Luce, gas e acqua. La biofisica del benessere

(1) Area tematica LUCE.

FIAT LUX! Dal BIG-BANG alla FOTOBIOLOGIA.

 

Una scarsa esposizione alla luce solare causa rachitismo e La luce è da sempre percepita come una condizione positiva, al contrario dell’oscurità, associata a situazioni di negatività. In epoca preistorica gli uomini primitivi temevano la notte, perché li rendeva più vulnerabili ai predatori. Era fonte di angoscia e di inquietudine, perché non c’era mai la certezza che sarebbe finita. Ogni nuovo sorgere del sole veniva accolto con gioia e sollievo. La capacità di accendere un fuoco e di mantenerlo fu la scoperta più rivoluzionaria di tutti i tempi, perché permise all’uomo, non solo di riscaldarsi ma anche di illuminare l’ambiente, migliorando enormemente la percezione della sua sicurezza. Grazie a questa scoperta, l’Uomo poté prolungare le ore di veglia e iniziare, senza rendersene veramente conto, il cammino della conoscenza. Pensiamo al mito della caverna di Platone. Prima ancora, con la nascita delle religioni, la luce iniziò, seppure con nomi diversi, ad essere associata alla Divinità. Questo simbolismo è ancora oggi presente in molte religioni, il che spiega l’utilizzo di candele e di altri lumi in tutti i luoghi di culto. La separazione della luce dalle tenebre creò dal caos l’«ordine»: la luce iniziò a dominare sulle tenebre, senza tuttavia sopprimerle. La luce, più che le stelle e il sole e, soprattutto, l’alternarsi del dì e della notte – come insegna la Bibbia [Dixitque Deus fiat lux et facta est lux. Genesi, 1: 3] – sono oggi riconosciuti come gli elementi fisici alla base della vita, in tutte le sue molteplici manifestazioni.  Lo studio della luce e della sua interazione con gli organismi viventi, oggetto della FOTOBIOLOGIA, è uno dei campi più affascinanti delle scienze della vita e, in particolare, della Medicina. Un forte impulso a queste conoscenze è stato dato dal medico Niels Ryberg Finsen (1860–1904) che nel ricevette il premio Nobel 1903 per la medicina in riconoscimento del suo lavoro sulla cura delle malattie e, in particolare, del trattamento del lupus vulgaris mediante raggi luminosi concentrati. Di lì a poco, si scoprì che l’esposizione alle radiazioni solari è indispensabile nella produzione della vitamina D dal colesterolo. Oggi sappiamo che i fotoni luminosi possono interagire direttamente con molecole organiche (eccitazione) innescando reazioni biofisiche a catena in grado di modulare specifici bersagli biologici. Questo fenomeno è il principale campo d’investigazione della FOTOBIOLOGIA che comprende la fotofisica, la fotochimica, la fotosintesi, fotomovimento, la fotomorfogenesi, lo studio del processo visivo, la bioluminescenza, la cronobiologia, la biofotonica e molto altro.  La FOTOBIOLOGIA ha origini antiche e campi sempre più vasti di applicazione, anche se per molti anni si è limitata allo studio della fotosintesi e del meccanismo della visione. “Ciò che muove la vita è una piccola corrente elettrica, mantenuta dal sole”, avrebbe affermato Albert von Szent-Györgyi, Premio Nobel per la Fisiologia/Medicina nel 1937, noto ai più per gli studi sulla vitamina C. In realtà, studi abbastanza recenti hanno rivelato che esistono recettori per la luce non solo nella retina ma anche nella pelle e che componenti cellulari possono emettere spontaneamente piccole quantità di fotoni, molto probabilmente per finalità di segnale. In questo scenario, l’evento “FIAT LUX! Dal BIG-BANG alla FOTOBIOLOGIA.” vuole essere un omaggio alla luce in tutte le sue implicazioni biologiche con particolare riferimento al suo ruolo nel mantenimento o nel recupero di una condizione ottimale di benessere, anche attraverso specifici nutraceutici (FOTOCEUTICI).

(2) Area tematica GAS.

A TUTTO GAS!

 

Il sole, dal quale dipende la vita, non è altro che un miscuglio di idrogeno ed elio. La vita sul nostro pianeta, a sua volta, si è sviluppata ed evoluta anche grazie alla comparsa dell’ossigeno. In molti centri termali è possibile sfruttare il potere terapeutico del solfuro d’idrogeno. Parliamo di gas. Una dozzina di essi sono ormai disponibili per l’uso medico. Nella pratica clinica, tuttavia, sfruttiamo le potenzialità solo dell’ossigeno, dell’ozono e, in alcune circostanze, dell’ossido nitrico o del biossido di carbonio. Eppure, diversi premi Nobel sono stati assegnati a scienziati in virtù delle loro scoperte sui gas. L’ultimo, nel 2019, alla triade William G. Kaelin Jr, Sir Peter J. Ratcliffe e Gregg L. Semenza, per le loro ricerche sui sensori biologici dell’ossigeno. Di qui la necessità di una tavola rotonda speciale!

 

I gas, materia in uno dei suoi tre fondamentali stati di aggregazione, sono strettamente connessi alla storia dell’universo e dell’Uomo. Il sole che domina la nostra galassia e dal quale è scoccata la scintilla della vita sul nostro Pianeta è costituito da una miscela di gas. Questa miscela contiene principalmente idrogeno (circa il 74% della sua massa, il 92,1% del suo volume) ed elio (circa il 24-25% della massa, il 7-8% del volume). La diffusione sulla Terra di un gas – l’ossigeno – ha dato un fortissimo impulso all’evoluzione ed è, tuttora, la principale fonte di energia per la nostra sopravvivenza. Purtroppo, ce ne ricordiamo solo quando abbiamo il fiato corto.

 

La storia della Medicina è ricca di scoperte strettamente correlate ai gas, come dimostrano, in epoca recente, le attribuzioni di diversi premi Nobel a studiosi di “gas biologici” e “gas medicali”. Pensiamo non solo all’ossigeno, ma anche all’ossido nitrico, giusto per citare alcuni esempi.

 

Dagli anni ’80 in poi, i ricercatori hanno iniziato a scoperchiare il vaso di Pandora e da esso si sono gradualmente materializzati, dopo l’ossigeno e l’ossido nitrico, il solfuro d’idrogeno, il monossido di carbonio, il biossido di carbonio, il biossido e il triossido di zolfo e così via. Tutti questi gas, la cui produzione è stata ampiamente dimostrata nell’Uomo, o, comunque, in sistemi viventi, sono definiti “gas biologici”.

 

Ad essi vanno aggiunti altri gas, detti propriamente “medicali”, introdotti dall’esterno, e usati a vario titolo in protocolli terapeutici, quali l’ozono, l’idrogeno, il neon, l’argon, etc. In realtà, i gas medicali includono anche alcuni gas “biologici”, quali l’ossigeno o il diossido di carbonio: la differenza sta nell’origine e nell’impiego clinico.

 

Tutti questi gas sono accomunati, oltre che dal loro stato fisico (quello aeriforme a temperatura e pressioni ordinarie), dalla capacità di solubilizzarsi in liquidi biologici e di diffondere prontamente nei tessuti con cui vengono a contatto, distribuendosi uniformemente all’interno di uno spazio definito, grazie alle dimensioni estremamente ridotte delle loro molecole. Tali proprietà, nel loro complesso, rendono gas biologici e gas medicali ideali candidati nei processi di segnalazione cellulare.

 

Tra questi, come si dirà in seguito, ossido nitrico, monossido di carbonio e idrogeno solfuro hanno molte caratteristiche in comune. Oltre ad essere aeriformi a pressione atmosferica, sono tutti più o meno solubili in acqua e possono attraversare liberamente le membrane cellulari. Dei tre, NO è l’unico radicale libero, e come tale il più reattivo chimicamente, interagendo, ad esempio, con gruppi tiolici accessibili di amminoacidi e proteine ​​per formare composti nitroso-tiolici relativamente stabili. Curiosamente, tutti e tre questi gas sono stati considerati per lungo tempo solo dei tossici ambientali o veri e propri veleni. Il solfuro d’idrogeno, ad esempio, è più tossico del cianuro di idrogeno; infatti, l’esposizione a livelli di s 300 p.p.m. per soli 30 minuti può essere fatale per l’uomo. Non sorprende, quindi, che poca attenzione sia stata prestata alla biologia umana di questi gas prima degli anni ’80.

 

In tempi recentissimi, l’uso di tecniche molto sofisticate ha consentito di “tracciare” alcuni di questi gas in vivo. Questo, a sua volta, ha contribuito in maniera sostanziale a scoprirne gli effetti e il relativo meccanismo d’azione. Così, oggi è generalmente accettato che i gas biologici, una volta prodotti interagiscono con componenti intra o extra-cellulari seguendo uno schema comune. Essi, infatti, dopo essere stati rilasciati dal loro precursore (es. un amminoacido), per azione di uno specifico enzima (es. una sintetasi), possono diffondere ad una distanza variabile dal sito di produzione, liberi o legati a carrier (es. tioli organici), fino a interagire con uno o più “sensori” molecolari. L’interazione gas-sensore, infine, è responsabile dell’effetto, generalmente la modulazione di una o più funzioni di uno o più target molecolari (es. una proteina o un fattore di trascrizione).

 

La conoscenza del meccanismo d’azione di questi gas (alcuni biologici, ossia di produzione endogena) ed altri medicali (cioè somministrati dall’esterno) ha recentemente aperto la strada alla possibilità di integrare il loro uso con quello dei nutraceutici. Ed è in tale contesto che, nel 2018, il professore Iorio ha coniato il termine e ho sviluppato il concetto originale di gas-ceutico. Un gas-ceutico è, prima di tutto, un nutraceutico, cioè un estratto o un derivato vegetale o animale in grado di modulare una funzione biologica e, quindi, potenzialmente utile nella prevenzione o cura di una malattia. Il gas-ceutico si differenzia dagli altri nutraceutici per la sua specifica capacità di modulare l’effetto biologico del gas a cui è correlato (es. ossigeno, ozono, ossido d’azoto, monossido di carbonio, solfuro d’idrogeno, etc.). Tale azione modulante può consistere semplicemente nell’indurre la sintesi e il rilascio di un gas biologico, oppure nell’attivare o inibire un effetto del gas stesso, sì da apportare, in qualche modo, un beneficio, in termini di benessere o di prevenzione/cura di una malattia. Tra i gas-ceutici più comuni, che possono essere associati ai vari tipi di gas-terapia, ricordiamo i polifenoli (che sinergizzano con l’ozono, per il comune effetto sul fattore di trascrizione Nrf-2), l’arginina (precursore dell’ossido nitrico), la L-cisteina (precursore del solfuro d’idrogeno), etc. Molti di questi nutraceutici non sanno di essere anche dei gas-ceutici (!): infatti, i gas-ceutici, più che una categoria strutturale, costituiscono una declinazione in senso funzionale di alcuni particolari nutraceutici. Alcuni gas-ceutici possono, addirittura, considerarsi dei gas-mimetici, ossia sono in grado di riprodurre l’effetto del gas al quale sono correlati.

(3) Area tematica ACQUA.

ACQUA AZZURRA, ACQUA CHIARA!

 

Nessuno, forse, come il grande Petrarca (“Chiare, fresche et dolci acque”), ha saputo condensare in tre soli aggettivi la bellezza dell’acqua, il cui simbolismo affonda le radici alle origini del pensiero umano. Sarebbe stato Anassimene di Mileto, vissuto nel VI secolo a. C., a inserire l’acqua nel ciclo di trasformazione della materia e, quindi, della vita, insieme all’aria, al fuoco e alla terra. L’acqua è simbolo dell’amore ritrovato, come sottolinea Lucio Battisti in una canzone che ha ammaliato generazioni di Italiani. L’acqua purifica e salva, come insegna il sacramento del Battesimo, ma può anche distruggere, come ricorda la tragica esperienza del diluvio universale. Ma sotto la stessa forma di precipitazione atmosferica, l’acqua purifica, come immortalato dal Manzoni, e come vorremmo accadesse in questo momento in tutto il Mondo. L’acqua è fonte di vita: per questo, con uno sforzo senza precedenti, l’Uomo la sta cercando su Marte, per non sentirsi solo tra le immense galassie che popolano l’Universo. Intanto, sulla Terra, i salmoni risalgono la corrente per garantire il futuro alla propria specie immediatamente prima che la Natura ponga fine alla loro esistenza. E dall’acqua veniamo anche noi, perché tutti abbiamo vissuto la fase forse più delicata della nostra vita in un mezzo acquoso.

 

Siamo fatti di acqua. L’acqua consente la solubilizzazione della maggior parte delle sostanze di importanza biologica (dai sali minerali alle varie molecole organiche) anche se non ha un buon rapporto con i grassi. Grazie alla capacità unica di formare particolari legami chimici a bassa energia, essa stabilizza la struttura di molecole quali le proteine, essenziali per le funzioni di tutte le cellule, e gli acidi nucleici, a cui è affidata la gestione del nostro patrimonio genetico. Molecole d’acqua vengono consumate ogni qualvolta è necessario attingere alle nostre riserve (es. i grassi) per soddisfare il nostro fabbisogno energetico (catabolismo); molecole d’acqua sono rilasciate, invece, nella fase “costruttiva” del nostro metabolismo.  L’acqua, poi, sotto forma di sangue, linfa, ed altri liquidi circolanti, è un infaticabile trasportatore di ormoni, vitamine ed altre molecole segnale; se necessario, essa si presta anche a veicolare i farmaci che, grazie ad essa, possono raggiungere il proprio bersaglio e svolgere la propria azione benefica. Variamente distribuita nei tessuti, l’acqua, inoltre, contribuisce a dare tono e turgore a tutti gli organi, compresa la pelle, sensibile sentinella dello stato di salute di “quel mare che è dentro di noi”. Infine, l’acqua svolge un ruolo attivo nel controllo di alcuni parametri o funzioni vitali essenziali, quali la temperatura corporea, il pH, il bilancio elettrolitico e l’eliminazione di sostanze tossiche (attraverso il sudore e le urine).

 

Per le funzioni indispensabili che l’acqua svolge nel nostro organismo e che abbiamo solo grossolanamente elencato, possiamo vivere senza respirare qualche minuto, senza mangiare qualche settimana . . . senza bere, forse, solo pochi giorni, in condizioni ottimali. Pertanto, dato per certo che dobbiamo mantenere il più possibile uno stato di idratazione ottimale, resta aperta la questione sul volume d’acqua che ognuno di noi dovrebbe assumere quotidianamente. Siccome ogni individuo ha un proprio “bilancio idrico”, dato dal rapporto fra l’acqua che assume (sia come tale sia attraverso cibi e bevande) e quella che elimina (attraverso la traspirazione, la sudorazione, la respirazione, la minzione, etc.) è bene fare sì che, nelle varie situazioni ambientali (es. micro e macroclima), fisiologiche (es. sforzo fisico) o patologiche (es, febbre), le entrate compensino sempre le perdite. Purtroppo, non esistono due individui identici, anche se gemelli monovulari, per cui non esiste altra regola valida per tutti, oltre a quella enunciata. Un esame non invasivo, la bioimpedenziometria, correttamente interpretata, può fornire utili informazioni sulla distribuzione dell’acqua nei vari compartimenti del nostro organismo e, quindi, aiutarci a “personalizzazione” l’introito quotidiano.

 

Oggi esistono in commercio, anzitutto, tante acque minerali che dichiarano di apportare una serie di benefici per la salute. E sulla veridicità di queste affermazioni vigilano le autorità sanitarie competenti. Certo, capita sempre più spesso di assistere a promozioni televisive che propongono l’uso di acque praticamente miracolose (ionizzate, alcalinizzate, etc.). Al momento non esiste alcuna evidenza scientifica in merito. In alcuni Paesi e, in particolare, in Giappone, viene da qualche tempo proposta, invece, la cosiddetta “acqua idrogenata”, ossia dell’acqua addizionata con idrogeno molecolare; studi preliminari suggerirebbero un effetto “antiossidante”, che, però, deve essere confermato da specifici trial clinici controllati.

 

Ricerche, condotte, nel corso degli ultimi decenni, da migliaia di ricercatori in tutto il mondo, e riassunte in uno dei miei ultimi libri (“Il TAO REDOX e la nuova sindrome da di-stress ossidativo”) indicano che il nostro benessere dipende, tra le diverse variabili, anche dal corretto funzionamento del sistema redox. Quest’ultimo è un sistema biochimico costituito essenzialmente da ossidanti (es. radicali liberi) e antiossidanti (es. vitamina C) che, attraverso un semplice trasporto di elettroni, consente alle cellule di scambiarsi informazioni e difendersi da eventuali aggressori, fra cui virus e batteri; si parla, in questo caso, di un fenomeno adattativo fisiologico e protettivo, detto eu-stress ossidativo. Un cattivo funzionamento del sistema redox, invece, causa il cosiddetto di-stress ossidativo, un fattore di rischio per la nostra salute, che può essere alla base dell’invecchiamento precoce e di molte patologie del nostro tempo, dalle cardiovascolari alle degenerative. Purtroppo, il di-stress ossidativo può essere diagnosticato solo sottoponendosi a specifici test di laboratorio su sangue (es. d-ROMs test e BAP test), perché non dà luogo ad alcuna sintomatologia caratteristica. Di fronte al rischio di un di-stress ossidativo possono essere messe in campo diverse opzioni, tra cui i cosiddetti “antiossidanti”, contenuti in molti “integratori” o “nutraceutici”. In realtà, la prevenzione o il trattamento del di-stress ossidativo parte dall’adozione di un corretto stile di vita, nelle sue 4 dimensioni fondamentali: alimentazione, esercizio fisico, benessere mentale/psicologico/spirituale, e armonia con i nostri interlocutori ambientali (persone, natura). Il termalismo rientra a pieno titolo nelle strategie atte a prevenire o curare il di-stress ossidativo.

 

La medicina termale ha radici antichissime ed è tra gli approcci più accessibili a chi vuole mantenersi in forma o recuperare il proprio equilibrio psico-fisico. In Italia esistono numerosissimi centri termali le cui acque sono state ben caratterizzate anche in merito al potenziale uso preventivo e terapeutico, nelle più svariate condizioni morbose: psoriasi, riniti, difficoltà digestive, artriti, etc. Acque termali sono oggi disponibili per “sedute” basate non solo sull’assunzione dell’acqua per bocca (terapia idropinica) ma anche sull’immersione, sull’applicazione di fanghi, etc. Le opzioni sono tante e il rispettivo valore continua gradualmente a essere riconosciuto anche dalla Medicina ufficiale. Anche il mio gruppo di lavoro, in passato, ha condotto studi sul potere antio-ossidante delle acque idrogeno-sulfuriche delle Terme di Telese (provincia di Benevento) in pazienti affetti da broncopneumopatia cronica ostruttiva.