28 marzo 2011

Molecole chimiche... Naturali

Troppo spesso il concetto di composto chimico è associato al termine artificiale; infatti, quando si parla di sostanze chimiche, si pensa spesso a molecole prodotte artificialmente dall'uomo in laboratorio.
In realtà tutte le sostanze sono chimiche: dall'ossigeno dell'aria, all'acqua dei mari, fino a tutte le molecole che compongono il corpo umano.
A volte, le sostanze presenti in natura vengono utilizzate dall'uomo, ad esempio, per preparare dei medicinali. È proprio di questo che vorrei parlare oggi: alcuni farmaci, infatti, trovano la loro origine in ricette che ci sono state fornite direttamente dalla natura!

L'esempio più famoso è probabilmente quello dell'acido acetilsalicilico, principio attivo dell'aspirina.
Questa molecola è la più nota tra i farmaci antiinfiammatori; viene utilizzata anche come antifebbrile o anticoagulante e deriva dal salice bianco (nome botanico Salix alba).

Salix alba11
Salix alba
Il suo utilizzo è noto fin dall'antichità: Ippocrate nei suoi scritti descrive, infatti, la salicina, una polvere amara estratta dalla corteccia del salice bianco, capace di alleviare il dolore ed abbassare la temperatura corporea. 
La salicina, sciolta in acqua, si comporta come un acido; da qui, il nome: acido salicilico. 
Il termine "acetil" si riferisce, invece, ad una modifica della molecola, attuata in laboratorio, che aiuta a minimizzarne gli effetti collaterali.


 
Acido salicilico (salicina)

Acido acetilsalicilico

L'acido acetilsalicilico può, tuttavia, causare reazioni allergiche in soggetti predisposti; altri effetti avversi riguardano le persone soggette ad emorragie e quelle che soffrono di gastropatie, asma od insufficienza renale. Il medicinale è controindicato anche nell'ultimo trimestre di gravidanza perché può provocare emorragie sia nel feto che nella madre.


Vediamo ora un altro esempio interessante.
Il chinino è stato il primo medicamento efficace contro la malaria: si ricava dalla corteccia della Cinchona officinalis, una pianta arborea, originaria delle Ande.
Corteccia della Cinchona officinalis
Negli ultimi decenni dell'Ottocento la malaria era presente anche in molte zone d'Italia; per questo motivo, nel 1895, fu approvatala la legge sul "Chinino di Stato", che imponeva un prezzo massimo per il medicamento, al fine di evitare speculazioni.
Il chinino è stato il farmaco d'elezione per la cura della malaria fino alla prima metà del Novecento, quando furono scoperte nuove sostanze in grado di contrastare la malattia. Il chinino è tuttora utilizzato per trattare la malaria in alcune situazioni critiche, resistenti ai farmaci di prima scelta.

A dosi terapeutiche il chinino può, tuttavia, portare ad una lieve intossicazione: nausea, cefalea, disturbi visivi, vertigini, acufeni e sordità, ne sono i sintomi principali; in dosi elevate, il farmaco è tossico per il cuore e può risultare addirittura fatale.


Altro famoso esempio è la digitalina, un cardiotonico che deriva dalla Digitalis purpurea.

Digitalis purpurea
Questa sostanza è in grado di diminuire il ritmo cardiaco e di aumentare la forza di contrazione del miocardio (muscolo del cuore).

La digitalina, se ingerita, anche in dosi minime, è tossica: l'intera pianta è velenosa, comprese le radici ed i semi. I primi sintomi di intossicazione possono includere: nausea, vomito, dolori addominali, allucinazioni e mal di testa; la riduzione del ritmo cardiaco può essere fatale.


Infine, l'atropina. Questa molecola deriva dall'Atropa belladonna e viene utilizzata come midriatico (farmaco che dilata la pupilla) in oftalmologia.
Atropa Belladonna. Illustrazione da Wikipedia.

A dosi minime l'atropina ha anche un effetto sedativo sul sistema nervoso; a posologie elevate, invece, causa: agitazione, confusione mentale ed insonnia. I livelli di tossicità variano da persona a persona, ma un'intossicazione può anche essere letale.

Il nome botanico di questa pianta ha origine nella mitologia greca e nell'uso cosmetico che si faceva dell'Atropa belladonna nel Rinascimento.
Secondo la mitologia greca, le tre Moire sono figlie di Zeus e Temi: Cloto tesse il filo della vita; Lachesi offre gioie e tristezze, determinando la svolta che prenderà l'esistenza dell'uomo; Atropo, infine, taglia il filo della vita e porta alla morte. Il nome atropina deriva proprio da Atropo: l'ingestione delle bacche della Belladonna è, infatti, mortale.
Il termine specifico belladonna fa, invece, riferimento alle nobildonne del Rinascimento che usavano questa pianta per rendere lucenti gli occhi: come ricordato precedentemente, infatti, la belladonna viene ancora oggi utilizzata per la sua capacità di dilatare la pupilla. 

I semplici esempi citati in questo post evidenziano anche un altro concetto importantissimo: non tutto ciò che è naturale è, necessariamente, anche innocuo e sicuro. Spesso si è portati a credere che una sostanza non sia pericolosa semplicemente perché è naturale: la salicina, il chinino, la digitale e l'atropina ci hanno, invece, mostrato come questa credenza possa essere pericolosa. 

In conclusione, ogni sostanza chimica, naturale o prodotta dall'uomo in laboratorio, non va mai assunta con leggerezza, senza il consiglio di un medico; è fondamentale informarsi sugli effetti, positivi e negativi, e sapersi regolare di conseguenza, senza incorrere dell'errore di ritenere nocivo ogni composto artificiale ed inoffensiva ogni sostanza di origine naturale.


Tania Tanfoglio

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Immagini

Tutte le immagini sono tratte da Wikimedia: cliccando su ciascuna immagine è possibile visualizzare la pagina originale. 


Bibliografia

Enrica Campanini. Dizionario di fitoterapia e piante medicinali, Tecniche Nuove, 2004.
Kent R. Olson. Intossicazioni Acute: Veleni, Farmaci e Droghe, Springer, 1999.

23 marzo 2011

Un tuffo nel terzo Carnevale della Chimica

L'appuntamento con il Terzo Carnevale della Chimica è scoccato ieri sera, con qualche ora d'anticipo, sul blog  Il chimico impertinente. L'idea di Paolo Gifh è stata davvero bella: unire il 22  marzo Giornata Mondiale dell’Acqua con questo terzo Carnevale che aveva proprio l'acqua come tema dominante!

Ben 37 blog partecipanti e 60 articoli incorniciati da una bellissima presentazione di Paolo. Davvero stupendi i font a tema e naturalmente, per la prima volta, possiamo ammirare anche il logo ufficiale del terzo Carnevale della Chimica.


Quasi dimenticavo... Anch'io ho dato il mio contributo con il post: l'acqua da un punto di vista biologico!

Il prossimo appuntamento è per il 23 aprile su Arte e Salute con “La chimica dei Sensi”!
Buona lettura a tutti!

Tania Tanfoglio

14 marzo 2011

L'acqua da un punto di vista biologico

In questo post, che partecipa al terzo Carnevale della Chimica ospitato dal Chimico impertinente, vorrei parlarvi dell'importanza dell'acqua per il benessere generale dell'organismo umano. 
Iniziamo con qualche percentuale.
Nel neonato l’acqua rappresenta circa il 75% del peso corporeo; nell’adulto questa percentuale si stabilizza attorno al 55-65%, per diminuire nuovamente nell'anziano (50% circa). 
Human body concentrations
Figura1: Percentuale d'acqua e altre sostanze chimiche nell'organismo umano. Immagine tratta da Wikimedia
Inoltre, a partire dall’adolescenza, si evidenziano delle differenze di genere: la donna, infatti, presenta costituzionalmente una maggiore quantità di tessuto adiposo (povero di acqua) e, quindi, nell'organismo femminile c'è una minore quantità di acqua rispetto a quello maschile.

L'acqua corporea è localizzata per il 65-70% all’interno delle nostre cellule (acqua intracellulare) e ne determina il volume e il turgore. 
Il restante 30-35% costituisce l'acqua extracellulare che comprende, ad esempio, il plasma e la linfa.
Queste semplici percentuali ci fanno capire quanto sia importante l'acqua per il nostro organismo e perché sia fondamentale mantenere un corretto bilancio idrico, ovvero un equilibrio tra le entrate e le uscite di acqua nel nostro corpo.

Nella seguente tabella si può facilmente valutare il bilancio idrico di una persona; è importante  non dimenticare che tale parametro è influenzato da diversi fattori come: l'età, l'alimentazione, l'attività fisica o il clima.


Bilancio idrico giornaliero medio in una persona adulta

Acqua introdotta
Acqua eliminata
Acqua esogena, introdotta dall’esterno
Bevande
1200 ml
Urine
1400 ml
1000 ml
Feci
200 ml
Acqua endogena, prodotta dall’organismo
Ottenuta attraverso le reazioni chimiche che avvengono nel corpo umano
300 ml
Traspirazione cutanea
600 ml
Sudorazione
300 ml
TOTALE
2500 ml
TOTALE
2500 ml
Tabella 1: Bilancio idrico giornaliero. Cliccando sul link Alimenti, proposto anche nella tabella, si accede alle tabelle di composizione degli alimenti dell'Istituto Nazionale di Ricerca per gli Alimenti e la Nutrizione (INRAN). Attraverso pochi e semplici clic, vengono visualizzati i dati relativi all'alimento desiderato e, naturalmente, se ne può valutare anche il contenuto di acqua.

I principali mezzi attraverso i quali l'organismo umano riesce a mantenere l’equilibrio idrico sono: il meccanismo della sete ed il riassorbimento dell’acqua da parte dei reni.

Il centro della sete si trova nell'ipotalamo, una piccola ghiandola collocata nel cervello; l'ipotalamo raccoglie le informazioni provenienti dai vari distretti dell'organismo e, in caso di bisogno, ci fa percepire la sensazione di sete.
Animazione tratta da Wikimedia: in rosso, rappresentazione tridimensionale dell'ipotalamo.
La disidratazione può anche essere molto pericolosa: crampi, debolezza e malessere generale, ne sono solo i primi sintomi; se la disidratazione raggiunge il 10%, può essere a rischio la sopravvivenza dell'individuo.
    I reni si trovano nell'addome in posizione posteriore, ai lati della colonna vertebrale. La  loro principale funzione è quella di eliminare le sostanze di rifiuto, attraverso l'urina.
     
    Mediamente l'urina escreta in 24 ore è pari a 1,4 - 1,5 litri; questo valore può, tuttavia, variare notevolmente in base alla quantità di liquidi che vengono assunti o persi durante la giornata.

    Da quanto fin'ora esposto, è chiaro che molteplici meccanismi cooperano tra loro nella regolazione del contenuto idrico dell'organismo umano.

    Vediamo ora quali sono le funzioni vitali svolte  dall'acqua:
    • La funzione solvente: la maggior parte delle reazioni chimiche indispensabili alla vita avvengono tra sostanze sciolte in acqua o a diretto contatto con l'acqua.
    • La funzione di agente di trasporto: l'acqua contenuta nel plasma favorisce il trasposto delle sostanze nutritive, delle sostanze prodotte dalle cellule e di quelle di scarto.
    • La funzione termoregolatrice: grazie alla sudorazione ed alla traspirazione viene, infatti, regolata la temperatura corporea.
    • La funzione idrolitica: l'acqua scinde alcuni composti trasformandoli in composti chimici di minori dimensioni. Reazioni di questo tipo avvengono, ad esempio, durante la digestione.
    • La funzione lubrificante: ad esempio a livello delle membrane sinoviali nelle articolazioni. Inoltre, grazie alla funzione lubrificante, l'acqua mantiene elastica e compatta la pelle e garantisce la giusta consistenza del contenuto dell'intestino.


    Per concludere vediamo una breve panoramica sulle proprietà chimiche dell'acqua che la rendono  una molecola unica, indispensabile per la vita.

    Da un punto di vista chimico, l'acqua (H2O) è  formata da due atomi di idrogeno (H) e un atomo di ossigeno (O), disposti a formare un angolo di circa 104°.

    Figura 2: Molecola d'acqua: l'atomo di ossigeno è rappresentato in rosso, i 2 atomi di idrogeno, invece, sono rappresentati in grigio. L'immagine è tratta da Wikimedia.


    Figura 3: Nella molecola d'acqua, idrogeno ed ossigeno formano un angolo di circa 104°. L'immagine è tratta da Wikimedia.
    Idrogeno ed ossigeno formano tra loro un legame di tipo covalente: questo significa che i due atomi [1] condividono gli elettroni di legame; l'ossigeno, però, rispetto all'idrogeno, attira con maggior forza gli elettroni (si dice che l'ossigeno è più elettronegativo). Questo crea una distribuzione delle cariche elettriche non uniforme e la molecola si presenta polare; dunque, più precisamente, il legame tra ossigeno e idrogeno è dunque covalente polare.

    Figura 4: Legame covalente polare dell'acqua. Covalent bond: polar covalent bonds. Art. Encyclopædia Britannica Online. Web. 14 Mar. 2011.
    L'acqua, dunque, è una molecola polare; tale caratteristica le permette di instaurare particolari legami intermolecolari, noti come legami idrogeno.


    Figura 5: legami idrogeno tra molecole d'acqua. Immagine tratta da Wikimedia.
    I legami idrogeno sono responsabili dello stato liquido dell'acqua a temperatura ambiente e nell'organismo umano.
    È indispensabile che l’acqua rimanga liquida: se formasse dei cristalli di ghiaccio, danneggerebbe le cellule e l'organismo in modo irreparabile.

    Dai legami idrogeno dipende anche l'elevato calore specifico dell'acqua: essa, infatti, è in grado di assorbire grandi quantità di calore, senza subire notevoli aumenti di temperatura. Questa proprietà permette alla nostra temperatura interna di cambiare lentamente, al variare della temperatura esterna.
    I legami idrogeno sono, inoltre, responsabili, della grande energia termica necessaria per far evaporare l’acqua: il sudore forma sulla nostra pelle un sottile strato di acqua che può evaporare solo dopo aver sottratto al nostro organismo una certa quantità di calore.

    Infine, una mappa che riassume schematicamente quanto illustrato in questo post.

    Tania Tanfoglio
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    Bibliografia 

    Paradisi T. Castelli G. Scienza dell'Alimentazione, Le Monnier, 2005.
    INRAN - Linee Guida n°5 - Bevi ogni giorno acqua in abbondanza.


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    Note 

    [1]  Per un breve ripasso su come è fatto un atomo potete leggere l'introduzione del mio post, "La chimica dentro di noi".
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