NUOVA BIOLOGIA OLISTICA
di Orazio Valenti
per Edicolaweb
 

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L'OSSIGENO

L'ossigeno è una sostanza importante e vitale per la vita sulla Terra. Alcuni minuti senza ossigeno sono fatali per l'essere umano. Perché? Al primo sguardo la risposta è ovvia. Come altri animali aerobici, noi acquistiamo la maggior parte della energia dalla ossidazione di differenti sostanze. I tessuti nervosi ed il cervello in particolare sono decisamente dipendenti dall'ossigeno. Il cervello umano non eccede il 2% del peso corporeo ed utilizza più del 20% dell'ossigeno totale consumato. Qui però c'è un paradosso: considerando alcuni libri di testo della biochimica, il maggiore utilizzo di ossigeno avviene nei mitocondri, dove, parlando figurativamente, l'ossigeno è usato come un recipiente di rifiuto degli elettroni che hanno distribuito la loro energia potenziale per la produzione di ATP. Ma le cellule cerebrali contengono molto meno mitocondri dei muscoli del fegato. Se non usa questa via, quale è l'alternativa di utilizzare l'ossigeno a cui potrebbe riferirsi il cervello e senza il quale si collassa immediatamente? Per rispondere a questa domanda dobbiamo considerare alcune proprietà fisiche e chimiche dell'ossigeno, che sono spesso tralasciate dai libri di testo di biochimica.
La molecola di O₂ è unica fra tutte le altre del nostro ambiente:
Essa presenta 2 elettroni non accoppiati a spin paralleli nei due orbitali di valenza molecolare. Le molecole in questo stato possiedono un eccesso di energia. L'ossigeno è un magazzino immenso di energia capace di liberare più di 180 Kcal/mole per la sua riduzione con formazione di due molecole d'acqua dopo aver acquisito 4 elettroni O₂ + 4H 2H₂O.
Quando, uno dopo l'altro, gli elettroni sono catturati dall'ossigeno, si formano, come prodotti intermedi, alcune specie di ossigeno reattivo (ROS). Alcune di queste sono radicali liberi, cioè specie chimiche che a differenza delle molecole comuni possiedono un numero di elettroni non accoppiati nel loro guscio elettronico di valenza. Per il desiderio di accoppiare i singoli elettroni, i radicali liberi interagiscono avidamente con i donatori vicini di elettroni, che sono normalmente rappresentati dalle molecole. Un radicale libero acquista un elettrone e si trasforma in una molecola stabile, mentre la specie chimica donatrice di elettroni si trasforma in un radicale libero e comincia a cercare un altro donatore di elettrone. Così i radicali liberi possono iniziare una reazione a catena in soluzioni contenenti molecole biorganiche come lipidi, proteine, acidi nucleici e carboidrati. Le molecole di ossigeno sono stimolatori di reazioni radicaliche. Quando un ossigeno guadagna un elettrone, si trasforma in radicale anione superossido, O₂. L'aggiunta di un secondo elettrone (insieme con due protoni) trasforma quest'ultimo in perossido di idrogeno, H₂O₂. Il perossido non è un radicale ma guadagna facilmente un altro elettrone dando spazio ad un radicale idrossilico HO, che è una particella chimica molto attiva che inizia facilmente reazioni a catena incontrollabili.
Le reazioni a catena dei radicali danneggiano importanti molecole biologiche in vitro, e i ROS sono considerati tradizionalmente in biochimica come particelle ad elevata pericolosità. Esse sono accusate di essere la maggiore fonte di molte malattie, disfunzioni, la maggiore causa dell'invecchiamento. Comunque molti dati più o meno recenti portano a ritenere che i ROS sono assolutamente necessari per la normale attività vitale.
In primo luogo ci sono molte spiegazioni per la ragionevole riduzione di un elettrone di ossigeno in ogni microrganismo. L'enzima NADP-H ossidasi, che produce ROS come un'arma che uccide virus e microbi in particolari cellule, finì per essere trovato dappertutto. È espresso in molte altre cellule e tessuti, non avendo nulla a che fare con le funzioni di difesa immunitaria. Superossidi ed altri ROS sono generati nel corso di alcune reazioni non enzimatiche che continuamente vanno in entrambe le aree, intra-cellulari ed extra-cellulari. Secondo alcune stime, il 10-15% di ossigeno consumato da un animale a riposo è indirizzato verso una strada di riduzione monovalente lungo la quale i ROS sono generati. Sotto condizioni di stress, quando la attività di enzimi generanti ROS è ampliata, il consumo di ossigeno totale cresce fino a circa il 20% e si suppone che tutto questo eccesso sia ridotto in modo monovalente. Pertanto il ROS dovrebbe giocare un ruolo molto importante nella fisiologia umana.
Uno schema di reazione a catena iniziata da un radicale libero A (in cui la freccia simbolizza un elettrone spaiato). I triangoli rappresentano radicali con un numero dispari di elettroni ed i rettangoli molecole con un numero pari di elettroni. Se i dispari si combinano solo con i pari, la catena non terminerebbe mai.

Si considerava tradizionalmente che in reazioni fisiologiche particolari, in cellule viventi, fossero coinvolte molecole specifiche: ormoni, neurotrasmettitori, citochine.
Ciò porta al fatto che i ROS partecipano in molte se non in tutte le reazioni cellulari determinate da stimoli esterni. Le reazioni particolari di date cellule, non dipende solo dall'interazione di segnali particolari specifici con recettori specializzati, ma anche dal contesto, cioè dalla storia precedente della cellula, dal suo stato attuale ed anche dal livello di formazione e di composizione del ROS. I ROS stessi possono imitare l'azione di molti segnali biomolecolari su funzioni cellulari che includono la regolazione di attività geniche. Così i ROS dovrebbero essere considerati come agenti di informazione universale a livello cellulare ma il meccanismo della loro azione rimane confinato nei limiti del paradigma biochimico convenzionale. Benché ci siano molti processi che generano ROS nell'organismo, gli animali per la loro sopravvivenza necessitano di procurarsene regolarmente nell'ambiente.
Alexander Chizhevsky ha dimostrato negli anni '20 che se l'aria ordinaria è ricca di ioni negativi, topi e ratti muoiono per soffocamento nel giro di alcuni giorni e che arricchire l'aria con ioni negativi fa regredire tutti i sintomi patologici. Questi risultati sono stati decisamente confermati. Inoltre è stato provato che gli "ioni negativi dell'aria" sono radicali superossidi O₂—. È importante sottolineare che l'aria fresca comune contenga almeno 500 particelle di O₂— per cm³, mentre i contenuti di ossigeno in esso sono 10¹⁶ volte più alti. Per capire questa differenza dobbiamo immaginare un lago di 10 metri di profondità, 30 Km di diametro pieno di acqua "cattiva" (aria priva di superossido). Aggiungete a questa una quantità di superossido, e ritorna ad essere fresca.
L'aria arricchita con O₂— fino a 10⁴ particelle/cm², è impiegata per la pressione arteriosa e la normalizzazione della circolazione sanguigna; esso supporta la ossigenazione del tessuto, facilita le condizioni di stress, aumenta l'adattamento generale di un organismo a fattori avversi. Altri ROS, ozono O₃ e perossido di idrogeno, sono stati anche usati nelle prime decadi del 20° secolo per trattamenti di molte malattie dalla tubercolosi alla disabilità nervosa. Oggi la medicina ufficiale li evita a causa della paura per la loro alta tossicità. Eppure, la ozono terapia comincia ad essere rivalutata in questi ultimi anni. Per esempio, l'ozono è insufflato in un campione di sangue prelevato, poi ridato al paziente. Questo forte ossidante, che genera facilmente radicali liberi, non danneggia le componenti sane nell'intero sistema sanguigno, le proteine del plasma, i globuli bianchi e rossi, che invece distrugge in vitro.
Anche se solo una piccola porzione di sangue del paziente è trattato con ozono, gli eritrociti nel loro complesso accettano e donano molto più facilmente ossigeno ed i leucociti diventano più attivi. Simili azioni terapeutiche sono osservate se il sangue prelevato è trattato con bassa concentrazione di H₂O₂ e restituito al paziente, o quando le soluzioni di perossido diluito sono infuse per endovena. Nell'ultimo caso gli effetti terapeutici sembrano particolarmente misteriosi. La dose singola comune è 200 ml di soluzione fisiologica al 0,03% di perossido di idrogeno. La catalasi nel sangue converte immediatamente l'infuso in acqua ed ossigeno. Ma la quantità totale di ossigeno emanato è equivalente a 100 ml di aria (una piccola frazione di respiro) e non aggiunge praticamente nulla al contenuto di ossigeno nel sangue. Eppure, dopo soluzioni endovenose di H₂O₂, la saturazione di ossigeno nel sangue dei tessuti aumenta, ed altri parametri fisiologici del sangue e di altri tessuti si normalizzano.
Con questo esempio possiamo concludere che alcuni, se non tutti i ROS in dosi appropriate, esercitano un'azione multipla e benefica sulle varie funzioni biologiche, dal livello cellulare ad un livello che coinvolge tutto l'organismo.
Ma come possono queste particelle che hanno un alto valore di specificità chimica, così distruttive in vitro, esercitare specifiche azioni bioregolatrici in vivo?

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