Tossicologia
Aspartame (E951) è un dolcificante sintetico, dipeptidico, intenso, che è quasi 180-200 volte più dolce del saccarosio, con un rispettivo basso valore calorico. L’aspartame è ampiamente utilizzato in più di 6000 prodotti in tutto il mondo con un enorme risultato commerciale sotto molti nomi di marca.1 L’aspartame è molto popolare grazie ai suoi costi ridotti, al basso apporto calorico, alle pubblicità attraenti e alla garanzia di contribuire alla gestione del peso. La popolarità dell’aspartame tra i consumatori risiede nei problemi associati al consumo di saccarosio.2 Negli individui diabetici la difficoltà di regolare i livelli di zucchero nel sangue limita il consumo di zucchero normale. Ciò è dovuto al fatto che i diabetici non hanno livelli sufficienti di insulina, un ormone che controlla l’assorbimento dello zucchero nel sangue. L’aspartame aiuta a limitare l’assunzione di saccarosio sotto forma di zucchero sostitutivo e rilascia rispettivamente una quantità molto bassa di energia. Viene metabolizzato più lentamente del saccarosio, permettendo ai livelli di zucchero nel sangue di rimanere più stabili nel tempo. Gli individui con ipoglicemia reattiva producono un eccesso di insulina dopo aver assorbito rapidamente il glucosio nel flusso sanguigno.3 Questo fa scendere i loro livelli di glucosio nel sangue al di sotto della quantità necessaria per la funzione fisiologica. Come per i diabetici, l’evitamento dei cibi ad alto contenuto glicemico costringe spesso a scegliere i dolcificanti artificiali come alternativa. Il saccarosio promuove la carie dei denti a causa del fatto che i batteri presenti naturalmente nella cavità orale umana sono in grado di utilizzare efficacemente il saccarosio come fonte di cibo, rilasciando rifiuti che degradano lo smalto. A differenza del saccarosio, la microflora presente nella placca dentale non utilizza l’aspartame. A causa di questa proprietà l’uso dell’aspartame è raccomandato sotto forma di prescrizione di farmaci senza zucchero quando possibile.4,5 Per queste ragioni, l’aspartame è sempre più introdotto in alimenti di consumo comune come bibite dietetiche, cereali e dessert senza zucchero, yogurt, gomme da masticare, sciroppi, rinfrescanti per la bocca, caramelle, bevande salutari, integratori nutrizionali e sono raccomandati per la perdita di peso e per individui che soffrono di intolleranza al glucosio e diabete mellito di tipo 2.6
Informazioni chimiche relative all’aspartame
Scoperta: Nel 1965 un chimico di nome James Schlatter che lavorava nei laboratori di ricerca della G. D. Searle ha scoperto accidentalmente l’aspartame. Durante una reazione intermedia della preparazione dell’inibitore della gastrina, accidentalmente una parte della soluzione si è rovesciata sulla sua mano. Indipendentemente da tutte le misure di sicurezza si leccò il dito per raccogliere il pezzo di carta e venne a conoscenza dell’intenso sapore dolce della sostanza chimica.7 Nel 1970 Cloninger e Baldwin pubblicarono una relazione su Scienceto per proporre il suo uso come dolcificante artificiale.8
Sintesi
Tuttavia la sintesi dell’aspartame è leggermente complicata un’incubazione diretta dell’acido L-aspartico e dell’estere metilico della fenil-alanina insieme ad alcuni microrganismi produce anche aspartame a livello commerciale. La sintesi chimica dell’aspartame coinvolge due processi chimici principali denominati processi Z e F. Il processo Z comporta principalmente la disidratazione dell’acido benzilossicarbonil-L-aspartico con anidride acetica. L’anidride viene poi accoppiata con l’estere metilico della L-fenilalanina in toluene per dare una miscela di benzilossicarbonili α-e β aspartami. I gruppi di protezione vengono rimossi mediante idrogenolisi. Dopo la cristallizzazione, la miscela di isomeri α e β dell’aspartame produce aspartame.9 Il processo F comporta la protezione del gruppo amminico dell’acido aspartico con un gruppo formile seguito dalla disidratazione naturale per formare l’anidride. L’anidride viene poi accoppiata con la L-finilalanina o con il suo estere metilico e il gruppo formile viene rimosso per idrolisi acida.10 La miscela risultante di aspartame α e β trattata con trattamento di metanolo acquoso, cristallizzazione e neutralizzazione fornisce infine l’aspartame commerciale.
Proprietà chimiche e fisiche
L’aspartame è composto da due aminoacidi L-acido aspartico e L-fenilalanina. È una polvere bianca cristallina, inodore, intensamente dolce, ha la formula molecolare (Figura 1) C14H18N2O5 insieme alla massa molare 294,31 g mol-1. La densità dell’aspartame è di 1,347g/cm3 con un alto punto di fusione, tra 246-247°C. In condizioni fortemente alcaline e acide l’aspartame si idrolizza. In soluzione acquosa la relazione tra pH e stabilità dell’aspartame è una curva a campana con la massima stabilità a pH 4,3. La solubilità dell’aspartame cambia in relazione ai cambiamenti di pH e di temperatura. L’aspartame accetta l’acqua ed è anche leggermente solubile in alcool. L’aspartame è più solubile in soluzioni acide a temperatura più alta. La solubilità dell’aspartame in acqua è di circa 0,03gm/ml a pH 3 acido a temperatura ambiente. Essendo un dipeptide, l’aspartame ha alcune limitazioni. Si suppone che perda la sua integrità durante il riscaldamento, quindi non può essere usato nella cottura, nella cottura o nella conservazione prolungata nei liquidi.11,12
Biochimica dell’aspartame
Idrolisi: Appena ingerito, l’aspartame subisce l’idrolisi nel lume intestinale e si converte in tre prodotti idrolitici chiamati fenilalanina (50%), acido aspartico (40%) e metanolo (10%).13
Metabolismo: L’aspartame è ampiamente usato per dolcificare una varietà di cibi e bevande dietetiche a basso e ridotto contenuto calorico. Una volta ingerito durante il metabolismo, l’aspartame si rompe nel lume intestinale. Oltre ai suoi aminoacidi costituenti, l’acido aspartico, la fenilalanina e il metanolo, l’aspartame si decompone ulteriormente per formare formaldeide, acido formico e diketopiperazina, che vengono ulteriormente metabolizzati in vivo. 14,15 La produzione di fenilalanina, aminoacido essenziale, è un pericolo per la salute di coloro che sono nati con fenilchetonuria (PKU), una rara malattia ereditaria. Tuttavia la produzione di metanolo non è molto alta durante il metabolismo dell’aspartame, ma contribuisce comunque alla tossicità.16
Modo d’azione possibilmente responsabile dell’effetto avverso
Un prodotto del metabolismo dell’aspartame La fenilalanina gioca un ruolo importante nella regolazione dei neurotrasmettitori.17 L’acido aspartico ha un ruolo importante come neurotrasmettitore eccitatorio nel sistema nervoso centrale insieme al glutammato. Il glutammato, l’asparagina e la glutammina si formano dal loro precursore, l’acido aspartico. Il metanolo viene convertito nel corpo in formiato, che può essere escreto o può dare origine a formaldeide e diketopiperazina (un cancerogeno) e a una serie di altri derivati altamente tossici. I danni ai mitocondri causati dall’aspartame promuovono l’apoptosi cellulare che porta alla produzione di GABA. Dopodiché si verifica la rottura della parete cellulare e le cellule diventano più permeabili. Questo fenomeno crea danni all’endotelio cellulare dei capillari. Dà luogo a stress ossidativo con conseguente neuro-degenerazione. Gli effetti collaterali neurologici diretti e indiretti legati al consumo di aspartame influenzano negativamente anche l’apprendimento compromesso e il funzionamento emotivo. Il metabolismo dell’aspartame altera le concentrazioni di noradrenalina, epinefrina e dopamina. Mancanza di sonno, convulsioni, depressione e mal di testa sono i possibili effetti collaterali dell’alterazione delle concentrazioni cerebrali regionali di catecolamine.13
Il milieu storico della controversia sull’aspartame
La procedura di valutazione della sicurezza nel caso dell’aspartame e di altri additivi alimentari sintetici è sottoposta a varie procedure di monitoraggio. La sicurezza dell’aspartame è stata valutata da varie agenzie di regolamentazione. La Food and drug administration (FDA) e altre autorità di regolamentazione considerano l’aspartame un esaltatore di sapidità e un agente dolcificante sicuro, ma lo stato dell’aspartame è ancora controverso, a causa della disponibilità di un’ampia quantità di letteratura sull’impatto negativo sulla salute e sugli effetti avversi del consumo di aspartame.17,18 La prima controversia relativa all’uso dell’aspartame fu sollevata dopo quasi due decenni e mezzo dalla scoperta dell’aspartame, quando nel 1996, Ralph G. Walton, uno psicologo del Northeastern Ohio Universities College of Medicine, pubblicò un’analisi dell’aspartame e concluse che gli studi finanziati dall’industria non avevano riscontrato problemi di sicurezza, mentre 84 dei 92 studi indipendenti (sotto forma di studi non finanziati dall’industria, lettere agli editori, relazioni di casi, recensioni, articoli o capitoli di libri) avevano individuato problemi di sicurezza.19 Questo problema è diventato popolare dopo essere stato messo in evidenza da un programma televisivo 60 minutes ed è stato ampiamente discusso. In una confutazione delle dichiarazioni di Walton, l’aspartame Information Service (un servizio fornito da Ajinomoto, uno dei principali produttori e fornitori di aspartame) esprime il suo disaccordo.20 Nel 2005 John Briffa ha menzionato che quasi il 100% degli studi finanziati dall’industria (in tutto o in parte) hanno concluso che l’aspartame è sicuro, mentre il 92% degli studi finanziati indipendentemente hanno trovato che l’aspartame ha il potenziale per effetti avversi.21 Questa informazione era abbastanza inaspettata e sorprendente per la società. L’aspartame è stato usato negli alimenti per più di tre decenni. La sua sicurezza è stata valutata di volta in volta da varie agenzie di regolamentazione. Ha suggerito una forte necessità di rivalutare le valutazioni di sicurezza per trarre nuove decisioni aggiornate nel tempo.22 Dal primo effetto avverso dell’aspartame rivelato attraverso la sperimentazione, l’aspartame rimane una sostanza chimica di interesse per i ricercatori. Una valutazione degna di nota dello stato di sicurezza dell’aspartame come dolcificante non nutritivo è stato uno studio critico eseguito da un gruppo indipendente di esperti riconosciuti sotto la direzione del Dr. William Waddell. La selezione del panel si è basata sul raggiungimento di una rappresentanza internazionale di varie aree di tossicologia rilevanti per l’aspartame, tra cui tossicocinetica, metabolismo, patologia, tossicologia alimentare, biostatistica, epidemiologia e tossicologia generale. La letteratura scientifica sull’assorbimento, il metabolismo, la tossicologia e gli studi epidemiologici e gli attuali livelli di consumo mondiale di aspartame sono stati esaminati dal gruppo.23,24
Possibili problemi di salute associati
Il numero di persone che soffrono di diabete, obesità, ipertensione e malattie cardiache ecc. L’aumento della quantità di zuccheri nel cibo, nei dolci, nelle bibite ecc. ha sollevato qualche preoccupazione per i loro effetti sulla salute. Tuttavia oggi i dolcificanti artificiali stanno ricevendo un’ampia attenzione. Ma è molto importante monitorare la loro sicurezza. L’aspartame è stato trovato associato alla progressione di molti disturbi clinici tra cui l’epatotossicità, la nefrotossicità, lo squilibrio dei neurotrasmettitori e le anomalie cognitive. È stato osservato che i maschi erano più suscettibili delle femmine in molti casi.25-28 L’alto livello dell’aminoacido essenziale naturale fenilalanina è un pericolo per la salute dei nati con fenilchetonuria (PKU), una rara malattia ereditaria. Quindi i pazienti affetti da fenilchetonuria non dovrebbero consumare aspartame.28 L’aspartame potrebbe essere una causa principale di alterazioni comportamentali tra cui comportamento impulsivo, mancanza di pazienza, diminuzione dell’attività locomotoria e della coordinazione neuromuscolare.29 Il consumo di aspartame durante la gestazione potrebbe essere dannoso per il feto. La riduzione del peso medio placentare e materno-fetale, della lunghezza del cordone ombelicale e dei parametri cariometrici nei nuclei degli epatociti fetali, la maggior parte dei parametri cariometrici degli epatociti sono stati ben documentati anche dopo il trattamento con aspartame nei ratti.6 L’esposizione in utero all’aspartame può influenzare la cognizione spaziale e l’omeostasi del glucosio nei topi, in particolare nei maschi.25 Un aumento del peso corporeo, aumenti transitori della pressione sanguigna e dei valori plasmatici di glucosio e trigliceridi insieme a una riduzione transitoria dell’urea plasmatica sono stati riportati anche dopo il consumo di aspartame.8 L’alterazione dell’omeostasi del glucosio dovuta all’ingestione di aspartame era stata ben documentata anche un decennio prima.25 L’aspartame aveva la capacità di alterare il normale pool di enzimi antiossidanti in molti organi come il fegato e i reni.30 Anche il consumo a lungo termine di aspartame potrebbe portare allo stress ossidativo negli eritrociti e nelle cellule del sangue.31 Il trattamento con aspartame è stato anche trovato come causa principale dello stress ossidativo negli organi immunitari come la milza, il timo, i linfonodi e il midollo osseo dei ratti trattati con aspartame carente di folati. La produzione di radicali liberi in tali organi sensibili potrebbe contribuire alla bassa immunità e rendere l’organo suscettibile alle infezioni.32 L’aspartame è stato anche trovato come potenziale cancerogeno per alcuni modelli animali. Tuttavia nessuna prova significativa era disponibile dalla valutazione epidemiologica.33 L’aspartame è stato trovato come colpevole dell’induzione del carcinoma epatocellulare e del carcinoma bronchiale nei topi maschi quando è stato introdotto prenatalmente attraverso l’arco della vita attraverso l’alimentazione.27 Le ghiandole salivari sono anche sensibili all’esposizione all’aspartame. Cambiamenti degenerativi nelle architetture dei tessuti delle ghiandole salivari parotidi sono stati riportati in modelli di roditori insieme a ipercromatismo, pleomorfismo e mitosi anormale nella ghiandola sottomandibolare.34 L’aspartame potrebbe anche essere responsabile della riduzione del numero di globuli rossi, del volume delle cellule imballate, della concentrazione di emoglobina, del numero di globuli bianchi, del numero di piastrine e dell’ormone testosterone seguito dalla diminuzione dell’attività dell’enzima acetilcolinesterasi.29 La somministrazione orale consecutiva di aspartame ha provocato un aumento significativo della produzione cerebrale di interleuchina-1 IL-β (IL-β) e di fattore di necrosi tumorale-α (TNF-α) accompagnata da una diminuzione significativa del fattore neurotropico derivato dal cervello (BDNF) e dei livelli di serotonina.35 Il consumo di aspartame ha prodotto una quantità rilevabile di metanolo nel sangue. Si suppone che i metaboliti dell’aspartame, compreso il metanolo, potrebbero essere responsabili della generazione di stress ossidativo nelle regioni cerebrali.36 Uno studio istologico al microscopio ottico ed elettronico ha rivelato che la somministrazione orale di aspartame (anche in piccole dosi come 250 mg/kg/giorno per sei settimane) potrebbe causare una marcata affezione della corteccia frontale.37
Legislazione
Secondo la legislazione europea e irlandese, tutti i prodotti alimentari contenenti aspartame o sale di aspartame-acesulfame, designati nella lista degli ingredienti con il loro nome specifico, devono essere chiaramente etichettati con le parole “contiene una fonte di fenilalanina”, sull’etichetta. Se l’aspartame (E 951) o il sale di aspartame-acesulfame (E 962) è designato nella lista degli ingredienti, l’etichetta deve riportare la dicitura “Contiene aspartame (una fonte di fenilalanina)”.38
Perspettiva
Anche se i risultati delle ricerche sui roditori hanno dimostrato numerosi effetti negativi dell’aspartame, lo status dell’aspartame è ancora discutibile. A parte tutte le controversie, l’aspartame è ampiamente disponibile sul mercato per un uso illimitato senza alcun avvertimento stampato di assunzione limitata. Due ragioni prominenti dietro il gioco della vendita e dell’acquisto sono, la mancanza di consapevolezza sulla chimica dietro la dolcezza artificiale e la scarsa capacità di correlazione degli individui della società tra la traccia del consumo e i problemi di salute associati. Tutti i dati di ricerca sperimentale disponibili in letteratura sembrano ancora insufficienti a dimostrare la totale sicurezza dell’uso dell’aspartame. Molti studi di ricerca finanziati affermano la storia della sicurezza, mentre molti esperimenti di ricerca indipendenti correlano molti effetti avversi al consumo di aspartame. Ulteriori esperimenti di ricerca sono necessari per ricapitolare i fatti disponibili sull’aspartame in un modo privo di pregiudizi. Ora è il momento di porre fine alla controversia con esperimenti appropriati necessari per valutare l’impatto dell’aspartame e dei suoi metaboliti sull’ambiente in-vivo. Il contributo dell’aspartame nella progressione di diversi disordini clinici dovrebbe anche essere studiato. Le donne dovrebbero anche evitare il consumo di aspartame soprattutto durante la gravidanza, la gestazione e l’allattamento. L’aspartame è anche molto popolare in altre classi della società a causa del suo basso contenuto calorico. L’aspartame è incorporato come sostituto dello zucchero da tavola per facilitare la perdita di peso.39 Le persone dovrebbero evitare il consumo di prodotti dietetici che contengono aspartame come agente dolcificante. Invece di consumare tali prodotti dolci dovrebbero preferire le sostanze dietetiche, che sono neutre nel gusto, e consumano un basso contenuto naturale di zucchero. Il consumo di aspartame da parte di neonati e bambini sotto forma di gomme da masticare disponibili in commercio, caramelle mou, prodotti dolci senza zucchero, integratori alimentari in polvere e bevande fredde dietetiche dovrebbe essere fortemente scoraggiato dai genitori con cautela. Anche a volte, i bambini molto giovani e i neonati entrano facilmente in contatto con l’aspartame sotto forma di caramelle, mou, snack a basso contenuto calorico, biscotti, coca cola dietetica e rinfrescanti per la bocca. L’esposizione continua all’aspartame in una vita così precoce potrebbe portare a gravi disturbi metabolici.40 Ci sono molte prove disponibili in forma di letteratura, che correlano l’uso dell’aspartame a disturbi della salute. Anche se l’aspartame è considerato sicuro per gli adulti, non è ancora raccomandato per i bambini. Anche se l’aspartame è una dolce manna per coloro che sono diabetici e non sono in grado di consumare zucchero di routine a causa delle loro preoccupazioni per la salute legate all’assunzione di zucchero, è ancora necessario un monitoraggio rigoroso. Gli autori raccomandano che il consumo di aspartame sia monitorato anche dai consumatori diabetici, perché non è necessario usare il dolcificante artificiale in ogni pasto. Invece dovrebbe essere trattato come una percezione del gusto. Tutti dovrebbero ricordare che nessuna molecola sintetica è adattabile al corpo umano come la sostanza naturale, vegetale e non tossica. Per colmare le lacune della ricerca esistente sono consigliabili nuovi studi clinici. L’uso dell’aspartame va bene entro i limiti prestabiliti. L’aspartame è solo una molecola che imita il gusto dolce per le papille gustative della lingua; non è una forma naturale di zucchero. Non potrebbe essere benefico e sicuro, quando viene consumato in modo incontrollato.