El sistema esquelético humano es un órgano complejo en constante equilibrio con el resto del cuerpo. Además de sostener y dar estructura al cuerpo, un hueso es el principal reservorio de muchos minerales y compuestos esenciales para mantener un equilibrio de pH saludable . [1] El deterioro del cuerpo con la edad hace que las personas mayores sean particularmente susceptibles y afectadas por una mala salud ósea . Enfermedades como la osteoporosis , caracterizada por el debilitamiento de la matriz estructural del hueso, aumentan el riesgo de fracturas de cadera y otros síntomas secundarios que cambian la vida. En 2010, más de 258.000 personas de 65 años o más fueron ingresadas en el hospital por fracturas de cadera. [2] Se espera que la incidencia de fracturas de cadera aumente un 12% en Estados Unidos, con una proyección de 289.000 admisiones en el año 2030. [3] Otras fuentes estiman que hasta 1,5 millones de estadounidenses tendrán una fractura relacionada con la osteoporosis cada año. [4] El costo de tratar a estas personas también es enorme: en 1991 Medicare gastó aproximadamente 2.900 millones de dólares en tratamiento y atención ambulatoria de fracturas de cadera, y se puede esperar que esta cifra aumente. [5]
Cuando se consumen más aminoácidos que contienen azufre , metionina y cistina , de los que el cuerpo puede utilizar para el crecimiento y la reparación, se descomponen produciendo sulfato o ácido sulfúrico , entre otros productos. Los alimentos animales como la carne, los productos lácteos y los huevos tienen un alto contenido de proteínas y "la ingesta de proteínas animales en la dieta está altamente correlacionada con la excreción neta de ácido renal". [6] Las investigaciones que se remontan a principios del siglo XX han demostrado correlaciones entre las dietas ricas en proteínas y el aumento de la excreción de ácido. [7] Una medida de los efectos ácidos o básicos que tienen los alimentos en el cuerpo es la carga ácida renal potencial (PRAL). Los quesos con un contenido de proteínas de 15 g de proteína/100 g o más tienen un valor PRAL alto de 23,6 mEq/100 g de porción comestible. Las carnes, el pescado, otros quesos y la harina o los fideos tienen un PRAL de alrededor de 8,0 mEq/100 g de porción comestible, mientras que las frutas y verduras en realidad tienen un PRAL negativo. [1] [8]
En los adultos sanos, el hueso se somete a una constante reparación y renovación. Las células osteoblásticas depositan hueso nuevo y las células osteoclásticas lo reabsorben o destruyen . Esta adición y sustracción de hueso no suele producir cambios netos en la masa total del esqueleto, pero el proceso de renovación puede verse afectado significativamente por el pH. [1]
La densidad mineral ósea (DMO) es una medida que se utiliza habitualmente para cuantificar la salud ósea. Un valor de DMO más bajo indica un mayor riesgo de osteoporosis o fractura. [9] Existe una amplia gama de factores que influyen en la DMO. Se ha demostrado que el consumo de proteínas es beneficioso para la densidad ósea al proporcionar sustratos de aminoácidos necesarios para la formación de la matriz ósea. También se cree que la concentración sanguínea del estimulante de la formación ósea, el factor de crecimiento similar a la insulina-I (IGF-I), aumenta con el consumo elevado de proteínas y la hormona paratiroidea (PTH), un estimulante de la resorción ósea, disminuye. [10] Aunque se ha demostrado que las proteínas son beneficiosas para aumentar la masa ósea, o la densidad mineral ósea, no existe una asociación significativa entre la ingesta de proteínas y la incidencia de fracturas. [11] En otras palabras, una DMO baja puede predecir la osteoporosis y un mayor riesgo de fractura, pero una DMO más alta no significa necesariamente una mejor salud ósea. La DMO alta también se correlaciona con otros problemas de salud. [12] Por ejemplo, una DMO más alta también se ha asociado con un mayor riesgo de cáncer de mama. [13]
La mayoría de los procesos metabólicos tienen un rango específico y estrecho de pH donde es posible su funcionamiento, existen múltiples sistemas reguladores para mantener la homeostasis . Las fluctuaciones que se alejan del pH operativo óptimo pueden ralentizar o perjudicar las reacciones y posiblemente causar daños a las estructuras celulares o proteínas. Para mantener la homeostasis, el cuerpo puede excretar el exceso de ácido o base a través de la orina , mediante el intercambio de gases en los pulmones o amortiguarlo en la sangre. [14] El sistema de amortiguación de bicarbonato del plasma sanguíneo mantiene efectivamente un pH estable y ayuda a mantener el pH extracelular alrededor de 7,35. [15] Los riñones son responsables de la mayor parte de la regulación ácido-base, pero pueden excretar orina no por debajo de un pH de 5. Esto significa que una lata de 330 ml de cola, por ejemplo, que suele tener un pH de 2,8 a 3,2, necesitaría diluirse 100 veces antes de ser excretada. En lugar de producir 33 L de orina a partir de una lata de cola, el cuerpo depende del amortiguador para neutralizar el ácido. [1] La acidosis sistémica puede ser el resultado de múltiples factores, no solo de la dieta. El ejercicio anaeróbico , la diabetes , el SIDA , el envejecimiento, la menopausia , la inflamación , las infecciones , los tumores y otras heridas y fracturas contribuyen a la acidosis. La sangre tiene un pH promedio de 7,40, pero el líquido intersticial puede variar. El pH intersticial de la piel, por ejemplo, es de ~7,1. No hay datos disponibles para los huesos. [16]
Se ha demostrado que la homocisteína , un aminoácido no proteico y análogo del aminoácido proteico cistina , tiene efectos negativos sobre la salud ósea. Es probable que las concentraciones más altas de homocisteína sean resultado de deficiencias de folato , vitamina B12 y B6 . Además, se encontró que la concentración de homocisteína se vio afectada significativamente por la actividad física. La estimulación del esqueleto a través de la actividad física promueve la remodelación ósea positiva y disminuye los niveles de homocisteína, independientemente de la ingesta nutricional. Se han propuesto cuatro métodos con respecto a la interacción de la homocisteína y el hueso: aumento de la actividad de los osteoclastos , disminución de la actividad de los osteoblastos , disminución del flujo sanguíneo óseo y acción directa de la homocisteína sobre la matriz ósea. La homocisteína inhibe la lisil oxidasa , que es responsable de las modificaciones postraduccionales del colágeno , un componente clave para la estructura ósea [17] .
Los osteoclastos se encuentran en la superficie de los huesos y forman fosas de resorción al excretar H+ a la superficie del hueso eliminando hidroxiapatita , múltiples minerales óseos y componentes orgánicos: colágeno y dentina . El propósito de la resorción ósea es liberar calcio al torrente sanguíneo para varios procesos vitales. [17] Estas fosas de resorción son visibles bajo microscopio electrónico y se forman rastros distintivos a partir de la resorción prolongada. Se ha demostrado que los osteoclastos son "absolutamente dependientes de la acidificación extracelular". [14] Una caída del pH de <0,1 unidades puede causar un aumento del 100% en la actividad de las células osteoclásticas, este efecto persiste con acidosis prolongada sin desensibilización, "amplificando los efectos de las modestas diferencias de pH". Las células osteoclásticas muestran poca o ninguna actividad a pH 7,4 y son más activas a pH 6,8, pero pueden ser estimuladas aún más por otros factores como la hormona paratiroidea . [16]
Los osteoblastos son responsables de la mineralización y construcción de la matriz ósea. Son responsables de la formación o producción de tejido óseo. [18] El origen de los osteoblastos y osteoclastos proviene de células precursoras primitivas que se encuentran en la médula ósea. [18] Al igual que las células osteoclásticas, la actividad de las células osteoblásticas está directamente relacionada con el reflejo del pH extracelular de la actividad osteoclástica. A pH 7,4, donde los osteoclastos están inactivos, los osteoblastos están en su actividad máxima. Asimismo, a pH 6,9 la actividad osteoblástica es inexistente. [16] La hormona estrógeno también es importante para la regulación osteoblástica. En las mujeres posmenopáusicas los niveles de estrógeno disminuyen, lo que tiene efectos negativos en la remodelación ósea. La homocisteína exacerba aún más este problema al reducir la transcripción del ARNm del receptor de estrógeno α, reduciendo así cualquier efecto beneficioso que el estrógeno tenga en la remodelación ósea. [17]
La acidosis inhibe la mineralización de la matriz de osteoblastos del hueso con un efecto recíproco sobre la activación de los osteoclastos . Las respuestas combinadas de estas células a la acidosis maximizan la disponibilidad de iones hidroxilo en solución que pueden utilizarse para amortiguar los protones. [16] La utilización del hueso para amortiguar incluso un pequeño porcentaje de la producción diaria de ácido puede conducir a una pérdida significativa de masa ósea en el transcurso de una década. [6] Además, a medida que el cuerpo envejece, hay una disminución constante de la función renal . La acidosis metabólica puede volverse más grave a medida que la función renal se debilita, y el cuerpo dependerá en mayor medida de los huesos y la sangre para mantener la homeostasis ácido-base. [10]
No existe ningún alimento o nutriente capaz de proporcionar una salud ósea adecuada por sí solo. En cambio, se cree que una dieta equilibrada con suficiente cantidad de frutas y verduras para obtener vitaminas, minerales y sustratos alcalinizantes es lo más beneficioso. Las dietas ricas en proteínas aportan mayores cantidades de aminoácidos que podrían degradarse en compuestos ácidos. También se sabe que el consumo de proteínas por encima de la ingesta diaria recomendada es beneficioso para la utilización del calcio. En general, se entiende que las dietas ricas en proteínas tienen un beneficio neto para la salud ósea porque los cambios en las concentraciones de IGF-I y PTH superan los efectos negativos de la producción de ácido metabólico. [10] La fuente de proteína, vegetal o animal, no importa en términos de ácido producido a partir del metabolismo de los aminoácidos. Cualquier diferencia en el contenido de metionina y cisteína no es significativa para afectar la carga ácida renal potencial (PRAL) general del alimento. Además de su contenido de proteína precursora ácida, las plantas también contienen cantidades significativas de precursores básicos. El bicarbonato de potasio , una sal básica, se produce a través del metabolismo de otras sales de potasio orgánicas: citrato , malato y gluconato , que son abundantes en las plantas. La discrepancia observada en PRAL se explica por las diferencias en el contenido de precursores básicos. [6] [8]