Ubidecarenone e cuore

Giorgio Galanti, Laura Stefani
Università degli Studi di Firenze - Scuola di Specializzazione in Medicina dello Sport

Caratteristiche generali

Gli ubichinoni sono sostanze conosciute anche sotto il nome generico di Coenzima Q. Queste sostanze sono impegnate, al livello cellulare, nel processo di trasferimento di elettroni e protoni, proprietà legata al loro nucleo chinonico. Il nucleo ha caratteristiche uguali per tutti questi composti che differiscono invece per la catena isoprenica laterale la quale può essere costituita da un numero varabile di unità isopreniche. I vari ubichinoni sono contraddistinti pertanto da un numero che indica appunto quante unità isopreniche sono presenti nella catena laterale. La forma più frequente nell'uomo è il Coenzima Q10 che contiene nella sua coda 10 unità isoprenoidi.

L'ubidecarenone è idrosolubile, mobile all'interno del core idrofobico della membrana fosfolipidica ed è un cofattore essenziale deputato al trasporto degli elettroni nella catena respiratoria1,3. Esso possiede poteri antiossidanti e stabilizzanti le membrane svolgendo azione di rimozione dei radicali liberi sia nei mitocondri che nelle membrane lipidiche 4,5.
Gli essere viventi come gli animali e l'uomo sono in grado di utilizzare per la loro sopravvivenza l’energia chimica, cioè quella energia insita nei legami dei composti chimici e che si libera quando questi vengono ossidati. Nell’organismo umano, a differenza dei sistemi chimici inanimati, le reazioni avvengono a temperatura costante (cioè in isotermia) senza modificare la temperatura dell'ambiente circostante e proprio per questo il calore non può venir utilizzato come fonte di energia perché esso può produrre lavoro solo passando da un corpo caldo ad uno freddo: vengono quindi utilizzate altre fonti energetiche.
Al livello cellulare l'energia viene prodotta nei mitocondri, attraverso una via metabolica che è la fosforilazione ossidativa, la quale durante la catena respiratoria conduce alla formazione di molecole ad alto contenuto energetico come l'ATP. Normalmente una cellula in attività consuma milioni di molecole di ATP al secondo.
Durante la catena respiratoria avviene la riossidazione di NADH ed FADH2 che possono poi rientrare in circolo. È un processo di trasferimento a catena di elettroni tra un donatore ed un accettore. Gli elettroni e i protoni passano lungo una sequenza di agenti ossidanti ognuno dei quali ha un potenziale redox, cioè una capacità di attrarre elettroni maggiore del precedente, fino all'accettore finale che è l'ossigeno respiratorio proveniente dal sangue. Dall'incontro poi dell'ossigeno con elettroni e protoni si forma H2O.Nella membrana interna del mitocondrio sono localizzati infatti alcuni complessi multienzimatici costituiti da flavoproteine particolari e da citocromi che assicurano la completa riossidazione dei coenzimi e la formazione di acqua.

Il Coenzima Q10, che rappresenta il terzo gradino della catena respiratoria,è un elemento non associato a proteine, che nei processi di ossido - riduzione rappresenta insieme al citocromo il punto di contatto dei sistemi che svolgono la funzione di intermedi obbligatori del trasporto di idrogeno e di elettroni. Molti tessuti contengono il coenzima Q, infatti il termine “ubidecarenone” ne vuol sottolineare la ubiquitarietà. Dal punto di vista metabolico mostra caratteristiche di idrofobicità che ne ostacolano in parte l'assorbimento al livello intestinale tanto è vero che studi antecedenti a quelli che si sono occupati dell 'impiego terapeutico della sostanza, hanno valutato l'opportunità di utilizzare una dieta arricchita di Coenzima Q10 in forma solubile6 aumentandone così la biodisponibilità.

Basi del metabolismo energetico del cuore: il miocardio come trasduttore di energia

Il miocardio è sia un consumatore che un produttore di energia: consuma energia immagazzinata nei legami chimici degli alimenti e trasforma l'energia chimica in energia fisica. Essendo la forma predominante di lavoro del cuore quella di funzione di pompa, in questi termini può essere considerato un trasduttore ovvero un dispositivo che riceve energia da un sistema e lo trasmette ad un altro. In questo contesto esso utilizza l'energia chimica dell’ATP (adenosin-5- trifosfato) e la converte in energia meccanica di contrazione. Quando per qualsiasi ragione la capacità cardiaca di trasformare l'energia chimica in energia meccanica viene ridotta, nel resto del corpo si verificano delle alterazioni funzionali e metaboliche che si concretizzano nel quadro clinico della insufficienza cardiaca. In sostanza ogni organo del corpo risente della diminuzione del trasferimento di energia da parte del cuore. Nel cuore il turn -over dell'ATP è molto alto, molto più che negli altri organi. Il cuore trae la maggior parte dei suoi fabbisogni energetici dalla fosforilazione ossidativa dell'ADP e pertanto le cellule miocardiche sono particolarmente ricche in mitocondri i quali a loro volta, proprio nell'uomo sono molto ricchi in creste, ossia di quei siti morfologici degli enzimi della catena respiratoria che si trovano in numero maggiore rispetto ad altre sedi dell'organismo come il cervello, il fegato ed anche i muscoli scheletrici. Nel cuore il senso di molte reazioni è catabolico, il che significa rottura di legami ad alto contenuto energetico allo scopo di produrre substrati a basso potenziale. Le reazioni di sintesi come quelle delle proteine, del glicogeno dei trigliceridi, sono quantitativamente meno importanti, semmai hanno lo scopo di migliorare l'efficienza del lavoro del miocardio

Ruolo dell’Ubidecarenone
nelle malattie cardiovascolari

La letteratura ci ha proposto recentemente studi che hanno indagato a fondo le proprietà dell'ubidecarenone da cui è emerso il suo possibile impiego in alcune patologie di interesse cardiologico tra le quali l'insufficienza cardiaca 4. Questi studi si basano sul principio di utilizzare sostanze, normalmente presenti nell'organismo nell'intento di potenziare le reazioni metaboliche all'interno delle cellule. Il recupero e l'utilizzazione della energia a partire da vie metaboliche pre-esistenti rappresenta una parte importante dei normali processi riparativi che si verificano seguito dei danni che occorrono ad esempio durante le lesioni da ischemia - riperfusione. In tali situazioni la perdita dell'omeostasi ionica e dei depositi di energia, innesca e promuove quei danni cellulari strutturali che si verificano a seguito dell'accumulo di radicali liberi7,8 e del sovraccarico di calcio e sodio. Studi sperimentali su ratti 8 hanno dimostrato che durante stress ossidativi indotti a livello coronario da infusione di perossido di idrogeno (H2O2) si verifica una riduzione della contrattilità cardiaca associata ad un aumento della pressione telediastolica. L'effetto causato dall'accumulo di H2O2 si associa ad un disturbo della catena respiratoria al livello dei mitocondri, determinando un aumento della produzione dei radicali liberi e diluendo la capacità antiossidante degli enzimi nel miocardio. L'assunzione con gli alimenti di quote di Coenzima Q10 è in grado di combattere il cambiamento del metabolismo del miocardio in senso antiossidativo, ma soprattutto di determinare una diminuzione dell'effetto isotropo negativo dovuto al H2O2.
Il Coenzima Q10 rappresenterebbe così il mezzo per aumentare le resistenze del cuore allo stress ossidativo oltre ad avere di per sé un effetto indiretto antiossidante dovuto alla, per così dire, protezione nei confronti degli enzimi antiossidanti. Per questo le implicazioni cliniche ed emodinamiche del Coenzima Q10 sono rivolte per lo più alla cardiopatia ischemica e congestizia con effetti di miglioramento sulla classe funzionale NYHA e sulla tolleranza alla sforzo. 9 D'altra parte sappiamo che le lesioni cellulari in corso di ischemia riguardano non solo le zone direttamente infartuate, ma anche molte altre zone vicine ad esse nelle quali si crea una deplezione di energia. Questo ci fa capire come lo spettro di indagine e di applicazione di tale nuova metodica terapeutica possa essere pertanto particolarmente ampio e possa comprendere quindi quadri clinico - morfologici che vanno dalla” insufficienza cardiaca alla ipertrofia del miocardio”.
Il target della terapia metabolica, fino ad ora poco utilizzata, si realizza quindi attraverso due vie fondamentali:
1) fornire al tessuto substrati metabolici in quantità superiore a quella normalmente presente, in modo tale da indirizzare le reazioni enzimatiche nella direzione preferita, come accade nel caso dell'uso di soluzioni a base di glucosio ed insulina che aumentano la glicolisi al fine di produrre energia per le cellule 10.
2) Correggere gli eventuali difetti quantitativi assoluti o relativi di componenti cellulari come nel caso del Coenzima Q10 che è sostanzialmente ridotto nel miocardio di soggetti anziani o con insufficienza cardiaca.
Questo nuovo approccio terapeutico si basa pertanto sul principio della protezione metabolica dei tessuti, condizione che è emersa dalla evidenza dei risultati ottenuti in cardiochirurgia utilizzando le soluzioni di glucosio ed insulina dopo gli interventi chirurgici 11. È noto infatti che nell'immediato post operatorio si innalzano molto i valori degli ormoni adrenergici i quali oltre ad incrementare il danno tissutale in sé, creano una insulino- resistenza che, disturbando il metabolismo glucidico, partecipa alla riduzione del pool energetico globale e conseguentemente anche ai livelli di ADP e glicogeno. Vari esperimenti di laboratorio che hanno valutato l'effetto del ripristino dei livelli dei substrati metabolici alla normalità hanno incluso l'utilizzo di varie sostanze tra le quali anche il Co Q10 12 da solo o in aggiunta ad altre sostanze come i difosfati, il piruvato l'acido orotico ecc. Durante questi studi è stato dimostrato come il pretrattamento con Coenzima Q10 migliori il recupero funzionale cardiaco in ratti sia vecchi che giovani sottoposti a stress indotto dal pacing 13.
Recenti scoperte attribuiscono inoltre al Coenzima Q10 capacità protettive del miocardio valutate sia durante interventi chirurgici che nell'ambito di alcune cardiomiopatie pediatriche oltre ad avere effetti protettivi anche al livello endoteliale.

Possibile ruolo dell’Ubidecarenone
nel Cuore di Atleta

Fisiologia delle fibre miocardiche: morfologia e movimento
Gli inevitabili adattamenti morfologici e funzionali cardiaci che si verificano a seguito del costante esercizio fisico vengono riassunti nel concetto di “cuore d'atleta”. 14 L'apparato cardiocircolatorio, ed in particolare il cuore, rispondono al maggior carico di lavoro a seguito dell'allenamento muscolare, attraverso una serie di adattamenti morfologici caratterizzati in genere da un aumento simmetrico ed armonico dei diametri, degli spessori parietali delle camere cardiache. Tali parametri sono strettamente correlati all'intensità, durata,inizio e tipologia dell'esercizio fisico, ma sono anche dipendenti dal genotipo e quindi legati a fattori ereditari. Il miocita aumenta nel tempo le proprie di dimensioni, contribuendo così all'incremento della massa non potendo, per sue caratteristiche di finalità genetica, suddividersi.
Il termine “ipertrofia fisiologica”, che meglio definisce e riassume il concetto di “cuore di atleta “ si basa fondamentalmente su un effettivo aumento della sintesi proteica cellulare che nel caso del cuore degli sportivi interessa le proteine strutturali, enzimatiche, contrattili e regolatorie il trasporto del calcio. Ciò è dovuto ad un aumento del numero dei sarcomeri e dei mitocondri in assenza di stimoli nei confronti delle collagene. Al di là del fatto che comunque è possibile riscontrare comunemente due diverse tipologie e morfologiche cardiache negli atleti, caratterizzate l'una da una prevalenza delle dimensioni delle camere cardiache (ipertrofia eccentrica), l'altra da una prevalenza degli spessori (ipertrofia concentrica) 15, tuttavia è proprio la struttura elicoidale delle fibre ed il loro movimento “spiraliforme “che consente loro di far sì che il cuore si contragga milioni di volte in maniera emodinamicamente efficace e con relativo dispendio energetico. La contrazione cardiaca è quindi stata recentemente reinterpretata 16-17,18 alla luce di questi aspetti della fisiologia del comportamento delle fibre miocardiche in cui l 'ubidecarenone troverebbe spazio proprio come fattore potenziante la risposta contrattile durante esercizio fisico soprattutto grazie alle sue proprietà antiossidanti, 19 oltre che influenzare la tolleranza allo sforzo e capacità aerobica in atleti di endurance.
In realtà non sono disponibili al momento ulteriori studi che sostengano la ipotesi di vie metaboliche alternative favorite dal Coenzima Q10, sembra comunque dato uniforme e costante quello che l'uso della sostanza determini comunque un miglioramento della performance attualmente valutata nei vari studi come miglioramento della intensità di allenamento, senza peraltro produrre evidenti variazioni nel consumo di ossigeno. Si tratta di parametri quindi sicuramente oggettivabili, ma che non consentono ancora di chiarire fino in fondo tutti meccanismi di biologia molecolare coinvolti dal Coenzima Q10 soprattutto se si estende il raggio di interesse alla ipertrofia cardiaca la cui esatta definizione in termini morfologici desta ancora qualche dubbio.

Fig.1 molecola coenzima q10

Fig.2 La catena respiratoria

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