La reputazione acida del lattato è in gran parte responsabile dell’errata comprensione della via glicolitica
Il latte acido, dove l’acido lattico (lattato) fu scoperto per la prima volta, ha dato il tono a quello che è diventato per anni il marchio negativo di questo monocarbossilato. Una volta trovato nel muscolo che lavora, il lattato è stato immediatamente accusato di affaticamento e rigore muscolare. Già nel 1898, Fletcher dimostrò che l’acido lattico da lui utilizzato (0,05-5,0%) produceva il rigor mortis in un muscolo Gastrocnemio di rana escoriato e immerso in esso. Più alta è la concentrazione di acido lattico, più veloce è il rigor mortis. Inoltre, Fletcher e Hopkins hanno dimostrato che in presenza di ossigeno, la sopravvivenza del muscolo escoriato era prolungata e così l’accelerazione dello smaltimento del lattato da esso. Questi ricercatori hanno evidenziato il riconoscimento che il corpo ha i mezzi per liberarsi dal lattato muscolare e che ci sono ampie prove che tale smaltimento è più efficiente in condizioni ossidative. Così, il dogma del lattato come prodotto muscolare responsabile della fatica e del rigore, che le condizioni aerobiche migliorano il suo smaltimento, era già ben radicato tra gli scienziati all’inizio del ventesimo secolo. Ancora oggi è radicata tra gli atleti e i loro allenatori. Hill andò anche oltre Fletcher suggerendo che il ruolo dell’ossigeno nella contrattura muscolare è duplice, diminuire la durata della produzione di calore e rimuovere il lattato da essa. La posizione di Hill e, alla fine, la posizione della maggior parte degli scienziati che lavorano in questo campo di ricerca era che il lattato non è un carburante. Hill sosteneva che la produzione di calore misurata dell’ossidazione del lattato era molto inferiore al valore calcolato della sua combustione completa. È alquanto sconcertante che uno scienziato della statura di Hill sostenga che se il lattato fosse un combustibile, tutta l’energia della sua ossidazione verrebbe rilasciata come calore. Il fatto che il calore misurato dell’ossidazione del lattato fosse solo il 12% della produzione di calore calcolata avrebbe dovuto indicare a lui e ad altri che la maggior parte dell’energia rilasciata dall’ossidazione del lattato, l’88%, poteva essere una conversione in un’altra forma di energia o un utilizzo controllato. I principali ricercatori del settore all’epoca conclusero effettivamente che il lattato è un’entità separata da quella che viene ossidata durante la respirazione muscolare e che produce energia e CO2. Inoltre, essi sostenevano che l’energia prodotta nella respirazione è utilizzata per lo smaltimento del lattato.
Con tale reputazione, sono stati fatti tentativi di incolpare il lattato per gli effetti devastanti dell’uso di cocaina, poiché sono stati rilevati livelli di lattato aumentati nel flusso sanguigno dei consumatori di cocaina o che l’aumento della produzione di lattato è la causa delle conseguenze devastanti del diabete. Negli anni ’20, il tema centrale di questi studi e di molti altri era il tessuto muscolare e la sua formazione glicolitica di lattato. Il processo era stato postulato per essere sempre anaerobico e principalmente attraverso la ripartizione del glicogeno. Inoltre, quando avviene l’ossidazione aerobica, questa avviene solo dopo che il muscolo si contrae e il suo scopo principale è la rimozione del lattato accumulato e la sua acidosi accompagnata. Inoltre, la CO2 rilasciata nel processo è dovuta all’azione dell’acido sul bicarbonato del tessuto. Questo tema evidenzia chiaramente la reputazione acida del lattato, almeno per quanto riguarda il metabolismo energetico del muscolo. La relazione tra il lattato e il glicogeno nel muscolo e, eventualmente, in altri tessuti, compreso il cervello, è stata una questione complicata nella comprensione della glicolisi. “Otto Meyerhof e Archibald Hill ricevettero il premio Nobel per la fisiologia o la medicina nel 1923 per la loro scoperta della relazione fissa tra il consumo di ossigeno e il metabolismo del lattato nel muscolo”. Mentre la conversione muscolare del glicogeno in lattato è ancora oggi in discussione, entrambi i premi Nobel hanno avuto un’influenza duratura su questo campo di ricerca. A metà degli anni ’20, “incolpare” il lattato come colpevole di qualsiasi disturbo fisiologico o condizione anormale era diventata una “abitudine mentale”. Maggiori dettagli sulla tendenza degli scienziati in quei giorni a “demonizzare” il lattato sono disponibili. Poiché la maggior parte degli scienziati nel campo del metabolismo dei carboidrati in quei giorni studiava il tessuto muscolare, la loro interpretazione e le loro opinioni sui risultati dei loro studi influenzarono notevolmente quelli che studiavano il metabolismo dei carboidrati di altri tessuti, specialmente il cervello. Così, la piccola comunità scientifica che ha studiato la glicolisi cerebrale alla fine degli anni 1920 e all’inizio degli anni 1930 ha adottato le opinioni dei loro pari nel campo della glicolisi muscolare e ha accettato il dogma popolare, secondo il quale il lattato è un prodotto finale inutile che il cervello elimina tramite ossidazione. Questo concetto era in contrasto con la loro stessa nozione che i risultati dei loro studi potevano indicare l’utilizzo ossidativo del lattato da parte del tessuto cerebrale. Mentre Hill e Meyerhof erano i principali scienziati nel campo del metabolismo dei carboidrati muscolari negli anni 1920 e 1930, E.G. Holmes era la loro controparte nel campo del metabolismo dei carboidrati cerebrali. Quest’ultimo fu affiancato da sua moglie, B.E. Holmes, per pubblicare una serie di quattro eccellenti articoli di ricerca che intitolarono “Contributi allo studio del metabolismo cerebrale”. In primo luogo, hanno dimostrato che i carboidrati cerebrali non sono la fonte del lattato cerebrale; tuttavia, il cervello è in grado di formare lattato dal glucosio aggiunto. Nel loro secondo studio, hanno determinato che i livelli di lattato cerebrale cadono quando c’è stato un calo del livello di zucchero nel sangue, che si traduce in carenza di glucosio nel cervello. Nel terzo studio della serie, gli Holmes trovarono che il tessuto cerebrale a temperatura ambiente o in condizioni anaerobiche non mostra un aumento significativo del livello di lattato o una caduta significativa del livello di glicogeno, ma che in condizioni aerobiche, il lattato scompare rapidamente, mentre il livello di glicogeno rimane invariato. Così, gli Holmes hanno stabilito che il glucosio è il precursore del lattato nel cervello e che in condizioni aerobiche, il contenuto di lattato nel cervello diminuisce. Inoltre, questi ricercatori hanno dimostrato che il lattato cerebrale si forma dal glucosio fornito dal sangue e che i suoi livelli aumentano e diminuiscono con i livelli di glucosio nel sangue, sia in condizioni ipo- che iperglicemiche. Inoltre, hanno dimostrato che il cervello diabetico non è diverso dal cervello normale, dove la formazione di lattato e la sua rimozione in condizioni aerobiche sono interessati. Nel 1929, Ashford si unì a Holmes e i due furono in grado di dimostrare che la scomparsa del lattato e il consumo di ossigeno sono correlati, il che, in sostanza, indica un utilizzo aerobico del lattato da parte del tessuto cerebrale. Inoltre, questi ricercatori hanno anche dimostrato che il fluoruro di sodio (NaF), il primo inibitore glicolitico conosciuto, ha bloccato sia la conversione del glucosio in lattato che il consumo di ossigeno. Holmes ha mostrato nella preparazione della materia grigia del cervello che il consumo di ossigeno era completamente inibito dal NaF in presenza di glucosio. Tuttavia, quando il lattato è stato usato al posto del glucosio, il consumo di ossigeno non è stato inibito dal NaF. Di conseguenza, Holmes ha concluso che la conversione del glucosio in lattato deve avvenire prima della sua ossidazione da parte della materia grigia del cervello. Questi risultati e la loro semplice conclusione sono stati completamente ignorati per oltre otto decenni. Questa ignoranza è particolarmente evidente se si considera il fatto che quando la via glicolitica fu chiarita nel 1940, i documenti di Holmes e Ashford erano già disponibili da almeno un decennio e avrebbero dovuto essere presi in considerazione prima dell’annuncio di tale chiarificazione. Quindi, 76 anni fa, avremmo potuto avere una visione un po’ diversa della via glicolitica invece di quella in cui, a seconda della presenza o dell’assenza di ossigeno, si finisce rispettivamente con piruvato o lattato. Si dovrebbe essere in grado di postulare con fiducia un tale scenario, dal momento che i principali attori coinvolti nella configurazione della via glicolitica erano chiaramente consapevoli dell’esistenza del ciclo TCA e della sua dipendenza dal prodotto finale della glicolisi, un prodotto che hanno assunto essere il piruvato basato principalmente sul suggerimento di Krebs e Johnson che il piruvato è il substrato del ciclo TCA (vedi sotto).
Krebs e Johnson erano attenti a mettere un punto interrogativo dopo il loro suggerimento che il piruvato è il substrato del ciclo TCA. Tuttavia, gli elucidatori della via glicolitica hanno fatto un salto di fede, accettando il suggerimento di Krebs e Johnson come un fatto e una scelta facile, se si considera il dogma prevalente del lattato come prodotto anaerobico della glicolisi muscolare e di così cattiva reputazione che nessuno lo avrebbe considerato come substrato del ciclo TCA. Quindi, la reputazione negativa del lattato si è radicata nella mente degli scienziati che hanno lavorato con il tessuto cerebrale, hanno dimostrato l’ossidazione del lattato e hanno concluso che il glucosio, per essere ossidato, deve essere prima convertito in lattato. Così, il lavoro dei coniugi Holmes, Ashford e Holmes e Holmes e Ashford sul metabolismo dei carboidrati del cervello è stato ignorato ed è rimasto oscuro ancora oggi, soprattutto a causa dell’abitudine mentale. Questa abitudine mentale impedisce a molti scienziati di accettare dati più recenti che sfidano il vecchio dogma di un percorso glicolitico che ha due possibili risultati, aerobico e anaerobico. Tuttavia, non dobbiamo dimenticare che nel 1940, sia il fatto che gli enzimi del ciclo TCA si trovano nei mitocondri che il ruolo che questi organelli svolgono nella respirazione erano sconosciuti. All’epoca era sconosciuto anche il fatto che i mitocondri contengono nella loro membrana l’enzima lattato deidrogenasi (LDH), che può convertire il lattato in piruvato. L’ignoranza è comprensibile per quanto riguarda il grande pubblico, dato che sia gli allenatori che gli atleti continuano, senza sosta, a incolpare l’acido lattico per il dolore muscolare in seguito allo sforzo anaerobico, anche recentemente durante i giochi olimpici di Rio, nonostante il fatto che questa affermazione sia stata smentita. Tuttavia, l’ignoranza non può spiegare la persistenza del concetto dogmatico di glicolisi aerobica e anaerobica tra gli scienziati, poiché le conoscenze disponibili oggi non supportano questo dogma. Quindi, la scelta di molti scienziati di ignorare o aggirare queste conoscenze è molto probabilmente dovuta all’abitudine mentale.