Alkalizacja – ważny i niedoceniany element współczesnego postępowania dietetycznego

Terminologia dotycząca kwasicy eubikarbonatemicznej nie jest jednoznaczna. Definiuje się ją jako zaburzenie równowagi kwasowo-zasadowej, wynikające głównie ze stosowania diety bogatobiałkowej, starszego wieku oraz łagodnego pogorszenia czynności nerek. W takim przypadku organizm jest nadmiernie obciążony ładunkiem jonów wodorowych – H⁺ (protonów), ale w wyniku procesów kompensacyjnych (głównie ze strony kości i nerek) nie dochodzi do obniżenia stężenia wodorowęglanów we krwi poniżej normy. W piśmiennictwie anglojęzycznym opisywana jest jako: Eubicarbonatmic Metabolic Acidosis, Latent Acidosis, Acid Retention (Net Acid Balance = Net Endogenous Acid Production – Net Renal Acid Excretion). Sens tego zaburzenia dobrze oddaje określenie acid retention, tzn. retencja kwasów, która jest różnicą pomiędzy wytwarzaniem kwasów w organizmie a jego wydalaniem.

Podstawy biochemiczne

Według Brönsteda kwasami są cząsteczki będące donatorami jonów H⁺, a zasadami cząsteczki mające zdolność ich wiązania. Podstawowe prawa rządzące równowagą kwasowo-zasadową to prawo elektroobojętności, izojonii, izohydrii i izoosmii [11]. Fizjologiczne pH płynu pozakomórkowego 7,35–7,45 (co odpowiada stężeniu jonów wodorowych 35–45 nmol/l) nie jest wprawdzie optymalne dla wszystkich enzymów, ale zapewnia prawidłową koordynację wielu procesów biochemicznych niezbędnych do życia [20]. Zakres pH umożliwiający procesy życiowe mieści się w przedziale 6,8–7,8 (stężenie jonów wodorowych 16–160 nmol/l) [19]. Stałe stężenie jonów H⁺ we krwi (izohydria) jest utrzymywane głównie dzięki pracy nerek, płuc oraz buforów pełnej krwi: wodorowęglanowego – 53%, hemoglobinowego – 35%, białczanowego – 7% i fosforanowego – 5%) [20].

Najważniejsze narządy zaangażowane w ich neutralizację to płuca oraz nerki. Przez płuca usuwany jest dwutlenek węgla (kompensacja oddechowa zaburzeń metabolicznych), a rola nerek w regulacji gospodarki kwasowo-zasadowej polega na: 1) resorpcji zwrotnej wodorowęglanów, 2) regeneracji zużytych wodorowęglanów w procesie tworzenia kwaśności miareczkowej i amoniogenezy, 3) generacji jonu wodorowęglanowego z kwasu cytrynowego wchłanianego w cewce proksymalnej, 4) eliminacji wolnych jonów wodorowych [10]. Inne narządy zaangażowane w utrzymanie izohydrii to wątroba, w której jony NH₄⁺ są wykorzystywane do syntezy mocznika [11], przewód pokarmowy (regeneracja HCO₃^- w komórkach okładzinowych żołądka [13] i wchłanianie HCO₃^- z pożywienia). Ważnym narządem zaangażowanym w utrzymanie izohydrii są też kości będące dużym rezerwuarem zasad [11].

Współczesna dieta jest zakwaszająca?

Prawdziwym wyzwaniem dla dietetyków jest utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej w organizmie. Główną przyczyną przewlekłego zakwaszenia jest nieprawidłowe odżywianie. Współczesna dieta, określana też mianem diety zachodniej dostarcza organizmowi nieporównywalnie więcej „kwaśnych” jonów H⁺ niż zasadowych HCO₃^-. Typowa dieta zachodnia (bogatobiałkowa i uboga w warzywa i owoce) dostarcza ok. 50–100 mEq jonów wodorowych (protonów). Organizm wytwarza jony HCO₃^- w wyniku metabolizmu soli potasowych kwasów organicznych (np. cytrynian potasu), natomiast jony H⁺ powstają jako produkt końcowy przemiany aminokwasów, fosfolipidów, glukozy, kwasów tłuszczowych oraz metabolitów cyklu Krebsa [11, 20]. Można więc powiedzieć, że zakwaszenie powstaje wskutek wytwarzania energii w organizmie. Metabolizm związków bogatoenergetycznych, takich jak ATP i ADP, oraz przekaźników sygnałowych cAMP i cGMP skutkuje także wytwarzaniem kwasów [14]. Główną winę za ten fakt ponosi ewolucja. Z natury człowiek jest zbieraczem i myśliwym, a jego metabolizm jest w dalszym ciągu dostosowany do czasów ery paleolitycznej. Sebastian i wsp. przeanalizowali 159 różnych diet naszych przodków z czasów prehistorycznych [22]. Wykazano, że znaczna większość tych diet dostarczała więcej związków zasadowych niż kwaśnych (endogenne wytwarzanie kwasów 88±82 meq/dzień).

Wytwarzanie energii

Proces wytwarzania energii w mitochondriach jest związany z oksydacyjną fosforylacją, w wyniku której powstaje ATP. Proces ten zależy od gradientu protonów pomiędzy macierzą mitochondriów a cytoplazmą komórki. W przypadku zakwaszenia jony wodorowe są absorbowane przez komórkę i wymieniane na jony potasowe. W związku z tym stężenie jonów H⁺ w cytoplazmie się zwiększa, a gradient protonowy zmniejsza. W wyniku tego procesu dochodzi do upośledzenia wytwarzania energii w komórce [6]. Podobne zjawisko ma miejsce w przypadku zmniejszenia przenikania protonów przez błonę mitochondriów, w wyniku czego gradient protonowy maleje i wytwarzanie energii jest mniejsze. Może być to przyczyną otyłości opornej na leczenie dietetyczne [9]. Berkemeyer przedstawiła w 2009 roku hipotezę, w której opisała wielokierunkowe działanie kwasicy utajonej. Zaburzenia te prowadzą do zmniejszonego wydzielania hormonów tarczycy i w konsekwencji insulinopodobnego czynnika wzrostu 1 (IGF1 – insulin like growth factor) oraz hormonu wzrostu, obniżonego wytwarzania energii w mitochondriach, a także do katabolizmu białek. Konsekwencją tych zaburzeń są: obniżona termogeneza, mniejsza kurczliwość serca, kwasica mleczanowa oraz aktywacja wolnych rodników. Następstwami zdrowotnymi kwasicy utajonej mogą być: otyłość, zaburzenia układu krążenia, przedwczesne starzenie oraz spowolnienie procesów anabolicznych [4]. Abramowitz i wsp. [1] przedstawili wyniki badań przeprowadzonych u 2714 zdrowych dorosłych w wieku 20–49 lat. Wykazano, że niższe stężenie wodorowęglanów w surowicy krwi (ale w normie) oraz zwiększenie luki anionowej związane jest z obniżoną zdolnością do wysiłku aktywującego układ sercowo-oddechowy (cardiorespiratory fitness). Przedstawione dane sugerują, że osoby aktywne fizycznie mogą odnieść wymierne korzyści z przyjmowania związków alkalicznych oraz diety bogatej w warzywa i owoce.

Zakwaszenie a kości

Długotrwałe zakwaszenie prowadzi do powolnego, ale systematycznego zaniku masy kostnej. W skład kości wchodzą przede wszystkim związki o charakterze zasadowym, jak np. różnorodne sole wapnia, które są współodpowiedzialne za utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej w organizmie. Rola kości w tym złożonym systemie nie jest rolą pierwszorzędną. Niemniej jednak przy długotrwałym zakwaszeniu włączają się one w walkę o przywrócenie równowagi kwasowo-zasadowej, próbując zbuforować nadwyżkę kwaśnych jonów H⁺ [18]. Wykazano, że kwaśne środowisko powoduje aktywację osteoklastów i uwalnianie z kości ich „zasadowych” elementów budulcowych, takich jak K+, Na+, Ca2+. Dzieje się tak nie tylko w wyniku procesów fizykochemicznych, ale także oddziaływania na kości hormonu przytarczyc, 1,25-dihydroxycholecalcyferolu oraz ligandu aktywatora receptora jądrowego czynnika κB (RANK – receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand) [3, 5]. Przewlekłe zakwaszenie prowadzi do utraty jonów wapnia z moczem, zmniejszonej gęstości kości oraz zwiększonego ryzyka złamań kości (tzw. złamania zmęczeniowe). Interesujące, że mimo stałej utraty ważnych dla organizmu jonów nie dochodzi do kompensacyjnego wzrostu wchłaniania tych substancji z przewodu pokarmowego. Ponadto zakwaszenie prowadzi do zwiększonego wydalania z moczem hydroksyproliny, N- telopeptydów oraz detoksypyridinoliny. Wyżej opisany proces zaniku masy kostnej jest nieuniknionym skutkiem długotrwałego zakwaszenia, na które ma wpływ odpowiednia dieta. Wyniki niektórych badań klinicznych potwierdziły skuteczność suplementacji związków zasadowych zawierających potas (cytrynian potasu) w ograniczeniu procesu resorpcji kości [15, 16].

Zakwaszenie a utrata masy mięśniowej

Proces amoniogenezy w nerkach jest jednym z głównych mechanizmów regeneracji wodorowęglanów. W procesie niezbędna jest glutamina, która przekształca się w amoniak (NH₃) będący źródłem jonu amonowego oraz kwas glutaminowy. Z kolei glutamina pobierana jest z tkanki mięśniowej. Dlatego zakwaszenie powoduje zanik mięśni.

W zakwaszonym organizmie dochodzi ponadto do zmniejszenia wytwarzania albuminy, która ma bezpośredni związek z ujemnym bilansem azotowym, który z kolei jest bezpośrednim skutkiem zakwaszenia. Fakt ten jest poparty badaniami populacji amerykańskiej, u której zauważono w surowicy jednoznaczną zależność między niskim stężeniem wodorowęglanów a niską zawartością albumin [7]. Związane jest to z mechanizmem kompensującym zakwaszenie. Niskie stężenie albumin w surowicy wydaje się zwiększać dostępność azotu do tworzenia amoniaku, a tym samym również do ostatecznego wydalania kwaśnego NH4+ z organizmu. Tę hipotezę potwierdza fakt, że alkalizacja prowadzi do zwiększenia zawartości albumin w surowicy i przyczynia się do dodatniego bilansu azotowego, który niezbędny jest do przyrostu masy mięśniowej. Tym samym zakwaszenie wydaje się odgrywać istotną rolę w hipoalbuminemii [24].

Czy rutynowo należy podawać związki zasadowe

Oczywiste jest, że zasadowica – podobnie jak kwasica – jest jednostką chorobową wymagającą leczenia. Z drugiej strony, jeżeli kwasica eubikarbonatemiczna szkodliwie wpływa na organizm, to naturalne wydaje się pytanie, jaki jest wpływ na funkcje organizmu eubikarbonatemicznej zasadowicy. Badania in vitro potwierdzają, że alkaloza metaboliczna zapobiega utracie gęstości kości, nie tylko poprzez zahamowanie uwalniania wapnia z kości, ale również dzięki hamowaniu czynności osteoklastów przy jednoczesnej aktywacji budujących kości osteoblastów. Mechanizm ten zaobserwowano już przy minimalnym poziomie alkalizacji. Stopień zasadowicy bezpośrednio koreluje z ilością wapnia wydalanego przez nerki, co oznacza, że im większa jest alkaloza, tym mniej organizm traci wapnia, a więc tym więcej ma on surowca do budowy zdrowych i mocnych kości. Głównym elementem w walce z osteoporozą jest stosunek resorpcji kości do ich budowy. A zatem jeżeli dzięki alkalizacji możliwe jest przesunięcie tej zależności na korzyść budowy kości, to możliwe jest nie tylko zatrzymanie procesu osteoporozy, ale także w pewnym stopniu jego odwrócenie. Jednakże autorzy ostatnio opublikowanej pracy przeglądowej [8] poświęconej temu zagadnieniu nie znaleźli jednoznacznych dowodów na korzystny wpływ alkalizacji na kości. Na pewno konieczne są dalsze badania, aby ten spór rozstrzygnąć. Interesującym problemem jest zawartość w diecie białka, które z jednej strony jest kwasotwórcze, a z drugiej może mieć pozytywny wpływ na metabolizm kości [8]. Zwracając uwagę na poszczególne elementy diety, nie można oprzeć się wrażeniu, że to właśnie dostarczanie organizmowi białka odgrywa jedną z głównych ról w budowie zarówno kości, jak i mięśni. Nasi przodkowie z epoki kamienia spożywali ok. 250 g białka dziennie. Średnie dzienne spożycie białka przez typowego Amerykanina wynosi niecałe 100 g. A to właśnie aminokwasy powstałe w wyniku proteinolizy są niezbędne w procesie budowania kości. Wyniki badań na zwierzętach są jednoznaczne. Dostarczając organizmowi niezbędne aminokwasy, zaobserwowano polepszenie się jakości kości. U ludzi zaobserwowano wzrost stężenia IGF-1, który pozytywnie wpływa na ich przyrost [23]. Dieta wysokoproteinowa powoduje wzrost stężenia IGF-1 we krwi [2]. Stosując ją, należy tak dobierać różne składniki, żeby uniknąć zakwaszenia organizmu, które pobudza katabolizm. Tłumaczy to rozbieżności w wynikach badań rozpatrujących wpływ diety wysokoproteinowej na gęstość kości. W zależności od tego, czy dieta prowadzi do zakwaszenia, czy do lekkiej alkalozy, ma ona pozytywny wpływ nie tylko na budowę, ale także na jakość kości. W tym miejscu należy również wspomnieć o tym, że nie zawsze wzrost spożycia protein prowadzi bezpośrednio do polepszenia anabolicznej przemiany materii. W metabolizmie kości bardzo ważna jest równowaga pomiędzy anabolicznymi właściwościami białka oraz katabolicznymi kwasów. Dlatego wzrost spożycia białka, np. z 40 do 110 g/dzień, może mieć efekt anaboliczny netto. Z kolei zwiększenie przyjmowania białka od 80 do 150 g/dzień może działać katabolicznie, z powodu zakwaszającego wpływu tak dużej ilości białka na kości. Problem jest bardzo złożony i wskazuje na konieczność stosowania zindywidualizowanej diety [21].

Ocena stopnia zakwaszenia organizmu

Jak już wspomniano, ocena stopnia zakwaszenia organizmu jest trudna, potrzebne są bowiem badania biochemiczne krwi oraz moczu, w których ocenia się stężenie oraz dobowe wydalanie jonów. Na tej podstawie oblicza się eliminację kwasów, lukę anionową itp. Dopiero analiza całej konstelacji wyników daje nam wgląd w równowagę kwasowo-zasadową człowieka. Szczegóły dotyczące przeprowadzenia tych badań oraz ich interpretacji przekraczają zakres tego opracowania i są szczegółowo opisane w aktualnych podręcznikach [10, 12]. W warunkach ambulatoryjnych można przeprowadzić wprawdzie orientacyjną, ale bardzo prostą ocenę zakwaszenia organizmu na podstawie kilkakrotnego oznaczenia pH moczu w ciągu doby. Dobowa krzywa pH moczu u zdrowego człowieka układa się w charakterystyczny zygzak [17]. Przy analizie wyników najważniejszy jest przebieg krzywej, a nie wartości pH, ponieważ te każdego dnia mogą być inne, w zależności od spożywanych potraw.

Właściwości farmakologiczne NaHCO₃

NaHCO₃ jest słonym proszkiem, dobrze rozpuszczalnym w wodzie. W temperaturze ponad 50°C ulega rozkładowi, uwalniając CO₂, H₂O and Na₂CO₃, dlatego w przypadku przyjmowania proszku należy go rozpuszczać w wodzie lub innym płynie o obojętnym charakterze w temperaturze pokojowej. W żołądku NaHCO₃ gwałtownie reaguje z kwasem solnym, tworząc NaCl, CO₂ i H₂O [13]; nadmiar wodorowęglanu sodu jest absorbowany w jelicie cienkim. W wyniku neutralizacji jonów HCO3- w żołądku dochodzi do regeneracji jonów HCO3- (jeden jon HCO3- na jeden jon H+ użyty do reakcji w żołądku). Nadmiar HCO3-, jest eliminowany przez nerki, a dwutlenek węgla przez płuca.W lecznictwie i przemyśle spożywczym substancja ta jest stosowana od wielu lat. NaHCO₃ stosuje się w postaci roztworu podawanego pozajelitowo (lek ten opisany jest szczegółowo w innych opracowaniach) oraz jako substancję stałą w postaci proszku oraz tabletek i kapsułek (niedostępne w Polsce). Tolerancja oraz współpraca osób przyjmujących wodorowęglan sodu zależy od jego formy galenowej. Tabletki i kapsułki są lepiej tolerowane, dlatego łatwiej w przypadku tych postaci farmaceutycznych kontrolować dawkowanie. Niektórzy producenci dodają także substancje smakowe do tabletek. Preparaty wodorowęglanu sodu są dostępne w Polsce jako suplementy diety lub jako substancja farmakopealna używana w aptekach przy wytwarzaniu leków recepturowych. Wodorowęglan sodu zmienia pH w żołądku i drogach moczowych, co może wpływać na wchłanianie oraz wydalanie różnych substancji (leków, suplementów diety). Zasadniczo, aby uniknąć interakcji w fazie farmaceutycznej (reakcja chemiczna z zasadą w żołądku), ważne jest, aby innych leków nie zażywać jednocześnie, a najlepiej w odstępie 1–2 godzin przed przyjęciem lub po [13]. Podczas stosowania NaHCO₃

praktycznie nie obserwuje się działań niepożądanych. Czasem mogą wystąpić nudności, wzdęcia, bóle brzucha. W przypadku korekty kwasicy eubikarbonatemicznej zaleca się przyjmowanie 2–3 g (24–36 mEq) NaHCO₃ dziennie najlepiej w 2–3 dawkach podzielonych.

Bibliografia:

1. Abramowitz M.K., Hostetter T.H., Melamed M.L., Lower serum bicarbonate and a higher anion gap are associated with lower cardiorespiratory fitness in young adults. Kidney International, 2012; 81, 1033–1042.
2. Allen N.E., Appleby P.N., Davey G.K., Kaaks R., Rinaldi S., Key T.J., The associations of diet with serum insulin-like growth factor I and its main binding proteins in 292 women meat-eaters, vegetarians and vegans. Cancer Epidemiology Biomarkers and Prevention, 2002; 11, 1441–1448.
3. Arnett T.R., Extracellular pH regulates bone cell function. Journal Nutrition, 2008; 138, 415S–418S.
4. Berkemeyer S., Acid-base balance and weight gain: are there crucial links via protein and organic acids in understanding obesity? Medical Hypotheses, 2009; 73, 347–356.
5. Bushinsky D.A., Smith S.B., Gavrilov K.L., Gavrilov L.F., Li J., Levi-Setti R., Chronic acidosis-induced alteration in bone bicarbonate and phosphate. American Journal Physiology Renal Physiology, 2003; 285, F532–539.
6. Ciechanowski K., Dializować czy alkalizować. To dialyze or to alkalyze? Forum Nefrologiczne 2012; 5, 347–350.
7. Eustace J.A., Astor B., Muntner P.M., Ikizler T.A., Coresh J., Prevalence of acidosis and inflammation and their association with low serum albumin in chronic kidney disease. Kidney Intertantional, 2004; 65, 1031–1040.
8. Hanley D.A., Whiting S.J., Does a high dietary Acid content cause bone loss, and can bone loss be prevented with an alkaline diet? J Clinical Densitometry, 2013; 16, 420–425.
9. Harper M.E., Dent R., Monemdjou S., Bézaire V., Van Wyck L., Wells G., Kavaslar G.N., Gauthier A., Tesson F., McPherson R., Decreased mitochondrial proton leak and reduced expression of uncoupling protein 3 in skeletal muscle of obese diet-resistant women. Diabetes, 2002; 51, 2459–2466.
10. Kokot F., Franek E., Zaburzenia gospodarki wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej. PZWL, Warszawa, 2013.
11. Kokot F., Hyla-Klekot L., Łoniewski I., Kwasica nieoddechowa – niedoceniony element leczenia przewlekłej choroby nerek. Metabolic acidosis – an undervalued therapeutic target in patients with chronic kidney disease. Nefrologia i Dializoterapia Polska, 2012; 16, 134–137.
12. Krapf R., Seldin D.W., Alpern R.J. Clinical Syndromes of Metabolic Acidosis. (W:) Alpern RJ, Caplan MJ, Moe OW, (red.) Seldin and Giebisch’s The Kidney, Physiology and Pathopysiology. fifth ed. Elsevier, Amsterdam, Boston, Heidelberg, Londyn, Nowy York, Oxford, Paryż, San Diego, San Francisco, Singapur, Dydney, Tokio: 2013; 2041–111.
13. Łoniewski I., Wesson D.E., Bicarbonate therapy for prevention of chronic kidney disease progression. Kidney International, 2014; 85, 529–535.
14. Man S.O. External Balance of Electrolytes and Acids and Alkali. (W:) Alpern R.J., Caplan M.J., Moe OW, (red.) Seldin and Giebisch’s The Kidney, Physiology and Pathopysiology. fifth ed. Elsevier, Amsterdam, Boston, Heidelberg, Londyn, Nowy York, Oxford, Paryż, San Diego, San Francisco, Singapur, Dydney, Tokio, 2013; 310.
15. Marangella M., Di Stefano M., Casalis S., Berutti S., D’Amelio P., Isaia G.C., Effects of potassium citrate supplementation on bone metabolism. Calcified Tissue International, 2004; 74, 330–335.
16. Maurer M., Riesen W., Muser J., Hulter H.N., Krapf R., Neutralization of Western diet inhibits bone resorption independently of K intake and reduces cortisol secretion in humans. American Journal Physiology Renal Physiology, 2003; 284, F32–40.
17. Misera A., Łoniewski I., Furgał W., The significance of dietary sodium bicarbonate (NaHCO₃) supplementation in athletes and physically active healthy subjects. Polish Journal of Sports Medicine 2014; 30, 1–12.
18. Mitch W.E., Metabolic and clinical consequences of metabolic acidosis. Journal Nephrology, 2006; 19 Suppl 9, S70–75.
19. Rennke H.G., Denker B.M., Renal pathophysiology. Lippincott Williams & Wilkins, Baltimore, 2010.
20. Rutkowski B., Ciechanowski K., Rola alkalizacji w nefroprotekcji – nowe spojrzenie na stary problem. The role of alkalization in nephroprotection – new look on the old problem. Forum Nefrologiczne, 2012; 3, 265–271.
21. Sebastian A, Frasseto L.A., Morris R.C. jr. The acid-base effect of the contemporary western diet: an evolutionary perspective. (W:) Alpern R.J., Hebert S.C. (red.) Seldin and Giebisch’s The Kidney, Physiology and Patophysiology, fourth ed. Elsevier, Amsterdam, Boston, Heidelberg, Londyn, Nowy York, Oxford, Paryż, San Diego, San Francisco, Singapur, Dydney, Tokio; 2008, 1635.
22. Sebastian A., Frassetto L.A., Sellmeyer D.E., Merriam R.L., Morris R.C. Jr., Estimation of the net acid load of the diet of ancestral preagricultural Homo sapiens and their hominid ancestors. American Journal of Clinical Nutrition, 2002; 76, 1308–1316.
23. Vatanparast H., Baxter-Jones A., Faulkner R.A., Bailey D.A., Whiting S.J., Positive effects of vegetable and fruit consumption and calcium intake on bone mineral accrual in boys during growth from childhood to adolescence: the University of Saskatchewan Pediatric Bone Mineral Accrual Study. American Journal of Clinical Nutrition, 2005; 82, 700–706.
24. Verove C., Maisonneuve N., El Azouzi A., Boldron A., Azar R., Effect of the correction of metabolic acidosis on nutritional status in elderly patients with chronic renal failure. Journal Renal Nutrition, 2002; 12, 224–228.