L'acqua da un punto di vista biologico

In questo post, che partecipa al terzo Carnevale della Chimica ospitato dal Chimico impertinente, vorrei parlarvi dell'importanza dell'acqua per il benessere generale dell'organismo umano. 
Iniziamo con qualche percentuale.
Nel neonato l’acqua rappresenta circa il 75% del peso corporeo; nell’adulto questa percentuale si stabilizza attorno al 55-65%, per diminuire nuovamente nell'anziano (50% circa). 

Figura1: Percentuale d'acqua e altre sostanze chimiche nell'organismo umano. Immagine tratta da Wikimedia

Inoltre, a partire dall’adolescenza, si evidenziano delle differenze di genere: la donna, infatti, presenta costituzionalmente una maggiore quantità di tessuto adiposo (povero di acqua) e, quindi, nell'organismo femminile c'è una minore quantità di acqua rispetto a quello maschile.
L'acqua corporea è localizzata per il 65-70% all’interno delle nostre cellule (acqua intracellulare) e ne determina il volume e il turgore. 
Il restante 30-35% costituisce l'acqua extracellulare che comprende, ad esempio, il plasma e la linfa.
Queste semplici percentuali ci fanno capire quanto sia importante l'acqua per il nostro organismo e perché sia fondamentale mantenere un corretto bilancio idrico, ovvero un equilibrio tra le entrate e le uscite di acqua nel nostro corpo.
Nella seguente tabella si può facilmente valutare il bilancio idrico di una persona; è importante  non dimenticare che tale parametro è influenzato da diversi fattori come: l'età, l'alimentazione, l'attività fisica o il clima.

Bilancio idrico giornaliero medio in una persona adulta

Acqua introdotta Acqua eliminata

Acqua esogena, introdotta dall’esterno Bevande 1200 ml Urine 1400 ml

Alimenti 1000 ml Feci 200 ml

Acqua endogena, prodotta dall’organismo Ottenuta attraverso le reazioni chimiche che avvengono nel corpo umano 300 ml Traspirazione cutanea 600 ml

Sudorazione 300 ml

TOTALE 2500 ml TOTALE 2500 ml

Tabella 1: Bilancio idrico giornaliero. Cliccando sul link Alimenti, proposto anche nella tabella, si accede alle tabelle di composizione degli alimenti dell'Istituto Nazionale di Ricerca per gli Alimenti e la Nutrizione (INRAN). Attraverso pochi e semplici clic, vengono visualizzati i dati relativi all'alimento desiderato e, naturalmente, se ne può valutare anche il contenuto di acqua.
I principali mezzi attraverso i quali l'organismo umano riesce a mantenere l’equilibrio idrico sono: il meccanismo della sete ed il riassorbimento dell’acqua da parte dei reni.
Il centro della sete si trova nell'ipotalamo, una piccola ghiandola collocata nel cervello; l'ipotalamo raccoglie le informazioni provenienti dai vari distretti dell'organismo e, in caso di bisogno, ci fa percepire la sensazione di sete.

Animazione tratta da Wikimedia: in rosso, rappresentazione tridimensionale dell'ipotalamo.

La disidratazione può anche essere molto pericolosa: crampi, debolezza e malessere generale, ne sono solo i primi sintomi; se la disidratazione raggiunge il 10%, può essere a rischio la sopravvivenza dell'individuo.
I reni si trovano nell'addome in posizione posteriore, ai lati della colonna vertebrale. La  loro principale funzione è quella di eliminare le sostanze di rifiuto, attraverso l'urina.
 
Mediamente l'urina escreta in 24 ore è pari a 1,4 - 1,5 litri; questo valore può, tuttavia, variare notevolmente in base alla quantità di liquidi che vengono assunti o persi durante la giornata.
Da quanto fin'ora esposto, è chiaro che molteplici meccanismi cooperano tra loro nella regolazione del contenuto idrico dell'organismo umano.
Vediamo ora quali sono le funzioni vitali svolte  dall'acqua:

• La funzione solvente: la maggior parte delle reazioni chimiche indispensabili alla vita avvengono tra sostanze sciolte in acqua o a diretto contatto con l'acqua.
• La funzione di agente di trasporto: l'acqua contenuta nel plasma favorisce il trasposto delle sostanze nutritive, delle sostanze prodotte dalle cellule e di quelle di scarto.
• La funzione termoregolatrice: grazie alla sudorazione ed alla traspirazione viene, infatti, regolata la temperatura corporea.
• La funzione idrolitica: l'acqua scinde alcuni composti trasformandoli in composti chimici di minori dimensioni. Reazioni di questo tipo avvengono, ad esempio, durante la digestione.
• La funzione lubrificante: ad esempio a livello delle membrane sinoviali nelle articolazioni. Inoltre, grazie alla funzione lubrificante, l'acqua mantiene elastica e compatta la pelle e garantisce la giusta consistenza del contenuto dell'intestino.

Per concludere vediamo una breve panoramica sulle proprietà chimiche dell'acqua che la rendono  una molecola unica, indispensabile per la vita.

Da un punto di vista chimico, l'acqua (H₂O) è  formata da due atomi di idrogeno (H) e un atomo di ossigeno (O), disposti a formare un angolo di circa 104°

Figura 2: Molecola d'acqua: l'atomo di ossigeno è rappresentato in rosso, i 2 atomi di idrogeno, invece, sono rappresentati in grigio. L'immagine è tratta da Wikimedia.

Figura 3: Nella molecola d'acqua, idrogeno ed ossigeno formano un angolo di circa 104°. L'immagine è tratta da Wikimedia

Idrogeno ed ossigeno formano tra loro un legame di tipo covalente: questo significa che i due atomi [1]condividono gli elettroni di legame; l'ossigeno, però, rispetto all'idrogeno, attira con maggior forza gli elettroni (si dice che l'ossigeno è più elettronegativo). Questo crea una distribuzione delle cariche elettriche non uniforme e la molecola si presenta polare; dunque, più precisamente, il legame tra ossigeno e idrogeno è dunque covalente polare.

Figura 4: Legame covalente polare dell'acqua. Covalent bond: polar covalent bonds. Art. Encyclopædia Britannica Online. Web. 14 Mar. 2011.

L'acqua, dunque, è una molecola polare; tale caratteristica le permette di instaurare particolari legami intermolecolari, noti come legami idrogeno.

Figura 5: legami idrogeno tra molecole d'acqua. Immagine tratta da Wikimedia.

I legami idrogeno sono responsabili dello stato liquido dell'acqua a temperatura ambiente e nell'organismo umano.È indispensabile che l’acqua rimanga liquida: se formasse dei cristalli di ghiaccio, danneggerebbe le cellule e l'organismo in modo irreparabile.
Dai legami idrogeno dipende anche l'elevato calore specifico dell'acqua: essa, infatti, è in grado di assorbire grandi quantità di calore, senza subire notevoli aumenti di temperatura. Questa proprietà permette alla nostra temperatura interna di cambiare lentamente, al variare della temperatura esterna.I legami idrogeno sono, inoltre, responsabili, della grande energia termica necessaria per far evaporare l’acqua: il sudore forma sulla nostra pelle un sottile strato di acqua che può evaporare solo dopo aver sottratto al nostro organismo una certa quantità di calore.
Infine, una mappa che riassume schematicamente quanto illustrato in questo post.
Tania Tanfoglio_______________________________ 
Bibliografia 
Paradisi T. Castelli G. Scienza dell'Alimentazione, Le Monnier, 2005.INRAN - Linee Guida n°5 - Bevi ogni giorno acqua in abbondanza.
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Note
[1]  Per un breve ripasso su come è fatto un atomo potete leggere l'introduzione del mio post, "La chimica dentro di noi".