L’acqua   L’acqua condivide con i micronutrienti la caratteristica di non apportare energia, ma a differenza delle vitamine e dei sali minerali deve essere assunta in grandi quantità per assicurare il corretto funzionamento dell’organismo. Del resto, l’acqua permea tutti gli organismi viventi ed è in assoluto la sostanza in assenza della quale la vita stessa non sarebbe possibile.  Le proprietà chimico-fisiche dell’acqua   La molecola dell’acqua (H O) è costituita da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno. 2 La molecola d’acqua è una molecola polare, ossia gli elettroni condivisi dagli atomi che costituiscono la molecola sono attirati in misura maggiore dall’ossigeno, e ciò comporta che si formi una parziale carica negativa in prossimità del nucleo di ossigeno e una parziale carica positiva in prossimità di ognuno dei due nuclei di idrogeno. Questa parziale distribuzione delle cariche consente la formazione di (vedi Unità 4, Le basi chimiche dell’alimentazione, p. 100). Tali legami sono deboli e possono rompersi e riformarsi con estrema facilità. La polarità della molecola e la capacità di formare legami a idrogeno determinano il comportamento chimico e fisico dell’acqua: legami a idrogeno l’acqua è un ottimo , come gli alcoli, i monosaccaridi, i sali e alcune proteine; i lipidi, essendo non polari, non sono solubili in acqua; solvente di composti ionici e polari se confrontata ad altre sostanze meno polari, l’acqua ha un più (0 °C) (100 °C); elevato punto di fusione e di ebollizione l’acqua deve assorbire notevoli quantità di calore per scaldarsi ed evaporare: ciò significa che possiede un e un elevato calore specifico elevato calore latente di evapo ; sono proprio queste caratteristiche a far sì che la temperatura complessiva del pianeta, ma anche dell’interno di un organismo, sia costante; razione la dell’acqua è a : ciò significa, tra l’altro, che nella struttura del ghiaccio le molecole di acqua sono più distanziate e occupano maggiore volume rispetto allo stato liquido; di conseguenza il ghiaccio ha una minore densità e galleggia sull’acqua. densità massima +4 °C L’acqua come solvente del cloruro di sodio (il comune sale da cucina).  >> pagina 180  fissa il concetto proprietà conseguenze chimiche molecola polare ottimo solvente per sali minerali, glucidi, proteine, alcoli ecc. formazione di legami a idrogeno elevato punto di fusione e di ebollizione fisiche elevato calore specifico capacità di mantenere una temperatura costante densità massima a 4 °C lo stato solido (ghiaccio) galleggia su quello liquido (acqua) L’acqua negli alimenti Negli alimenti di origine animale e vegetale l’acqua può essere presente in due forme: legata o libera. Si definisce quella le cui molecole occupano posizioni ben definite all’interno del reticolo cristallino dei solidi e della struttura di altre macromolecole; una volta legata, l’acqua perde le sue caratteristiche chimico-fisiche, in particolare la possibilità di agire come disperdente, solvente o emulsionante per altre sostanze. L’acqua legata è detta anche . acqua legata acqua di cristallizzazione L’ (anche detta ) costituisce ; a differenza dell’acqua legata, occupa gli spazi interstiziali, costituendo il mezzo o l’ambiente in cui avvengono tutte le reazioni biologiche. Semplificando, essa rappresenta l’acqua che può essere “spremuta via” da un alimento e la sua quantità è nettamente superiore alla frazione legata. acqua libera acqua di imbibizione la maggior parte dell’acqua contenuta nei cibi Più un alimento contiene acqua libera, più i suoi nutrienti risultano diluiti. Al contrario, la quantità di acqua libera può ridursi fino ad avere alimenti del tutto secchi e solidi. La concentrazione di acqua libera negli alimenti viene misurata attraverso un indice definito , dall’inglese , ossia . L’indice Aw varia fra i valori 0 (alimento totalmente secco o liofilizzato) e 1 (alimento molto liquido). La quantità di acqua libera presente in un alimento rappresenta un fattore importante per valutarne la (vedi Unità 14, La conservazione degli alimenti). In termini generali, più alto è il valore Aw di un alimento, maggiore sarà l’acqua disponibile per la proliferazione dei microrganismi e dunque minore la sua possibilità di conservazione. Aw water activity attività dell’acqua conservabilità CONTENUTO DI ACQUA IN ALCUNI ALIMENTI (% RISPETTO ALLA PARTE EDIBILE) 0-1% 2-10% 10-20% 20-40% 40-60% 60-80% > 80% olio biscotti farine pane gelati carne ortaggi zucchero frutta secca legumi secchi formaggio grana formaggi freschi pesce frutta fresca sale pop-corn miele pizza salumi uova latte cioccolato fondente noci pecan pasta tortellini freschi crema di latte tartufo nero verdura Ogni microrganismo necessita di quantità minime di acqua per poter colonizzare la superficie di un alimento o di un terreno. Le muffe, per esempio, sono in grado di proliferare anche quando il contenuto di acqua è ridotto. Seguono poi i lieviti e i batteri, i quali prediligono alimenti con valore Aw vicino a 1.  >> pagina 181  L’acqua nell’organismo umano In condizioni fisiologiche normali, il contenuto idrico totale di un organismo varia in funzione del sesso e dell’età: nel neonato arriva fino al 75% del peso corporeo, nell’uomo adulto oscilla fra il 51 e il 61%, mentre nella donna adulta può variare tra il 45 e il 57%. La disparità idrica fra i sessi dipende dalla maggior percentuale di massa grassa (25-28%) nelle donne. La quantità di acqua presente all’interno dell’organismo umano varia in funzione di diversi fattori: l’età (la quantità è maggiore nei primi anni di vita), il genere (l’organismo maschile contiene più acqua rispetto a quello femminile) e le condizioni fisiologiche o patologiche (per esempio, l’organismo delle persone sovrappeso contiene meno acqua rispetto a quello delle persone normopeso). Acqua intracellulare ed extracellulare Nell’adulto, l’ (ATC) è distribuita per il 67% all’interno delle cellule a formare il citosol, o (LIC), e per il restante 33% all’esterno delle cellule a costituire il (LEC), comprendente il liquido interstiziale, il plasma e la linfa. acqua totale corporea liquido intracellulare liquido extracellulare L’acqua totale corporea è stimabile con la seguente formula: Le membrane biologiche sono liberamente permeabili all’acqua. Quando i liquidi intracellulari ed extracellulari hanno la stessa concentrazione di soluti, non si verifica uno spostamento di acqua, e si dice che i due ambienti sono . Questo è ciò che accade in condizioni normali. In caso contrario potrebbe verificarsi o un flusso netto di acqua in uscita dalla cellula, che la farebbe avvizzire, o un flusso d’acqua in ingresso che la porterebbe letteralmente a scoppiare. isotonici L’acqua è un nutriente fondamentale e lo dimostra il fatto che possiamo sopravvivere solo pochi giorni senza assumerla. Funzioni dell’acqua nell’organismo umano All’interno degli organismi svolge numerose funzioni: rappresenta il solvente in cui avvengono tutte le reazioni biologiche; regola il volume cellulare; contribuisce alla termoregolazione corporea; rende possibile il trasporto di nutrienti e la rimozione di scorie metaboliche; svolge funzioni idratanti e lubrificanti; consente l’assorbimento di urti meccanici. L’acqua assunta come bevanda, inoltre: favorisce i processi digestivi; è fonte di sali minerali naturalmente disciolti in essa; agisce come diluente delle sostanze introdotte nell’organismo. L’acqua presente nel sudore, grazie alle sue caratteristiche fisiche, contribuisce ad abbassare notevolmente la temperatura corporea.  >> pagina 182  Fabbisogno e bilancio idrico Affinché il contenuto idrico dell’organismo rimanga costante, è importante mantenere un equilibrio tra l’assunzione e la perdita d’acqua. Si definisce la quantità di acqua indispensabile a mantenere in pareggio il bilancio quotidiano fra “entrate” e “uscite” d’acqua: tale bilancio a sua volta è chiamato . fabbisogno idrico bilancio idrico Il fabbisogno idrico dipende dall’età, dalle condizioni ambientali, dall’attività svolta e dallo stile di vita dell’individuo. I quantitativi d’acqua raccomandati dai LARN sono per gli adulti e per i bambini 1,5 ml/kcal. Il neonato, in particolare, necessita di elevate quantità di acqua poiché la notevole velocità dei processi metabolici determina un rapido ricambio idrico. 1 ml d’acqua per ogni kcal assunta La maggior parte dell’acqua utilizzata dall’organismo proviene dalle bevande e dagli alimenti. Tale acqua è definita . esogena Una minima parte dell’acqua presente nell’organismo (circa 300 ml) viene invece ricavata dalle reazioni di ossidazione di glucidi, lipidi e protidi: in questo caso si parla di . Dall’ossidazione di 1 g di glucidi, durante la , si generano 0,6 g di acqua, mentre da 1 g di proteine 0,4 g, e da 1 g di acidi grassi 1,07 g di acqua. acqua endogena respirazione cellulare Le perdite idriche avvengono per lo più per , vale a dire sotto forma di . La quantità di urina eliminata varia soprattutto in relazione allo stato di idratazione della persona. I reni, infatti, hanno la capacità di controllare il volume di liquido escreto oltre che la concentrazione di soluti disciolti. via renale urina L’organismo perde acqua anche attraverso la traspirazione, la sudorazione e la defecazione. La è la perdita di vapore acqueo da parte di un tessuto biologico: si tratta dell’acqua persa attraverso la respirazione (acqua espirata) e di quella persa attraverso la cute per evaporazione. È un fenomeno continuo di cui non si è consapevoli, la cui intensità cambia notevolmente in relazione a fattori esterni (temperatura e umidità ambientali) e individuali (attività fisica, metabolismo personale, temperatura del corpo). Basti considerare che quando la temperatura esterna passa da 24 a 31 °C, la perdita di vapore acqueo arriva a raddoppiare. traspirazione Molto variabile è anche la quantità d’acqua persa con la . Sudorazione ed evaporazione dell’acqua dalla cute sono fondamentali per la termoregolazione corporea, in quanto consentono di sottrarre al corpo il calore in eccesso. sudorazione Una modesta parte di acqua è persa poi attraverso la : in condizioni fisiologiche normali, con le feci si perdono in media dai 100 ai 200 ml di acqua. defecazione In media un individuo adulto assume quotidianamente 500-900 ml d’acqua con gli alimenti e 800-1500 ml con le bevande.  >> pagina 183  Per mantenere il proprio bilancio idrico, l’organismo è in grado di regolare le entrate e le uscite di acqua attraverso il meccanismo della e della . Il meccanismo della sete e l’ormone antidiuretico sete diuresi Il meccanismo della sete è controllato dall’ , una struttura cerebrale in cui vengono elaborate risposte automatiche a molti stimoli (fame, sete, sonno, temperatura, sessualità). In quest’area si trova un gruppo di cellule nervose, formanti il cosiddetto , che attivano o spengono lo stimolo della sete in base alla quantità di ioni (in particolare Na ) presenti nel liquido extracellulare. Tale meccanismo di allerta tende a desensibilizzarsi negli individui anziani, i quali sono maggiormente esposti a rischi di disidratazione, poiché avvertono meno lo stimolo della sete. ipotalamo cen tro della sete + L’eliminazione di acqua attraverso i reni, ossia la , è invece controllata dalla concentrazione sanguigna della , nota anche come ormone antidiuretico ( ). La vasopressina è prodotta dall’ipotalamo e liberata nel sangue a livello del­l’ , un’importante ghiandola posta al centro della massa cerebrale. Quando raggiunge i reni, l’ADH determina un parziale riassorbimento dell’acqua e le urine diventano di conseguenza più concentrate. diuresi vasopressina ADH ipofisi Lo stimolo della sete e l’attività dell’ormone antidiuretico concorrono a riequilibrare la pressione osmotica dei liquidi corporei. Oltre a quello della sete, l’ipotalamo (immagine di sinistra) regola anche il meccanismo della fame: questa ghiandola attiva gli stimoli dell’appetito e della sazietà a seconda delle informazioni che riceve da alcuni ormoni.L’ipofisi (immagine di destra) è una ghiandola endocrina che elabora numerosi ormoni e regola le funzioni di altre ghiandole.  >> pagina 184  Nelle situazioni in cui i meccanismi di controllo della sete e della diuresi falliscono nel mantenere l’equilibrio idrico nel corpo, in breve tempo si manifestano disturbi particolarmente acuti. L’organismo umano ha infatti una tolleranza molto ridotta alle variazioni idriche: con una diminuzione del 2% dell’acqua corporea il volume del diminuisce, i meccanismi di termoregolazione possono interrompersi e la temperatura aumentare improvvisamente fino al sopraggiungere di un collasso. La disidratazione ▶  plasma sanguigno A livello fisiologico, quando diminuisce l’acqua nel plasma sanguigno, esso diviene più concentrato e richiama l’acqua dagli spazi interstiziali e dalle cellule, con alterazione dell’equilibrio ionico (fuoriuscita di K dalle cellule ed entrata di Na ). L’ossigeno e i nutrienti presenti nel sangue non possono più raggiungere le cellule e si perdono rapidamente energie (rallenta la produzione di ATP). + + La situazione si aggrava ulteriormente se la temperatura ambientale è alta. In queste condizioni l’organismo non riesce più a espellere acqua (e quindi a disperdere il calore in eccesso) tramite la sudorazione. La temperatura corporea inizia a salire velocemente, anche oltre i 40 °C, con conseguente rischio di svenire per un . colpo di calore Plasma sanguigno | |   Blood plasma Il plasma è ciò che resta del sangue quando lo si priva della sua componente cellulare (globuli bianchi, rossi e piastrine). Ha colore giallino e contiene acqua (92%), proteine specifiche del sangue (soprattutto albumine), nutrienti, cataboliti, ormoni, gas (O  e CO ) e sali minerali. Rimuovendo dal plasma le proteine responsabili della coagulazione del sangue si ottiene il siero. 2 2  morire di sete in alto mare   Normalmente, l’acqua che viene assunta è assorbita dallo stomaco e lungo tutto il canale digerente fluendo in modo spontaneo all’interno dei vasi sanguigni, dove la concentrazione di soluti è maggiore. Se però si beve  , la cui concentrazione salina è di circa 35 g di NaCl per ogni litro, l’acqua tenderà a fluire in senso inverso, cioè dai tessuti circostanti all’interno del canale digerente, causando una rapida  . Per questo motivo i naufraghi che hanno tentato di dissetarsi con l’acqua dal mare hanno finito, paradossalmente, per morire disidratati. acqua di mare disidratazione Théodore Géricault,  , 1818-1819. La zattera della Medusa fissa il concetto meccanismi per evitare la disidratazione localizzazione conseguenza stimolato da stimolo della sete ipotalamo introduzione d’acqua alte concentrazioni di Na + ormone antidiuretico ipofisi riassorbimento di acqua a livello dei reni alte concentrazioni di vasopressina GUIDA ALLO STUDIO  Quale caratteristica accomuna l’acqua ai micronutrienti e quale ai macronutrienti? 1.  Quali sono le principali funzioni svolte dall’acqua? 2.  Che cos’è il bilancio idrico? 3.  >> pagina 185  concetti in mappa