La fisiologia al servizio della medicina: l'osteoporosi

Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, «L'osteoporosi è una malattia caratterizzata da una riduzione della massa del tessuto osseo, accompagnata da un aumento della sua fragilità» (1).

L'osteoporosi si manifesta principalmente sotto forma di fratture, che a livello mondiale ammonterebbero a circa 25.000 mila al giorno, 9 milioni all’anno.

Colpisce principalmente le donne: il 33 per cento circa tra i 60 e 70 anni d'età, contro il 20 per cento degli uomini. Questo articolo ne propone una rilettura in chiave fisiologica, centrato sull'impiego del collagene in medicina.

Come avviene la formazione dell'osso?

L'osso è costituito per il 70 per cento circa da idrossiapatite [(Ca5(PO4)3(OH)], un minerale sostanzialmente insolubile, e per la parte restante da una matrice organica, composta principalmente da fibrille di collagene.

L'idrossiapatite gli garantisce la durezza richiesta per sostenere la parte restante dell'organismo, mentre il collagene svolge due ruoli distinti:

• da un lato assicura l’elasticità richiesta per resistere alle forze tensionali e torsionali cui è sottoposto,
• dall’altro assorbe i sali minerali sciolti nel sangue e ne catalizza il deposito sotto forma di un precipitato solido.

Il conglomerato osseo ricorda il cemento armato delle costruzioni edili, costituito da tondini di ferro elastici annegati nel calcestruzzo rigido, sennonché l'osso è un tessuto vivo, capace di rigenerare le parti usurate e di riparare i danni subiti.

La rigenerazione prevale sull'usura sia durante la crescita e lo sviluppo corporeo, sia nelle attività lavorative e sportive che richiedono, e in questo modo comportano, un rafforzamento dell’apparato osteoarticolare.

Viceversa, l’usura prevale sulla rigenerazione nella senescenza e nelle affezioni a carattere degenerativo, come l’osteoporosi.

Il cuore pulsante di questo processo è la matrice organica, che oltre ad assicurare elasticità all'osso vi deposita i sali minerali che lo induriscono e lo rigenera, contrastando il decadimento che accompagna la senescenza e, più in generale, le affezioni a carattere degenerativo, inclusa l'osteoporosi.

Il ragionamento sul trattamento in chiave fisiologica dell'osteoporosi inizia da qui, traendo spunto da un recente articolo sul farmaco naturale per l'artrosi (2) e tenendo presente che la matrice organica dell’osso è costituita da oltre il 90 per cento.

Cos'è il collagene?

Il collagene è una proteina unica sia per l'abbondanza nell’organismo, dove ammonta a oltre il 30 per cento del contenuto proteico totale, sia soprattutto per la varietà delle conformazioni che assume e delle funzioni che svolge (3, 4).

È elastico nella cute, consistente nelle unghie e nelle ossa, flessibile nei capelli, fluido nelle secrezioni che lubrificano e nutrono le articolazioni. Sulle mucose stende un velo che protegge e, svolta questa funzione, si disgrega e dissolve, trasformandosi in un alimento che alimenta i tessuti sottostanti. Come si è appena visto, nell'osso funziona da matrice organica, che catalizza il deposito dei sali minerali (5).

Oltre a essere la proteina più abbondante dell'organismo, il collagene è anche la più soggetta a una perdita cospicua attraverso la desquamazione cutanea, i capelli, la barba, le unghie, le secrezioni e in altri modi ancora.

Al pari di tutte le proteine e dello stesso organismo al quale appartiene, il collagene è inoltre soggetto a un ciclo biologico: nasce, matura, decade e infine si dissolve. È stato calcolato che nell'adulto la quota complessiva di collagene persa giornalmente corrisponda a circa 20 g.

La metà circa è rimpiazzata dallo stesso organismo, che la sintetizza partendo da altre molecole o riciclando gli aminoacidi provenienti dalla sua disgregazione. L'altra metà è ricavata dalle proteine alimentari, che per non innescare temibili reazione tossiche, anche di tipo immunitario, devono essere preventivamente digerite e scomposte in aminoacidi o in minuscoli peptidi.

Per inciso, è plausibile che il rifiuto della carne nell’anziano, le cui capacità digestive sono ridotte, costituisca un meccanismo difensivo riflesso.

Purtroppo le capacità digestive diminuiscono non solo con l'età, ma anche in svariate condizioni fisiologiche, para-fisiologiche e patologiche, come la gravidanza, l'allattamento, il lavoro manuale, lo sport e diverse malattie. Tutte queste condizioni, inoltre, possono aumentare il consumo e il conseguente fabbisogno di collagene: succede perfino in occasione di una singola gara o allenamento (6).

In queste circostanze, l’aumento dell'apporto proteico alimentare è d'aiuto (7), ma da solo non basta e oltre certi limiti può essere controproducente, favorendo l’assorbimento di proteine indigerite, potenzialmente tossiche. Non basta nemmeno l'assunzione di collagene nativo, che è resistente alla digestione enzimatica. Il problema è stato risolto ricorrendo a un particolare grado d’idrolisi mirata, che consente di assorbirlo sotto forma dei suoi precursori, rappresentati da aminoacidi liberi (8).

Per approfondire:Il collagene idrolizzato: rimedio efficace per l'osteoporosi

Il collagene nel trattamento dell'osteoporosi

L'impiego medico del collagene nel trattamento dell'osteoporosi è supportato da nozioni di base consolidate, reperibili in qualunque trattato di fisiologia. Queste nozioni hanno trovato una precisa conferma a livello preclinico, attraverso studi effettuati su modelli sperimentali di osteoporosi, (9-13).

Per precisione, nell'ultimo di questi studi l'efficacia è stata confermata ricorrendo a una miscela di aminoacidi qualitativamente e quantitativamente corrispondente al loro contenuto nella proteina nativa. Le indagini cliniche attualmente disponibili vertono primariamente sull’artrosi: l’efficacia è solitamente valutata in termini di motilità articolare e riduzione della dose efficace dei farmaci antalgici, ma non mancano i riferimenti alla densità ossea (14-24). La dose di collagene somministrata oscilla tra 5 e 20 g al giorno, la latenza dell’effetto tra 2-4 settimane e 3-6 mesi secondo la forma e la gravità della patologia.

Alla ricerca italiana va riconosciuto il merito di avere perseguito per oltre due decenni questo indirizzo fisiologico, che culmina nella presentazione alla classe medica di un integratore alimentare contenente un collagene idrolizzato in funzione del suo assorbimento ottimale e associato, apparentemente per la prima volta nel mondo, a calcio e vitamina D.

In senso più generale, l'insufficiente apporto alimentare delle sostanze necessarie all'organismo per rigenerare i collagene, e compensarne la perdita, si traduce nella “collagenopatia carenziale”, che coinvolge l'intero organismo con manifestazioni altrettanto variegate quanto le funzioni nelle quali questa proteina è coinvolta (25).

I capelli perdono la loro lucentezza e diventano fragili. Le unghie si sfaldano e favoriscono le infezioni fungine. Senza arrivare alla vera e propria xeroftalmia, l’occhio si irrita facilmente per un difetto della secrezione lacrimale. La riduzione della secrezione mucinica espone la mucosa gastrica all’azione erosiva dell’acido cloridrico, col rischio di emorragie e ulcerazioni. L'osso perde di consistenza, le articolazioni si irrigidiscono, i movimenti diventano difficili e dolorosi. La principale prova dell’origine carenziale di questo quadro morboso è fornita dai risultati favorevoli ottenuti con la somministrazione di collagene facilmente assimilabile, a dosi che oscillano tra 5 e 20 g al giorno.

Questo articolo si chiude con una citazione tratta dalla medesima autorevole fonte della citazione iniziale: l'Organizzazione Mondiale della Sanità. Essa definisce farmaco «Qualunque composto naturale o di sintesi capace, quando introdotto in un organismo vivente, di modificarne una o più funzioni» (26, 27).

In questa accezione, anche i veri integratori alimentari rientrano nella categoria generale del farmaco. Vi rivendicano, però, una collocazione distinta dai medicinali convenzionali: mentre questi ultimi combattono usualmente le malattie sostituendosi all’organismo, essi lo rafforzano, consentendogli in questo modo di tutelarsi con le proprie forze. Questo particolare farmaco si riallaccia ai grandi integratori alimentari del passato, tipicamente rappresentati dalle vitamine e da altri elementi essenziali per il funzionamento dell’organismo. Sono gli unici famaci a tutt'oggi capaci di sconfiggere definitivamente una malattia.

Bibliografia

1. Organizzazione Mondiale della Sanità. 1994. Assessment of fracture risk and its application to screening for postmenopausal osteoporosis. WHO Technical Report Series 843, Geneva.
2. Silvestrini B. Un farmaco naturale per l’artrosi? Medicitalia, 2016
3. Di Lullo GA, Sweeney SM, Körkkö J, Ala-Kokko L and San Antonio JD. Mapping the Ligand-binding Sites and Disease-associated Mutations on the Most Abundant Protein in the Human, Type I Collagen. J. Biol. Chem. 2002; 277(6): 4223–4231.
4. Rennie MJ. Teasing out the truth about collagen. J Physiol. 1999; 521(Pt 1):1.
5. Guyton AC, Hall JE. "Textbook of Medical Physiology". WB Saunders Company: 1996; 985-999.
6. Langberg H, Rosendal L and Kjær M. Training-induced changes in peritendinous I collagen turnover determined by microdialysis in humans. J Physiol. 2001; 534(Pt 1): 297–302.
7. Ameye LG, Chee WSS. Osteoarthritis and nutrition. From nutraceuticals to functional foods: a systematic review of the scientific evidence. Arthritis Res Ther, 2006; 8(4):R127.
8. Silvestrini B. e Kirschner G.. Integratori alimentari e dietetici contenenti gelatina idrolizzata e loro uso in campo medico-sanitario. IT 1299131 (2000).
9. de Almeida Jackix E, Cúneo F, Amaya-Farfan J, de Assunção JV, Quintaes KD. A food supplement of hydrolyzed collagen improves compositional and biodynamic characteristics of vertebrae in ovariectomized rats. J Med Food. 2010 Dec; 13(6):1385-90.
10. Guillerminet F, Beaupied H, Fabien-Soulé V, Tomé D, Benhamou CL, Roux C, Blais A. Hydrolyzed collagen improves bone metabolism and biomechanical parameters in ovariectomized mice: an in vitro and in vivo study. Bone. 2010 Mar; 46(3):827-34.
11. Guillerminet F, Fabien-Soulé V, Even PC, Tomé D, Benhamou CL, Roux C, Blais A. Hydrolyzed collagen improves bone status and prevents bone loss in ovariectomized C3H/HeN mice. Osteoporos Int. 2012 Jul; 23(7):1909-19.
12. Nomura, Y.; Oohashi, K., Watanabe, M. and Kasugai (2005). Increase in bone mineral density through oral administration of shark gelatine to ovariectomized rats. S Nutrition 21 (11-12): 1120–1126.
13. Policar M, Silvestrini B. Preparation pour le traitement de l'osteoporose et pour favoriser la reparation des fractures osseuses A61K31/195 (1998).
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22. Trentham, D, Dynesius-Trentham R, Orav J, Combitchi D, Lorenzo C, Sewell K, Hafler D and Weiner H. Effects of Oral Administration of Type II Collagen on Rheumatoid Arthritis. Science 1993, 261 (5119): 1727–1730.
23. Kim HK, Kim MG, Leem KH “Osteogenic activity of collagen peptide via ERK/MAPK pathway mediated boosting of collagen synthesis and its therapeutic efficacy in osteoporotic bone by back-scattered electron imaging and microarchitecture analysis” Molecules 2013, 18, 15474-15489
24. Koyama Y., Hirota A., Mori H., et al. “Ingestion of gelatin has differential effect on bone mineral density and body weight in protein undernutrition”. J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo) 2001; 47(1):84–6.
25. Silvestrini B. Il farmaco moderno. Un patto esemplare tra uomo e natura. Carocci Editore @ Città della scienza, 2014. Pag. 96-98.
26. Organizzazione Mondiale della Sanità. 1969. WHO Rapp. Techn., 407, p. 6.
27. ID. 1973. WHO Rapp. Techn., 516, pp. 9-10.