Metabolismo
 

metabolismo s.m. (dal gr. metabole, trasformazione). Fisiol. Complesso delle reazioni chimiche di sintesi (anabolismo) e di demolizione (catabolismo) che si svolgono nelle cellule e negli organismi, con la funzione di consentirne il mantenimento, l'accrescimento e la moltiplicazione. (Sin. ricambio.) � Metabolismo basale, quantità di calore prodotta da un soggetto in perfetto riposo e in condizioni standard. � Metabolismo dei glucidi, dei lipidi, dei protidi, insieme delle trasformazioni chimiche subite da queste sostanze negli organismi viventi, dei quali sono costituenti fondamentali. � Metabolismo intermedio, ognuna delle fasi in cui si articolano le trasformazioni di una sostanza, catalizzate da enzimi specifici e/o localizzate in particolari organi. � Metabolismo di massimo, quantità massima di calore producibile da un organo durante la resistenza al freddo. � Metabolismo dei farmaci, meccanismo principale di eliminazione dei farmaci dall'organismo; dà origine a derivati del composto di base che possono talvolta essere tossici o terapeuticamente attivi. (Solo un ridotto numero di farmaci viene tutto eliminato come tale dal rene.

u Fisiologia

Lo studio scientifico del metabolismo risale alla fine del XVIII sec. Lavoisier dimostrò che gli animali consumano ossigeno e che il calore da essi prodotto proviene dalla combustione del carbonio. Lavoisier e Laplace misurarono con un calorimetro a ghiaccio la quantità di calore prodotta da una cavia e, avendo determinato contemporaneamente la quantità di biossido di carbonio eliminata, dimostrarono la proporzionalità fra quantità di calore e quantità di gas.

Successivamente Crawford dimostrò la correlazione fra quantità di calore prodotto e quantità di ossigeno consumato. Nel secolo seguente, nella scia delle ricerche fisiche sulla convertibilità delle diverse specie di energia, fu effettuata una serie di lavori intesi a dimostrare l'applicabilità delle leggi fisiche di conservazione e di convertibilità dell'energia agli organismi viventi; esse sono state legate ai nomi di Pettenkofer, Rubner e altri.

Queste ipotesi furono definitivamente confermate dai lavori di Atwater, il quale dimostrò che l'energia prodotta dall'ossidazione completa degli alimenti nell'organismo o in una bomba calorimetrica è uguale. In seguito lo studio del metabolismo potè avvalersi dei rapidi progressi della chimica organica. Lo studio del metabolismo è partecipe di due discipline, la biochimica (e con essa la biofisica, in quanto biologia molecolare) e la fisiologia; la prima studia le singole reazioni attraverso le quali avviene la degradazione e la sintesi delle sostanze metabolizzate, nonchè la produzione di energia, mentre la seconda si interessa all'integrazione di queste reazioni nel bilancio dell'organismo e alla loro coordinazione mediante i processi di regolazione biologici. Mediante i processi metabolici l'organismo supplisce ai suoi bisogni energetici, alle perdite di sostanze e alla necessità di produzione di nuova sostanza (accrescimento, riproduzione). Il metabolismo si articola in due serie di processi: quelli assimilativi (anabolismo), che riguardano la costruzione di materiale destinato all'immagazzinamento o alla formazione di parti dell'organismo o la sintesi in genere di sostanze necessarie all'organismo; e quelli disassimilativi (catabolismo), che riguardano la degradazione delle sostanze alimentari e culminano nell'eliminazione dei prodotti di rifiuto (cataboliti).

Nel catabolismo si individuano in genere tre fasi. Nella prima, corrispondente alla digestione e all'assorbimento degli alimenti, la grande varietà di composti presenti negli alimenti viene trasformata in un piccolo numero di sostanze-base: glucosio, glicerolo, una decina di acidi grassi e venti amminoacidi con scarsa produzione di energia in quanto le sostanze così prodotte sono destinate a ulteriore degradazione o a processi di sintesi. Nella seconda fase i prodotti suddetti vengono parzialmente ossidati con liberazione di circa un terzo dell'energia disponibile e danno luogo a tre soli acidi organici: citrico, acetilacetico, ossalacetico; vi è stata quindi un'ulteriore convergenza delle vie metaboliche. Nella terza fase, lungo una via metabolica comune e attraverso reazioni complesse e graduali, organizzate in cicli, in modo che i prodotti intermedi vengono continuamente restaurati, si verifica l'ossidazione completa e la liberazione dell'energia restante. Negli organismi viventi quindi l'ossidazione si articola in una lunga catena di reazioni che sfociano nella produzione di acqua e biossido di carbonio.

La maggior parte di queste reazioni, così come quelle di sintesi, sono di tipo enzimatico. L'energia liberata non viene tradotta interamente in calore, ma accumulata come energia di legame in molecole come l'ATP, che la trasferiscono ad altre reazioni richiedenti somministrazione di energia (reazioni endoergoniche), quali le reazioni di sintesi; fra i composti usati per questo trasferimento di energia sono molto importanti i fosfati organici. Le reazioni di sintesi (anaboliche) iniziano dai prodotti dell'assorbimento e del metabolismo intermedio, ma non sono il semplice processo inverso delle reazioni di degradazione, consistendo in genere in reazioni chimiche molto diverse, dotate di propri sistemi enzimatici, che sfociano, ad es., nella formazione di proteine o grassi caratteristici della specie.

v Metabolismo basale

E'  il consumo di energia necessario per il mantenimento delle attività viscerali (respirazione, pulsazioni cardiache, secrezioni, ecc.) in assenza di movimenti. Teoricamente potrebbe essere misurato ponendo il soggetto in un calorimetro sufficientemente capace, ma in pratica viene valutato indirettamente determinando il consumo di ossigeno in condizioni standard, a digiuno, in perfetto riposo e in ambiente a temperatura intorno ai 25 °C. Da questo si deduce il consumo calorico, espresso in grandi calorie, che vengono riportate al numero di metri quadrati di superficie corporea (ricavata da apposite tabelle) e a un'ora. I valori misurati in diverse specie omeoterme, e riportati a un metro quadrato e a 24 ore, variano fra 700 e 1.000 Cal. Il metabolismo basale di un uomo adulto è di 40 Cal per m² e per h, di 37,5 Cal nella donna. Il metabolismo di base è influenzato da diversi fattori: 1. l'età: è maggiore nei giovani e passa da 50 Cal/m²/h nel fanciullo a 35 nell'uomo sessantenne; 2. il sesso: nella donna è inferiore del 5-6%; 3. la razza: è maggiore per es. negli Eschimesi e in alcune popolazioni asiatiche; 4. il clima e la temperatura esterna: l'esposizione al freddo lo aumenta, mentre risulta diminuito in bianchi emigrati in regioni tropicali; 5. l'alimentazione: il tipo di alimentazione lo influenza poco, ma la denutrizione lo può ridurre anche del 20%; 6. la pressione parziale di ossigeno: diminuisce con la pressione atmosferica; 7. la temperatura interna: aumenta di circa il 7% per ogni grado di temperatura; 8. le secrezioni endocrine, soprattutto tiroidee. Vari farmaci agiscono sul metabolismo basale: ad es. il dinitrofenolo lo aumenta nettamente; i sedativi in genere lo abbassano.

La costanza del metabolismo basale e la sua stretta relazione con alcuni stati fisiopatologici permettono di assumerlo come costante clinica per la diagnosi e il controllo di alcune malattie della nutrizione ed endocrine (soprattutto il morbo di Basedow).

Il metabolismo di base come ora definito corrisponde soltanto a condizioni sperimentali; in pratica l'organismo le realizza spontaneamente solo durante il sonno e a distanza dalla digestione. Un piccolo lavoro muscolare puς aumentare il metabolismo del 20 o del 60% e un lavoro molto intenso lo può portare fino a dieci o quindici volte il valore di base. (La determinazione del metabolismo durante lo sforzo muscolare è impiegata per determinare il costo energetico dei vari tipi di attività.) L'ingestione di alimenti aumenta il metabolismo per alcune ore; il valore di questo aumento dipende dal tipo di alimento: è questo il potere dinamico specifico degli alimenti e ha valori dal 4 al 7% per glucidi e lipidi, del 30% per i protidi. Il mantenimento del livello metabolico è intimamente legato con i processi di termoregolazione.

v Metabolismi dei glucidi, dei lipidi, dei protidi

Queste sostanze rappresentano i capisaldi dell'alimentazione e i componenti fondamentali del corpo. Il loro destino nell'organismo è parzialmente diverso, avendo alcune funzione plastica, altre energetica. Non di meno l'individuazione di sezioni metaboliche distinte è puramente artificiosa: le vie metaboliche di queste sostanze sono estremamente intrecciate e in particolare la loro disassimilazione converge in un unico ciclo ossidativo.  (Krebs [ciclo di], glucidico,  protidico, lipidico.

v Metabolismo dei farmaci

La  sede principale del metabolismo dei farmaci è il fegato, in particolare una struttura subcellulare chiamata reticolo endoplasmatico. Le più comuni reazioni metaboliche cui viene sottoposto un farmaco sono: ossidazione, riduzione, idrolisi e coniugazione; spesso un farmaco è sottoposto a più di una reazione. Esistono alcuni casi di metabolismo extraepatico: coniugazione con acido glucuronico nel rene, parete intestinale, cute, idrolisi di esteri a opera di esterasi ematiche; polmone e placenta sono pure in grado di metabolizzare farmaci.