Dottore, mi si è infiammata la curcuma

Saltellando e sacramentando su una caviglia dolorante a causa di una fastidiosa tendinite, un bel giorno la mia amica Lisa è andata in farmacia in cerca di sollievo. Possibilmente immediato. Memore di esperienze precedenti ha chiesto dell’ibuprofene, ovvero un analgesico di cui già conosceva pro e contro e si è quindi parecchio innervosita quando il farmacista ha tentato di farle cambiare idea, insistendo zelante affinché acquistasse un integratore alimentare a base di curcuma, a suo avviso altrettanto efficace ma meno pericoloso in quanto “meno chimico”. Mi sono preso un paio di giornate per leggere quel che si sa sull’argomento e distillarlo di seguito; contrariamente al solito stile creativo, questo post sarà più lineare e schematico. Vorrei infatti evitare letture polarizzate di quel che scriverò, dato che districarsi in questi argomenti è complesso sia per i professionisti che (ancor più e per ovvie ragioni) per i consumatori e l’adesione tribale a un’idea tende a prevalere sul ragionamento caso per caso.

Primo: perché la mia amica ha chiesto ibuprofene. Innanzitutto perché ne aveva già esperienza e sapeva cosa aspettarsi, sia in termini di effetti collaterali che di efficacia nel contenere il dolore. Anche per questo già sapeva di non soffrire di allergie o ipersensibilità. In secondo luogo perché su questa sostanza esiste una serie mirata di studi che ne hanno dimostrato l’efficacia anche in caso di tendiniti e dolori articolari, sia per applicazione topica (pomate, gel) che per via orale. In particolar modo quello che si sa è che con dosaggi attorno a 1200-2000 mg giornalieri di ibuprofene o altri farmaci analoghi (i cosiddetti FANS) si può spesso ma non sempre ridurre il dolore già dopo pochi giorni, mentre in assenza di altri interventi non si ottengono effetti sulla causa dell’infiammazione tendinea e non si ripristina la funzionalità dell’articolazione interessata. Si sa anche che la loro somministrazione ha senso solo quando la tendinite è al massimo del suo dolore mentre gli effetti sono limitati in caso di somministrazione anticipata, ad esempio per prevenire ricadute. Questo apre una prima parentesi: un farmaco non funziona quasi mai risolvendo un problema con l’approccio magico proposto dalle pubblicità. Non assicura mai la completa guarigione sempre e comunque, ma offre maggiori probabilità di guarire in un tempo più breve. Come vedremo però, rispetto all’integratore il farmaco ci assicura in anticipo quale sia l’entità di questa probabilità. Complessivamente sono disponibili circa una ventina di studi sull’uomo, alcuni dei quali di discreta qualità, condotti trattando circa un migliaio malati affetti da tendiniti di vario tipo e quindi per queste sostanze conosciamo dosaggi, modalità, pregi e difetti sullo stesso problema della mia amica. Li possiamo leggere in apposite pubblicazioni sintetiche, che agevolano l’interpretazione dei dati e risolvono inevitabili ambiguità.

turSecondo: sulla base di cosa il farmacista ha proposto la curcuma. E’ da diverso tempo che si studia l’uso della curcuma e di alcune sostanze chimiche da essa prodotte (i curcuminoidi) come antinfiammatori e prima che si scaldino gli animi va detto che in alcuni casi ci sono stati risultati incoraggianti, ovvero l’efficacia dei curcuminoidi contro alcune infiammazioni nell’uomo non pare del tutto trascurabile e risulta superiore al placebo, talvolta comparabile a qualche farmaco di riferimento. Nel nostro caso però la prima chiave sta nel termine “alcuni”. Gli studi sono infatti molto limitati per numero e qualità (pochi malati seguiti, scarsi confronti, impostazioni deboli), molti tra essi hanno riguardato sistemi molto più semplici o diversi rispetto all’organismo umano e soprattutto nessuno ha riguardato le tendiniti; tuttavia ne possiamo dedurre qualche indicazione utile al caso di Lisa. Ad esempio sono disponibili studi di scarsa qualità condotti su pochi pazienti, che indicano una discreta efficacia dei curcuminoidi nel trattare infiammazioni croniche a livello intestinale, solo però a seguito di trattamenti abbondanti e protratti per molte settimane. Quello che sinteticamente si deduce è che i curcuminoidi inibiscono molto intensamente l’infiammazione in vitro, ma replicano nell’uomo questa attività in modo più modesto, solo per alcuni tipi di patologie infiammatorie e solo quando vengono assunti regolarmente per lungo tempo. Esiste un buon numero di ricerche sugli animali, nelle quali l’azione di curcuminoidi e FANS nel trattare le infiammazioni articolari è simile. Tuttavia queste sostanze sono assorbite diversamente tra animali e uomo e gli esiti andrebbero confermati in quest’ultimo, per cui il loro valore è limitato. Nella speranza ovviamente che possano essere presto ottenuti risultati analoghi in pazienti veri. Questa differenza è dovuta allo scarso assorbimento dei curcuminoidi a livello intestinale e alla grande velocità con cui il nostro metabolismo si sbarazza di essi, in quanto li considera sostanze chimiche estranee alla stregua di qualunque farmaco di sintesi. Questo spiega i risultati positivi citati sopra: nell’intestino i curcuminoidi arrivano comunque in gran quantità durante la digestione e solo un’assunzione molto frequente e a lungo termine può permettere di raggiungere effetti tangibili. In questi studi si è anche riscontrato che i curcuminoidi sono sì comparabili ai FANS come effetto antinfiammatorio, ma lo sono molto di meno nel ridurre il dolore e agiscono meglio nel prevenire l’insorgenza di una fase infiammatoria grave rispetto a ridurne una già in corso, cosa che li rende potenzialmente interessanti nel trattare solo alcune e non tutte le infiammazioni. Ad esempio, potrebbero essere indicati per quelle con un andamento ciclico e ricorrente, per prevenire ricadute. E’ probabile che il farmacista avesse in mente questo tipo di studi, che però non si adattano all’esigenza di Lisa: avere sollievo rapido al dolore causato dal suo tendine già infiammato.

Terzo: sezionare le prove. Superiore al placebo significa, più o meno, “meglio di niente”. Ma quando esistono già trattamenti di nota efficacia sarebbe molto interessante valutare se il nuovo rimedio -ad esempio i curcuminoidi- è effettivamente meglio non solo di “niente”, ma anche di quelli già usati e in caso affermativo, sapere di quanto è meglio o peggio. Solo così è possibile valutare dati alla mano l’eventualità della sostituzione proposta dal farmacista. Muoversi in questo campo da esperto, professionista o consumatore è difficile e la confusione è aumentata spesso da gravi difetti negli studi, i cui colpevoli sono quei ricercatori che per scarsa competenza o sciatteria trascurano alcune operazioni fondamentali. L’assenza di alcuni passaggi e scelte “furbe” nelle pubblicazioni scientifiche complicano la vita non solo dei farmacisti e dei medici, ma anche di tutti quelli che poi fanno il lavoro di tradurre i risultati a un pubblico di consumatori. Un esempio calzante riguarda una ricerca che il farmacista avrebbe potuto portare a testimonianza della sua opera di convincimento presso la mia amica. Si tratta di uno studio clinico (ovvero condotto su pazienti reali) in cui persone con artrosi al ginocchio sono state curate con curcuma e con ibuprofene, dimostrandone l’equivalenza dopo quattro settimane di cura. In apparenza un ottimo puntello per chi vuole dimostrare che un integratore a base di curcuma e un farmaco analgesico “funzionano uguale”. La patologia valutata è simile ma non identica a quella che ha portato Lisa in farmacia: l’artrosi è un problema cronico e permanente, mentre la tendinite ha almeno nelle fasi iniziali aspetti più acuti. Nella prima il paziente accetta anche un trattamento che garantisce i primi risultati dopo settimane di cura ed è più propenso a preferire i prodotti con meno effetti collaterali (limitato beneficio a breve termine, basso rischio a lungo termine), nella seconda al contrario il paziente si attende un sollievo quasi immediato e per questo è disposto a sopportare eventuali complicazioni (elevato beneficio a breve termine, maggiore rischio a breve-medio termine). Lo studio in questione ha poi diversi limiti esemplari nel campo delle sostanze naturali, ovvero non ha previsto la misura dei curcuminoidi presenti nella droga usata e ha, per stessa ammissione di chi lo ha condotto, somministrato una dose di ibuprofene inferiore a quella in genere consigliata per le infiammazioni articolari (800 mg contro 1200-2000 mg). La combinazione dei due fattori porta a un risultato spendibile in campo accademico ma non risponde a domande pratiche: che risposta avremmo avuto con il dosaggio corretto di ibuprofene? E dato che la quantità di curcuminoidi varia naturalmente anche più del 110% a seconda delle caratteristiche della pianta di partenza, che cosa mi devo aspettare da una curcuma o da un estratto diverso da quello usato nello studio? E che legame può esistere tra questi studi e il prodotto suggerito dal farmacista? Con un caso che vi assicuro essere più unico che raro in letteratura, gli stessi autori hanno poi pubblicato un secondo studio in cui hanno risposto alle domande e colmato le lacune del primo: quantificazione dei curcuminoidi a 1500 mg al giorno, dosaggio giusto di ibuprofene, controlli più ravvicinati e maggior numero di pazienti. I risultati, almeno per l’artrosi, hanno visto ancora un’equivalenza nei due trattamenti. E’ tuttavia l’unico studio con un confronto ben fatto e riguarda una patologia diversa dalla tendinite.

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Quarto: che differenze ci sono tra il farmaco e l’integratore. Pur non trattandosi della stessa patologia e pur esistendo un unico studio con tali risultati possiamo azzardare l’ipotesi che gli studi stiano parzialmente dalla parte del farmacista. Quanto chiesto da Lisa e quanto da lui proposto appartengono tuttavia a due categorie di prodotti per la salute molto diverse tra loro e le differenze che ci interessano si basano sulle diverse norme e leggi che ne regolano la vendita. Per poter essere registrato come farmaco un prodotto deve contenere (e garantire la presenza entro la data di scadenza) di quantità di principio attivo congruenti con l’efficacia dimostrata nell’uomo per la patologia che si dichiara di voler curare. Ovvero: in un farmaco a base di ibuprofene che ha la tendinite tra i suoi bersagli terapeutici deve essere garantita la quantità di principio attivo che si è dimostrata efficace per trattare il dolore muscolo-scheletrico in persone effettivamente malate. Al contrario, un prodotto registrato come integratore alimentare non è tenuto a dimostrare alcuna efficacia prima della messa in commercio e non è tenuto a garantire livelli di principi attivi coerenti con quanto dimostrato da eventuali studi. Per legge inoltre il suo bersaglio sono le persone sane, non quelle malate. In altre parole, il produttore può lecitamente formulare un prodotto a base di curcuma inserendo la quantità che vuole, senza indicare il contenuto in curcuminoidi a patto di non dichiarare in modo esplicito alcuna efficacia sulla confezione (cosa che di fatto viene poi demandata a comunicazioni implicite come il nome del prodotto, illustrazioni, giochi di parole e consigli verbali dati dal venditore). Ovvero: anche se fosse confermato che 1500 mg di curcuminoidi sono efficaci nel trattamento acuto della tendinite, non è affatto garantita la presenza delle medesime quantità negli integratori in vendita, non solo durante la loro vita commerciale ma anche al momento stesso della loro produzione. Lo stesso vale per qualsiasi tipo di infiammazione: gli studi che suggeriscono l’azione antinfiammatoria a livello intestinale, ad esempio, indicano dosaggi pari a circa 2000 mg giornalieri di curcuminoidi, ma in commercio i prodotti possono (lecitamente) contenerne tra 3 e 400 mg per compressa senza alcun obbligo che questo venga dichiarato in etichetta. Data la scarsa biodisponibilità dei curcuminoidi (meno del 10% di quel che si ingerisce va in circolo) molti produttori hanno poi realizzato sistemi per ovviare a questo limite, ad esempio combinandoli con lecitina o con piperina, o miscelando ad essi altri ingredienti. Prodotti con quantità di principio attivo e formulazioni così diverse non possono garantire la stessa “potenza” né un’efficacia comparabile con quella di studi condotti con dosi e combinazioni ancora diverse. Tuttavia, non essendo obbligatorio presentare testimonianze scientifiche di efficacia prima della messa in commercio degli integratori, non esistono quasi mai studi indipendenti sulle formulazioni effettivamente vendute: potrebbero anche funzionare, ma nulla ce lo assicura.

Quinto: in sintesi. Nel caso specifico delle tendiniti, per principi attivi come l’ibuprofene sono disponibili studi mirati che ne hanno quantificato l’efficacia, mentre per curcuma e curcuminoidi ancora non ci sono e ci si basa su deduzioni da altre patologie, non sempre attinenti. Non è escluso che compaiano in futuro, ma attualmente non si può garantire un’equivalenza di risultato. Gli integratori non devono, al contrario dei farmaci, dimostrare obbligatoriamente alcuna efficacia prima di essere mesi in vendita e questa è misurata solo in base al gradimento soggettivo post-vendita dei consumatori. Non devono neanche rispettare contenuti minimi di principi attivi, anche quando la loro efficacia è conclamata a determinati dosaggi e ciò porta a un’enorme diversificazione dell’offerta commerciale, rendendo sicuramente difficile la vita del farmacista e anche quella del consumatore. Eppure in questa apparente contraddizione esiste una congruenza: se la curcuma è più efficace nel prevenire un’infiammazione che nel curarla quando questa è nel suo pieno, i curcuminoidi saranno più adatti a un integratore alimentare destinato a persone sane che ad un prodotto mirato a soggetti già malati. Cosa avrebbe potuto fare l’amica di fronte alla proposta del farmacista? Chiedere se il dosaggio in curcuminoidi dell’integratore consigliato era in accordo con studi clinici sul trattamento a breve termine della tendinite e chiedere lumi sul tipo e sulla velocità dell’effetto, scegliendo in base alla competenza della risposta del farmacista e alla sua volontà di spesa.

Fuori sacco: perché secondo me il farmacista ha sbagliato. Questa è chiaramente un’opinione personale, che parte dal compito professionale del farmacista di fornire un consiglio a un cliente, e necessita di una premessa. La farmacia è un’impresa commerciale e giustamente non è un luogo in cui si fa beneficenza: chi ci lavora deve fidelizzare il cliente, offrirgli un servizio e un’attenzione che magari altri non garantiscono al fine di farlo tornare. Questo in alcuni casi può significare anche anticipare le aspettative e gli umori di chi sta dall’altra parte del banco e battere sullo stesso tamburo del marketing, che negli ultimi decenni ha molto promosso prodotti per la salute di origine vegetale. Se il consumatore medio chiede integratori e altri prodotti naturali, o se ha introiettato una malcompresa fobia per tutto ciò che è chimico, il farmacista che deve far tornare i conti a fine mese si può adeguare alle richieste di chi entra nel suo negozio, vendendo aspettative. A mio avviso però se il cliente entra con una precisa richiesta, cercare di fargli cambiare idea sulla base di indicazioni non scientificamente solide è scorretto. Così come è a lungo termine controproducente dare consigli non supportati da evidenze o descrivere un integratore alimentare come se offrisse le medesime garanzie di efficacia e di contenuto di un farmaco. Pur capendo l’occhio al fatturato, un minimo di strabismo sarebbe auspicabile per spiegare al cliente che nel caso degli integratori si propone un’efficacia in alcuni casi possibile ma non misurata e quindi non definibile. Un paragone che viene bene è di tipo finanziario: il farmaco è per sua natura come un bond che offre un rendimento definito e calcolato prima della sottoscrizione. Può essere alto o basso, ma è noto. L’integratore, per carenze di ricerca e di normativa, propone invece un rendimento in larga parte ignoto all’atto dell’acquisto e non rivelarlo corrisponde a un comportamento che nella recentissima storia bancaria nazionale non ha propriamente dato lustro e futuro a certi istituti finanziari. E a proposito di finanze: sempre assumendo un’equivalenza (non dimostrata, almeno finora) in termini di velocità e intensità di risposta antidolorifica tra i due trattamenti, la mia amica avrebbe speso circa 8 euro per un trattamento di due settimane a base di ibuprofene e circa 30 euro, per lo stesso periodo, qualora avesse scelto l’integratore a base di curcuma.

Fonti e riferimenti

  • Funk, J. L., Frye, J. B., Oyarzo, J. N., Kuscuoglu, N., Wilson, J., McCaffrey, G., … & Sólyom, A. M. (2006). Efficacy and mechanism of action of turmeric supplements in the treatment of experimental arthritis. Arthritis & Rheumatism, 54(11), 3452-3464.
  • Taylor, R. A., & Leonard, M. C. (2011). Curcumin for inflammatory bowel disease: a review of human studies. Altern Med Rev, 16(2), 152-156.
  • Sahebkar, A. (2014). Are Curcuminoids Effective C‐Reactive Protein‐Lowering Agents in Clinical Practice? Evidence from a Meta‐Analysis. Phytotherapy research, 28(5), 633-642.
  • Van Der Windt, D. A., Van Der Heijden, G. J., Scholten, R. J., Koes, B. W., & Bouter, L. M. (1995). The efficacy of non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDS) for shoulder complaints. A systematic review. Journal of clinical epidemiology, 48(5), 691-704.
  • Julie, S., & Jurenka, M. T. (2009). Anti-inflammatory properties of curcumin, a major constituent. Alternative medicine review, 14(2).
  • Funk, J. L., Oyarzo, J. N., Frye, J. B., Chen, G., Lantz, R. C., Jolad, S. D., … & Timmermann, B. N. (2006). Turmeric Extracts Containing Curcuminoids Prevent Experimental Rheumatoid Arthritis#. Journal of natural products, 69(3), 351-355.
  • White, B., & Judkins, D. Z. (2011). Does turmeric relieve inflammatory conditions?. Clinical Inquiries, 2011 (MU).
  • Funk, J. L., Frye, J. B., Oyarzo, J. N., Kuscuoglu, N., Wilson, J., McCaffrey, G., … & Sólyom, A. M. (2006). Efficacy and mechanism of action of turmeric supplements in the treatment of experimental arthritis. Arthritis & Rheumatism, 54(11), 3452-3464.
  • Magra, M., & Maffulli, N. (2006). Nonsteroidal antiinflammatory drugs in tendinopathy: friend or foe. Clinical Journal of Sport Medicine, 16(1), 1-3.
  • Mason, L., Moore, R. A., Edwards, J. E., Derry, S., & McQuay, H. J. (2004). Topical NSAIDs for chronic musculoskeletal pain: systematic review and meta-analysis. BMC Musculoskeletal Disorders, 5(1), 28.
  • Kuptniratsaikul, V., Thanakhumtorn, S., Chinswangwatanakul, P., Wattanamongkonsil, L., & Thamlikitkul, V. (2009). Efficacy and safety of Curcuma domestica extracts in patients with knee osteoarthritis. The Journal of Alternative and Complementary Medicine, 15(8), 891-897.
  • Kuptniratsaikul, V., Dajpratham, P., Taechaarpornkul, W., Buntragulpoontawee, M., Lukkanapichonchut, P., Chootip, C., … & Laongpech, S. (2014). Efficacy and safety of Curcuma domestica extracts compared with ibuprofen in patients with knee osteoarthritis: a multicenter study. Clin Interv Aging, 9, 451-8.
  • Sahebkar, A., & Henrotin, Y. (2015). Analgesic Efficacy and Safety of Curcuminoids in Clinical Practice: A Systematic Review and Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials Pain Medicine DOI: 10.1093/pm/pnv024
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La botanica dello sciroppo d’acero – Parte terza

CResearchBlogging.orgome altri dolcificanti derivati da piante, anche lo sciroppo d’acero è finito nel mirino della distorsione salutistica e le ricerche sui i suoi effetti sono frequentemente mistificate, con inevitabile seguito di malintesi. Ci piace consumare cibi dolci al punto da accettare gli alibi più ballerini e coprire la verità più insipida e indigesta: dovremmo mangiare molto meno e basterebbe incrementare la quota di frutta e verdura per stare meglio (buona prassi che sono il primo a trasgredire).

Davvero funziona per il diabete?  E’ probabilmente anche per questo che spesso, sui forum e persino su pagine che dovrebbero fornire informazioni corrette su diabete e nutrizione, si legge che lo sciroppo d’acero sarebbe fenomenale per chi vuole perdere peso, per chi soffre di glicemia alta e che al suo interno sono presenti sostanze in grado di ridurre l’assorbimento degli zuccheri, di agire come antiossidanti e di prevenire varie malattie. Il solo fatto che, come spiegato, lo sciroppo d’acero non sia altro che un equivalente liquido del normale zucchero di barbabietola dovrebbe valere già come risposta: di fatto questo dolcificante è saccarosio al 70% in acqua e le sue proprietà sono quindi le stesse del normale zucchero bianco, solo leggermente depotenziate dalla diluizione. Se lo sciroppo d’acero fosse disidratato senza riscaldamento, non si otterrebbe altro che zucchero bianco al 99.7%. Questo comporta un apporto calorico simile al miele e minore del 30% circa rispetto allo zucchero di canna o di barbabietola, ma esclusivamente per merito dell’acqua residua. Qualora se ne usasse un po’ in più per ottenere lo stesso effetto edulcorante, i vantaggi svanirebbero e non si capisce come alcuni possano sostenere che lo sciroppo d’acero possiede un potere dolcificante “1,5 volte superiore al saccarosio”. Un discorso analogo, anche se non così proporzionale a causa del sistema usato per la misurazione, riguarda l’indice glicemico, che per il nostro sciroppo è leggermente inferiore a quello dello zucchero e paragonabile a quello del miele, ma con valori che a causa della sua composizione non si discostano in maniera radicale da quella di molti dolcificanti a base zuccherina. Come correttamente spiega il sito britannico sulla prevenzione del diabete, anche lo sciroppo d’acero è “zucchero sotto mentite spoglie”: “Although honey, agave nectar and maple syrup are marketed in many of the ‘sugar-free diet’ books as healthier alternatives to sugar, they’re really just other forms sugar. […] The suggestion that these foods are healthier may motivate you to eat more, which isn’t helpful for your diabetes and/or your waistline.

different-grades-of-maple-syrupUn altro grosso equivoco sull’acero riguarda la presenza di polifenoli nello sciroppo, il cui studio ha prodotto segnalazioni come questa, questa e questa, solo per pescarne alcune delle molte sintonizzate sullo stesso spartito stonato. Lo sciroppo contiene effettivamente infinitesimali quantità di fenoli semplici, soprattutto acidi idrossicinamici derivati dalla degradazione termica durante la bollitura della linfa, ma oltre all’esiguità va fatto notare che si tratta di sostanze quasi ubiquitarie nella frutta e in buona parte della verdura normalmente consumata. A rendere ballerino l’alibi dei polifenoli è però il fatto che tutti gli studi citati a sostegno dell’ipotesi “sciroppo d’acero e glicemia” e “sciroppo d’acero e antiossidanti”, contrariamente a quello che si deduce dai resoconti, non hanno investigato lo sciroppo così come lo mangiamo bensì estratti concentrati, dai quali sono stati rimossi tutto il saccarosio e tutta l’acqua, fino ad ottenere solo ed esclusivamente la frazione ricca in polifenoli. In altre parole, anche se i risultati di questi composti sono apparentemente favorevoli e nonostante molti di essi siano effettivamente degli ottimi antiossidanti, il loro contributo nello sciroppo è praticamente nullo, in quanto enormemente diluiti. Tre esempi per spiegare i limiti di queste spiegazioni e degli studi originari:

Primo: 1000 g di sciroppo d’acero contengono circa 4 mg di polifenoli e gli studi disponibili hanno impiegato estratti contenenti circa 340 mg/g di polifenoli. Lascio a voi il calcolo per arrivare al volume di sciroppo necessario a raggiungere la stessa quantità e alla corrispondente quantità di saccarosio che andrebbe ingerita con relative calorie. Altri studi hanno poi valutato gli effetti sulla glicemia dei polifenoli presenti nelle foglie e la loro azione è stata confusa con quella dello sciroppo, che come spiegato è una cosa completamente diversa, al punto che le sostanze testate sono completamente assenti in quest’ultimo. Nulla vieta che i tannini e i polifenoli individuati abbiano un’azione nell’agevolare il controllo della glicemia (ce l’hanno e soprattutto è ben nota l’azione di altre fonti), semplicemente nello sciroppo d’acero ce ne sono troppo pochi per sortire qualsivoglia effetto.

Secondo: gli stessi polifenoli sono presenti anche in altre piante alimentari. Ad esempio, il mirtillo ne contiene 200 volte in più, le normali fragole ne contengono circa 100 volte in più, nella crusca gli stessi composti hanno una concentrazione 1000 volte maggiore. E oltre a contribuire in molti altri modi al benessere di chi le mangia, fornire un indice e un carico glicemico più favorevoli, costano anche molto di meno apportando al tempo stesso assai meno calorie. Un forte limite di questo tipo di studi, oltre ad essere semplici valutazioni in vitro, è infatti quello di non fornire mai un confronto serio con un’alternativa alimentare consolidata, che aiuti il consumatore a fare la scelta per lui opportuna. Il risultato è che non è immediato dedurre quale sia l’opzione alimentare migliore: meglio tre cucchiaini di sciroppo d’acero o una porzione di frutta in più? (Meglio la frutta).

Terzo: in una dieta europea equilibrata si ingeriscono ogni giorno tra 30 e 50 mg degli stessi polifenoli presenti nello sciroppo. Saranno i pochi centesimi di milligrammo assunti sostituendo tutto lo zucchero di barbabietola con lo sciroppo d’acero a cambiare le cose? No, si possono ottenere risultati di gran lunga migliori -se lo si desidera- aumentando le porzioni di frutta e verdura senza ricorrere a prodotti extra, come spiega questo grafico, nel quale vengono confrontate le attività antiossidanti di dolcificanti zuccherini e di alcuni vegetali. Lo sciroppo d’acero ha una debole azione: ne occorrono 130 g al giorno per ottenere lo stesso effetto antiossidante di una porzione di frutta o di noci, mentre una semplice porzione extra di mirtilli assicura un effetto quasi 10 volte maggiore.

Phillips, K. M., Carlsen, M. H., & Blomhoff, R. (2009). Total antioxidant content of alternatives to refined sugar. Journal of the American Dietetic Association, 109(1), 64-71.
Phillips, K. M., Carlsen, M. H., & Blomhoff, R. (2009). Total antioxidant content of alternatives to refined sugar. Journal of the American Dietetic Association, 109(1), 64-71.

Honma, A., Koyama, T., & Yazawa, K. (2010). Anti-hyperglycemic effects of sugar maple Acer saccharum and its constituent acertannin Food Chemistry, 123 (2), 390-394 DOI: 10.1016/j.foodchem.2010.04.052

Apostolidis, E., Li, L., Lee, C., & Seeram, N. (2011). In vitro evaluation of phenolic-enriched maple syrup extracts for inhibition of carbohydrate hydrolyzing enzymes relevant to type 2 diabetes management Journal of Functional Foods, 3 (2), 100-106 DOI: 10.1016/j.jff.2011.03.003

González-Sarrías, A., Li, L., & Seeram, N. (2012). Anticancer effects of maple syrup phenolics and extracts on proliferation, apoptosis, and cell cycle arrest of human colon cells Journal of Functional Foods, 4 (1), 185-196 DOI: 10.1016/j.jff.2011.10.004

Phillips, K., Carlsen, M., & Blomhoff, R. (2009). Total Antioxidant Content of Alternatives to Refined Sugar Journal of the American Dietetic Association, 109 (1), 64-71 DOI: 10.1016/j.jada.2008.10.014

Quanta melatonina si assume con frutta e verdura?

Fu una vera sorpresa quando nel 1994 si scoprì che un’alga con un nome da lassativo (Gonyaulax) era in grado di produrre melatonina, perché si credeva che la sintesi di questo composto fosse esclusiva dei vertebrati. Negli ultimi venti anni la melatonina è stata poi rivenuta in moltissimi vegetali, incluse molte piante di uso alimentare, e la lista sembra allungarsi continuamente. La stessa molecola è però anche una sostanza importante per il nostro organismo e un integratore alimentare di successo, efficace in alcune precise prescrizioni e queste scoperte hanno suscitato interesse. Ad esempio, ci si chiede se con la dieta è possibile assumere quantità di melatonina sufficienti a garantire un’integrazione alimentare efficace. Purtroppo studiare le piante e i loro effetti è sempre complesso e le quantità presenti, la diversa distribuzione negli organi della pianta, l’assorbimento durante la digestione, la variabilità delle fonti, l’incertezza sui quantitativi effettivamente assunti e non ultima la compessità della macchina umana complicano la risposta.

stockvault-pills-125955Premesse. Per poterci muovere con agio nel discorso, qualche antefatto e qualche dato. All’inizio dello scorso anno (2014) un cambio della normativa italiana ha corretto al ribasso il dosaggio della melatonina negli integratori alimentari di libera vendita, portandola dai 2-5 mg precedentemente usati fino a un massimo ammesso di 1 mg. Alla base di questa modifica vi sono ragioni commerciali-legislative ma anche di opportunità terapeutica: si è visto che riducendo i dosaggi nell’uomo si ottengono più o meno gli stessi effetti. La melatonina in condizioni normali è sintetizzata principalmente (ma non solo) dall’epifisi, una ghiandola posta alla base del cervello dei vertebrati. Svolge diversi compiti fisiologici, ma il principale consiste nella regolazione del ciclo sonno-veglia, in funzione dell’alternanza naturale di giorno e notte. Per fare questo l’epifisi produce la melatonina all’inizio delle ore notturne, fino a raggiungere un picco nel cuore della notte e calandone poi la biosintesi con l’avvicinarsi del mattino. Se i ritmi circadiani sono ben regolati vengono sintetizzati poco più di 250 nanogrammi di melatonina, determinando nel sangue una concentrazione massima di circa 70-80 picogrammi/ml durante le ore di sonno notturno, per poi calare sotto ai 10 picogrammi/ml durante le ore diurne. Sono quantità ridottissime (un picogrammo è un miliardesimo di milligrammo), ma sufficienti allo scopo e fortemente legate all’età: nei giovani la concentrazione massima può arrivare a superare abbondantemente i 100 pg/ml mentre nelle persone anziane la sintesi cala progressivamente. I nonni che lamentano le belle dormite di gioventù rientrano esattamente in questo quadro. Nelle persone con ritmi circadiani sregolati, in particolare per eccesso di esposizione alla luce o per cambio di fuso orario, la biosintesi di melatonina va in tilt e da diversi decenni questa molecola viene somministrata in compresse per mitigare gli effetti del jet-lag o per favorire il sonno in soggetti con ritmi alterati da cause lavorative o fisiologiche. Il suo uso è perfettamente definito dal concetto di “integrazione alimentare”: non si aggiunge niente di nuovo all’organismo, ma si integra qualcosa che non viene prodotto a sufficienza. In altre parole, assumendo regolarmente per via orale 1 mg di melatonina prima del sonno si punta a ripristinare nel sangue quel picco di concentrazione notturna di 50-70 picogrammi/ml che si produce in condizioni di equilibrio fisiologico.

Quanta melatonina contengono le piante? La scoperta della presenza di melatonina nelle piante e la recente la riduzione dei dosaggi degli integratori ha portato a una domanda più che lecita: sarebbe possibile sostituire le compresse di melatonina purificata con frutta e verdura “ricche” nella stessa sostanza prima di coricarsi, per riequilibrare il ritmo sonno/veglia? Per capire se questa ipotesi è sensata un primo punto di partenza imprescindibile è dato dai numeri e dalla loro lettura, ovvero dal significato del termine “ricca”. Ho quindi recuperato dalla bibliografia disponibile le concentrazioni di melatonina presenti nei vegetali più comuni, suddividendoli per categorie: frutta, verdura, semi e frutta secca, bevande, piante medicinali, alimenti di altre origine. Partendo dal peso secco per erbe, spezie e semi e dal peso fresco per frutta e verdura, ho convertito le concentrazioni nei kg che dovremmo ingerire per assumere il fatidico dosaggio di 1 mg. E’ un’operazione brutale, che non considera alcune variabili in gioco e su cui tornerò in seguito, ma rende l’idea degli ordini di grandezza.

Melatonina

La prima evidenza è che nei vegetali c’è pochissima melatonina, nell’ordine dei nanogrammi o dei picogrammi, ovvero rispettivamente un milionesimo e un miliardesimo di grammo e non possiamo dire che frutta e verdura sono “ricche” in melatonina. Questo è ancora più evidente se si osservano le quantità necessarie a introdurre il famigerato milligrammo, quasi sempre improponibili: l’opzione più praticabile prevederebbe di mangiare di 8 kg di ciliegie o 12 di lupini, oppure di bere 45 litri di un succo leggermente fermentato di arancia e in molti casi servirebbero quantità di gran lunga superiori. Esistono alcune piante medicinali che presentano concentrazioni maggiori di melatonina: la quantità da assumere per alcune varietà di iperico (Hypericum perforatum) o per una liquirizia cinese (Glycyrrhiza uralensis) sarebbe rispettivamente di “soli” 40 e 30 g. Poco proponibile, per effetti collaterali più che comprensibili, l’ingestione di 100g di caffè macinato o di 900g di pepe nero, che pur sono tra le piante più “ricche” in melatonina. In termini di quantità presenti la risposta alla domanda di partenza è “no”.

Che studiare le piante e i loro effetti sull’uomo sia complicato lo spiegano ulteriormente alcune osservazioni sulla variabilità dei dati. Per ogni frutto, seme o verdura, i valori con cui ho costruito i grafici sono quelli puntuali relativi alla raccolta in un certo momento dell’anno, in un dato luogo e conseguenza di un particolare clima. Come per tutti i principi attivi vegetali anche per la melatonina questo causa grandi fluttuazioni, a cui si aggiungono quelle legate alla parte di pianta effettivamente usata, alle trasformazioni alimentari e al modo con cui il nostro organismo la digerisce. Alcuni di questi fattori rappresentano una leva vantaggiosa quando vogliamo presentare la diversità dei prodotti della terra come un pregio (vedi alla voce “annate vinicole” o “unicità del territorio”) ma diventano un limite quando ci interessano aspetti legati alla salute e alla replicabilità delle esperienze.

Dalla pianta al piatto, cosa cambia. In molte piante le funzioni della melatonina includono la promozione della crescita radicale, la germinazione, la resistenza a stress (termici, idrici, esposizione a raggi UV). Ma soprattutto, con una originale sintonia evolutiva con i vertebrati, la melatonina nelle piante sembra regolare i ritmi circadiani, quantomeno nelle specie che presentano un fotoperiodo marcato. Difatti, anche nei vegetali si ha spesso un accumulo notturno, con un picco dopo 6 ore di buio e un calo netto durante l’esposizione alla luce diurna. In molti casi durante le fasi luminose essa scompare dalle parti verdi ed è invece più abbondante nelle parti destinate alla vita sotterranea o nel buio, come semi e radici. Anche la qualità della luce influisce sulla presenza di melatonina: la quantità prodotta è tra le tre e le venti volte inferiore in piante cresciute con illuminazione artificiale rispetto a quelle coltivate in pieno sole. Ancora, durante le fasi di germinazione dei semi e di maturazione dei frutti il contenuto può crescere tra le 3 e le 10 volte e si sono osservate forti variazioni nel contenuto di melatonina in funzione dell’annata di coltivazione. Ad esempio, una stessa varietà di fragola coltivata nel medesimo campo ha prodotto in un’annata 12 ng/g e nella successiva 3 ng/g di melatonina. Per contro varietà diverse di una stessa specie, coltivate alle medesime condizioni, hanno dato risposte altrettanto mutevoli: tra i pomodori, al variare della cultivar si passa da 4 a 114 ng/g. Un ulteriore limite è dato alla localizzazione differenziata della melatonina nei tessuti vegetali. Ad esempio, un pomodoro maturo può contenere mediamente circa 10 ng/g melatonina, ma questa è distribuita in maniera non uniforme all’interno del frutto: circa 70 ng/g nei semi, circa 4 ng/g nella parte carnosa (il mesocarpo) e circa 3 ng/g nella buccia (l’epicarpo). Se non sono masticati, i semi però non vengono digeriti dall’organismo umano e sono eliminati integri con le feci: la melatonina che contengono non è dunque assimilata durante la digestione. In altre parole, il dato grezzo sui pomodori è fuorviante: anche mangiando (in via del tutto ipotetica!) 100 kg di pomodori maturi il milligrammo teorico di melatonina che essi contengono non sarà mai assimilato dal nostro organismo, dato che la maggior parte è contenuta nei semi, non digeriti. Lo stesso vale per molti altri frutti ed è il motivo per cui gli studi più avanzati condotti sull’uomo, citati di seguito, impiegano solo spremute e succhi a base di frutta. Queste informazioni sono schematizzate in una seconda infografica che sintetizza le conseguenze del passaggio da “pomodoro” come categoria semplificata dello spirito a Lycopersicon esculentum (che sarebbe sempre il pomodoro) come specie vegetale reale.

Pomodoro

Uve e vini contengono anch’essi melatonina e sono parimenti emblematici della variabilità nel prodotto consumato, per cui li ho schematizzati in una terza infografica. La melatonina è instabile alla luce e il suo contenuto cala drasticamente sia durante la maturazione dei frutti che durante la conservazione degli alimenti. Inoltre, la produzione varia in modo consistente a seconda dell’orario di raccolta dei frutti e addirittura della posizione dei grappoli: nel caso del cv Malbec la melatonina è prossima a zero negli acini raccolti di giorno ed esposti al sole, ma pari a circa 15 ng/g negli acini raccolti in orari diurni da grappoli ombreggiati e pari a 175 ng/g negli acini colti alla fine delle ore notturne. Come nel caso del pomodoro, la sua distribuzione è diversificata in funzione dei tessuti con conseguenze sia nell’assimilazione quando si consumano i frutti, sia nella presenza nel vino al variare della tecnica di vinificazione. Le bevande alcoliche (vino, succhi leggermente fermentati di arancia e melograno) presentano poi un’ulteriore variabile in gioco dovuta al contributo soprattutto dei lieviti usati nella fermentazione e discreti produttori di melatonina. Questo spiega anche l’ampia diversità di contenuti osservabili in diversi vini, figlia non solo degli uvaggi di partenza ma anche dei ceppi di lievito utilizzati, che possono contribuire diversamente al tenore di melatonina finale. Il risultato complessivo è che il contenuto di melatonina fluttua in maniera elevatissima e non è possibile stimare a priori, in modo anche approssimativo, quanta ne viene assunta realmente con la dieta.

Vino

Puro e nell’alimento, cosa cambia? Un’altra domanda lecita è la seguente: ma se l’epifisi produce melatonina per circa 250 nanogrammi, perché assumere una compressa da 1 mg (ovvero 1 milione di nanogrammi) per ottenere lo stesso effetto? A contare veramente non è tanto la quantità ingerita bensì quella effettivamente assorbita e circolante nell’organismo. Non tutta la melatonina ingerita viene infatti assorbita dall’intestino o dalle mucose della bocca, buona parte viene eliminata: si stima che, assumendo la sostanza pura e non all’interno di un cibo, mediamente solo il 15% venga effettivamente mandato in circolo. In più, l’assunzione di una compressa provoca l’assorbimento immediato e simultaneo di un grande quantitativo di melatonina e non un suo rilascio progressivo come avviene per quella prodotta dall’epifisi, per cui il dosaggio deve essere sempre sovradimensionato se vogliamo replicare l’aumento di melatonina circolante del picco fisiologico. Al contrario, i tempi di assorbimento della melatonina da una matrice alimentare potrebbero essere più lunghi e, sebbene nessuno lo abbia monitorato con precisione, il rilascio rallentato potrebbe aumentare la finestra di disponibilità. Questo fatto, forse intuitivo, viene spesso tralasciato dagli stessi ricercatori. Nei lavori che ho consultato non mancano infatti frasi fuorvianti come “la quantità di melatonina circolante nel sangue umano nelle ore diurne equivale al contenuto di una ciliegia” o “in alcuni semi la concentrazione di melatonina è di gran lunga superiore a quella circolante nel plasma umano”, perché non tengono conto dell’effettivo assorbimento. Soprattutto, riferendosi solo alla concentrazione lasciano intuire che bastino una ciliegia o qualche seme per essere a posto, mentre per raggiungere la stessa quantità nel corpo umano dovremmo mangiare una quantità di ciliegie molto superiore al nostro peso corporeo! Tuttavia, nonostante le quantità ingerite siano di gran lunga inferiori, anche mangiare frutta e verdura permette di ottenere risultati sensibili sulla melatonina effettivamente circolante nell’organismo umano. Ad esempio, nelle pur poche prove fatte sull’uomo, 100 ml di vino, 330 ml di birra o 30 ml di un succo concentrato (e brevettato) di ciliegia aumentano rispettivamente del 20%, 30% e 35% la concentrazione plasmatica di melatonina dopo un’ora dal loro consumo. L’aumento richiesto per raggiungere il picco fisiologico notturno in persone sane sarebbe però del 600-700%, per cui le quantità -ragionando un po’ a spanne- andrebbero comunque moltiplicate almeno per 20, diventando quindi dell’ordine dei litri. Queste valutazioni sono inoltre ancora lontane dall’essere affidabili e traducibili in una prassi nutrizionale consigliabile, come testimoniato dalla grande variabilità delle risposte. Ad esempio, in altri studi con 330 ml di un succo di arancia fermentato si sarebbe ottenuto un incremento del 375% e la somministrazione di spremuta di arancia (da 1 kg di frutti), frullato di ananas (1kg) e 400g di banane avrebbe indotto un aumento della melatonina rispettivamente del 50%, 180% e del 266%. Curiosamente, la banana ha prodotto un effetto molto più marcato degli altri frutti nonostante fosse quello consumato in minor quantità e di gran lunga il più povero di melatonina (solo 9 pg/g contro i 300 dell’ananas). In alcuni di questi studi l’assunzione dei succhi o degli sciroppi è stata effettivamente collegata ad un miglioramento della qualità del sonno rispetto ad un placebo ma purtroppo nessuno ha previsto un controllo con un integratore a base di melatonina, rendendo difficile il confronto. Anche in conseguenza del comportamento della banana, tuttavia, quello che non è chiaro è se gli effetti riscontrati sono dovuti all’aumento diretto di melatonina o a possibili effetti ignoti sulla biosintesi fisiologica di melatonina. Ovvero, non è detto che questi frutti portino con se la melatonina (sulla carta non ne contengono a sufficienza), ma potrebbero incrementare la produzione da parte dell’organismo in qualche modo non precisato.

Cosa portare a casa. In sintesi, la melatonina è effettivamente presente in molte piante alimentari, ma in quantitativi molto bassi e non tali da permettere l’assunzione di 1 mg, quantitativo attualmente consigliato negli integratori alimentari. Sappiamo che  assumendo frutta e verdura la quantità di melatonina circolante effettivamente aumenta (si è osservato che i vegetariani possono vantare livelli superiori del 20% rispetto al resto della popolazione), senza mai raggiungere le concentrazioni tipiche delle persone sane con un ritmo circadiano equilibrato e non è ancora provato che gli effetti siano comparabili a quelli conseguibili con 1 mg di melatonina pura. Esiste qualche evidenza preliminare secondo la quale assumere alcuni succhi di frutta prima di dormire, pur con bassissimi livelli di melatonina assunti, potrebbe migliorare leggermente la qualità del sonno. Infine, come per ogni principio attivo vegetale, a causa nella variabilità delle fonti e degli effetti della lavorazione, non possiamo sapere a priori quanta melatonina è effettivamente contenuta nei cibi che mangiamo e quindi la possibilità di replicare a casa gli esiti di questi studi è particolarmente aleatoria. Se l’obiettivo è il ripristino dei ritmi circadiani, l’assunzione di melatonina pura rappresenta per ora la scelta con più garanzie in termini di efficacia. Ed è sempre bene ricordare che studiare le piante e i loro effetti è una cosa complicata.

Per chi volesse, qui la bibliografia. Le immagini delle infografiche vengono da Freepik.

Cold case: kava kava, micotossine ed epatotossicità

ResearchBlogging.orgTra i vantaggi di una dieta variata, ma con elevati contenuti di libri gialli e detective-story televisive, c’è l’attenzione per i vuoti investigativi. Sceneggiatori e scrittori sanno bene che esistono due modi per tenere sulla corda il pubblico: coinvolgerlo nell’indagine rivelando il colpevole solo alla fine o svelarne l’identità da subito centrando poi la narrativa sulla caccia e sugli indizi. Lo studio delle due tipologie, una volta che lo schema dell’indagine entra in testa, fa saltare subito agli occhi eventuali lacune o asimmetrie, che come i sassolini di Pollicino portano alla soluzione e insegnano a non trascurare nessuna pista. I casi irrisolti, del resto, non appassionano solo per la scoperta del responsabile, ma anche per la ricerca degli errori degli investigatori. Nella storia che sto per raccontare non si svelano responsabili impuniti e non ci sono scoop di cronaca nera, ma si spiega quanto un’indagine che ha di mezzo piante e uomini possa essere complicata, suggerendo possibili sospetti da non sottovalutare sulle scene di crimini analoghi. I colpevoli dei cold case seguenti sono infatti ancora ignoti a piede libero e potrebbero colpire di nuovo. 

Il crimine e la scena del delitto. Negli ultimi lustri il mondo dell’erboristeria, della fitoterapia e degli integratori alimentari è stato colpito da alcuni importanti fatti di cronaca, che hanno messo sul banco degli imputati droghe vegetali di buon successo commerciale. Cimicifuga racemosa (ora chiamata Actaea racemosa dai botanici) è una pianta nordamericana i cui rizomi trovano uso come blando fitoestrogeno per trattare i sintomi della menopausa. Piper methysticum (kava-kava) viene invece dalla Polinesia e le sue radici vantano una riconosciuta azione nella modulazione dell’umore e nella cura degli stati ansiosi. Nel 1998 sono state segnalate in occidente alcune decine di intossicazioni epatiche legate al consumo di prodotti a base di kava-kava e a seguito di un decesso e di quattro trapianti di fegato, la pianta nel 2002 è stata ritirata dal mercato quasi ovunque. Varie aziende che avevano fondato il loro business su questa materia prima hanno subito drastici cali di reddito e sono state di fatto vittime indirette degli eventi. Nel 2006-2007 è avvenuto un fenomeno analogo, fortunatamente meno drammatico negli esiti, che ha interessato la cimicifuga. Dopo le prime segnalazioni ne sono arrivate altre (capita sempre così: quando il primo alza la mano poi tutti si sentono liberi di fare domande e raccontare la propria storia) e nel tempo sono state registrate ulteriori epatiti più o meno gravi per altri preparati, alcuni formati da singole piante (Pelargonoium sidoides, Chelidonium majus), altri da miscele (come alcuni prodotti Herbalife) altri ancora da ingredienti comuni come il té verde. Tutti i casi di tossicità epatica riguardanti farmaci (vegetali e di sintesi, non c’è differenza) sono peraltro raccolti e descritti nella banca dati LiverTox della National LIbrary of Medicine americana, in cui si spega anche la complessità dei sintomi e delle cause che possono nascondersi dietro la banale definizione di “danno epatico”. La gamma dei sintomi, la gravità dell’intossicazione e anche il lasso di tempo dopo cui questa si manifesta è infatti molto ampia e complica le indagini, dal momento che difficilmente tutto è sempre riconducibile ad una singola causa scatenante.

56367A scanso di equivoci, non si sta parlando di epidemie o di rischi elevati per i consumatori: i numeri delle segnalazioni avverse per la relazione droghe vegetali-danno epatico sono piccoli rispetto al numero di dosi consumate e di pazienti trattati e successivamente si è riscontrato che quasi il 50% dei casi riportati non era in alcun modo imputabile direttamente al prodotto ingerito dagli intossicati. Secondo molti ricercatori le epatiti causate da piante e farmaci costituiscono un fenomeno sovradiagnosticato, eppure un morto e vari trapianti tra i consumatori di kava reclamano attenzione e non vanno trascurati per impedire nuove vittime e attuare il possibile per ridurre rischi futuri ai consumatori. Pertanto, per ambedue le piante citate la giusta reazione iniziale delle autorità ha previsto il blocco preventivo alla vendita e l’avvio di indagini per capire cosa fosse successo. L’obiettivo, duplice, era limitare sul nascere il numero delle potenziali vittime e “arrestare” rapidamente l’eventuale responsabile. Come vedremo le indagini sono state lunghe, per certi versi infruttuose e viziate, a posteriori, da qualche negligenza.

Confronto all’americana, indizi, alibi, prove e scagionamenti. Fin qui la scena del delitto, quella subito circondata nei telefilm da nastri gialli e neri e sagome di gesso sull’asfalto, con dati noti a chi di queste cose si occupa per professione. Le indagini vennero condotte sui soliti sospetti studiando innanzitutto la tossicologia delle piante interessate. Prima però è stata scandagliata la vita privata delle vittime, spesso sfortunatamente in possesso di un quadro sanitario critico con più malattie pregresse e concomitanti, che potevano aver contribuito a scatenare la reazione. Questo ha portato al citato ridimensionamento dei casi (l’epatite fulminante era dovuta ad altre cause) e ad una critica dell’enfasi data al fenomeno, come già ben raccontato da altri. Nel caso della cimicifuga, ad esempio, l’ipotesi attualmente più probabile (ma non certa) è quella di una “comune” reazione idiosincratica di tipo autoimmune, analoga agli shock anafilattici talora causati in soggetti predisposti da vari cibi comuni come frutta a guscio, pesche, mele, peperoncino, crostacei. Un evento non prevenibile se non informando i soggetti che già sanno di soffrire del problema specifico.

Forse però, e non è affatto infrequente, gli imputati vegetali contenevano sostanze tossiche sintetizzate dalle piante stesse e qualche partita di materia prima ne conteneva al punto da scatenare riposte anomale in alcuni soggetti. Tutte le piante interessate, tuttavia, vantano una lunga e consolidata tradizione d’uso popolare e non erano stati registrati in precendenza eventi di questo tipo. Va detto che l’uso popolare delle piante non offre garanzie tossicogiche assolute, soprattutto è fragile per i danni cronici in cui una correlazione causa-effetto non è di immediato riscontro, ma per i fenomeni acuti con sintomi evidenti a breve termine è un informatore abbastanza attendibile. Inoltre, nei trial clinici svolti per dimostrare l’efficacia di kava-kava e dei kavalattoni che contiene, non si erano notati nei pazienti danni epatici di alcun tipo. L’assenza di segnalazioni precedenti per piante molto usate è quindi un indizio a favore dell’imputato. Diceva Agatha Christie che “un indizio è un indizio, due indizi sono una coincidenza, ma tre indizi fanno una wall_of_crime_scene_tape_1600_clr_8537prova, per cui si sono cercati i due mancanti a favore o contro per via chimica e tossicologica. Di Piper methysticum si usano radici e rizomi, anche perché le parti aeree della pianta contengono un alcaloide e un flavonoide (pipermetistina e flavokavaina B) non immacolati per i loro effetti sul fegato. Tuttavia, dai controlli fatti sul mercato e sulla pianta stessa, queste sostanze o non sono mai state trovate in quantità tali da giustificare il fenomeno nocivo, o le prove tossicologiche hanno dato sempre semaforo verde. In tutti i casi citati lo studio della tossicità dei principi attivi isolati, delle droghe grezze e anche degli estratti di Piper methysticum ha quindi portato a concludere che il loro diretto coinvolgimento nei danni al fegato sarebbe da escludere, almeno a dosaggi comunemente usati e anche oltre. Le lunghe investigazioni sui metaboliti secondari non hanno quindi portato a nulla e la distribuzione è stata rapidamente ripristinata per la cimicifuga, mentre per il kava ancora si attende un via libera definitivo che pare possa arrivare a breve anche in Europa, dopo che altre nazioni ne hanno già riammesso l’uso.

56368Scotland Yard brancola nel buio. Per gli investigatori l’uscita di scena dei soliti sospetti e il ritorno a piede libero delle piante incriminate ha creato una certa confusione, ma occorre comunque risolvere la trama. Fino a che il cold case resta aperto, la criminal mind di turno resta libera di agire, e non è bene. L’analisi dettagliata del caso kava-kava aiuta a capire meglio come andarono le indagini, quali furono gli esiti e quali possono essere stati gli errori dei detective. Alcuni investigatori negli ultimi anni hanno quindi messo tutti gli indizi e tutti i reperti del crimine su una lavagna e hanno iniziato ad osservarli, per costruire il profiling dell’assassino così come avviene nelle serie televisive. Le epatiti fulminanti avevano colpito soprattutto in Germania e in Svizzera, in modo abbastanza localizzato e non diffuso, come ci si aspetterebbe da una materia prima distribuita su scala planetaria: se è la pianta in sé a far male, dovrebbe democraticamente colpire ovunque. Anche la zona di produzione della droga è limitata geograficamente, in quanto Piper methysticum per ecologia e tradizione è tipico dell’isola di Vanuatu e delle aree polinesiane circostanti: coltivatori, esportatori e traders sono un numero ristretto. Altre colpe erano state attribuite all’abitudine occidentale di impiegare estratti concentrati, ottenuti con solventi anziché la bevanda acquosa diluita della tradizione polinesiana. Potevano essere presenti residui, potevano essersi concentrati composti strani e imprevisti. Tutte le indagini successive a riguardo non hanno però portato da nessuna parte: alle concentrazioni di normale consumo nessuna effettiva tossicità è stata riscontrata e i diversi estratti si comportavano in modo identico, senza causare danni comparabili a quelli che avevano causato l’apertura dell’indagine. Inoltre, la tossicità riscontrata per il kava non è mai stata riprodotta in laboratorio, neppure su animali, come se si fosse trattato di un evento unico. Insomma, la droga vegetale in sé e le sostanze che il kava produce hanno un alibi che pare di ferro e davanti a un giudice sarebbero assolte per non aver commesso il fatto. Bisogna ripartire da zero: rimettere al lavoro la Unità di Analisi Comportamentale, rifare il profiling, riverificare le azioni del Soggetto Ignoto.

Altri indizi, altre piste, altre supposizioni, altri possibili indagati. Negli ultimi anni qualcuno ha iniziato a suggerire che forse si stava cercando nel posto sbagliato e che i colpevoli potevano essere altri. O meglio, si cercava nel posto giusto (la droga vegetale) ma questa poteva essere solo un agente passivo, un complice inconsapevole con un coinvolgimento al massimo colposo. Molte micotossine, come le famigerate aflatossine e ocratossine su cui sempre si discute in campo alimentare, così come altre tossine prodotte da funghi e muffe, vantano ad esempio sintomi simili a quelli riscontrati nei casi citati, qualora assunte in grosse quantità in un breve tempo. Inoltre, le fasi di post raccolta dei rizomi di Piper methysticum avvengono in paesi caldo-umidi, spesso con scarsa qualità di conservazione e la materia prima non viene estratta e processata in loco ma sopporta lunghi viaggi via mare prima di arrivare nei paesi di consumo. Tutti questi sono fattori predisponenti al rischio di fermentazioni indesiderate ed è possibile che si possano sviluppare micotossine. A partire dal 2002 le indagini sulla presenza di csiqueste ed altre tossine fungine nelle materie prime erboristiche si sono fatte più puntuali, rivelandone la presenza in molti più casi del previsto, incluse le radici di kava. Eppure, se come riportato nello studio, il 100% di erbe e spezie commerciate contiene micotossine, perché non siamo tutti morti? In realtà le quantità effettivamente assunte con spezie e droghe erboristiche sono molto limitate: il rinvenimento di analoghe concentrazioni di micotossine in mais e grano o in pepe e peperoncino ha due significati totalmente diversi in termini di rischio, dato che le quantità poi ingerite non sono assolutamente comparabili. Lo stesso vale per le erbe essiccate come il kava e la cimicifuga: l’esposizione giornaliera in caso di consumo è di fatto limitatissima e difficilmente causa di danni acuti gravi. Inoltre, le micotossine rinvenute sono quasi sempre in quantità abbondantemente al di sotto dei limiti permessi per materie prime come grano, mais e arachidi, ma ciò non esclude che in condizioni precise se ne possano produrre quantità critiche, che difficilmente spariscono dalla filiera. Chi si occupa di farine, cereali e frutta secca lo sa: le micotossine sono pericolose non solo per la loro potenza e per gli effetti cronici, ma anche per la loro quasi indistruttibilità, dato che non si degradano col caldo o col freddo e restano stabili nel tempo. Quando l’evoluzione sviluppa qualcosa lo fa prova di bomba e non conosce obsolescenza programmata. Alcune partite di kava mal conservate e contaminate da micotossine, in altre parole, potrebbero essere sfuggite alle maglie del controllo e aver fatto danni. Inoltre, all’epoca dei casi citati i controlli erano ancora meno capillari di quelli odierni e non si teneva in dovuto conto la presenza trasversale delle micotossine in prodotti di nicchia come i fitoterapici.

Una rosa è una rosa, ma un estratto di rosa no. Mentre le quantità rivenute delle erbe essiccate non è critica, qualora con esse si producano degli estratti la cosa cambia, perché eventuali tossine vengono concentrate sensibilimente nel processo. Così sulla lavagna del detective incaricato del caso è anche annotato che, nel caso del kava, gli estratti tradizionali sono basati su infusi a base di acqua prodotti da radice fresca, mentre sul mercato occidentale sono disponibili estratti concentrati ottenuti da radici conservate, spesso dopo lunghi viaggi. L’estrazione porta a concentrare i principi attivi, ma potrebbe aumentare anche la quantità di eventuali tossine sviluppate da funghi cresciuti durante trasporto e stoccaggio. Sarebbe dunque utile, a questo punto dell’investigazione, cercare di capire se questa ipotesi delle micotossine è supportata da prove indiziali concrete.

man-96869_1280Sherlock Holmes sosteneva che “di solito sono proprio le cose non importanti che offrono il migliore campo di osservazione” e chi ha seguito le indagini di Salvo Montabano conosce l’importanza delle indicazioni del burbero anatomopatologo legale Pasquano sulle indagini del commissario di Vicata. Purtroppo i due ispettori letterari non sono stati tenuti in grande considerazione da medici e tossicologi all’epoca degli eventi e per kava e cimicifuga alcune indicazioni preziose sono state trascurate. A molti anni di distanza la scena del delitto è andata persa, i controlli sui tessuti lesionati non si possono fare in modo più mirato, i prodotti assunti dai malati di allora non ci sono più, le controanalisi non sono possibili e non è quindi dato sapere se le micotossine più comuni o altre più rare hanno svolto il ruolo in genere attribuito al maggiordomo. Anzi, anche per un investigatore da telecomando come il sottoscritto è curioso scoprire che non solo le micotossine ma neppure il contenuto in pipermetistina, in flavokavaina B e in nessun altro comune agente epatotossico è stato mai controllato negli integratori assunti dagli intossicati dell’epoca. Tutte le prove a disposizione sono esclusivamente di tipo medico e riguardano le analisi cliniche fatte sui pazienti e mai su quello che hanno ingerito. Di fatto, tutto l’impianto investigativo su questi casi si basa su ricerche di laboratorio svolte su prodotti e radici di altra origine e non sui reperti ufficiali, con relativa ipertrofia di teorie e illazioni. Naturalmente non tutti sono d’accordo con l’ipotesi investigativa -perchè tale rimane- delle micotossine, che in effetti presenta alcune lacune a sua volta, ma l’errata procedura investigativa iniziale ha precluso ogni chance di verifica, a meno che l’assassino misterioso non torni in azione lasciando ulteriori tracce. Da verificare con cura, stavolta.

Prevenzione sul territorio. In assenza di pistole fumanti, prevenire la reiterazione del crimine, anche quello perpetrato da un ipotetico sospetto, è importante e porta ad istruire un’altra pratica al commissariato. Questo anche perché alcuni sospettano che, oltre al rischio acuto, queste sostanze potrebbero giocare un ruolo nel rischio di tossicità epatica cronica riscontrata in chi consuma certi tipi di integratori alimentari. La normativa europea sul monitoraggio delle micotossine nel settore erboristico esiste, ma ha maglie ancora abbastanza larghe, forse troppo alla luce delle informazioni raccolte nell’ultimo decennio. All’epoca dello scoppio della querelle-kava e fino a pochi mesi fa, essa si limitava ad equiparare queste materie prime agli alimenti e valevano le stesse soglie della frutta secca e del caffé, senza considerare la possibile concentrazione delle tossine a seguito della produzione di estratti. Inoltre, solo l’ocratossina A e le aflatossine totali erano oggetto di controllo. Ad esempio, alcuni campioni di kava analizzati negli ultimi 10 anni hanno fornito dati di ocratossina A pari a circa 20 µg/kg, il doppio del limite valido per gli alimenti, ma va considerato che il loro uso per produrre estratti porterebbe a un drastico aumento di questo valore. Per tutte le altre micotossine la legge europea attualmente non raccomanda nè definisce limiti massimi in erboristeria e per le molte micotossine note e regolamentate su altre derrate alimentari (cerali, frutta secca, ecc) non vige un obbligo di controllo in campo erboristico. I controlli sono fatti a campione in dogana sul materiale importato e la loro attuazione è responsabilità di chi commercia, che giustamente si attiene alle disposizioni di legge. Tuttavia, solo nel 2013 la Farmacopea Europea ha definito limiti specifici per alcuni ingredienti, ad esempio fissando un massimo di 20 µg/kg per la radice di liquirizia e di 80 µg/kg per il suo estratto, ma non è ancora affatto chiaro se questi parametri sono da considerare universali o da definire in futuro droga per droga e, soprattutto alla luce di quanto evidenzato sopra, estratto per estratto. 

In campo erboristico c’è evidentemente una minore pressione dei controlli rispetto a quello alimentare, figlio di consumi meno abbondanti ma anche di una certa reticenza del settore nel far sapere ai consumatori il segreto di Pulcinella della presenza di possibili rischi, che sono invece trasversali e prescindono le segmentazioni di mercato. Attualmente EFSA e la Comunità Europea stanno lavorando per verificare l’effettiva soglia di rischio delle micotossine nelle droghe vegetali, monitorare il mercato europeo e decidere quali altre tossine vadano monitorate e in che prodotti, per cui è possibile che nei prossimi anni si assista ad un aumento delle sostanze normate e delle analisi richieste alle aziende. La risposta del mercato a questo aumento dei controlli e della pressione normativa è in genere un brontolio più o meno sommesso di lamentela per presunti danni d’immagine presso i consumatori. Eppure, sebbene limitato, il rischio di contaminazioni da micotossine esiste e non va trascurato, nè da chi legifera nè da chi controlla e men che meno, direi, da chi si guadagna da vivere operando nel settore. Anche la percentuale dei crimini gravi è bassa in proporzione alla popolazione totale, ma questo non rende affatto inutile cercare i colpevoli e prevenire loro future azioni, a tutela della comunità. Spesso invece l’argomento è polarizzato a difesa dello status quo commerciale e raramente trattato in maniera razionale, come se affermando l’esistenza di un pericolo o dicendo che i controlli sono troppo pochi si minasse un mercato più di quanto non avvenga diffondendo false indicazioni di sicurezza ed efficacia.

Il caso kava è ancora cold. E’ ormai abbastanza chiaro che la colpa degli eventi tossici associati ad alcuni ingredienti erboristici come il kava stia in parte in diagnosi allarmistiche ma anche in parte in lotti di materiale qualità scadente, mal conservati o mal trattati, contenenti al loro interno qualcosa di non prodotto dalla pianta, assai tossico e sfuggito ai controlli doganali e alle verifiche aziendali. Eventi tossicologici analoghi potranno purtroppo ripetersi in futuro sugli stessi o su altri ingredienti erboristici e se chi indagherà presterà maggiore attenzione alle micotossine e soprattutto agli indizi oggettivi raccolti sulla scena, forse si potranno riaprire i cold case precedenti. Se le indagini iniziali in merito fossero state più rapide e gli investigatori avessero avuto da subito un’idea chiara dei responsabili, si sarebbero potute mettere in atto rapide soluzioni e la pianta sarebbe potuta tornare in commercio prima, limitando i danni per le aziende coinvolte. Tra l’altro, nel caso delle tossicità epatiche come quelle descritte, una eventuale conferma del rischio derivato dalle micotossine presenterebbe agli operatori commerciali un problema prevenibile con una più attenta gestione delle materie prime. Con l’esclusione di chi lavora solo per profitto immediato senza curarsi delle responsabilità verso i consumatori, un’indagine ben fatta ed una serie di controlli più stringente avrebbe aiutato tutti, chi vende e chi compra, e anche implicando la perdita di una mai posseduta verginità tossicologica delle piante, avrebbe permesso di costruire business più stabili e consumi più certi nel tempo.

Teschke R, Qiu SX, & Lebot V (2011). Herbal hepatotoxicity by kava: update on pipermethystine, flavokavain B, and mould hepatotoxins as primarily assumed culprits. Digestive and liver disease., 43 (9), 676-81 PMID: 21377431

Rowe A, & Ramzan I (2012). Are mould hepatotoxins responsible for kava hepatotoxicity? Phytotherapy research : PTR, 26 (11), 1768-70 PMID: 22319018

Teschke R, Sarris J, & Lebot V (2013). Contaminant hepatotoxins as culprits for kava hepatotoxicity–fact or fiction? Phytotherapy research : PTR, 27 (3), 472-4 PMID: 22585547

Trucksess, M., & Scott, P. (2008). Mycotoxins in botanicals and dried fruits: A review Food Additives & Contaminants: Part A, 25 (2), 181-192 DOI: 10.1080/02652030701567459

Navarro, V., & Seeff, L. (2013). Liver Injury Induced by Herbal Complementary and Alternative Medicine Clinics in Liver Disease, 17 (4), 715-735 DOI: 10.1016/j.cld.2013.07.006

Piante filosofali, che trasformano le foglie in oro – Parte Seconda

[segue da qui]

bdm_02apr_h1Phytomining: piante, a lavorare in miniera! Oro a parte, la capacità vegetale di assorbire e accumulare metalli più o meno preziosi può costituire una risorsa anche nell’estrazione di altri elementi pregiati da suoli non più sfruttabili commercialmente (phytomining) o per ridurre il contenuto di alcuni metalli pesanti in terreni contaminati da attività minerarie o industriali (phytoremediation). Prendiamo ad esempio il residuo delle attività estrattive, accumulato in grandi quantità in prossimità di miniere estinte o ancora attive e spesso contenente residui di metalli di valore, solo troppo poco concentrati per essere estratti con profitto tramite sistemi convenzionali. Se ci fosse della manodopera a basso costo disposta a fare il lavoro sporco, come una pianta abbastanza efficiente nell’accumulare e abbastanza rapida nella crescita, si potrebbe ipotizzare un business. Negli ultimi anni diversi ci hanno provato, estendendo la valutazione dall’oro ad altri metalli preziosi. L’idea è quella di far crescere piante più efficaci dell’eucalipto sul terriccio di riporto di attività estrattive, sfalciare, calcinare la biomassa ed estrarre i metalli dalle ceneri rimaste, creando giardini delle Esperidi meno mitologici e più redditizi. Il gioco, per funzionare, ha bisogno di mettere a uno stesso tavolo economisti, ingegneri e biologi e pare che in alcuni casi e con alcune condizioni precise di contorno possa valere la candela.

Che aResearchBlogging.orglcune specie vegetali siano in grado di accumulare “grosse” quantità di elementi non è una novità, ma un dato di fatto verificato immediatamente dopo la messa a punto di metodi abbastanza sensibili per la misurazione dei metalli. Queste specie sono definite “iperacculumatrici” in quanto capaci di trattenere metalli pesanti fino a circa 100-1000 volte in più rispetto alla norma vegetale. Fino a qualche decennio fa le scoperte in merito venivano rubricate tra le curiosità scientifiche o tra le stranezze naturali e solo successivamente l’attenzione si è spostata nell’ambito ecologico: quasi sempre si tratta di splendidi esempi di adattamenti evolutivi a nicchie ecologiche particolari, come le rocce laviche, i sepentini, i terreni di risulta di operazioni minerarie, i suoli inabitabili per altre piante. Il termine “accumulo”, qui usato per semplificare, nasconde un’infinità di meccanismi e soluzioni biologiche e fitochimiche. Le specie in questione si sono evolute per resistere a grandi quantità di metalli pesanti là dove affondano le radici, addirittura riuscendo ad usarli per altri scopi, e presentano enormi vantaggi competitivi rispetto a quelle “normali”. Proprio indagando su suoli naturalmente inospitali come i residui lavici o le cosiddette rocce ultramafiche come i serpentini si sono scoperte le iperaccumulatrici più interessanti per l’industria estrattiva, a confronto delle quali Eucalyptus marginata fa la figura del minatore principiante. Piante poco note come Thlaspi caerulescens (circa 3 mg di cadmio ogni kg biomassa secca), Haumaniastrum robertii (circa 10 mg/Kg di cobalto), Alyssum bertolonii, Berkheya coddii e Rinorea niccolifera (rispettivamente circa 13, 17 e 18 mg/Kg di nickel), Iberis intermedia (circa 3 mg/Kg di tallio), Atriplex confertifolia (circa 0,1 mg/Kg di uranio), Astragalus pattersoni (circa 6 mg/Kg di selenio), Macadamia neutrophylla (circa 55 mg/Kg di manganese), Viola calaminaria (circa 11 mg/Kg di zinco) e la felce Pteris vittata (circa 22 mg/Kg di arsenico) sono le più abili e quindi variamente candidate come phytominers. Chi ha fatto i conti conclude però che per rendere vantaggiose queste operazioni estrattive devono essere verificate alcune condizioni economiche e di resa che includono: un prezzo del metallo estratto sufficientemente alto, la scelta di una specie vegetale perfettamente adattata al clima, possibilmente perenne per abbassare i costi di semina e capace di produrre molta biomassa per ettaro, nonché l’imprescidibilità del recupero di una parte dei guadagni dall’uso della biomassa di scarto come fonte di energia elettrica. Molte ricerche inoltre si limitano a segnalare la quantità estratta dalla pianta, ma non considerano la moltiplicazione di campo generando così false aspettative. Ad esempio, Alyssum bertolonii e Berkheya coddii possono apparire analoghe per resa, ma la seconda produce ogni anno una biomassa doppia per ettaro, ovvero assicura una resa complessiva due volte maggiore. Per converso, specie con elevato assorbimento in peso ma ridottissima crescita in biomassa di fatto accumulano quantità assolute insufficienti a garantire la sostenibilità economica. Questi pochi vincoli in realtà bastano a ridurre il novero dei minerali estraibili commercialmente con le piante a poche unità: tallio, cobalto, uranio, oro e nickel. A patto però che si costruiscano “campi minerari” estesi, collegati a strutture centralizzate capaci di usare la fase di calcinazione della biomassa anche per la produzione di energia (e ulteriore guadagno), altrimenti i ritorni economici rischiano di non essere sufficienti. Anche per questo motivo l’agricoltura mineraria stenta ad andare oltre all’esercizio di stile. Un vantaggio indubbio rispetto all’agricoltura tradizionale però esiste: il metallo estratto per calcinazione della biomassa non marcisce come un normale frutto della terra e non deve essere venduto subito, ovvero può essere conservato in attesa che il prezzo di mercato sia giusto per massimizzare i guadagni. Anche qui, un freno a chi pensa di poter raccogliere frutti d’oro senza pagare dazio, in quanto in molti casi per raggiungere rese adeguate è necessario trattare il suolo con ammendanti per solubilizzare i metalli e aumentare la captazione radicale, con esiti non sempre ambientalmente innocui specie nel caso dei chelanti (EDTA, cianuri, tiocianati) e dei derivati dello zolfo.

Libera nos a cadmio. I metalli pesanti sono elementi assolutamente naturali, la terra ne è piena da ben prima della comparsa del primo barlume di vita sul pianeta, ma come sappiamo la salubrità non è il loro forte. Lo scoprì Re Mida, lo seppe Sean Connery quando Oddjob uccise per soffocamento dorato una delle Bond girls in Goldfinger, lo sanno bene quanti purtroppo vivono in zone inquinate da scarti industriali. I problemi nascono quando queste sostanze, per cause naturali o per effetto dell’azione umana si concentrano in grandi quantità in uno stesso luogo, sulla superficie: una colata lavica, un deposito di scarti minerari o metallurgici, una discarica mal gestita. Le strategie di bonifica ambientale in questo senso passano in genere attraverso una raccolta del terreno contaminato, seguito da una sua diluizione con altri terreni e in altri luoghi, fino a ripristinare le concentrazioni normali. Anche questo è uno sporco lavoro per il quale le capacità delle piante iperaccumulatrici potrebbero fare il nostro gioco e darci una mano a rimettere insieme cocci rotti spesso proprio da noi. Purtroppo però molte delle specie utilizzabili presentano un limite direttamente legato alla loro evoluzione su terreni ostici: crescono molto lentamente e producono pochissima biomassa, ovvero estraggono quantità molto piccole di metalli pesanti all’anno, se comparate alla presenza di queste sostanze nei terreni contaminati. L’efficienza va quindi posta in prospettiva. Ad esempio, restando su uno dei metalli pesanti più problematici ma anche tra i più efficacemente assorbiti, il nickel, la specie più efficiente è Berkheya coddii. Cresciuta in condizioni ottimali di clima (si tratta di una pianta originaria del Sudafrica), toglie circa 17 g di nickel ogni kg di peso secco e produce 18 t di biomassa per ettaro all’anno. Significa che ogni anno da un ettaro di suolo contaminato possono essere teoricamente eliminati 300 kg di nickel, a fronte, ad esempio, di una presenza compresa tra i 1 e 7 kg per ogni metro cubo di suolo nei terreni di scarto minerario. Considerando che il primo metro di profondità di un ettaro consta di 10000 metri cubi di terra, per bonificare completamente un terreno di questo tipo occorrono molti decenni di coltura continuativa, in condizioni ottimali. Considerazioni analoghe si possono fare per Thlaspi caerulescens, che può togliere contemporaneamente fino a 60 kg/ha di zinco e 8,4 kg/ha di cadmio e, in contesti reali, si è misurato che occorrerebbero decenni con questi valori per ridurre di soli 100 mg/Kg il contenuto di zinco di un terreno contaminato. Se la contaminazione da metalli pesanti è massiccia non è quindi lecito attendersi miracoli ma solo molta pazienza, in contesti che la permettono. Non sempre poi questi terreni ad alto inquinamento consentono alle piante, anche se iperaccumulatrici, di crescere in modo adeguato e il loro apparato radicale è in genere troppo poco profondo per raggiungere gli strati inferiori. Si stima che spesso le quantità estratte non superino l’1% di quanto presente nello strato superficiale (primi 10-20 cm di terreno), con limiti evidenti in termini di completa bonifica. Per contro, la coltivazione di queste piante presenta altri benefit economici come un costo circa 10 volte inferiore al conferimento in discarica e vantaggi ecologici indubbi, come la riduzione della dispersione di micropolveri e il consolidamento dei terreni, così meno esposti all’erosione e quindi al contatto con l’uomo. La possibilità di usare piante per bonificare terreni inquinati da metalli pesanti, quindi, dipende fortemente dal grado di inquinamento e dai tempi ammissibili per l’operazione.

[segue]

Fernando, E., Quimado, M., & Doronila, A. (2014). Rinorea niccolifera (Violaceae), a new, nickel-hyperaccumulating species from Luzon Island, Philippines PhytoKeys, 37, 1-13 DOI: 10.3897/phytokeys.37.7136

Rascio, N., & Navari-Izzo, F. (2011). Heavy metal hyperaccumulating plants: How and why do they do it? And what makes them so interesting? Plant Science, 180 (2), 169-181 DOI: 10.1016/j.plantsci.2010.08.016

Anderson, C., Brooks, R., Chiarucci, A., LaCoste, C., Leblanc, M., Robinson, B., Simcock, R., & Stewart, R. (1999). Phytomining for nickel, thallium and gold Journal of Geochemical Exploration, 67 (1-3), 407-415 DOI: 10.1016/S0375-6742(99)00055-2

Che ci frega a noi delle stampanti 3D in laboratorio: abbiamo i Lego!

aaSiamo entrati in una nuova epoca dell’autocostruzione spinta e il ricercatore intraprendente ha a disposizione tutte le nuove armi della maker culture per realizzare quasi tutto quel che serve a giocare a lavorare in laboratorio. Con alcuni problemi, però. Uno dei limiti scientifici del fai da te nella ricerca risiede ad esempio nella scarsa riproducibilità delle operazioni più pionieristiche, che rischiano di rimanere performance estemporanee, fornite da pezzi unici autocostruiti quasi mai ripetibili in modo adeguato da altri. Un’opzione, vincente sotto ogni prospettiva moderna incluso il potenziale virale, la offrono alcuni ricercatori americani, con la soluzione proposta sull’ultimo numero di Plos One (open access, pdf libero): usare il sistema online messo a disposizione dalla Lego per produrre su misura i famosi mattoncini di plastica, con cui costruire contenitori per colture vegetali in vitro.

Per lo studio in laboratorio della crescita delle piante si usano in genere tubi o piastre circolari in plastica o vetro. Quando c’è bisogno di volumi maggiori, ad esempio quando le piantine allevate fuori terra hanno bisogno di più spazioFA_Geisenheim22 o quando si vuole monitorare lo sviluppo di apparati radicali più grandi, si usano vasi realizzati ad hoc da vetrai specializzati, riempiti di terreno solido agarizzato, fitormoni e nutrienti vari. I meno abbienti usano i vasi da marmellata, che come tutti i materiali in vetro hanno un limite dimensionale: non si possono allargare e non sono modulari, ovvero quando le radici crescono bisogna trasferirle in vasi più grandi e varie operazioni fini sono precluse.

In particolare, la brillante idea è dedicata in questo caso a box modulari e riciclabili per osservare l’andamento della crescita radicale in funzione di vari stimoli esterni. Le radici crescono infatti in direzioni diverse in base a quello che “sentono” nell’ambiente circostante e monitorare con precisione il loro comportamento è importante, ma presenta una serie di problemi pratici che fanno alzare enormemente il costo delle ricerche e i tempi di lavoro. Inoltre, i sistemi attuali rendono ostico lo scale-up da piantina piccola a piantina grande, impediscono di fare prove complesse di migrazione dei composti e di creare grosse combinazioni di più piante per studiarne il comportamento in simultanea.

popopNato come “CAD virtuale” per soddisfare i desideri di hobbisti e bambinoni, il servizio Lego Digital Designer da tool per bambini più o meno grandi diventa così uno strumento di prototipazione remota e standardizzata per makers e ricercatori creativi. In particolare, il sistema offre notevoli vantaggi:

  1. Basso costo. Si possono richiedere pezzi di qualunque foggia e dimensione a prezzi ridicoli rispetto alle normali foriture da laboratorio (che, diciamolo, viaggiano spessp a livelli da strozzinaggio). Qui si parla di cifre tra 10 centesimi e un dollaro a mattoncino, consegna isole comprese.
  2. Flessibilità totale. I pezzi da assemblare possono avere una dimensione perfettamente calibrata sulle esigenze dell’esperimento: pianta piccola, mattoni piccoli, pianta grande mattoni grandi. Con conseguente eliminazione dello spreco di terreno e nutrienti.
  3. Home made, ma ripetibile. Tutti i pezzi sono, modulari, identici tra loro e prodotti da un unico fornitore: l’operazione è scientificamente ripetibile interlaboratorio su scala planetaria.
  4. Maneggiabilità perfetta. I mattoncini sono autoclavabili, inerti (nascono come giocattoli per bambini, quindi cessioni di plastiche e solventi sono prossime allo zero).
  5. Massima versatilità. Piante cresciute in contenitori separati possono essere facilmente riunite in sistemi complessi per semplice eliminazione di una parete, costruendo simulazioni realistiche senza travasi e traumi per le piante, che possono alterare l’affidabilità delle risposte.
  6. Extra. Si possono compiere prove altrimenti difficili, come la formazione di gradienti tridimensionali di sostanze nel terreno: l’ABS dei mattoni non conduce elettricità e si possono fare migrazioni elettroforetiche.
  7. Effetto nerd. Tutti sono felici, il ricercatore torna bambino e la soluzione fa subito notizia: è garantita la visibilità mediatica al laboratorio.

Frugale ma sofisticata, l’idea è un’ode alla proverbiale geekness del riResearchBlogging.orgcercatore, al punto che mi aspetto la segnalazione sulla famigerata colonna destra di Repubblica.

Lind, K., Sizmur, T., Benomar, S., Miller, A., & Cademartiri, L. (2014). LEGO® Bricks as Building Blocks for Centimeter-Scale Biological Environments: The Case of Plants PLoS ONE, 9 (6) DOI: 10.1371/journal.pone.0100867

Rappresentare le piante. Part Two: Immaginare

bunkering-355pxCerto, è facile fare gli spocchiosi e lamentarsi quando le piante vengono usate come pin-up sexy e senza cervello su copertine patinate. A fare gnegnegné quando i creativi iniziano a pasticciare con le tecnologie più avanzate per inventare nuove espressioni. Intanto però, le immaginazioni delle piante, della loro chimica intricata e del loro comportamento alieno si moltiplicano anche dall’altra parte di questa ipotetica barricata virtuale, quella dei laboratori in cui i camici bianchi cercano, per fini di ricerca, di maritare grafica e scienza, raffigurazioni e numeri. Da queste  parti, talvolta, il rapporto tra raffigurazione visiva e dato numerico inizia persino a pendere dalla parte della prima, giovando a più scopi: di ricerca e di comunicazione.

L’imaging science per le piante non è certo una novità: dall’invenzione del microscopio fare ricerca con le immagini è diventato un must in molti campi della biologia. Tuttavia le immagini ottenibili hanno una serie di limiti, che vanno superati. Ad esempio, il loro contenuto non è immediatamente riconducibile a qualcosa di noto a tutti, dato che riproducono elementi invisibili ad occhio nudo. Un primo caso pratico di questo superamento è l’impiego di una diagnostica per immagini di origine medica, la Tomografia ad Emissione di Positroni (PET), sfruttata da qualche anno non solo in oncologia ma anche come sistema non invasivo, non distruttivo  per monitorare lo spostamento dei metaboliti nelle piante. La traduzione dei valori registrati dallo strumento in immagini funzionali, anche cromaticamente, all’interpretazione dei dati diventa qui IL dato, grafico e non numerico, che serve al ricercatore. Al contempo l’oggetto ottenuto è direttamente riconducibile ad una categoria visiva universale per qualunque osservatore: la pianta intera, la foglia. L’immagine a sfondo blu in apertura, ad esempio, mostra la traslocazione dei metaboliti primari in una giovane piantina di pioppo a seguito dell’attacco da parte di una larva di Lymantria dispar. La porzione di destra illustra, senza bisogno di saper interpretare complicati spettri cromatografici, tabelle di numeri o disposizioni istologiche, il prelievo di zuccheri e proteine dalle foglie aggredite e il loro accumulo nel fusto e nelle radici, togliendo nutrimento all’insetto mentre questo bruca la foglia. In questo modo la pianta ripara, come i Russi nella Seconda Guerra Mondiale, le risorse pregiate oltre gli irraggiungibili Urali col fine di usarle in un secondo momento e al contempo fa terra bruciata attorno all’aggressore, costretto a masticare indigesto legno e non prelibati zuccheri.

In altri casi la PET permette di monitorare differenti forme stress e altre funzioni fisiologiche, come il tempo trascorso tra l’assorbimento di CO2 atmosferica da parte di una foglia, la sua inclusione in molecole di zucchero a seguito della fotosintesi e la traslocazione di queste ultime nei parenchimi di riserva, con tanto di precisa localizzazione. Allo stesso modo ancora, è stato possibile tracciare la diffusione quasi “nervosa” del segnale d’allarme veicolato dalla diffusione autoradiograph-300di un composto messaggero chiamato metil jasmonato in piante aggredite da patogeni. Infatti, il dettaglio dell’immagine ottenuta (una vera e propria autoradiografia) è tale da permettere l’osservazione del metil jasmonato all’interno di singoli tubi floematici, come se fosse adrenalina rilasciata nelle vene di un uomo in pericolo. Essendo basata sulla blanda e transitoria radioattività di un isotopo del carbonio, il C 11, questa declinazione vegetale della PET permette di studiare distribuzione e allocazioni all’interno di un periodo di tempo definito, senza danneggiare la pianta, garantendo quindi osservazioni in continuo ed assai più coerenti con la realtà.  Durante le osservazioni infatti la pianta rimane vitale e non deve essere “sacrificata” e sezionata come nel caso della microscopia classica, ottica o elettronica e il suo sviluppo può essere osservato quasi dal vivo, acquisito e riprodotto a fini di ricerca, didattica e divulgazione. Non solo immagini in tempo reale, ma in organismi vitali, laddove la microscopia classica offriva una stop-motion o addirittura fermo-immagine in tessuti morti. Per sovrannumero, quello che lo strumento restituisce è contemporaneamente un dato utile per il ricercatore esperto e un’infografica che lo spiega al semplice curioso.

L’applicazione di tecniche di imaging allo studio delle piante non si ferma peraltro alla PET e allo spostamento di metaboliti, ma si allarga sempre più frequentemente allo studio dello sviluppo e della funzione degli organi biologici, permettendo di superare altri limiti della microscopia classica.  Nelle ultime settimane, anche per la bellezza dei risultati, molti hanno condiviso il video riportato poco sopra e diverse immagini di piante carnivore prodotte dal John Innes Centre. Si tratta di materiale ottenuto mediante Tomografia a Proiezioni Ottiche, che  permette di ricostruire in 3D una serie di immagini ottenute al microscopio, riproducendo fedelmente ed in modo elaborabile la struttura di qualunque organo o tessuto vegetale. Se opportunamete condotta, l’OPT non ricostruisce “banalmente” il visibile, ma consente di acquisire anche immagini in fluorescenza, ad esempio seguendo l’espressione di geni specifici o il posizionamento di composti autofluorescenti o resi tali tramite appositi markers. Il tutto permette di ricreare modelli tridimensionali di singole cellule, di tessuti o di intere piante, seguendo la dinamica di crescita e l’attività delle cellule, combinando in tempo quasi reale morfologia e genomica con enormi vantaggi nella lettura del dato. Per chi studia la biologia dello sviluppo e cerca di comprendere la funzione degli organi vegetali è un sogno, in quanto le rappresentazioni possono essere ottenute da campioni interi e successivamente “aperti” e “sezionati” lavorando sul modello virtuale in 3D acquisiti, come descritto nelle seguenti immagini in bianco e nero. Anche in questo caso, per chi era abituato a dedurre lo sviluppo degli organi vegetali da singole sezioni bidimensionali di tessuti (belli, ma statici), l’aumento delle informazioni disponibili è enorme e la possibilità di spiegarle facilmente quasi a chiunque grazie all’immediatezza della percezione è altrettanto rilevante.

F1.largeF2.mediumIl valore di queste rappresentazioni è molteplice e si estende oltre l’ostico confine della scienza per scienziati: diventa più rapidamente adatto a spiegare le scoperte a un pubblico non tecnico (la fantomatica opinione pubblica) o non ancora esperto (gli studenti) in modo semplice, intuitivo e diretto. Cosa le distanzia allora dalle performance artistico-visuali descritte in un altro post? Per dare un senso alle cose che osserviamo abbiamo bisogno di modelli, di categorie che ci permettano di ricondurre i flussi di dati a categorie per noi riconoscibili, in maniera tale da generare rappresentazioni più confortevoli per la nostra mente. Nel passaggio dai singoli dati numerici (“quello che la macchina misura”) alle loro descrizioni verbali e di approfondimento (l’articolo scientifico, o divulgativo) queste immagini non sono un semplice corredo né un esotismo estetico o un détournement, come direbbe Débord. Si può discutere a lungo sulla possibilità (o sull’opportunità) di trasformare un dato scientifico in un'”esperienza” per il pubblico, ovvero in un qualcosa che prova a toccare i sensi e non solo la ragione (o che titilla i primi per attivare la seconda), ma nel loro piccolo le immaginazioni delle ricerche sulle piante non devono per forze essere gadget per coatti dell’immagine, ma possono diventare elementi nei quali il rapporto tra misurazione sperimentale e veicolazione del concetto è simile a quello esistente tra fiaba e morale.

ResearchBlogging.orgNon bastasse, l’istituzionalizzazione dell’imaging in campo vegetale è ormai tale da determinare anche la nascita di un’intera disciplina, derivata dalla bioinformatica e chiamata phenomic science. Si tratta di un’area della biologia dedicata alla misurazione olistica e totale dei tratti fisici e biochimici delle piante e della loro variazione in funzione di mutazioni genetiche e di ogni forma possibile di stress. Mentre la pianta cresce, viene misurata in tutto e contemporaneamente: crescita dimensionale, distribuzione di metaboliti primari e secondari, emissione di gas, assorbimento di acqua, forse anche nel numero di battiti di ciglia, se solo le avesse. In realtà questa disciplina, nella sua versione manuale, esiste da tempo ma sino ad ora era basata sulla somma di misurazioni manuali o puntuali, ad esempio della lunghezza delle foglie, dei frutti, dei fiori o della quantità di metaboliti in funzione del tempo, della disponibilità di nutrienti, del tipo di irrigazione e fertilizzazioni e di altre variabili. Inutile dire che queste operazioni richiedevano un’enorme quantità di tempo per produrre informazioni sufficienti e soprattutto spesso comportavano un danno per la pianta. Ora l’automazione e la precisione di un’ampia gamma di tecniche di imaging permette di ottenere enormi quantità di dati digitali nell’arco di una singola stagione e di rielaborarli in ogni salsa possibile, senza letteralmente toccare la pianta stessa. Ad esempio, la crescita e lo sviluppo tridimensionale dell’apparato radicale di una pianta in un vaso è misurabile in continuo, ottenendo ogni poche ore un’immagine  manipolabile grazie a una “fotografia 3D” mediante OPT, correlabile con qualunque variabile. Questo permette di comprendere come, perché e in base a quali stimoli le piante crescono e accumulano certi composti al variare del clima e delle condizioni agronomiche, a esempio. Già sono attivi diversi laboratori specializzati in queste operazioni, ad esempio alla fine del 2013 entrerà ne entrerò in funzione uno certamente poco romantico, ma completamente robotizzato e in grado di produrre grandi volumi di dati e informazioni sulla fisiologia vegetale. Il suo funzionamento è descritto in dettaglio in questa animazione video.

Lee, K. (2006). Visualizing Plant Development and Gene Expression in Three Dimensions Using Optical Projection Tomography THE PLANT CELL ONLINE, 18 (9), 2145-2156 DOI: 10.1105/tpc.106.043042

Kiser, M., Reid, C., Crowell, A., Phillips, R., & Howell, C. (2008). Exploring the transport of plant metabolites using positron emitting radiotracers HFSP Journal, 2 (4), 189-204 DOI: 10.2976/1.2921207