Seppur necessari per il mantenimento di un corretto stato di salute dell’organismo, vengono definiti anche come ‘sostanze traccia’ in quanto ne sono sufficienti tracce infinitesimali affinché il metabolismo permanga ad un livello di efficienza ottimale. L’assunzione di minerali avviene attraverso una dieta varia ed equilibrata. Sono classificabili in due categorie relativamente al fabbisogno giornaliero specifico: i primi sono anche detti macroelementi (fabbisogno superiore a 100mg/die), i secondi microelementi (fabbisogno inferiore a 100mg/die). I 7 macroelementi importanti sono: calcio, sodio, fosforo, potassio, magnesio, zolfo e cloro; gli 11 microelementi importanti, definiti anche oligoelementi, sono: ferro, manganese, iodio, zinco, rame, cromo, boro, silicio, selenio, molibdeno e vanadio.
CALCIO. E’ estremamente importante per molte funzioni biologiche (omeostasi del sistema scheletrico, processi di trasmissione dell’impulso nervoso e regolazione dell’eccitabilità neuromuscolare, regolazione della pressione arteriosa, attivazione dei processi di coagulazione ematica). La maggior parte del calcio è assorbito nell’ileo, più una piccola parte assorbita nel tenue. A livello intestinale si verifica quella che viene definita
‘perdita obbligatoria intestinale di calcio’, che in una dieta priva dell’elemento può essere quantificata in 100mg/die, con un assorbimento massimo che si aggira intorno al 70% dell’ipotetico totale. Se l’apporto di calcio aumenta al di sopra di certi livelli, la quantità assoluta assorbita aumenta ma la percentuale relativa diminuisce, con un aumento dell’escrezione di calcio a livello delle feci. In questi casi l’assorbimento del calcio si aggira intorno al 50% del carico, ma l’assorbimento reale è molto inferiore in quanto ci sarà una frazione di calcio assorbita a livello intestinale e un’altra frazione secreta dallo stesso intestino attraverso i succhi enterici. Le concentrazioni ematiche dello ione sono mantenute costanti da un complesso sistema ormonale e, spesso, determinano un riassorbimento di esso a livello delle ossa (nell’organismo il 99% del calcio si trova a livello dello scheletro). Il controllo dei livelli plasmatici di calcio è soprattutto a carico del PTH (paratormone), calcitonina, glucocorticoidi, ormoni tiroidei, GH. A livello renale si ha un riassorbimento marcato del calcio, quindi una ridotta escrezione di esso. La perdita obbligatoria di calcio a livello renale è direttamente proporzionale all’apporto di proteine e di sodio con la dieta; aumenta inoltre nella vecchiaia, in associazione a processi di osteoporosi. Nell’organismo è il minerale più abbondante (circa il 2%). Ne sono ricchi latte, formaggi, prodotti caseari in genere, noci, ortaggi verdi, pesce. Fra gli ortaggi è contenuto soprattutto nel cavolo. La carenza di calcio produce rachitismo, arresto della crescita, osteoporosi. Un eccesso di calcio nella dieta può portare alla formazione di calcoli renali , disturbi nervosi, problematiche cardiache e disturbi del digerente.
SODIO. Il sodio è il principale responsabile del mantenimento del gradiente elettrochimico tra il versante extracellulare e citoplasmatico della cellula e contribuisce all’osmolalità del plasma. E’ un soluto prevalentemente extracellulare, per questo motivo il suo aumento di concentrazione determina anche un aumento dell’acqua extracellulare. Il sodio alimentare è assorbito dall’intestino per l’azione contemporanea di sistemi di cotrasporto con molte altre molecole e dell’ATPasi sodio potassio molto rappresentata sulla membrana basocellulare dell’enterocita. Le perdite giornaliere obbligatorie di sodio sono tendenzialmente basse: una parte viene liberato con urine e feci, un’altra parte con il sudore. Se il sodio viene perduto o non sufficientemente integrato oltre i limiti fisiologici, si può giungere al collasso ipovolemico in quanto la perdita dello ione comporta anche una relativa perdita di acqua con immediato abbassamento della volemia e affaticamento cardiaco. Ad elevate concentrazioni il sodio può essere tossico e pericoloso, soprattutto nei soggetti già predisposti a ipertensione ed in relazione all’inadeguata assunzione di potassio: quando il rapporto sodio/potassio è maggiore di 1-2 col rischio di ipertensione aumenta notevolmente.
POTASSIO. Il potassio è il principale catione intracellulare, il corpo umano ne contiene 2500-3500mmoli, di cui la maggior parte a livello ematico e all’interno delle cellule. Il contenuto di potassio nell’organismo è proporzionale alla massa alipidica e alla concentrazione di azoto, per il primo motivo è statisticamente più abbondante negli uomini che non nei soggetti di sesso femminile. Il potassio è contenuto in molti cibi, quindi osservare una deficienza di questo ione è piuttosto difficile. In genere la sua carenza è direttamente proporzionale alla diminuzione dell’introito calorico e della quota proteica assunta con la dieta. A differenza del sodio, il potassio viene eliminato con urine e feci; per questo motivo l’uso di diuretici o casi di diarrea possono enormemente aumenta la sua eliminazione, con rischio soprattutto per il sistema muscolare e per quello cardiaco. Il potassio è molto più permeabile del sodio alla membrana citoplasmatica cellulare: in questa sede ci sono numerosi canali per il potassio, alcuni dei quali attivati dalla presenza di ione calcio. Di particolare interesse sono anche i canali ATP-dipendenti per il potassio, molti dei quali sono responsabili per il rilascio dell’insulina da parte delle cellule beta del pancreas. L’ingresso del potassio nelle cellule è facilitato dalla stessa insulina, per questo la concentrazione plasmatica di potassio tende a diminuire dopo ogni pasto. Anche l’adrenalina produce l’aumento del rilascio di potassio dal fegato, quindi un iniziale aumento della potassemia; il potassio viene poi successivamente riassorbito dal muscolo. Il PH ematico è un altro fattore di regolazione della potassemia, infatti l’acidosi ematica determina la fuoriuscita di potassio dalle cellule mentre l’alcalosi il contrario. Questo è vero soprattutto per l’acidosi metabolica, meno per quella respiratoria. Il potassio ha la funzione di aumentare l’eccitabilità neuromuscolare (la carenza produce debolezza della muscolatura volontaria e di regolare l’eccitabilità cardiaca (infatti alterazioni della potassemia producono scompensi cardiaci, aritmie e arresto cardiaco). Da ricordare che un aumento dell’assunzione di sodio produce un aumento delle perdite di potassio. La tossicità da assunzione eccessiva di potassio è pressoché impossibile, in quanto fra i primi sintomi provoca il vomito; inoltre, l’intestino assorbe il potassio molto lentamente ed il rene lo elimina in maniera molto veloce ed efficiente.
FOSFORO. Nell’organismo il fosforo è presente soprattutto sottoforma di fosfato inorganico nelle ossa (fosfato calcico) e sottoforma organica ed inorganica nel plasma. In particolare a questo livello, il sistema fosfato monoacido/ fosfato biacido rappresenta il sistema tampone principale. Il fosforo è ubiquitario in tutte le cellule ed è presente in tutti i cibi naturali. I composti contenenti fosfato vengono idrolizzati da fosfatasi ed il fosfato inorganico liberato viene successivamente riassorbito, questo avviene soprattutto nella parte prossimale del tenue. La ViT.D aumenta l’assorbimento del fosforo mentre gli antiacidi a base di magnesio lo diminuiscono. Inoltre, un aumento di calcio alimentare porta ad una diminuzione del fosfato assorbito. Un sale ricco di fosforo, il fitato, è contenuto nelle farine ma l’uomo non possiede enzimi in gradi di idrolizzarlo: la lievitazione del pane libera il fosforo contenuto nel fitato e lo rende più disponibile. Il fosfato plasmatico proviene dall’apparato digerente, dalle ossa e dal riassorbimento renale e la sua quantità è legata funzionalmente a quella del calcio. Infattii uno degli aspetti negativi dell’eccesso di fosfato è la diminuzione dell’assorbimento del calcio: a tal proposito è importante che il rapporto fra il calcio e il fosfato rimanga costante, ovvero all’aumentare dell’apporto con la dieta di fosfato è necessario che vi sia altrettanto aumento dell’apporto di calcio per non indurre una diminuzione del suo assorbimento. Il rapporto ottimale P:Ca è di 3:1. In talune situazioni come la gravidanza, in cui una certa quantità di fissati viene ceduta al feto per l’accrescimento, la disponibilità di fosfati dovrebbe essere aumentata. Nel lattante la fosfatemia è più elevata rispetto all’individuo adulto.
MAGNESIO. Il magnesio è uno ione intracellulare come il potassio e dopo quest’ultimo è il secondo catione in abbondanza presente nelle cellule. Partecipa come cofattore a numerose reazioni enzimatiche ed è implicato nella biosintesi degli acidi grassi, nell’attivazione degli amminoacidi, nella sintesi delle proteine, nella formazione del glucosio fosfato e nella glicolisi. Questo catione prende parte anche alle reazioni di formazione dell’adenilaéto ciclasi quindi alla formazione del cAMP a partire dall’ATP. A quest’ultimo nucleotide è legata la maggior parte del magnesio presente nelle cellule, oltre che alla fosfocreatina e alla miosina. Molto magnesio è presente anche nell’osso. Analogamente alò calcio, il magnesio si può muovere fra compartimenti cellulari diversi: a digiuno va dal mitocondrio verso il citoplasma, durante la rialimentazione avviene il contrario. Il magnesio è contenuto in diversi alimenti, quindi un eventuale stato carenziale è raro. La più importante via di eliminazione è quella renale. L’assorbimento, che avviene soprattutto nell’ileo e nel colon, dipende dalla solubilità dei sali di magnesio che vengono assunti. Il riassorbimento del magnesio a livello renale è tanto maggiore quanto minore è la sua concentrazione a livello del plasma.
ZOLFO. Lo zolfo entra a far parte della costituzione di alcuni amminoacidi, di alcune vitamine, coenzimi e della molecola di insulina. Fra gli alimenti che ne sono più ricchi ci sono soprattutto quelli proteici contenenti appunto cisterna e metionina. Il principale problema legato alla carenza di zolfo come apporto dietetico è appunto relativo al deficit di amminoacidi solforati.
CLORO. Le principali fonti di cloro sono il sale, il latte, la carne uova e frutti di mare. Il cloro ha numerosi funzioni importanti: fra queste la regolazione dell’equilibrio acido base, la pressione osmotica, il bilancio idrico, i processi digestivi (costituisce HCl gastrico). Sintomi da carenza di cloro sono apatia, riduzione dell’appetito, crampi muscolari. L’eccesso di assunzione produce il vomito.
Tra gli oligoelementi più importanti ricordiamo:
FERRO. Le scorte di ferro nel corpo umano sono difficili da valutare ed una stima abbastanza precisa può essere fatta quantizzando parametri come la sideremia, la quantità di transferrina totale, quella di ferritina plasmatica ed i depositi di ferro nel midollo osseo.
E’ un componente essenziale dell’emoglobina e della mioglobina, pertanto il metabolismo aerobico dipende dalla sua presenza o meno nell’organismo. Il bilancio del ferro è regolato soprattutto dal suo assorbimento, perchè è molto difficile assumerlo dall’ambiente cosi come perderlo nell’ambiente tranne casi emorragici. Il ferro inorganico viene solubilizzato dal succo gastrico, ridotto e chelato da alcune molecole fra le quali l’acido ascorbico. Questa è la motivazione per la quale l’assorbimento di ferro è favorito dall’assunzione di vitamina C. Viceversa, il suo assorbimento è diminuito da sostanze nervine come il caffè. Il ferro, assorbito soprattutto nel duodeno, attraversa l’enterocita grazie a proteine trasportatrici; nel plasma viene legato sottoforma di Fe3+ alla transferrina oppure, se rimane in deposito nell’enterocita, si lega all’apoferritina per formare ferritina. L’assorbimento de l ferroo è finemente regolao a livello dell’enterocita, per questo motivo le intossicazioni da ferro sono abbastanza rare considerando anche il fatto che un individuoo adulto sano assorbe circa il 10% del ferro alimentare totale assunto. La transferrina trasporta il ferro legato ai tessuti, dove in caso di necessitàà viene rilasciato. All'interno delle cellule è sempre complessato con la ferritina. Le cellule regolano quindi la concentrazione di ferro libero tramite l’assunzione, che avviene per mezzo del recettore per la transferrina e la sequestrazione cellulare, operata dalla ferritina. Si indica con il termine di sideremia la concentrazione del ferro plasmatico, che in condizioni normali si aggira intorno alle 12-31 micromoli/L. Il 70%-90% del ferro totale è assunto dai tessuti emopoietici, mentre quantità più modeste sono assunte dalle cellule muscolari per formare mioglobina e da altri tipi cellulari per la costituzione di citocromi, perossidasi, etc..Gli stati carenziali di ferro rappresentano un disordine sistemico che non coinvolge solo l’apparato emopoietico e che non possono essere riconducibili solo ad un quadro di anemia. Infatti i sintomi più comuni sono la bassa tolleranza a periodi di stress soprattutto lavorativi e l’innalzamento più precoce dei valori di lattato ematico. L’anemia ferro carenziale produce inoltre astenia, pallore, debolezza, affaticamento eccessivo, etc.
RAME. Contenuto in diversi enzimi e proteine (DOPAammina idrossilasi, tirosinasi, albumina, Fattore V della coagulazione del sangue, etc…), i più importanti da questo punto di vista sono sicuramente le amminoossidasi, ovvero enzimi deputatii all’inattivazione delle ammine biogene come l’istamina. Il metabolismo delle ammine è importante per la funzione nervosa, sia a livello centrale che periferico. Questi enzimi sono inoltre importanti per i processi di formazione del collagene e dell’elastina di molti tessuti connettivi.
La biodisponibilità del rame è poco influenzata da quella di altri nutrienti: fra gli alimenti che ne contengono in maggiore quantità ci sono il fegato, alcuni frutti secchi come le noci, fra i legumi i fagioli e alcuni tipi di crostacei, oltre al cacao ed alcuni tipi di funghi. L’assunzione eccessiva di ferro e zinco può influenzare negativamente l’assorbimento del rame, cosi come un sovradosaggio di molibdeno e di acido ascorbico. Dopo l’assorbimento, il rame circola nel plasma legato alla ceruloplasmina, che provvede alla sua cessione a livello tissutale. La misurazione della ceruloplasmina plasmatica consente di identificare i rari stati carenziali. Il rame endogeno proveniente dalla degradazione delle molecole che lo contengono, viene escreto con le feci insieme con il rame alimentare in eccesso. Il corpo umano ne contiene una quantità esigua se paragonata a quella di altri metalli come il ferro (50-120mg). Se ingerito a grandi dosi, il rame può dare effetti tossici importanti e letali. Fra i sintomi da intossicazione ci sono il dolore epigastrico, la nausea, il vomito, la tossicità sistemica grave, fino al collasso e alla morte.
IODIO. Importante soprattutto per il corretto funzionamento della tiroide e per la costituzione degli ormoni tiroidei (T3 e T4). La deficienza di iodio è molto grave se si sviluppa durante il periodo fetale, e nel bambino piccolo, provocando in quest’ultimo caso ritardo mentale associato a bassa statura, una patologia identificata con il nome di cretinismo. Questo elemento si trova in diversi stati di ossidazione: viene assorbito in forma ridotta di ioduro, accumulato nella tiroide ed escreto con le urine. L’organismo umano adulto contiene circa 15-20mg di iodio. Fra gli alimenti che lo contengono principalmente ci sono il pesce ed i crostacei.
ZINCO. Il corpo umano contiene circa 2gr di zolfo, distribuito soprattutto nei tessuti e in minore quantità nel sangue legata a proteine e amminoacidi. E’ cofattore di numerosi enzimi ed è implicato nel rilascio della Vit.A a livello del fegato. E’ necessario per l’azione di numerosi ormoni, come l’insulina e gli ormoni sessuali.
CROMO. Il cromo è un elemento necessario in quantità molto piccole. E’ un costituente del cosiddetto ‘Glucose Tolerance Factor’ (proteina coinvolta nel controllo della resistenza insulinica), in quanto si pensa avere un ruolo primario nell’aumentare la sensibilità all’insulina prodotta dal pancreas dei recettori periferici specifici. Gli studi in materia sono ancora aperti. E’ implicato anche nel metabolismo dei grassi: a riprova di ciò la carenza di cromo determina un aumento dei valori di glicemia ematica, dei trigliceridi e del colesterolo. Questo oligoelemento si trova nel frumento, nel lievito di birra, nel pepe nero, nelle carote, etc..Il fattore limitante alla sua disponibilità negli alimenti consiste nei processi di raffinazione di alcuni di essi.