Facciamo ricerca, che cavoli!

oracz.gifDire che un prodotto vegetale destinato all’alimentazione funzionale o all’integrazione alimentare è potenzialmente efficace perchè ricco di una o più sostanze chimiche è un’affermazione non scorretta in toto, ma perfettibile. Se un vegetale è consumato dopo cottura, quanta parte del principio attivo viene degradata? E soprattutto, quanta viene effettivamente assorbita e messa in circolo nell’organismo? Cosa succede durante la digestione? E se ad essere potenzialmente attiva è un’intera classe di composti, questi si comportano tutti allo stesso modo? E se dovesse sussistere una sinergia tra più classi chimiche con diverse strutture e diversi meccanismi?

Le risposte a queste domande non sempre (quasi mai) sono definitive e ricadono nella zona ibrida di relazione tra chimica degli alimenti, fitochimica, biochimica e farmacologia. Esse permettono non solo di capire quale può essere la migliore via o forma di assunzione o di spiegare risposte non uniformi in trial clinici, studi epidemiologici e nutrizionali, ma anche di indirizzare produzione ed assunzione verso una maggiore espressione delle sostanze effettivamente responsabili di una azione dietetica, preventiva o salutistica.

Tra gli alimenti ad azione antiossidante, quelli ricchi in antocianine come i glicosidi della cianidina si collocano tra i primi posti nelle graduatorie stilate, ad esempio, in base al metodo ORAC (all’interpretazione dei test antiossidanti dedicherò presto un post, perchè è un argomento istruttivo). Il frutto di Euterpe oleracea (palma açai), i frutti rossi come uva, ribes, lamponi e mirtilli, il cavolo rosso, tutti devono la loro fama di eccellenti antiossidanti all’abbondanza di antocianine. Persino le bucce della melanzana ne contengono in gran quantità, ma sono indubbiamente indigeste, specie da crude. Potrebbero però essere usate come fonte di estratti, magari recuperando scarti dell’industria agroalimentare.

Queste classifiche sono compilate di solito analizzando estratti ottenuti da materiale vegetale fresco ed inevitabilmente non tengono conto di alcuni fattori importanti: la risposta delle sostanze testate alla tecnica di misurazione scelta, quante classi di antiossidanti contribuiscono al risultato complessivo; come i potenziali antiossidanti si modificano durante un’eventuale cottura o conservazione; come si modificano per effetto della digestione e della flora intestinale e come (e quanto) vengono assorbiti realmente. Perchè ovviamente, se l’obiettivo è quello di catturare ROS e bloccare reazioni radicaliche a cui sono esposte le cellule del nostro organismo, l’azione degli antiossidanti di origine nutrizionale deve per forza avvenire “da dentro”. Simmetricamente a quanto avviene coi farmaci non è il contenuto in principio attivo nella matrice di partenza, ma la sua cinetica a determinare l’azione reale: la fisiologia ed il metabolismo umano non discriminano tra un flavonoide ed una sostanza di sintesi, che sempre vengono trattati da xenobiotici da parte del nostro organismo.
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Un modello su cui parecchio si sta lavorando nel settore nutrizionale/nutraceutico è il genere Brassica, che annovera un gran numero di specie e varietà d’uso alimentare (cavolo, cavolini di bruxelles, verze, cavolo rapa, broccoli, cavolfiore, eccetera), variamente proposte per la loro azione salutistica, soprattutto in chiave antiossidante. Una panoramica delle conoscenze a riguardo è fornita da una review del 2007 (scarica il pdf), che descrive il contributo ed il comportamento dei principali antiossidanti in queste verdure: vitamina C, antocianine, carotenoidi, vitamina E, glucosinolati. Per una panoramica recente limitata alle caratteristiche, alle fonti ed alle proprietà dei vari pigmenti raccolti sotto il nome di antocianine (circa 250 diverse strutture), il riferimento migliore è questo pdf, il quale tuttavia conclude osservando che il limite principale in questo specifico settore risiede proprio nelle limitate informazioni disponibili sulla farmacocinetica delle antiocianine. Nel complesso, in base al saggio ORAC, esiste una forte linearità tra la quantità di antocianine presenti in un vegetale e la sua risposta antiossidante, ma la realtà del nostro organismo e della reale assunzione sono più complicate, come si diceva.

Brassica oleracea var. capitata f. rubra, cavolo rosso e B. oleracea var. botrytis o verza rossa e le antocianine che le colorano cadono esattamente in questo scenario particolarmente complesso e giusto in questi giorni sono stati divulgati i risultati di una indagine mirata a definire la reale cinetica delle antocianine del cavolo rosso nel corpo umano. Lo studio arriva alla fine di un percorso che nel tempo ha permesso di individuare e descrivere quali antocianine sono presenti nella verza rossa, determinando la presenza di antocianine libere e di antocianine acilate, nelle quali un residuo zuccherino è esterificato con un acido idrossicinnamico (caffeico, ferulico, sinapico). Queste ultime sono le più abbondanti nelle Brassicaceae e tendenzialmente le antocianine acilate con l’acido ferulico e quelle con meno residui zuccherini forniscono, in vitro ed isolate, un ORAC più elevato delle loro sorelle. Tuttavia la realtà del complesso delle antocianine rivela la possibilità di un forte sinergismo, dato che l’ORAC dell’estratto totale è pari a 6 volte quello dato dalla somma dei singoli costituenti (scarica il pdf). In altre parole, le antocianine del cavolo rosso si comportano diversamente tra loro, sia nell’intensità antiossidante che durante la digestione ed apparentemente quelle acilate potevano rappresentare il migliore parametro da monitorare per produrre estratti antiossidanti d’uso nutrizionale e salutistico.

In secondo luogo si è studiata la degradazione termica delle antocianine di questi cultivar di Brassica oleracea, verificando che tutti i trattamenti termici cui vengono sottoposti cavoli causano una netta degradazione di queste sostanze (scarica il pdf), sebbene cavolo rosso e verza rossa non contengano gli stessi tipi di antocianine. In particolare, la cottura convenzionale causa una perdita superiore all’80% in antocianine totali senza differenze di rilievo tra i singoli componenti (ovvero più o meno tutte le antocianine si comportano allo stesso modo) mentre cottura al vapore ed in microonde hanno conseguenze limitate. In aggiunta, anche altri costituenti antiossidanti del fitocomplesso subiscono una pesante degradazione termica, come ad esempio i glucosinolati, mentre altri come l’acido ascorbico non ne sono particolarmente affetti. Insomma, meglio crudo, si direbbe. La realtà è come al solito più complicata, dato che anche i composti ottenuti dalla degradazione possono essere dotati di proprietà antiossidanti e magari esserlo ancora di più, a patto che non vadano dispersi nelle acque di cottura o trattamento. Ad esempio in alcuni casi alla degradazione non corrisponde una diretta perdita di efficacia antiossidante in molti dei test più comuni (scarica il pdf).

Che siano nelle verdure assunte con la dieta o in compresse contenenti un estratto, tutte queste antocianine vengono assunte per via orale, digerite e poi assorbite dall’intestino. Il terzo stadio di questo percorso è dunque rappresentato dalla verifica della loro resistenza alla digestione gastrica ed alle secrezioni pancreatiche e si è visto che, in un modello artificiale, le antocianine possiedono una buona resistenza al ph acido dello stomaco ma solo una parte resiste al passaggio per l’intestino tenue. Nello specifico, circa il 75% delle antocianine assunte viene “smontato” dalle secrezioni pancreatiche a formare gruppi fenolici più piccoli (scarica il pdf). Le antocianine acilate sembrano possedere una resistenza maggiore. In soldoni, l’efficacia antiossidante in vivo potrebbe essere dovuta più ai cataboliti delle antocianine che alle antocianine stesse. Va peraltro sottolineato come questo studio sia in parte distante da un modello reale, non fosse altro per il fatto che l’assunzione tramite dieta prevede il transito di una miscela di cibo in digestione e non di molecole isolate e quindi più esposte all’azione degradativa. Molti altri studi in vivo si limitano a verificare che si ha una certa degradazione delle antocianine ma non si preoccupano nè di definire nè di descrivere il possibile percorso dei loro cataboliti, generando una certa incertezza a riguardo.

Per capirne di più, lo studio della farmacocinetica delle antocianine di Brassica oleracea è stato ampliato ed effettuato nell’uomo, andando a determinare quante e quali antocianine (acilate e non), assunte con una dieta ricca di cavolo rosso cotto al vapore e riscaldato al microonde, arrivano effettivamente in circolo e quante vengono alla fine escrete per via urinaria. I risultati (scarica il pdf) indicano innanzitutto che più se ne mangia e maggiore è il tasso di antocianine assorbite, ovvero che un eventuale plateau di assunzione non viene raggiunto con due piatti di red cabbage al giorno (circa 300 g). Queste indicazioni si combinano con tempi di escrezione renale abbastanza rapidi (picco di eliminazione dopo 4 ore), che potrebbero suggerire un’assunzione almeno due volte al giorno per aumentare l’efficacia e massimizzare l’AUC delle antocianine. Soprattutto, lo studio ha permesso di verificare che le antocianine non si comportano tutte allo stesso modo, che quelle acilate sono assorbite molto meno di quelle libere, che le antocianine acilate con acido sinapico e dotate di più residui zuccherini sono le meno assorbite, oltre che le meno attive come antiossidanti.

Il design dell’indagine ha previsto di considerare uno scenario realistico, nel quale la verza rossa è assunta previa cottura assieme ad altri cibi all’interno di una dieta bilanciata e permette di sottolineare come il know-how farmacologico, biochimico e fisiologico possa integrarsi molto opportunamente con competenze tipicamente alimentari e fitochimiche, per fornire un’indicazione il più possibile completa.

Una chiosa finale: innanzitutto se gli antiossidanti non sono destinati ad un ruolo alimentare ma cosmetico o preservante le considerazioni da fare sono necessariamente differenti. La cinetica di assorbimento per via orale interessa poco o nulla se l’uso è topico. In secondo luogo le antocianine non sono l’unico gruppo di molecole antiossidanti presenti nel cavolo rosso fresco e nel genere Brassica in generale, dato che Vitamina C e carotenoidi sono abbondanti e possono contribuire notevolmente all’effetto complessivo, così come i glucosinolati. In terza ed ultima battuta resta vacante il ruolo dei cataboliti ottenuti per degradazione digestiva.

Come al solito una visione parziale aiuta a fare un passo, ma non a descrivere tutta la mappa.

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Effect of Dose Size on Bioavailability of Acylated and Nonacylated Anthocyanins from Red Cabbage (Brassica oleracea L. Var. capitata)
Craig S. Charron, Beverly A. Clevidence, Steven J. Britz, and Janet A. Novotny
J. Agric. Food Chem., 55 (13), 5354 -5362, 2007.

Recent studies indicate that anthocyanin intake conveys a variety of health benefits, which depend on absorption and metabolic mechanisms that deliver anthocyanins and their bioactive metabolites to responsive tissues. The anthocyanin bioavailability of red cabbage (Brassica oleracea L. var. capitata) was evaluated as reflected by urinary excretion of anthocyanins and anthocyanin metabolites. Twelve volunteers consumed 100, 200, and 300 g of steamed red cabbage (containing 1.38 mol of anthocyanins/g of cabbage) in a crossover design. Anthocyanin concentration in cabbage extract and urine was measured by HPLC-MS/MS. Six nonacylated and 30 acylated anthocyanins were detected in red cabbage, and 3 nonacylated anthocyanins, 8 acylated anthocyanins, and 4 metabolites were present in urine. Mean 24 h excretion of intact anthocyanins increased linearly from 45 (100 g dose) to 65 nmol (300 g dose) for acylated anthocyanins and from 52 (100 g dose) to 79 nmol (300 g dose) for nonacylated anthocyanins. Urinary recovery of intact anthocyanins (percent of anthocyanin intake) decreased linearly from 0.041% (100 g dose) to 0.020% (300 g dose) for acylated anthocyanins and from 0.18% (100 g dose) to 0.09% (300 g dose) for nonacylated anthocyanins. Anthocyanin metabolites consisted of glucuronidated and methylated anthocyanins. The results show that red cabbage anthocyanins were excreted in both intact and metabolized forms and that recovery of nonacylated anthocyanins in urine was >4-fold that of acylated anthocyanins.

7 thoughts on “Facciamo ricerca, che cavoli!

  1. Ottimo articolo, come sempre🙂
    Uno dei problemi anche della ricerca di buona qualità nel campo dei prodotti di origine vegetale è il suo distacco dal dato etnobotanico riferito alla metodica di preparazione, che ha una rilevanza diretta proprio con la farmacinetica. Uno screening di questo tipo potrebbe evitare valutazioni eccessivamente riduzionistiche in un senso e nell’altro. Partire dal dato sperimentale per fare predizioni sull’assunzione alimentare nell’uomo è un rovesciamento del problema, quando si abbiano già dei dati da cui partire. L’effetto paradosso degli antiossidanti isolati (http://jnci.oxfordjournals.org/cgi/content/full/96/23/1743) rispetto a quelli “complessi” è un dato su cui ragionare, come la supposta insufficiente biodisponibilità dei polifenoli a fronte di una dimostrata attività antiossidante, un paradosso forse risolvibile da una teoria dell’attività antiossidante gastrica (http://cardiovascres.oxfordjournals.org/cgi/reprint/73/2/341), forse con il ruolo dei metaboliti, e/o forse con un tipo di attività xenormetica (http://www.blackwell-synergy.com/doi/pdf/10.1111/j.1365-2958.2004.04209.x) che sarebbe evidente anche a dosaggi molto ridotti.
    ciao
    marco

  2. Per dato etnobotanico intendi il partire da un’indicazione piu’ epidemiologica? Credo che gli approcci descritti negli articoli linkati nei post siano da inquadrare alla stregua degli studi sugli isoflavoni della soia, ad esempio. Si cerca di ottimizzare un’evidenza e di trovare informazioni adatte ad ovviare a variabilità della fonte e soprattutto dell'”strumento umano”. Mi riferisco, nel caso degli isoflavoni, al ruolo “soggettivo” della flora batterica intestinale, che è stato scoperto dopo ed ha contribuito a spiegare la fluttuazione della risposta.

    Francamente la attività antiossidante gastrica non la conoscevo e la xenormetica in particolare mi mancava completamente, anche a livello di vocabolario. Mi (ri)metto a studiare, grazie!

  3. Facevo un ragionamento più generale partendo dal tuo commento che dire che un alimento funzionale o pianta possono avere un effetto per il solo fatto di contenere certi classi di composti è a volte scorretto, e che la biodisponibilità è un criterio fondamentale. A volte uno studio più attento di come certe piante vengono preparate tradizionalmente ci permetterebbe di capire da subito quale forma permette una maggior biodisponibilità, ed anche quali composti sono i più probabilmente attivi. D’altro canto valutare bene i dati etnici ed epidemiologici ci permette di superare scetticismi basati solo sulla fitochimica, per cercare delle possibilli linee di indagine alternative.
    non so se mi sono capito🙂

  4. Sono abituato a stare in una specie di limbo culturale (posizione in genere scomoda, sembra sempre di stare in bilico su una sedia) per cui pencolo tra l’approccio più materialistico (o riduzionistico) e quello che cerca di avere una visione più sintetica, collegando diverse discipline in una visione complessiva (Murray Gell-Mann la chiama “plectica”). Detto questo forse non ho capito bene cosa intendi, per cui la risposta che segue potrebbe essere un fuoripista completo a rischio-slavina🙂

    In genere vedo la parte etnobotanica (o epidemiologica) come una fonte di informazioni che hanno bisogno di essere tradotte ed affinate, non sempre già pronte ad essere servite su un piatto di portata appetibile a tutti, anche al di fuori della cultura e della società che ha generato il dato. Il dato etnobotanico o epidemiologico può avere una certa solidità in termini di efficacia (popolazioni ampie, uso prolungato, eccetera) ma deve essere tradotto, per cui si parte da un’attività “semicerta” e si scende a capire come avviene e perche’, con quali limiti, cercando modi e metodi per ottimizzare. Diciamo che si va dal generale al particolare. Per contro quello che nasce da una semplice indicazione chimica deve fare un percorso opposto e si parte da un’informazione particolare per risalire la corrente verso la sua applicazione generale.

    Citavo gli isoflavoni proprio perchè mi sembrano un buon esempio a riguardo: se si vuole riprodurre un dato di origine epidemiologica su una popolazione differente occorre scoprire di quanto differisce il dosaggio nella dieta delle due popolazioni, correlare il dosaggio alla nascita di effetti collaterali, capire se le due popolazioni danno risposta diversa, capire bene a quali sostanze (anche tante) è dovuta l’azione eccetera. Per far questo fitochimica, farmacologia, biochimica, nutrizione, fisiologia eccetera devono fare il loro dovere e farlo in maniera cooperativa. Il problema sorge quando queste discipline, pur lavorando in teoria ad un obiettivo comune, iniziano a discutere sulla loro reciproca supremazia, cercando di definire una presunta superiorità di una sulle altre.

    Ne approfitto anche per dire che questi post vorrebbero avere un’altra “ambizione”. Anzi due. La prima è legata ad una certa “ascientificità” del dato di origine naturale (fitoterapico o nutrizionale, a scelta) che spesso viene percepito da una parte dell’opinione pubblica e da certi settori professionali come eccentrico o oggetto di scarsa validazione. Cosa che spesso è vera, ma molte altre volte alle spalle di un utilizzo esiste un buon corpus di studi ed approfondimenti. Al contempo c’è l’intento opposto e simmetrico: chi utilizza integratori (e spesso anche chi li vende) non presta molta attenzione al fatto che non si tratta di un’operazione semplice, generalizzabile o iper-semplificabile, ma che occorre un certo raziocinio nel loro uso. Che esistono possibili controindicazioni (poche, ma specifiche), che può non avere senso superare certi dosaggi perche’ tanto l’assunzione reale da parte dell’organismo è “quantizzata” (e gli unici che ci guadagnano sono i venditori), eccetera. Il risultato è che si oscilla senza spirito critico tra esortazioni all’abbuffata dell’ennesima panacea ed isterismi millenaristici con scenari esiziali. Come al solito tra un estremo e l’altro c’e’ un mondo in mezzo a cui viene data visibilità minima.

    Infine, se ho ben capito, gli articoli che hai segnalato sono abbastanza legati all’epigenetica. So che in quel settore si sta andando al galoppo, soprattutto nel settore dell’azione antimutagena (un’attività collegata alla degradazione ossidativa) ma ammetto la mia quasi totale ignoranza in materia.

    (ho finito)😛

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