La respirazione anaerobica è il processo di creazione di energia senza la presenza di ossigeno. A volte il corpo non può fornire ai muscoli l’ossigeno di cui ha bisogno per creare energia – come in una situazione di sprint. Senza il processo di respirazione anaerobica potrebbe non esserci energia fornita ai muscoli in momenti di forte richiesta.
Questo articolo considererà il processo di respirazione anaerobica e il suo significato clinico.
Processo di respirazione anaerobica
Senza la presenza di ossigeno, la catena di trasporto degli elettroni (ETC) non può continuare perché non c’è un accettore di elettroni terminale. Pertanto, il solito numero di molecole di ATP non può essere creato. La cessazione dell’ETC porta ad una ridotta attività delle reazioni che precedono questo passo, come il ciclo di Krebs e la glicolisi. La via anaerobica utilizza il piruvato, il prodotto finale della glicolisi.
Senza l’ETC funzionante ci sono un eccesso di NADH e piruvato. Il piruvato viene successivamente ridotto a lattato (acido lattico) dal NADH, lasciando NAD+ dopo la riduzione. Questa reazione è catalizzata dall’enzima lattato deidrogenasi. Questo porta essenzialmente al riciclaggio del NAD+.
Riciclando il NAD+ il processo di glicolisi è in grado di continuare perché la “scorta” di NAD+ è stata riempita. La via della glicolisi produce 2 molecole nette di ATP che possono essere usate come energia per guidare la contrazione muscolare ecc. Le 2 molecole di ATP sono molto meno di quelle prodotte dalla respirazione aerobica, ma sono necessarie perché senza la respirazione anaerobica non ci sarebbe nessun altro metodo di produzione di ATP.
Questo può accadere in condizioni di ischemia. La glicolisi sarà più veloce e produrrà acido lattico. Questo è necessario in situazioni come l’esercizio fisico in cui la domanda di ossigeno dei muscoli aumenta oltre l’offerta, nelle malattie cardiache ischemiche o quando un tumore maligno supera il suo apporto di sangue.
La glicolisi anaerobica avviene più velocemente di quella aerobica perché viene prodotta meno energia per ogni glucosio demolito (2ATP contro 32ATP), quindi deve essere demolita più velocemente per soddisfare le richieste. Questo può portare all’acidosi lattica.
Rimozione del lattato
Il lattato prodotto come risultato della respirazione anaerobica deve essere rimosso perché è acido. Ci sono due modi principali per farlo;
- Il lattato viene trasportato alle cellule metabolicamente attive, come il cuore e il cervello. Qui viene riconvertito in piruvato dalla reazione di cui sopra. Il piruvato viene poi utilizzato nel ciclo di Krebs.
- Il lattato viene trasportato al fegato e convertito in piruvato dalla reazione di cui sopra. Il piruvato viene poi utilizzato nel processo di gluconeogenesi per creare altro glucosio
Rilevanza clinica – acidosi lattica
In alcuni casi l’eccessiva produzione di lattato può portare a una condizione nota come acidosi lattica, un sottotipo di acidosi metabolica. Questo avviene quando il pH del sangue è diventato più acido a causa dell’aumento dei livelli di lattato nel corpo. Ci sono diverse cause per l’acidosi lattica, ma in generale è causata dall’incapacità del corpo di respirare aerobicamente. Alcune cause includono:
- Diabete mellito
- Carenze enzimatiche – per esempio deficit di piruvato deidrogenasi
- Farmaci – per esempio, metformina e isoniazide
- Emorragia
- Sepsi
- Disordini mitocondriali
I sintomi sono tipici dell’acidosi metabolica e includono nausea, vomito, debolezza muscolare e respiro rapido. Il trattamento è difficile, poiché ci sono poche prove a sostegno dell’uso di soluzioni di bicarbonato di sodio (per bilanciare il pH) o della rimozione diretta del lattato (tramite emofiltrazione). Nel complesso il trattamento è di supporto e dipende dalla causa; se la causa è un farmaco, potrebbe essere necessario sospenderlo e alcuni disturbi mitocondriali potrebbero richiedere diete adattate.