Dallo scrittore Myprotein Leonardo Cesanelli, laureato in Scienze e Tecnologie Alimentari, laureando in Nutrition and Functional Food.
Chetosi E Corpi Chetogenici
In particolari condizioni di stress (digiuno prolungato, gravi stati febbrili) o in condizioni di patologie dismetaboliche come il diabete mellito, l’utilizzazione cellulare dei carboidrati risulta compromessa e il loro apporto energetico viene sostituito da quello fornito da un aumentato catabolismo dei grassi.
Contemporaneamente a tale utilizzo degli acidi grassi a scopo energetico (produzione di acetil-CoA da betaossidazione), viene favorita la gluconeogenesi (formazione di glucosio a partire da substrati diversi) a partire dal piruvato derivante dal metabolismo degli amminoacidi (piuttosto che del glucosio) tutto ciò per fornire glucosio a cellule che ne dipendono strettamente come quelle nervose e gli eritrociti.
Il risultato di queste azioni combinate sarà uno sbilanciamento nelle proporzioni di piruvato e ossalacetato e quella di acetil CoA (il primo sarà utilizzato a scopi gluconeogenici, così come il secondo che verrà convertito in piruvato allo stesso scopo, infine l’A-CoA deriverà, come detto, dalla beta ossidazione lipidica). Nelle cellule epatiche l’eccesso di acetil-CoA viene in parte trasformato in corpi chetonici (acetoacetato, 3- idrossi-butirrato e acetone) che si accumulano nel sangue per poi essere utilizzati da altri tessuti o eliminati con le urine.
Biosintesi dei Corpi Chetonici
La sintesi mitocondriale dei corpi chetonici avviene in 3 tappe:
1) Una prima reazione tra due molecole di acetil coA con formazione di acetoacetil CoA.
2) Reazione dell’acetoacetil-CoA con una terza molecola di acetil CoA per formare il 3-idrossi-3-metil-glutaril-CoA (HMG-CoA) e l’ultima tappa.
3) Scissione dell’HMG-CoA in acetoacetato e CoA.
L’acetoacetato, principale corpo chetonico, verrà poi in parte ridotto a 3-idrossi-butirrato oppure decarbossilato ad acetone (eliminato con la respirazione, le urine e il sudore). Le cellule epatiche riversano nel sangue l’acetoacetato e il 3-I-B che vengono captati dalle cellule dei tessuti periferici come miocardio muscolo scheletrico e cervello e utilizzati come combustibili previa attivazione ad ACETOACETIL-CoA (reazione con Succinil-CoA che cederà il CoA), scisso in 2 molecole di acetil CoA in una reazione identica all’ultima della b ossidazione.
In condizioni di digiuno il cervello può utilizzare i corpi chetonici che a differenza degli a. grassi riescono ad oltrepassare la barriera emato-encefalica, in condizioni cataboliche (scarso apporto glucidico) come digiuno o diabete.
Questa tecnica (utilizzazione corpi chetonici dal cervello) permette un risparmio di amminoacidi da cui in queste condizioni viene sintetizzato glucosio attraverso la gluconeogenesi. Difatti, i corpi chetonici posso derivare non solo dagli acidi grassi ma anche dagli aminoacidi definiti “chetogenici”.
Gli amminoacidi chetogenici, o KAA, dall'inglese Ketogenic Ammino Acids, sono quegli amminoacidi che possono essere convertiti ad acetil-CoA o acetoacetato, e quindi contribuire alla formazione di corpi chetonici (fenilalanina, tirosina, treonina, triptofano, isoleucina, leucina, e lisina), anche se soltanto LEUCINA e LISINA sono considerati unicamente chetogenici.
Chetosi: Cause
Un’eccessiva presenza nel sangue e nelle urine di corpi chetonici sarà pertanto sinonimo di scompenso metabolico che può portare allo stato di chetosi con successiva acidosi (abbassamento pH ematico). Trovare nei corpi chetonici nelle urine è generalmente una condizione ricollegabile a un esaltato catabolismo di acidi grassi liberi, a fronte di ridotte disponibilità di glucosio o alterato metabolismo degli stessi.
Il riscontro di corpi chetonici nelle urine, denominato “chetonuria” è comune, difatti, nel digiuno particolarmente prolungato (almeno 18 ore), durante lo stato di gravidanza, nelle persone che seguono delle diete chetogenetiche, nei soggetti ustionati, o in quelli che hanno subito un intervento chirurgico o in soggetti con metabolismo degli stessi alterato.
Ad ogni modo, la causa più caratteristica legata a un incremento di corpi chetonici nelle urine rimane il diabete di tipo I: a fronte di elevati livelli di glucosio nel sangue, la disponibilità intracellulare dello zucchero è invece molto bassa a causa dell’assenza di insulina. La chetosi è il sintomo di un alterato metabolismo degli acidi grassi.
La chetosi fisiologica o alimentare si manifesta durante il digiuno prolungato (dopo 2-3 giorni) e durante una privazione di carboidrati alimentari a lungo termine.
La chetosi patologica o diabetica si manifesta prevalentemente nei pazienti diabetici. La chetogenesi, principale causa dei segni della chetosi, è dovuta appunto alla formazione dei corpi chetonici, derivati dagli acetil-CoA (ossidazione acidi grassi) che non possono essere inviati al ciclo di krebs (l’ossalacetato intermedio chiave viene trasformato in piruvato per poi essere convertito in glucosio (gluconeogenesi)).
I corpi chetonici così formati viaggiano nel sangue, e, uno di questi: l’acetone, conferisce il tipico alito dall’odore pungente del paziente affetto da chetosi.
La diagnosi di DKA è immediata, dato il forte odore di aceto dell'alito. Tuttavia un esame dell'urine (anche su stick rapido) è in grado di accertare la presenza della malattia e di valutare la concentrazione dei corpi chetonici e del glucosio. È necessario eseguire l'ECG per valutare la funzionalità cardiaca, spesso compromessa, e analisi approfondite quali azotemia e creatininemia per valutare la funzionalità renale.
I corpi chetonici formati nel fegato passano nel sangue e vengono trasportati in tutto l’organismo. In particolare idrossibutirrato ed acetoacetato sono facilmente demoliti nel muscolo, nel rene, nel cuore, nel testicolo e nel cervello. Il processo di ossidazione dell’idrossibutirrato ad H2O e CO2 passa per la formazione in vari step di due molecole di acetil-CoA che in condizioni favorevoli (disponibilità di ossalacetato) potranno essere demolite tramite il ciclo dell’acido citrico (krebs).
Dunque quando la velocità di sintesi supera la capacità di utilizzazione dei tessuti (insufficiente apporto glucidico o digiuno ad esempio) e il relativo aumento di catabolismo lipidico riducono la possibilità di utilizzo di A-CoA e accumulo di CC nel sangue. Dapprima si ha un aumento della concentrazione compensato da un’aumentata escrezione urinaria di questi composti o eliminazione tramite aria alveolare di acetone, se il processo non si arresta si hanno gravi alterazioni dell’equilibrio acido-base, fino ad arrivare a coma acidosico.
Dieta e Chetoni
Al di fuori di ogni condizione patologica, una certa importanza nel determinare un aumento della concentrazione viene rivestita dalla dieta nella quale non siano rappresentati nel giusto equilibrio le proteine, i glucidi e i lipidi.
E’ stata per tanto introdotta una formula per calcolare il potere chetogeno di una dieta (Woodyatt), basata appunto sul rapporto fra alimenti chetogeni e non: quando tale rapporto è superiore a 1,5 insorge facilmente iperchetonemia.
Le manifestazioni cliniche dapprima appaiono di entità modeste: astenia, malessere generale, eccessiva sensazione di sete, per poi aggravarsi fino all’insorgere di vomito e alito acetonico con evidente disidratazione del soggetto e accumulo di CO2 nel sangue (iperpnea).
Il Digiuno
Il digiuno può essere intrapreso per via di diversi fattori che non ci soffermeremo ad elencare, in ogni caso, in mancanza di cibo, i livelli plasmatici di glucosio, degli amminoacidi e dei triacilgliceroli tendono a diminuire; contemporaneamente la secrezione dell’insulina decresce mentre aumenta la liberazione del glucagone.
La diminuzione del rapporto tra il livello dell’insulina e il livello del glucagone e la ridotta disponibilità di substrati circolanti rendono il periodo di privazioni di nutrienti un periodo catabolico, caratterizzato dalla degradazione di triacilgliceroli, glicogeno e proteine.
Ciò mette in moto uno scambio di substrati tra il fegato, il tessuto adiposo, il tessuto muscolare e l’encefalo, sotto la spinta di due priorità: 1- l’esigenza di mantenere un livello plasmatico del glucosio tale da sostenere il metabolismo energetico dell’encefalo e di altri tessuti che utilizzano questo zucchero; 2- la necessità di mobilizzare acidi grassi dal tessuto adiposo e di attivare la sintesi e la liberazione dei corpi chetonici da parte del fegato, per rifornire di energia gli altri tessuti.
Il ruolo primario del fegato nel metabolismo energetico durante il digiuno è la sintesi e la distribuzione di molecole di combustibile ad altri organi si parla quindi di “metabolismo epatico” e di “metabolismo extraepatico o periferico”.
Una sintesi significativa di corpi chetonici ha inizio durante i primi giorni di digiuno. Contrariamente agli acidi grassi, i corpi chetonici sono idrosolubili e compaiono nel sangue e nell’urina a partire dal secondo giorno di digiuno.
Nel digiuno la disponibilità di corpi chetonici in circolo è importante, perché la maggioranza dei tessuti può utilizzarli come combustibile, compreso l’encefalo, una volta che il loro livello ematico abbia raggiunto un valore sufficientemente elevato. Ciò riduce il bisogno di sintetizzare glucosio attraverso la gluconeogenesi a partire dagli scheletri carboniosi di amminoacidi, rallentando quindi la perdita di proteine essenziali.
Il tessuto muscolare durante il digiuno
Il muscolo a riposo utilizza gli acidi grassi come fonte principale di energia. Al contrario il muscolo in esercizio inizialmente utilizza come fonte di combustibile le proprie scorte di glicogeno, quando queste si esauriscono, gli acidi grassi liberi derivanti dalla mobilizzazione dei triacilgliceroli del tessuto adiposo diventano la fonte dominante di energia.
Durante le prime due settimane di digiuno, il muscolo utilizza come combustibili gli acidi grassi derivanti dal tessuto adiposo e i corpi chetonici prodotti dal fegato. Dopo circa tre settimane di digiuno, l’utilizzo dei corpi chetonici diminuisce e il muscolo usa quasi esclusivamente gli acidi grassi, con ulteriore aumento dei corpi chetonici in circolo e loro maggior utilizzo da parte dell’encefalo.
Parallelamente, durante i primi giorni di digiuno si verifica una rapida demolizione delle proteine muscolari che forniscono al fegato amminoacidi (principalmente alanina e glutammina) per la gluconeogenesi (ciclo di cori). Dopo varie settimane di digiuno la proteolisi muscolare diminuisce perché l’encefalo ha un minore bisogno di glucosio perché utilizza, come fonte di energia, i corpi chetonici. L’encefalo durante il digiuno: durante i primi giorni di digiuno, l’encefalo continua ad utilizzare come fonte di energia esclusivamente il glucosio. La gluconeogenesi epatica riesce a mantenere il livello ematico del glucosio utilizzando precursori glucogenici quali gli amminoacidi forniti dalla rapida demolizione delle proteine muscolari.
Nel digiuno protratto (2-3 settimane) i corpi chetonici raggiungono livelli significativamente elevati e l’encefalo li utilizza come combustibili in aggiunta al glucosio. Ciò riduce la richiesta del catabolismo proteico per alimentare la gluconeogenesi. I cambiamenti metabolici che si verificano durante il digiuno garantiscono a tutti i tessuti un apporto adeguato di molecole combustibili.
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Chetoni del Lampone
