anche una grande variabilità: è più elevata nel bambino, e più bassa nell’anziano. Questo dipende dalla massa grassa delle persone. È la componente più abbondante dell’organismo e rappresenta il 75% alla nascita e il 40% nell’adulto obeso. In un individuo di 70kg, ci sono circa 40L di acqua. Essa si trova tipicamente all’interno delle cellule per 2/3 e al di fuori delle cellule per 1/3. Il grosso dell’acqua extracellulare è nell’interstizio, una parte è all’interno dei vasi trattenuta dall’albumina, e poi ci sono i fluidi transcellulari (né interstiziali, né intravascolari), es. acqua nell’occhio, o acqua nel liquor.

Perdere più del 15% dell’acqua corporea in breve tempo è letale. Il nostro corpo cerca di trattenere più acqua possibile nelle cellule, per evitare che si raggrinziscano e perdano la funzionalità. La funzionalità di membrana delle cellule è fondamentale per il funzionamento delle cellule, e se si perde, perché è calata l’acqua e quindi anche la concentrazione di elettroliti è variata, si arriva alla morte cellulare. Questo succede se cambia l’acqua intracellulare. Ma la variazione che avviene per prima nell’acqua corporea è quella dell’acqua plasmatica. L’aumento dell’acqua intravascolare porta a ipertensione. Esiste anche una condizione opposta: l’espansione dell’acqua extracellulare causa edema a causa di una carenza di proteine nella dieta che non riesce a trattenere liquidi nel circolo sanguigno.

La differenza tra accumulo di acqua extracellulare e intracellulare è molta. Chi aumenta la massa intracellulare è perché ha aumentato il tessuto più idratato del corpo, ossia il tessuto muscolare. Gli individui molto muscolosi hanno una riduzione della densità della massa magra, perché l’acqua prevale nel muscolo, e avere tanta massa muscolare rispetto alla massa ossea fa ridurre la densità della massa magra.

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È importante considerare l’acqua a livello dinamico: ogni giorno ricambiamo circa il 5% dell’acqua corporea, quindi da 40L di acqua, circa 2-2.5L/die di acqua entrano ed escono attraverso un controllo finemente regolato. L’intake arriva da liquidi che beviamo, acqua negli alimenti, ma anche dal metabolismo, in quanto ogni giorno ossidiamo carboidrati. Se avessimo un dispendio energetico di 2400kcal/die e ricavassimo il 50% delle nostre kcal dai carboidrati, significa che ossideremmo 300g di carboidrati (1200:4). Il prodotto finale dell’ossidazione dei carboidrati è CO₂ e acqua, quindi andremmo a produrre 180g di acqua solo dall’ossidazione dei carboidrati. Inoltre ossidiamo anche altro, quindi produciamo centinaia di grammi di acqua metabolica.

L’acqua esce (output) con le urine, con la respirazione, dalla cute (traspirazione e sudorazione) e dalle feci. Non possiamo regolare la perdita di acqua con la respirazione e con la traspirazione (fenomeni non regolati), mentre possiamo riassorbire acqua dalle feci (con recettori per l’aldosterone nel colon, che permettono il recupero di liquidi mediante l’attivazione di pompe Na-K) e dalle urine perdiamo obbligatoriamente dell’acqua. MA perdere più del 15% di acqua corporea è letale. L’acqua è un nutriente molto critico a breve termine rispetto alle calorie, per le quali abbiamo delle riserve energetiche che ci permettono di sopravvivere anche un mese senza mangiare.

L’acqua è una sostanza che va attentamente considerata, ed è oggetto di una tabella dei LARN. L’apporto ideale di acqua sarebbe 1g di acqua per ogni kcal ingerita, tenendo conto anche dei liquidi presenti nell’alimento. Ci sono dei livelli di assunzione adeguata di acqua, che sono importanti da conoscere anche per chi non si alimenta spontaneamente.

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Fattori che influenzano il fabbisogno di acqua

• Clima: umidità e temperatura
• È prodotta dal metabolismo
• Attività fisica, mediante la sudorazione
• Dieta
• Particolari stati fisiologici (crescita, gravidanza e allattamento) aumentano la richiesta d’acqua

Le categorie a rischio sono infanti e anziani: gli infanti hanno una maggiore quantità di acqua, una minore capacità di escrezione di soluti, e una minore capacità di filtrare le urine. I bambini hanno anche difficoltà a manifestare la sete. Gli anziani hanno ridotta sensazione di sete, minor capacità di escrezione di soluti e di concentrazione delle urine, possono avere ridotto accesso all’acqua, problemi di deglutizione (per patologie neuro-degenerative), problemi cognitivi che non permettono il riconoscimento della sete, ed effetti farmacologici, es. diuretici ad alte dosi. Anche i disabili sono un gruppo a rischio, perché possono avere problematiche specifiche o un ridotto accesso all’acqua.

Le condizioni a rischio sono:

• Esercizio fisico
• Condizioni patologiche comuni, come febbre, vomito e diarrea. Anziani e infanti in questa situazione si disidratano molto più facilmente, perché hanno una ridotta capacità di compensazione renale (non riescono a modulare l’osmolarità delle urine, in funzione della situazione)

L’acqua può essere considerata:

1. A livello molecolare esiste un unico compartimento composto da una singola molecola
2. A livello cellulare l’acqua rientra in 2 compartimenti:
   • Acqua intracellulare (73% della massa cellulare)
   • Acqua extracellulare (94% dei fluidi extracellulari)
3. A livello tissutale l’acqua rientra in 5 possibili compartimenti:
   • Acqua intracellulare
   • Acqua plasmatica (fa parte del sangue)
   • Acqua interstiziale, che sta nell’interstizio e che circola nel sistema linfatico
   • Acqua del tessuto connettivale denso (osso, cartilagine)
   • Acqua transcellulare (liquidi cerebrospinali, bile, liquidi gastrointestinali, secrezioni mucose)

Idrometria

L’idrometria è la metodica molecolare di riferimento, che permette di misurare l’acqua corporea, sia totale, che extracellulare. La misurazione dell’acqua corporea totale ha un problema, che si può ricondurre al fatto che l’acqua a livello molecolare costituisce un unico compartimento. A livello molecolare, ho davanti a me una persona di 70kg, che contiene 40L di acqua. Possiamo ricondurre la situazione a una vasca da bagno: dentro una vasca da bagno ci stanno circa 40L di acqua. Come posso misurare la quantità di acqua nella vasca? Supponiamo di non poter vedere la quantità di acqua nella vasca, es. c’è la luce spenta. Prendo un liquido rosso idrosolubile, e lo verso nella vasca, e mescolo. Prendo un bicchiere di liquido presente nella vasca, e vedo come si è diluito il colorante nell’acqua. Es. se ho messo 100mL di colorante, e il colore si fosse diluito 1:100, nella vasca ci sarebbero 10L (perché in proporzione 1 : 100 = 100 : x x = 100 = 10 000mL = 10L). Nel caso della vasca con 40L, il colore sarà diluito 1:400.

Sulla base della diluzione di un tracciante, riesco a misurare in maniera matematica il contenuto di acqua in un organismo. Questo si fa bevendo acqua deuterata, ossia acqua in cui 1 o 2 H sono stati sostituiti con deuterio dell’H (1 protone + 1 neutrone), e poi rilevando con uno spettrometro di massa, oppure con spettrometria a infrarosso. Una volta si utilizzavano anche acque marcate con bassissime quantità di trizio (1 protone + 2 neutroni, MA è radioattivo), ma ora non vengono più utilizzate; si potrebbe marcare l’acqua invece che con deuterio, con un altro isotopo stabile, es. O¹⁸, ma l’acqua marcata con questo ossigeno è più costosa.

Esiste una metodica che permette di misurare l’acqua extracellulare. Essa usa come tracciante il Br, molto utilizzato. Esso si comporta come il Cl, che si trova fuori dalle cellule, ma a differenza del Cl, il Br non è presente nel nostro organismo. Se do a una persona acqua deuterata e Br, l’acqua si diluisce 3 volte tanto quanto si diluisce il Br: mentre l’acqua deuterata entra dappertutto (intracellulare ed extracellulare), il Br non entra nella cellula, quindi io ho 2 compartimenti:

• Intracellulare: entra acqua deuterata (2/3)
• Extracellulare: entra acqua deuterata (1/3) + Br; il Br è 3 volte più concentrato rispetto al deuterio, in quanto sta tutto fuori

È importante il sito di prelievo dell’acqua: nelle urine valuto acqua extracellulare, nella saliva anche, come anche nel sangue. Non riesco a campionare l’acqua all’interno delle cellule, ma solo all’esterno, quindi campiono l’acqua dove c’è il Br.

Il tracciante deve distribuirsi unicamente nell’acqua corporea, altrimenti ci sarebbero dei problemi di misurazione, es. se un colorante si attaccasse ad alcuni compartimenti, l’acqua diventerebbe trasparente in alcuni compartimenti, facendoci credere che il volume di distribuzione sia infinito, perché non vediamo colore.

Il tracciante si distribuisce ugualmente in tutti i compartimenti tissutali, e la velocità di equilibriazione deve essere rapida. Questo è un problema reale, in quanto se pensiamo a quando beviamo, prima l’acqua passa a livello transcellulare (intestino), poi viene assorbita dagli enterociti o tra gli enterociti, ed entra nel plasma (extracellulare), poi passa nell’interstizio (extracellulare), poi entra nelle cellule, e diffonde nel compartimento di acqua maggiore (intracellulare). Ma c’è anche dell’acqua intrappolata nei tessuti connettivali densi (osso e cartilagini), e l’acqua deve immettersi anche negli spazi transcellulari (liquor, umor vitreo e acqueo, fluidi dell’apparato digerente). Ci vuole del tempo perché tutto questo si verifichi. Ma l’acqua in continuazione viene prodotta mentre ossidiamo i substrati, quindi si tratta di una lotta contro il tempo, in quanto da una parte devo aspettare del tempo perché l’acqua si equilibri dappertutto, ma non possiamo nemmeno aspettare troppo tempo, in quanto l’acqua viene continuamente prodotta dal nostro metabolismo, e poi avremmo sete e dovremmo bere, quindi la concentrazione di tracciante si ridurrebbe.

Quindi la parte iniziale della procedura di valutazione idrometrica è relativamente semplice: preparo l’individuo che ha una normale assunzione di liquidi e cibo nel giorno precedente, arriva dopo il digiuno notturno, il soggetto non deve essersi disidratato, e le condizioni ambientali devono essere normali. Il tracciante deve essere accuratamente dosato, e la somministrazione avviene per os, ma può avvenire anche in endovena. La raccolta dei campioni può essere effettuata tramite 2 metodi:

• Metodo del plateau
• Metodo dell’estrapolazione all’origine

Campioniamo da liquidi extracellulari, es. sangue e urine.

Metodo del plateau

Guardando il grafico, che rappresenta una scala logaritmica di cosa succede nel tempo, vedo che all’inizio non c’è tracciante, poi la sua concentrazione aumenta rapidamente (si tratta di una scala logaritmica). A poco a poco il tracciante quindi si diluisce nel liquido (che diciamo essere il plasma), e man mano che il tracciante di distribuisce nelle cellule e nell’interstizio, la concentrazione plasmatica si stabilizza dalla terza ora. Tra 3-6 ore si verifica un plateau. L’arricchimento del tracciante può essere valutato dalla terza alla sesta ora. L’arricchimento nei giorni successivi inizia a scendere, ma il tracciante rimane in circolo per circa 30 giorni, a concentrazioni sempre inferiori.

Metodo dell’estrapolazione all’origine

Quando bevo un bicchiere d’acqua, esso resta in circolo circa 1 mese, tempo che impiega il tracciante ad essere eliminato. Questa cosa su una scala temporale differente può essere sfruttata, perché il bilancio dell’acqua è mantenuto quotidianamente in maniera abbastanza accurata. Nel grafico ho una retta che scende costantemente (sembra che abbia 2 pendenze diverse, ma è solo per via delle unità di tempo diverse, ossia ore e poi giorni); siccome per 2 punti passa una sola retta, misuro l’arricchimento un giorno dopo, e poi una settimana dopo, calcolo l’intercetta di questa retta con il tempo zero, in quanto la diluizione non è istantanea, e ci potrebbe volere del tempo prima che il tracciante si sia distribuito in tutti i compartimenti. Questo metodo dice il volume di distribuzione teorico iniziale. Quindi in questo metodo faccio delle estrapolazioni seriali nei giorni successivi.

Posso associare alla misurazione dell’acqua totale una misurazione dell’acqua extracellulare, utilizzando il Br. Somministro acqua deuterata e Br, e tramite la diluizione del Br calcolo l’acqua extracellulare, e per differenza tra acqua deuterata e Br calcolo l’acqua intracellulare. Grazie a queste metodiche si è potuto capire quanta acqua c’è nell’organismo. Un problema nel prevedere la quantità di acqua dell’organismo è legato al fatto che c’è una certa variabilità, ossia posso avere individui in cui l’acqua corporea è il 40% e altri il 70%. Uno dei fenomeni che spiega questa variabilità è la FM, in quanto gli individui possono avere grandi variazioni di scorte di FM (dal 10-13% al 40%), quindi l’acqua varia di conseguenza. Ma all’interno della FFM, la percentuale di acqua è relativamente costante. Non è esattamente costante in tutte le fasi della vita, in quanto all’inizio l’idratazione della FFM è più elevata che non nell’età adulta. La tabella mostra come varia l’idratazione della FFM dalla nascita all’età adulta. Alla nascita l’acqua è circa l’80% della FFM, ma nei primi mesi di vita inizia a scendere, ma poi c’è un demorfismo sessuale: l’acqua corporea scende più velocemente nella FFM dei maschi, arrivando a un’idratazione della FFM del 73% dell’adulto. Quindi una persona obesa e una normopeso hanno una percentuale di acqua corporea diversa se rapportata alla massa totale, MA hanno la stessa percentuale di idratazione della FFM. Questi dati sono stati ottenuti mediante la distribuzione di un tracciante.

Il grafico seguente mostra come varia nella vita la distribuzione dell’acqua intracellulare ed extracellulare, dati ottenuti con Br e un tracciante dell’acqua. Si vede che l’acqua extracellulare è 1/3 di quella totale, e quella intracellulare è 2/3 della totale. Qui viene spiegato anche perché i neonati sono molto paffuti: nel neonato l’acqua extracellulare è più abbondante di quella intracellulare. Nel corso del primo anno di vita questo rapporto si rovescia. Quindi il fatto che neonato sia così paffuto non è dovuto alla FM, ma all’idratazione dei tessuti extracellulari. Infatti quando si vuole far apparire la pelle più giovanile, si usa una crema idratante, che riporta la pelle nella condizione del neonato.

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Il rapporto tra acqua intracellulare ed extracellulare si altera in situazioni patologiche e con l’invecchiamento. Una persona con malnutrizione proteica non riesce a produrre quantità sufficienti di albumina, quindi l’acqua tende a uscire dal plasma all’interstizio, dando edema. Questo provoca una riduzione della pressione, ma a questi soggetti non funziona il sistema renina-angiotensina-aldosterone, per cui si produce iperaldosteronismo, compensando il calo di pressione arteriosa. Anche i soggetti con cirrosi non sono in grado di produrre albumina (a causa della patologia al fegato, non per malnutrizione), inoltre in questi soggetti si crea ipertensione portale, in quanto aumentano le resistenze del fegato; tale ipertensione portale porta a far uscire i fluidi nel peritoneo per pressione idrostatica. Un altro caso di ipoalbuminemia è quando a livello dei podociti il glomerulo diventi poco selettivo, il che causa una perdita di proteine che si troveranno nelle urine, sindrome nefrosica. Negli anziani ci sono poi altre cause di edemi, es. scompenso cardiaco: il cuore destro pompa al polmone solo la quantità di sangue venoso che riesce a smaltire il ventricolo sinistro (che va alla circolazione sistemica), per cui si può causare un ritardo nello smaltimento del sangue venoso, con aumento della pressione venosa, che determina edemi tipicamente ai piedi. Anche l’infiammazione può determinare la formazione di edemi, grazie alla presenza di citochine che possono aumentare lo spazio intercellulare delle cellule endoteliali dei vasi sanguigni, causando il passaggio delle proteine e di acqua (per pressione osmotica). È quello che succede quando es. ci punge una zanzara, per cui l’istamina causa vasodilatazione ed edema, oppure in caso di reazioni allergiche a una puntura di vespa la reazione può essere più diffusa, fino allo shock anafilattico, che si contrasta con adrenalina: vasocostrittore e aumenta la pressione sanguigna.