Carotenoidi per prevenire l’invecchiamento cellulare

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Nonostante un aumento dell’aspettativa di vita che indica uno sviluppo umano positivo, sta sorgendo una nuova sfida.

L’invecchiamento è associato alla degenerazione biologica: ne sono esempi il declino cognitivo, il deterioramento psicologico e la fragilità fisica.

La popolazione anziana è soggetta allo stress ossidativo a causa dell ‘inefficienza fisiologica dei suoi sistemi antiossidanti endogeni.

Poiché molti studi hanno dimostrato una relazione inversa tra carotenoidi e malattie legate all’età (ARD) riducendo lo stress ossidativo, interrompendo la propagazione dei radicali liberi, i carotenoidi potrebbero rappresentare un potenziale intervento per patologie associate all’età.

Le specie reattive dell’ossigeno (ROS) sono generate continuamente nel normale metabolismo aerobico come sottoprodotto; tuttavia, quando la quantità è elevata, sotto stress, può causare potenziali danni biologici.

Lo stress ossidativo emerge da uno squilibrio di molecole pro-e/o antiossidanti, essendo caratterizzato dalla diminuzione della capacità dei sistemi endogeni di combattere un attacco ossidativo e successivamente portando a danni molecolari e cellulari.

Lo stress ossidativo è stato riconosciuto come la principale causa per la fisiopatologia e patogenesi di ARD quali le sindromi metaboliche, aterosclerosi, osteoporosi, obesità, demenza, diabete, cancro e artrite.

Le ARD sono diventate le minacce sanitarie più comuni negli ultimi decenni. Le ARD sono state collegate a cambiamenti strutturali nei mitocondri, accompagnati da un’alterazione delle proprietà biofisiche della membrana, come ridotta fluidità e alterata attività della catena di trasporto di elettroni, che a loro volta contribuiscono al fallimento mitocondriale e a squilibrio energetico.

Questa perturbazione altera la funzione mitocondriale e l’omeostasi cellulare e aumenta la suscettibilità allo stress ossidativo.

La popolazione anziana è suscettibile allo stress ossidativo a causa dell’inefficienza dei loro sistemi antiossidanti endogeni.

Una progressione irreversibile del decadimento ossidativo dovuta al ROS provoca anche un impatto negativo sulla biologia dell’invecchiamento, come la riduzione della durata della vita, l’aumento dell’incidenza della malattia e la compromissione delle funzioni fisiologiche.

Diversi organi, ad esempio il cuore e il cervello, con un alto consumo di ossigeno e un tasso di rigenerazione limitato sono vulnerabili a questi fenomeni, suggerendo l’alta prevalenza di disturbi neurologici e malattie cardiovascolari (CVD) nelle popolazioni anziane.

L’aumento del ROS è stato collegato alla progressione e all’insorgenza dell’invecchiamento.

Molti studi sottolineano che i carotenoidi possono diminuire lo stress ossidativo e la progressione di ARD.

Il licopene, un carotenoide che si trova abbondantemente nei pomodori, è una fonte di antiossidante molto importante.

Uno studio ha dimostrato una relazione inversa tra l’ assunzione di licopene e la malattia cardiovascolare (CVD) Questo effetto favorevole potrebbe essere attribuito alla diminuzione della risposta infiammatoria e del livello di colesterolo, così come la ridotta ossidazione delle biomolecole. Oltre a CVD, diversi studi hanno anche scoperto che il consumo di frutta e verdura ricca di carotenoidi può prevenire tumori come quelli alla prostata e all’utero.

Carotenoidi

I carotenoidi sono una famiglia di composti pigmentati organici naturali che sono prodotti dai funghi, diversi batteri e da alghe e piante.

In particolare, l’afide dei piselli rossi (Acyrthosiphon pisum) e l’acaro ragno (Tetranychus urticae) sono gli unici animali che producono carotenoidi dai funghi attraverso il trasferimento genico. Nelle piante, i carotenoidi contribuiscono alla macchina fotosintetica e li proteggono dai danni da fotoesposizione.

Generalmente, i carotenoidi assorbono lunghezze d’onda tra 400 e 550 nanometri, e quindi i composti sono presenti nel colore rosso, arancione o giallo.

Quasi 600 carotenoidi sono stati identificati in natura e modulano un ampio spettro di funzioni.

Tuttavia, solo circa 50 carotenoidi si trovano nella dieta umana tipica, mentre circa 20 carotenoidi sono presenti nei tessuti umani e nel sangue. I carotenoidi sono classificati in due gruppi, cioè xantofille e caroteni, secondo i loro costituenti chimici.

I derivati ossigenati sono conosciuti come xantofille; mentre solo gli idrocarburi carotenoidi (licopene, β-carotene e α-carotene) sono chiamati caroteni.

Inoltre, i gruppi di aldeidi (β-citraurin), i gruppi di epossido (neoxantina, antheraxantina e violaxantina), i gruppi oxo/Keto (canthaxanthin ed echinenone) e i sostituenti di ossigeno (zeaxantina e luteina) sono classificati come xantofille complesse.

In particolare, la maggior parte dei carotenoidi sono tetraterpenoidi, contenenti 40 atomi di carbonio e derivati da otto molecole isoprene.

A causa della presenza del sistema coniugato ricco di elettroni della struttura del poliene, i carotenoidi sono scavengers di radicali liberi intrappolando i radicali perossidi e estinguendo l’ossigeno singoletto. Infatti, il doppio legame coniugato è fondamentale per il corretto funzionamento dei carotenoidi, ad esempio nell’assorbimento della luce per gli organismi fotosintetici.

Fonti dietetiche

I carotenoidi si trovano abbondantemente in frutta e verdura profondamente pigmentate, per esempio verdure e frutta di colore giallo-arancio sono ricchi di β-carotene e α-carotene. Mentre, α-cryptoxantina, licopene, e luteina si trovano in frutta arancione, pomodori e verdure verde scuro, rispettivamente.

Il tuorlo d’uovo è una fonte altamente biodisponibile di zeaxantina e luteina. La natura insatura dei carotenoidi li rende inclini all’ossidazione.

Altri fattori come il pH, la luce e la temperatura possono influenzare anche il colore e il valore nutrizionale degli alimenti.

Alcuni metodi di cottura domestici comuni, ad esempio ebollizione, cottura a vapore e cucina a microonde, non modificano sensibilmente l’estensione del contenuto di carotenoidi negli alimenti. Tuttavia, il calore estremo può causare danni ossidativi ai carotenoidi

Metabolismo e biodisponibilità

Ci sono diversi fattori che influenzano l’assorbimento dei carotenoidi, la biodisponibilità, ripartizione, trasporto, e lo stoccaggio.

Ad esempio, l’assunzione dietetica di grassi (sotto forma di condimento per insalata, olio da cucina come l’ olio extravergine di oliva o uovo intero) nello stesso pasto con il consumo di carotenoidi (verdure cotte o insalata di verdure crude) aumenta efficacemente l’ assorbimento di alcuni carotenoidi .

Fibre dietetiche vegetali, ad esempio gomma di guar e pectina, diminuiscono l’assorbimento del carotenoide.

Sebbene il calore riduca il contenuto di carotenoidi, la biodisponibilità ne viene migliorata rispetto allo stato crudo.

I dati hanno indicato che quasi il 5% dei carotenoidi (verdure intere, crude) viene assorbito dall’intestino mentre fino al 50% del carotenoide viene assorbito dalle soluzioni micellari.

Questa constatazione implica che la forma fisica dei carotenoidi presenti nelle cellule mucose intestinali è di vitale importanza.

Molti studi hanno rivelato che il trattamento termico aumenta la bioaccessibilità dei carotenoidi e ne migliora l’assorbimento a causa dell’allentamento del legame e dell’interruzione delle pareti cellulari. Essi vengono assorbiti nelle cellule mucose gastrointestinali e rimangono invariati nei tessuti e in circolo.

Nell’intestino, i carotenoidi vengono assorbiti attraverso la diffusione passiva dopo essere stati incorporati nelle micelle formate dall’acido biliare e dal grasso dietetico.

Successivamente, questi carotenoidi micellari sono incorporati nei chilomicroni e rilasciati nel sistema linfatico. In definitiva, si legano con la lipoproteina al fegato e vengono rilasciati nel flusso sanguigno

I carotenoidi sono prevalentemente accumulati nel tessuto adiposo e nel fegato; mentre nel tessuto del tronco cerebrale, la concentrazione di carotenoidi è inferiore al limite di rilevazione.

Altri fattori come il sesso, l’invecchiamento, lo stato nutrizionale, il fattore genetico e l’infezione possono influenzare anche la biodisponibilità dei carotenoidi.

È stato dimostrato che qualsiasi malattia con un assorbimento anomalo del grasso dal tratto digestivo altera notevolmente l’incorporazione di carotenoidi. Inoltre, è stata trovata un’interazione con farmaci come l’aspirina e le sulfonamidi che riducono la biodisponibilità del β-carotene

L’invecchiamento è caratterizzato da una progressiva perdita e declino dei tessuti e dei sistemi di organi.

Il tasso di degenerazione varia da individuo a individuo e dipende fortemente dalla genetica e dai fattori ambientali, ad esempio esercizio fisico, radiazioni ionizzanti, esposizione a sostanze inquinanti e dieta.

In generale, i cambiamenti fisiologici dell’invecchiamento si dividono in tre gruppi che includono: cambiamenti nei meccanismi omeostatici cellulari, come il volume del fluido extracellulare, il sangue e la temperatura corporea; una diminuzione della massa d’organo; e la perdita e il declino della riserva funzionale del sistema corporeo.

La perdita della riserva funzionale può compromettere la capacità di un individuo di affrontare sfide esterne, ad esempio traumi e interventi chirurgici.

L’invecchiamento cardiovascolare attenua l’efficienza contrattile e meccanica.

I cambiamenti specifici includono un aumento del tono della muscolatura liscia, la promozione dell’attività collagenolitica ed elastolitica e l’ispessimento delle pareti arteriose. Successivamente, i vasi si irrigidiscono progressivamente con l’età e contribuiscono all’aumento della pressione arteriosa sistolica e aumentano il postcarico cardiaco e la resistenza vascolare sistemica.

Questo fenomeno si manifesta come ipertensione sistolica isolata, in cui il ventricolo sinistro deve lavorare di più per espellere il sangue nell’aorta più rigida, e quindi aumentare il carico di lavoro e contribuire all’ipertrofia ventricolare sinistra. L’ipertrofia dei miociti in risposta all’aumento del postcarico può favorire il tempo di contrazione e il ciclo cardiaco. Il rilassamento ventricolare viene ritardato al momento dell’apertura della valvola mitrale e porta a disfunzione diastolica.

Inoltre, il tasso di riempimento diastolico precoce è anche diminuito con l’età e parzialmente compensato da un elevato tasso di riempimento diastolico tardivo. L’invecchiamento è anche legato alla riduzione della gittata cardiaca a fronte di cadute della pressione arteriosa.

Nel contesto del sistema nervoso centrale, l’invecchiamento riduce la densità neurale, rappresentando circa il 30% della perdita di massa cerebrale all’età di 80 anni, in gran parte grigia.

L’invecchiamento è legato a una riduzione dei neurotrasmettitori centrali come l’acetilcolina, la serotonina e la catecolamina. Inoltre, possono ridursi i trasportatori di assunzione di dopamina e i siti di legame γ-aminobutirrico, β-adrenergico, α2-adrenergico e corticale serotoninergico. Tutti questi cambiamenti possono ridurre la velocità della memoria e l’elaborazione.

Il più grande cambiamento nella fisiologia gastrointestinale che influenza la biodisponibilità dei nutrienti è la gastrite atrofica, che si presenta in quasi il 20% della popolazione anziana.

È stato dimostrato che un leggero calo della secrezione di pepsina e acido cloridrico si verifica con l’avanzare dell’età. L’assorbimento di nutrienti è influenzato dalle condizioni di acido nello stomaco.

Le evidenze della ricerca hanno rivelato che l’invecchiamento è associato al declino, associato all’età, di alcune sostanze assorbite da meccanismi attivi come la vitamina B12, il β-carotene, il ferro e il calcio. La digestione di vitamina B12 avviene in presenza di pepsina e acido. Se l’acido dello stomaco è scarso, la digestione della vitamina B12 non può aver luogo in modo efficace. Oltre agli effetti sopra menzionati, l’invecchiamento può ridurre il numero di fibroblasti e cheratinociti, diminuire il turnover cellulare epidermico e compromettere la funzione barriera . Inoltre, l’invecchiamento può anche ridurre la rete vascolare come le ghiandole e i bulbi tondeggianti (atrofia cutanea e fibrosi). In particolare, gli anziani sono suscettibili ai cambiamenti nella funzione cutanea a causa della riduzione della sintesi di vitamina D. Questi cambiamenti aumentano la loro suscettibilità alle lesioni della pelle come lacerazione della pelle e ulcera da pressione
L’antiossidante svolge un ruolo predominante nella cessazione delle reazioni a catena ossidativa interrompendo gli intermedi dei radicali liberi. I carotenoidi sono conosciuti come neutralizzatori di ossigeno singoletto fisico e chimico altamente efficaci e potenti scavenger di ROS. Studi affermano che ad esempio l’attività antiossidante del licopene è superiore all’α-tocoferolo e al β-carotene.

La menomazione visiva è diventata la seconda causa più comune di convivenza con disabilità.
La retinopatia diabetica, il glaucoma, la cataratta e la degenerazione maculare senile (AMD) sono le cause più comuni di perdita della vista tra gli anziani. Lo sviluppo di AMD non è dovuto solo al fattore età, altri fattori, come la dieta, lo stress ossidativo e il fumo, possono aumentare il rischio.
Un’esposizione prolungata alla luce blu emessa da lampadine ad alta efficienza energetica ed elettronica aumenta il danno alla retina.
L’AMD è la causa predominante della cecità tra gli anziani di età pari o superiore a 75 anni nei paesi sviluppati.
Cellule post-mitotiche non proliferative comprendenti cellule epiteliali del pigmento retinico e fotorecettori sono particolarmente sensibili al danno ossidativo a causa dell’assenza di sistemi di rilevamento del danno del DNA rispetto ad altre cellule.

Nel contesto della cataratta, la terapia con zeaxantina e luteina ha fornito risultati benefici significativi. La zeaxantina / luteina (2 mg / 10 mg) ha ridotto significativamente il rischio di un intervento chirurgico alla cataratta. Inoltre, l’AMD è inversamente correlata con l’assunzione di una dieta ricca di carotenoidi (5-10 mg / die) rispetto a quegli individui che raramente o mai consumano carotenoidi.

I carotenoidi sono agenti protettivi per la vista dell’occhio e sono classificati come provitamina A.

Due carotenoidi alimentari, vale a dire zeaxantina e luteina, sono pigmenti maculari trovati nella retina umana.

I pigmenti maculari esercitano proprietà antiossidanti, che possono assorbire lunghezze d’onda corte e luce blu ad alta energia, e successivamente proteggere la retina dal danno fotochimico.

Questo pigmento può proteggere dalla perossidazione indotta da UV e neutralizzare ROS. Inoltre, la carenza di vitamina A può anche portare alla cecità permanente chiamata xeroftalmia. L’integrazione con carotenoidi come zeaxantina (2 mg / giorno / anno) e luteina (10-20 mg / die / anno) può aumentare i livelli di densità ottica del pigmento maculare.

Diversi studi hanno anche dimostrato che la zeaxantina / luteina (2 mg / 10 mg / giorno / anno) può migliorare le prestazioni visive come il recupero da fotostress, la tolleranza al riverbero e la sensibilità al contrasto.

La demenza è una malattia neurodegenerativa cronica e progressiva in cui si verifica un deterioramento del comportamento, del pensiero, della memoria e della capacità di svolgere attività quotidiane. La demenza è diventata una delle principali cause di disabilità e dipendenza tra le persone anziane e contribuisce a circa il 60% dei casi totali.

Si prevede che entro il 2050 ci saranno 152 milioni di casi di demenza nei paesi a basso e medio reddito. Il morbo di Alzheimer è la forma più comune di demenza e rappresenta circa il 60-70% dei casi.

Studi hanno dimostrato che la concentrazione di carotenoidi è passivamente associata alle prestazioni cognitive.

Uno studio condotto su individui sani ha suggerito che l’integrazione per 12 mesi con luteina (10 mg / die), zeaxantina (2 mg / die) e meso-zeaxantina (10 mg / die) ha migliorato la memoria rispetto al gruppo di controllo placebo. E’ stato anche dimostrato che i carotenoidi (16 mg / die per 26 giorni) sono inversamente associati a marcatori infiammatori, ad esempio interleuchina (IL) -1β e il fattore di necrosi tumorale-a (TNF-α)

Pertanto, il controllo dell’infiammazione sistemica potrebbe essere uno strumento mirato per la prevenzione dell’ARD. Molte informazioni indicano che i carotenoidi possono limitare il danno neuronale da radicali liberi, che è potenzialmente utilizzato come fattore di rischio modificabile per il declino cognitivo.

I carotenoidi ritardano la progressione delle malattie neurodegenerative attraverso diversi percorsi, ad esempio sopprimono le citochine pro-infiammatorie.
Alti livelli sierici di carotenoidi come licopene, zeaxantina e luteina sono in grado di ridurre la mortalità dovuta a malattia di Alzheimer e svolgono un ruolo significativo nel ritardare la progressione della malattia neurodegenerativa.

Secondo l’Organizzazione mondiale della Sanità, quasi 17,9 milioni di persone muoiono di CVD (malattie cardio vascolari) che rappresentano il 31% di tutti i decessi nel mondo.
Circa l’85% di tutti i decessi per CVD è dovuto a ictus e infarti.

Le CVD includono la malattia dei vasi sanguigni e del cuore, la cardiopatia reumatica e la malattia coronarica. L’implicazione dei carotenoidi contro la fisiopatologia della CVD è stata ampiamente studiata in modelli sia in vivo che in vitro. Le proprietà antinfiammatorie e antiossidanti della luteina riducono il rischio di malattia coronarica e CVD nella popolazione anziana. Il consumo di luteina (un uovo sodo bollito al giorno per 4 settimane) ha dimostrato di ridurre la lipoproteina a bassa densità ossidata (LDL), e questo implica che la luteina possa prevenire lo sviluppo di aterosclerosi. Elevati livelli plasmatici di luteina possono proteggere il miocardio dalla lesione da ischemia diminuendo lo stress ossidativo e l’apoptosi.

Il cancro rappresenta la seconda causa di morte più comune in tutto il mondo, con quasi 9,6 milioni di morti e 18,1 milioni di nuovi casi nel 2018.

Le ricerche suggeriscono che il 30-50% delle morti per cancro potrebbe essere prevenuto modificando i principali fattori di rischio, ad esempio facendo regolarmente esercizio fisico, mantenendo un peso corporeo sano, riducendo il consumo di alcol ed evitando il tabacco.

È stato riportato che i carotenoidi riducono il rischio di alcuni tumori come quelli del colon ,della prostata e al polmone.

Nei pazienti, di età compresa tra 64 e 75 anni, è stato dimostrato che un’elevata assunzione di carote, pomodori e licopene riducono il rischio di cancro alla prostata rispetto a quelli con basso consumo di carota, pomodori e licopene.

Il ruolo preventivo dei carotenoidi contro il cancro potrebbe essere attribuito alla loro attività antiossidante. Infatti, la capacità antitumorale dei carotenoidi come il licopene viene espletata attraverso diversi meccanismi come l’apoptosi, l’arresto del ciclo cellulare, gli enzimi disintossicanti di fase II e la segnalazione del fattore di crescita.

Tuttavia, è stato scoperto che i fumatori che hanno integrato la dieta con β-carotene (20 mg / die per 5-8 anni) hanno registrato un aumento dell’incidenza del cancro polmonare e questi risultati non erano associati al livello di nicotina o di catrame delle sigarette fumate, il che suggerisce che tutti i fumatori dovrebbero continuare ad evitare la supplementazione di β-carotene.

L’effetto dannoso dell’integrazione di β-carotene nei fumatori potrebbe essere dovuto all’instabilità della molecola di β-carotene nei polmoni dopo l’esposizione al fumo di sigaretta. I metaboliti beta-carotene ossidati riducono i livelli di acido retinoico e quindi migliorano la carcinogenesi polmonare.

Il diabete mellito è una malattia cronica dovuta alla carenza o inefficacia del pancreas a produrre insulina.

La prevalenza del diabete è passata da 108 milioni nel 1980 a 422 milioni nel 2014. Quasi 1,6 milioni di persone nel mondo sono morte a causa del diabete nel 2016. Il diabete di tipo 2 è la forma più comune della malattia e rappresenta circa il 90% di tutti i casi di diabete mellito in tutto il mondo.

Il diabete mellito è una malattia progressiva, accompagnata da complicazioni che includono danni macroscopici e microvascolari, neuropatia, retinopatia e nefropatia. Lo stress ossidativo è stato riconosciuto come un fattore di rischio chiave nello sviluppo del diabete.

Diversi fattori di rischio come l’invecchiamento, l’obesità e l’apporto alimentare non sano, contribuiscono tutti a un ambiente ossidativo e successivamente alterano la sensibilità all’insulina attraverso l’alterazione della tolleranza al glucosio o promuovono l’insulino-resistenza. L’iperglicemia è comunemente correlata al diabete e porta alla progressione e ad un ambiente ossidativo generale. Un carotenoide comune, l’astaxantina, è un potente antiossidante per la prevenzione e il trattamento del diabete.
Un altro carotenoide comune, la fucoxantina potrebbe prevenire il diabete mellito.

L’astaxantina potrebbe esercitare un ruolo importante invece nella prevenzione della nefropatia diabetica.

L’osteoporosi è la più comune malattia ossea metabolica, caratterizzata da bassa massa ossea e aumento della fragilità ossea.

L’osteoporosi è diventata un’epidemia globale, causando oltre 8,9 milioni di fratture ogni anno nel mondo. Circa il 75% delle fratture distali dell’avambraccio, della colonna vertebrale e dell’anca si verificano in pazienti di età pari o superiore a 65 anni.

L’osteoclastogenesi e l’apoptosi degli osteociti e degli osteoblasti sono accelerate con la presenza di stress ossidativo e successivamente portano al riassorbimento osseo. Un’elevata assunzione di β-carotene, β-criptoxantina e luteina / zeaxantina riduce il rischio di frattura dell’anca nella popolazione di mezza età e anziana. Inoltre, studi epidemiologici hanno anche rilevato che un apporto dietetico di carotenoidi può ridurre il rischio di osteoporosi e migliorare la densità minerale ossea.

In una dieta ben bilanciata, l’assunzione di carotenoidi, come la luteina, è sufficiente per mantenere la salute. Tuttavia, è necessaria un’integrazione nei casi di malattia cronica o inadeguato assorbimento di carotenoidi

L’uso di luteina è sicuro senza esiti teratogeni e mutageni. Tuttavia è stato stabilito un limite di sicurezza per il consumo giornaliero di luteina pari a 2 mg / kg. Dosi elevate potrebbero causare ingiallimento della pelle (carotenodermia).

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BIBLIOGRAFIA/SITOGRAFIA:
“Carotenoids: How Effective Are They to Prevent Age-Related Diseases?”
Bee Ling Tan and Mohd Esa Norhaizan

 

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