Generalità
La vitamina B1, nota anche come tiamina o aneurina, è un micronutriente vitaminico essenziale e idrosolubile facente parte del gruppo B.
Si trova in molti cibi (vegetali e animali) ma a concentrazioni limitate. Esiste quindi la possibilità di carenza nutrizionale (in occidente quasi inesistente), che nei casi più gravi può sfociare nel beri-beri; più frequente invece la relativa sindrome neuropatica dovuta all'alcolismo.
La vitamina B1, in tutte le sue forme attive, ha numerose funzioni metaboliche; tra queste soprattutto di coenzima catalizzatore – ad esempio nella via dei glucidi e in quella degli amminoacidi.
Il suo fabbisogno è di circa 0,4 mg ogni 1000 kcal ingerite. Ben tollerata e raramente tossica, può essere integrata o somministrata per iniezione; solo in quest'ultimo caso può dare effetti collaterali.
Entriamo nel dettaglio.
Per approfondire: TiaminaChimica
Cenni di chimica della vitamina B1
La vitamina B1 fu scoperta nel 1897. Fu il primo elemento vitaminico ad essere isolato (nel 1926) e poi sintetizzato (nel 1936).
La vitamina B1 è un composto organico sulfuroso incolore con formula chimica C12H17N4OS. La sua struttura è composta da un'aminopirimidina e un anello tiazolico collegati da un ponte metilene. Il tiazolo può essere sostituito da catene laterali metiliche e idrossietiliche.
La vitamina B1 è solubile in acqua (idrosolubile), metanolo e glicerolo, ma praticamente insolubile in altri solventi organici. Mostra stabilità a pH acido, ma è instabile in soluzioni alcaline.
In vivo, essendo un carbene persistente, la vitamina B1 viene metabolizzata a livello enzimatico per catalizzare le condensazioni di benzoino.
La vitamina B1 risulta termolabile in cottura, ma stabile al congelamento. È sensibile alla luce ultravioletta e all'irradiazione gamma e reagisce fortemente alle reazioni di Maillard.
Sintesi
Sintesi della vitamina B1
Possono effettuare la biosintesi della vitamina B1 de novo: batteri, alcuni protozoi, piante e funghi. Nello specifico, tiazolo e la pirimidina vengono prodotte separatamente e poi combinate per formare tiamina monofosfato (ThMP) mediante l'azione dell'enzima tiamina-fosfato sintasi (EC2.5.1.3).
Le vie biosintetiche della vitamina B1 possono differire tra i vari organismi. Negli E. coli e altri enterobatteri, il ThMP può essere fosforilato al cofattore tiamina difosfato (ThDP) da un'enzima tiamina-fosfato chinasi (ThMP + ATP → ThDP + ADP, EC 2.7.4.16). Nella maggior parte dei batteri e negli eucarioti, il ThMP viene idrolizzato in tiamina, successivamente pirofosforilata in ThDP dall'enzima tiamina difosfochinasi (tiamina + ATP → ThDP + AMP, EC 2.7.6.2).
Le vie biosintetiche della vitamina B1 sono regolate da riboswitch, cioè tramite un corto filamento di RNA in grado di legare direttamente una piccola molecola bersaglio, e come effetto di questo legame modulare avverrebbe l'espressione di un gene. Se nella cellula è presente una quantità sufficiente di tiamina, questa si lega agli mRNA degli enzimi necessari e ne impedisce la traduzione. Se invece non è presente, non vi è alcuna inibizione e vengono prodotti gli enzimi necessari per la biosintesi. Il riboswitch specifico, il riboswitch TPP (o ThDP), è l'unico riboswitch identificato sia negli organismi eucariotici che procariotici.
Funzioni
Funzioni della vitamina B1
La vitamina B1 alimentare può avere funzione di precursione coenzimatica o extracoenzimatica. Giuoca un ruolo indispensabile:
- per la via metabolica dei nutrienti energetici;
- per lo sviluppo della membrana mitocondriale
- per la funzione della membrana sinaptosomiale.
Nota: parliamo di B1 alimentare pochè, prima dell'azione catalizzatrice enzimatica, essa non è attiva e viene considerata una sorta di "trasporto" della molecola finale.
Tutti gli organismi usano la vitamina B1, ma come abbiamo detto essa viene prodotta de novo solo da batteri, funghi e piante. Gli animali devono ricavarla dalla dieta; quindi, per l'uomo, è un nutriente essenziale. L'assunzione insufficiente negli uccelli produce una polineurite caratteristica.
I fosfati derivanti dalla vitamina B1 sono coinvolti in molti processi cellulari. La forma più comune è il pirofosfato (o difosfato) di tiamina (TPP), un coenzima nel catabolismo degli zuccheri e degli aminoacidi. Nei lieviti, il TPP è richiesto anche nella prima fase della fermentazione alcolica.
Ad oggi sono noti ben cinque derivati naturali della tiamina fosfato: tiamina monofosfato (ThMP), tiamina difosfato (ThDP) – anche noto come tiamina pirofosfato (TPP) – tiamina trifosfato (ThTP), l'adenosina tiamina trifosfato (AThTP) e adenosina tiamina trifosfato difosfato (AThDP).
Mentre il ruolo del coenzima del difosfato di tiamina è ben noto e ampiamente descritto, l'azione non coenzimatica della vitamina B1 e dei suoi derivati è meno conosciuta e probabilmente correlata ad alcune proteine recentemente identificate che non sfruttano l'azione catalitica del difosfato di tiamina.
Difosfato o pirofosfato di tiamina
Al momento non è noto alcun ruolo fisiologico attribuibile al monofosfato di tiamina (ThMP), contrariamente al difosfato, che è fisiologicamente rilevante.
La sintesi di tiamina pirofosfato (TPP), nota anche come cocarbossilasi, è catalizzata da un enzima chiamato tiamina difosfochinasi secondo la reazione tiamina + ATP → ThDP + AMP (EC 2.7.6.2).
Il ThDP è un coenzima per diversi enzimi che catalizzano il trasferimento di due unità di carbonio e, in particolare, la deidrogenazione (decarbossilazione e successiva coniugazione con il coenzima A) di 2-ossiacidi (acidi alfa-chetoacidi); ad esempio:
- Nella maggior parte delle specie:
- Solo in alcune specie:
- decarbossilasi piruvato (in lieviti)
- diversi enzimi batterici aggiuntivi.
Gli enzimi transchetolasi, piruvato deidrogenasi (PDH) e 2-ossiglutarato deidrogenasi (OGDH) sono importanti nel metabolismo dei carboidrati.
L'enzima citosolico transchetolasi è un elemento chiave nella via dei pentosi fosfati, principale nella biosintesi degli zuccheri pentosi ribosio e desossiribosio.
Il PDH mitocondriale e l'OGDH fanno parte di percorsi biochimici che generano adenosina trifosfato (ATP), una delle principali forme di energia per la cellula.
La PDH collega la glicolisi al ciclo dell'acido citrico, mentre la OGDH catalizza un rallentamento nel ciclo dell'acido citrico.
Nel sistema nervoso, la PDH è anche coinvolta nella produzione di acetilcolina (neurotrasmettitore) e nella sintesi di mielina.
Trifosfato di tiamina
Il trifosfato di tiamina (ThTP) è stato a lungo considerato una forma neuroattiva specifica della vitamina B1, poiché espleta un ruolo importante nei canali del cloruro nei neuroni dei mammiferi e di altri animali – sebbene tale ruolo non sia del tutto compreso.
Recentemente è stato anche dimostrato che il ThTP è presente anche in batteri, funghi, piante e altri animali, suggerendo un possibile ruolo cellulare molto più ampio. In particolare, nell'Escherichia coli sembra svolgere un ruolo di risposta alla richiesta di aminoacidi.
Adenosina tiamina trifosfato
L'adenosina tiamina trifosfato (AThTP) o adenosina trifosfato tiaminilato è stata scoperta di recente nell'E. coli, dove si accumula in attrazione al carbonio. In questi batteri, l'AThTP può rappresentare fino al 20% della vitamina B1 totale. È anche presente in quantità minori nei lieviti, nelle radici delle piante superiori e in vari tessuti animali.
Adenosina tiamina difosfato
L'adenosina tiammina difosfato (AThDP) o adiammina difosfato tiaminilato è presente in piccole quantità nel fegato dei vertebrati, ma il suo ruolo rimane sconosciuto.
Alimenti
Fonti alimentari di vitamina B1
Gli alimenti apportatori di vitamina B1 sono sia di origine vegetale che animale; in particolare: cereali integrali, legumi, alcune carni, frattaglie e prodotti della pesca. Ne sono particolarmente ricchi i cereali fortificati per la prima colazione.
Fortificazione alimentare di vitamina B1
La raffinazione del grano, più precisamente l'eliminazione del rivestimento fibroso commestibile e dell'embrione (germe), impoverisce notevolmente l'alimento di vitamina B1.
Negli Stati Uniti, le carenze di vitamina B1 sono diventate comuni nella prima metà del XX secolo a causa dell'uso esclusivo di farina bianca. La "American Medical Association" ha suggerito di ripristinare il contenuto di queste vitamine attraverso la fortificazione del grano, iniziato negli Stati Uniti nel 1939. Il Regno Unito si è accodato nel 1940 e la Danimarca nel 1953. A partire dal 2016, circa 85 paesi avevano approvato una legge che imponeva la fortificazione della farina di grano con alcuni nutrienti e il 28% della farina macinata industrialmente veniva fortificata con tiamina e altre vitamine del gruppo B.
Per la fortificazione alimentare viene utilizzato il sale mononitrato di tiamina anziché il cloridrato di tiamina, poiché il mononitrato è più stabile e non è igroscopico (non assorbe acqua), contrariamente al cloridrato. Quando la tiamina il mononitrato si scioglie in acqua, rilascia nitrato (circa il 19% del suo peso) e viene successivamente assorbito come catione di vitamina B1.
Degradazione della vitamina B1
Tiaminasi
Negli alimenti la vitamina B1 può essere degradata in vari modi. I solfiti, che vengono aggiunti solitamente come conservanti, attaccano la tiamina sul ponte del metilene, tagliando l'anello pirimidinico dall'anello tiazolico. La velocità di questa reazione aumenta in condizioni acide.
La vitamina B1 può essere degradata dalle tiaminasi termolabili presenti nel pesce e nei molluschi crudi. Alcune tiaminasi vengono prodotte anche dai batteri. Le tiaminasi batteriche sono enzimi della superficie cellulare che, prima di essere attivati, devono dissociarsi dalla membrana; la dissociazione può verificarsi nei ruminanti in condizioni acidotiche. I batteri dei ruminanti riducono anche il solfato in solfito, ragion per cui un'assunzione elevata di solfato nella dieta può avere attività tiamina-antagonista.
Antinutrienti della vitamina B1
Gli antagonisti della tiamina vegetale sono stabili al calore e si presentano come orto- e para-idrossifenoli. Alcuni esempi sono l'acido caffeico, l'acido clorogenico e l'acido tannico. Questi composti interagiscono con la tiamina ossidando l'anello tiazolico, impedendone così l'assorbimento.
Due flavonoidi, quercetina e rutina, sono antagonisti della tiamina.
Per approfondire: Alimenti con Vitamina B1Assorbimento e Trasporto
Assorbimento della vitamina B1
La vitamina B1 viene rilasciata dall'azione della fosfatasi e della pirofosfatasi nell'intestino tenue superiore. A basse concentrazioni, il processo è carrier-mediato (trasporto attivo). A concentrazioni più elevate, l'assorbimento avviene anche tramite diffusione passiva. Il trasporto attivo è maggiore nel digiuno e nell'ileo, ma può essere inibito dal consumo di alcol o dalla carenza di folati. La riduzione dell'assorbimento della vitamina B1 si verifica a dosi superiori a 5 mg / die. Sulla porzione sierosa dell'intestino, la liberazione cellulare della vitamina è ATPasi Na+ dipendente.
Trasporto plasmatico della vitamina B1
La maggior parte della vitamina B1 circolante è legata alle proteine plasmatiche, principalmente all'albumina. Circa il 90% della tiamina totale nel sangue si trova negli eritrociti. Nel siero di ratto è stata identificata una specifica proteina legante chiamata thiamine-binding protein (TBP) e si ritiene che sia un trasportatore regolato dagli ormoni, importante per la distribuzione tissutale della vitamina B1.
Introduzione cellulare di vitamina B1
L'assunzione cellulare di vitamina B1 dei tessuti avviene per trasporto attivo e diffusione passiva. Circa l'80% della tiamina intracellulare è fosforilato e la maggior parte è legata alle proteine. Due proteine trasportatrici del gene SLC, SLC19A2 e SLC19A3 sono in grado di trasportare la vitamina B1. In alcuni tessuti, l'assorbimento e la secrezione sembrano essere mediati da un trasportatore solubile Na+ dipendente e da un gradiente di protoni transcellulari.
Distribuzione nei tessuti di vitamina B1
Le riserve umane della tiamina sono di circa 25-30 mg, con maggior concentrazione nei muscoli scheletrici, nel cuore, nel cervello, nel fegato e nei reni. Il ThMP e la tiamina libera (non fosforilata) sono presenti nel plasma, nel latte, nel liquido cerebrospinale e, si presume, in tutto il liquido extracellulare. A differenza delle forme altamente fosforilate di vitamina B1, il ThMP e la tiamina libera sono in grado di attraversare le membrane cellulari. Il calcio e il magnesio hanno dimostrato di influenzare la distribuzione della tiamina nel corpo, e la carenza di magnesio aggrava la carenza di vitamina B1. Il contenuto vitaminico nei tessuti umani è inferiore a quello di altre specie.
Escrezione della vitamina B1
La tiamina e i suoi metaboliti acidi (acido carbossilico 2-metil-4-ammino-5-pirimidinico, acido 4-metil-tiazolo-5-acetico e acido tiamino acetico) sono escreti principalmente nelle urine.
Fabbisogno
Fabbisogno e raccomandazioni di assunzione per la vitamina B1
Negli Stati Uniti, "Estimated Average Requirements" (EAR) e "Recommended Dietary Allowances" (RDA) della vitamina B1 sono stati aggiornati nel 1998 dal "Institute of Medicine" ora noto come "National Academy of Medicine" (NAM).
La "European Food Safety Authority" (EFSA) fa riferimento all'insieme collettivo di informazioni come "Dietary Reference Values", con "Population Reference Intake" (PRI) anziché RDA e "Average Requirement" invece dell'EAR. AI e UL sono definiti come negli Stati Uniti.
Per le donne (comprese quelle in gravidanza o in allattamento), uomini e bambini il PRI è 0,1 mg di vitamina B1 per megajoule (MJ) di energia consumata. Poiché la conversione in kilocalorie è: 1 MJ = 238,8 kcal, un adulto che consuma 2388 kcal dovrebbe assumere 1,0 mg / die di vitamina B1 – leggermente inferiore rispetto alla RDA statunitense. L'EFSA ha poi riesaminato il possibile livello di sicurezza e ha concluso che non esistono prove sufficienti per stabilire un UL per la vitamina B1.
I LARN consigliano agli adulti sani di assumere 0,4 mg di vitamina B1 ogni 1000 kcal introdotte con la dieta e di non scendere comunque sotto lo 0,8 mg. Donne gravide e nutrici hanno un apporto superiore.
Per favorire un'adeguata assunzione di micronutrienti, alle gestanti viene spesso consigliato di assumere quotidianamente un multivitaminico prenatale. Mentre gli altri livelli di micronutrienti variano tra le diverse formule, tutte contengono circa 1,5 mg di vitamina B1.
Ai fini dell'etichettatura degli alimenti e degli integratori alimentari, negli Stati Uniti l'importo in una porzione è espresso in percentuale del valore giornaliero (% DV). Ai fini dell'etichettatura, il 100% del %DV vitamina B1 era attestato a 1,5 mg, ma dal 27 maggio 2016 è stato rivisto a 1,2 mg per renderlo conforme all'RDA.
Carenza
Carenza di vitamina B1
La vitamina B1 sintetica è comunemente usata per trattare la carenza nutrizionale che, se grave, può rivelarsi fatale – soprattutto nel lattante.
Nei casi meno gravi, i segni non specifici di carenza di vitamina B1 includono: malessere, perdita di peso, irritabilità e confusione. I casi gravi invece, sfociano nel così detto beriberi (beri-beri), sindrome di Wernicke – Korsakoff, neuropatia ottica, morbo di Leigh, atassia stagionale africana e mielinolisi pontina centrale.
Le donne incinte hanno un fabbisogno superiore e quindi un maggior rischio di carenza – anche se le conseguenze sono identiche a quelle per la popolazione generale. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che la vitamina B1 viene inviata preferibilmente al feto e alla placenta, specialmente durante il terzo trimestre di gravidanza. Quelle che soffrono di iperemesi gravidica hanno un rischio superiore.
In caso di allattamento e carenza nella madre, la vitamina B1 viene somministrata direttamente nel latte materno – anche se ciò non risolve il deficit nella nutrice.
È stato ipotizzato che la carenza di vitamina B1 svolga un ruolo nel cattivo sviluppo del cervello del bambino, il che potrebbe indurre la "sudden infant death syndrome" (SIDS) - sindrome della morte improvvisa del bambino.
Carenza di vitamina B1 nei malati
Nei paesi occidentali, la carenza di vitamina B1 si manifesta principalmente nell'alcolismo cronico (abuso di alcolici), con encefalopatia di Wernicke. Sono a maggiore rischio gli anziani, le persone con HIV / AIDS o diabete mellito tipo 2 e le persone sottoposte chirurgia bariatrica. La carenza di vitamina B1 è stata associata all'uso nel lungo termine di diuretici ad alto dosaggio, in particolare furosemide – per il trattamento dell'insufficienza cardiaca.
Per approfondire: Vitamina B1 e AlcolismoUso Medico
Uso medico della vitamina B1
Farmaci e integratori di vitamina B1 sono in genere assumibili per via orale, ma possono anche essere somministrati per iniezione endovenosa o intramuscolare. Si possono utilizzare per prevenire e trattare la carenza nutrizionale di vitamina B1 e i disturbi che ne derivano, tra cui beri-beri ed encefalopatia di Wernicke, ma anche la malattia delle urine a sciroppo d'acero e della sindrome di Leigh.
La vitamina B1 è disponibile come farmaco generico e come farmaco da banco. Il costo all'ingrosso nei paesi in via di sviluppo (a partire dal 2016) è di poco inferiore a 2,17 dollari americani (USD) per fiala da 1 g – circa 1,94 euro (€). Negli Stati Uniti, la terapia mensile di un multivitaminico contenente vitamina B1 ha un costo < 25 USD.
La vitamina B1 è inclusa nell'elenco dei "medicinali essenziali" dell'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), i più sicuri ed efficaci necessari al sistema sanitario.
I supplementi di vitamina B1 sono generalmente ben tollerati e solo dosi ripetute per iniezione possono scatenare reazioni allergiche.
Tossicità
Tossicità della vitamina B1
Anche l'assunzione di prodotti contenenti vitamina B1 è ben tollerata, con l'eccezione delle iniezioni ripetute (endovenose o intramuscolari) che in alcuni casi hanno determinato reazioni allergiche e anafilassi, nausea, letargia e compromissione della coordinazione.
Autore
Beri Beri
Sintomi Encefalopatia di Wernicke