L'acido gastrico, noto anche come acido dello stomaco, è l'acido cloridrico, il principale costituente acido del succo gastrico, sintetizzato dalle cellule parietali all'interno delle ghiandole gastriche del rivestimento dello stomaco. Il pH gastrico umano varia tipicamente da uno a tre, un valore significativamente inferiore rispetto alla maggior parte delle altre specie animali, ma paragonabile a quello osservato nei carnivori carnivori, che richiede una solida difesa contro gli agenti patogeni ingeriti.
Questa elevata acidità conferisce all'acido gastrico una funzione protettiva cruciale contro gli agenti patogeni. Inoltre, è determinante nella digestione delle proteine attraverso l'attivazione degli enzimi digestivi, che idrolizzano collettivamente lunghe catene di aminoacidi. La produzione di acido gastrico è regolata con precisione da meccanismi di feedback, che aumentano la secrezione secondo necessità, ad esempio postprandialmente. Contemporaneamente, altre cellule gastriche generano bicarbonato, una base, per tamponare il fluido luminale, mantenendo così l’omeostasi del pH. Queste cellule secernono anche muco, formando una barriera protettiva viscosa che protegge lo stomaco dai danni indotti dagli acidi. Inoltre, il pancreas apporta notevoli quantità di bicarbonato, secernendolo attraverso il dotto pancreatico nel duodeno per neutralizzare l'acido gastrico che entra nel tratto digestivo.
La secrezione di acido gastrico rappresenta un processo fisiologico complesso e metabolicamente impegnativo. Le cellule parietali possiedono un'estesa rete secretiva, chiamata canalicoli, attraverso la quale l'acido cloridrico viene scaricato nel lume gastrico. Il pH luminale è meticolosamente regolato dalla pompa protonica H+/K+ ATPasi. Durante questo processo, le cellule parietali rilasciano bicarbonato nel flusso sanguigno, portando ad un aumento transitorio del pH del sangue, un fenomeno noto come marea alcalina.
Il succo gastrico comprende inoltre enzimi digestivi sintetizzati da altre cellule all'interno delle ghiandole gastriche, in particolare le cellule principali gastriche. Le cellule principali gastriche secernono pepsinogeno nella sua forma zimogena inattiva. Una volta entrato nel lume dello stomaco, l'acido gastrico catalizza l'attivazione di questo proenzima in pepsina.
Secrezione
Uno stomaco umano adulto secerne in genere circa 1,5 litri di succo gastrico al giorno. Il succo gastrico costituisce un composto di secrezioni delle ghiandole gastriche, comprendente l'acido cloridrico (acido gastrico) come componente principale, insieme alla lipasi gastrica e al pepsinogeno. All'interno dello stomaco, il pepsinogeno subisce la conversione da parte dell'acido gastrico nell'enzima digestivo attivo pepsina, aumentando così il contenuto enzimatico del succo gastrico. Il pH dell'acido gastrico umano varia da uno a tre, un valore notevolmente inferiore rispetto alla maggior parte delle altre specie animali, ma molto simile a quello dei carnivori carnivori, che richiedono una maggiore protezione contro gli agenti patogeni ingeriti.
La secrezione di acido gastrico procede attraverso un processo in più fasi. Gli ioni cloruro e idrogeno vengono secreti indipendentemente dal citoplasma delle cellule parietali e successivamente si combinano all'interno dei canalicoli. Questo processo stabilisce un potenziale transmembrana compreso tra -40 e -70 mV attraverso la membrana delle cellule parietali, facilitando la diffusione degli ioni potassio e di una minore quantità di ioni sodio dal citoplasma nei canalicoli delle cellule parietali. Successivamente, l'acido gastrico, insieme ad altre secrezioni ghiandolari, viene scaricato nella fossa gastrica per essere rilasciato definitivamente nel lume dello stomaco.
L'enzima anidrasi carbonica catalizza la reazione reversibile tra anidride carbonica e acqua, producendo acido carbonico. Questo acido carbonico si dissocia prontamente in ioni idrogeno e bicarbonato. Gli ioni idrogeno vengono quindi espulsi dalla cellula tramite pompe antiportatore ATPasi H+/K+.
Contemporaneamente, gli ioni sodio subiscono un riassorbimento attivo. Di conseguenza, la porzione predominante degli ioni K+ (potassio) e Na+ (sodio) secreti viene restituita al citoplasma. All'interno del canalicolo, gli ioni idrogeno e cloruro secreti si combinano e vengono successivamente scaricati nel lume della ghiandola ossintica.
La concentrazione massima di acido gastrico raggiunta all'interno dello stomaco, in particolare nei canalicoli, è 160 mM. Questa concentrazione è circa 3 milioni di volte maggiore di quella del sangue arterioso, eppure rimane quasi isotonica con gli altri fluidi corporei. Sebbene il pH più basso dell'acido secreto sia 0,8, subisce diluizione all'interno del lume dello stomaco, determinando un intervallo di pH compreso tra 1 e 3.
Una secrezione basale modesta e continua di acido gastrico, in genere inferiore a 10 mEq/ora, si verifica a livello interprandiale.
La secrezione di acido gastrico è caratterizzata da tre fasi distinte, ciascuna delle quali contribuisce ad un aumento del tasso di secrezione per la digestione di un pasto:
- La fase cefalica rappresenta circa il trenta per cento della secrezione acida gastrica totale, stimolata dall'anticipazione del consumo del cibo, nonché dal suo odore o sapore. Questa segnalazione proviene da centri cerebrali superiori e viene trasmessa attraverso il nervo vago (nervo cranico X). Il nervo vago attiva le cellule parietali per secernere acido e le cellule enterocromaffini (ECL) per rilasciare istamina. Inoltre, il nervo vago (CN X) rilascia il peptide di rilascio della gastrina sulle cellule G e inibisce la secrezione di somatostatina dalle cellule D.
- Durante la fase gastrica, viene secreto circa il sessanta per cento dell'acido totale necessario per un pasto. La secrezione acida gastrica è stimolata dalla distensione dello stomaco e dalla presenza di aminoacidi nel cibo ingerito.
- La fase intestinale contribuisce al restante 10% della secrezione acida, che avviene all'ingresso del chimo nell'intestino tenue. Questa secrezione è stimolata dalla distensione dell'intestino tenue e dalla presenza di aminoacidi. Le cellule duodenali rilasciano enterossintina, che influenza direttamente le cellule parietali senza influire sui livelli di gastrina.
Regolamento della secrezione
La produzione di acido gastrico è meticolosamente regolata dal sistema nervoso autonomo e da vari ormoni. Il sistema nervoso parasimpatico, principalmente attraverso il nervo vago, e l’ormone gastrina stimolano entrambi le cellule parietali a produrre acido gastrico. Questa stimolazione avviene direttamente sulle cellule parietali e indirettamente promuovendo la secrezione di istamina da parte delle cellule enterocromaffini (ECL). Al contrario, il peptide intestinale vasoattivo, la colecistochinina e la secretina esercitano tutti effetti inibitori sulla produzione di acido gastrico.
La produzione di acido gastrico all'interno dello stomaco è controllata precisamente sia da regolatori positivi che da meccanismi di feedback negativo. Questo intricato processo coinvolge quattro tipi di cellule primarie: cellule parietali, cellule G, cellule D e cellule enterocromaffini. Inoltre, le terminazioni del nervo vago (CN X) e il plesso nervoso intramurale all'interno del tratto digestivo influenzano in modo significativo l'attività secretoria.
Le terminazioni del nervo gastrico rilasciano due neurotrasmettitori stimolatori: acetilcolina e peptide di rilascio della gastrina. Queste sostanze agiscono direttamente sulle cellule parietali e indirettamente mediando la secrezione di gastrina dalle cellule G e di istamina dalle cellule enterocromaffini. La gastrina stessa esercita effetti sia diretti che indiretti sulle cellule parietali, in parte stimolando il rilascio di istamina.
Il rilascio di istamina rappresenta il meccanismo di regolazione positiva più cruciale per la secrezione di acido gastrico nello stomaco. La sua secrezione è stimolata dalla gastrina e dall'acetilcolina, mentre la somatostatina ne inibisce il rilascio.
Neutralizzazione
All'interno del duodeno, l'acido gastrico subisce la neutralizzazione da parte del bicarbonato. Questo processo inattiva contemporaneamente gli enzimi gastrici che funzionano in modo ottimale all'interno di un intervallo di pH acido. La secrezione pancreatica di bicarbonato è stimolata dalla secretina, un ormone polipeptidico attivato e rilasciato dalle cellule S della mucosa duodenale e digiunale quando il pH duodenale scende al di sotto di 4,5-5,0. La reazione di neutralizzazione è rappresentata dalla seguente equazione:
- HCl + NaHCO3 → NaCl + H2CO§45§
L'acido carbonico si equilibra rapidamente con l'anidride carbonica e l'acqua, un processo catalizzato dagli enzimi dell'anidrasi carbonica situati sul rivestimento epiteliale dell'intestino. Questa reazione determina un rilascio netto di anidride carbonica nel lume durante la neutralizzazione. Nelle regioni assorbenti dell'intestino superiore, come il duodeno, sia l'anidride carbonica disciolta che l'acido carbonico tendono ad equilibrarsi con il flusso sanguigno, provocando l'espulsione della maggior parte del gas generato durante la neutralizzazione attraverso i polmoni.
Significato clinico
La malattia da reflusso gastroesofageo (GERD) è una condizione prevalente caratterizzata dal flusso ricorrente all'indietro di acido gastrico nell'esofago. Questo reflusso acido, comunemente noto come bruciore di stomaco, può irritare il rivestimento esofageo. La maggior parte degli individui può gestire i sintomi della GERD attraverso modifiche dello stile di vita e interventi farmacologici, in particolare inibitori della pompa protonica e bloccanti H2. Gli antiacidi possono anche essere impiegati per neutralizzare l’acido gastrico. In alcuni casi, può essere necessario un intervento chirurgico per alleviare i sintomi.
L'infiammazione persistente della mucosa gastrica può progredire fino alla gastrite atrofica, che successivamente diminuisce la secrezione acida gastrica e porta a complicazioni digestive associate.
Ipocloridria e acloridria si riferiscono a condizioni in cui i livelli di acido gastrico sono rispettivamente bassi o del tutto assenti. Questi stati possono potenzialmente compromettere la difesa dell'organismo contro gli agenti patogeni ingeriti, inclusi i batteri Vibrio o Helicobacter.
La sindrome di Zollinger-Ellison è caratterizzata da livelli elevati di gastrina, che di conseguenza stimolano un'eccessiva produzione di acido gastrico, spesso con conseguente formazione di ulcere gastriche. Allo stesso modo, l'ipercalcemia può anche portare ad un aumento della gastrina e della secrezione acida gastrica, contribuendo così allo sviluppo dell'ulcera.
Condizioni che comportano vomito grave o prolungato possono precipitare l'alcalosi metabolica ipocloremica, uno stato definito da una ridotta acidità del sangue dovuta all'esaurimento degli ioni H+ e del cloruro.
Storia
Il ruolo fondamentale dell'acido gastrico nel processo digestivo fu definitivamente stabilito durante gli anni '20 e '30 dell'Ottocento attraverso il lavoro pionieristico di William Beaumont. Le sue osservazioni sono state condotte su Alexis St. Martin, un paziente che, a seguito di una lesione accidentale, ha sviluppato una fistola gastrica. Questa condizione unica ha permesso a Beaumont di osservare direttamente la digestione e di estrarre l'acido gastrico, confermando così la sua funzione indispensabile nel sistema digestivo.
Scoperta e sviluppo di inibitori della pompa protonica
- Scoperta e sviluppo di inibitori della pompa protonica
Riferimenti
La cellula parietale: meccanismo di secrezione acida; Università statale del Colorado. Archiviato il 2 maggio 2021 in Internet Archive.
- La cellula parietale: meccanismo di secrezione acida; Colorado State University Archiviato il 02/05/2021 in Internet Archive