apparato digerente e alimentazione
L apparato digerente fornisce all organismo i nutrienti di cui ha bisogno ricavandoli dagli alimenti attraverso: L apparato digerente Masticazione Secrezione Mescolamento e propulsione Digestione Assorbimento Eliminazione 2 Sadava et al. Biologia La scienza della vita Zanichelli editore 2010
I nutrienti essenziali Il corpo umano deve ricevere dall alimentazione: monomeri e molecole organiche per i processi di biosintesi (per esempio, amminoacidi e acidi grassi essenziali); molecole da usare come fonte di energia; elementi minerali (macronutrienti e micronutrienti) e vitamine. Sadava et al. Biologia La scienza della vita Zanichelli editore 2010 3
Alimentazione ed elaborazione del cibo Gli animali possono alimentarsi in vari modi Tutti gli animali si nutrono di altri organismi: gli animali che mangiano sia piante sia animali sono detti onnivori; gli animali che mangiano solo vegetali sono detti erbivori; gli animali che mangiano altri animali sono detti carnivori.
La trasformazione del cibo avviene in quattro fasi Pezzi di cibo Molecole piccole Demolizione meccanica Digestione chimica (idrolisi enzimatica) Le molecole nutritive entrano nelle cellule Cibo Sostanze non digerite 1 Ingestione 2 Digestione 3 Assorbimento 4 Eliminazione
Nella digestione chimica i polimeri vengono scissi in monomeri. Polimero Monomeri Enzimi per la digestione di proteine Proteina Amminoacidi Polisaccaride Enzimi per la digestione di polisaccaridi Disaccaride Monosaccaridi Enzimi per la digestione di acidi nucleici Acido nucleico Nucleotidi Grasso Enzimi per la digestione di grassi Glicerolo Acidi grassi
Cavità orale Lingua Bocca Ghiandole salivari Faringe Esofago Cistifellea Pancreas Fegato Esofago Cardias Stomaco Sfintere pilorico Intestino tenue Intestino crasso Retto Ano Intestino tenue
Il sistema digerente umano Il sistema digerente umano è costituito da un canale alimentare e da organi a esso associati Le parti principali del canale alimentare sono: la bocca, la faringe, l esofago, lo stomaco, l intestino tenue, l intestino crasso. Dopo essere stato inghiottito, il cibo viene spinto lungo il canale alimentare grazie alla peristalsi, una sequenza di onde ritmiche di contrazione della muscolatura liscia presente nella parete del tubo digerente.
Il canale alimentare L apparato digerente è formato da un canale alimentare che si estende dalla bocca all ano ed è rivestito da quattro strati di tessuto: mucosa; sottomucosa; tonaca muscolare; tonaca sierosa (peritoneo). Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 10
Tonache del canale alimentare: Dal lume: mucosa, sottomucosa, muscolare e avventizia. La tonaca mucosa è formata da tre parti: Epitelio, Lamina Propria (connettivo lasso), Muscularis mucosae (muscolare liscio). La tonaca sottomucosa è formata da tessuto connettivo lasso (presenta ghiandole, vasi sanguigni e linfatici)
La tonaca muscolare nell esofago e nell intestino è formata da due strati di muscolatura liscia: circolare interno e longitudinale esterno (nello stomaco sono presenti tre strati: obliquo interno, circolare intermedio e longitudinale esterno). La tonaca sierosa o peritoneo. La tonaca avventizia è formata da tessuto connettivo lasso. Dove l'intestino è esposto nella cavità addominale, l'avventizia viene definita sierosa, formata da un peritoneo viscerale ed un peritoneo parietale (si osserva la presenza di un epitelio pavimentoso semplice, detto mesotelio).
Sezione trasversale tubo digerente (intestino)
Dalla bocca allo stomaco Nella cavità orale il cibo viene frantumato e ha inizio la digestione dell amido, il cibo così trasformato in bolo viene ingerito, e lo sfintere esofageo impedisce il reflusso. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 15
Cavità boccale.
I denti servono ad afferrare e masticare Tutti i vari tipi di denti dei mammiferi sono costituiti da tre strati: lo smalto; la dentina; la cavità della polpa. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 17
La masticazione dà inizio alla digestione meccanica Grazie all azione meccanica dei denti, il cibo viene frantumato ed esposto all azione degli enzimi. La lingua è un organo muscolare, ricoperto da papille gustative, che contengono i recettori del gusto. Denti Incisivi Canini Premolari Molari Lingua Apertura del dotto di una ghiandola salivare
La digestione ha inizio all interno della cavità orale Le ghiandole salivari sono sei: due parotidi; due sottomascellari; due sottolinguali. Nell uomo producono circa un litro e mezzo di saliva al giorno.
La saliva dà inizio alla digestione chimica la saliva contiene molte sostanze importanti per la trasformazione del cibo: alcune sostanze che proteggono la bocca, neutralizzano l acidità e lubrificano il cibo; il lisozima (un antibatterico); l amilasi salivare, un enzima digestivo che idrolizza le catene dell amido in catene glucidiche più piccole.
lisozima
amilasi
Il cibo, masticato e mescolato con la saliva, forma il bolo alimentare.
faringe
Sia il cibo sia l aria che respiriamo passano attraverso la faringe Un riflesso legato alla deglutizione fa passare il bolo alimentare dalla faringe all esofago, impedendogli di entrare nella trachea. Lingua Bolo di cibo Faringe L epiglottide si alza L epiglottide si abbassa Laringe Trachea Sfintere esofageo Esofago La laringe si alza Esofago L epiglottide si alza La laringe si abbassa Sfintere contratto Sfintere rilasciato Sfintere contratto
esofago
esofago
Dentro lo stomaco Nello stomaco procede la digestione meccanica (peristalsi) e comincia la digestione chimica fino al rilascio del chimo (bolo mischiato ai succhi gastrici) nell intestino tenue attraverso lo sfintere pilorico. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 28
L esofago convoglia il bolo alimentare verso lo stomaco Le onde peristaltiche nell esofago fanno passare il bolo alimentare nello stomaco. Bolo alimentare I muscoli circolari si rilassano e il canale si apre. Stomaco I muscoli circolari si contraggono, restringendo il canale, e il bolo viene spinto giù. Muscoli circolari rilassati Muscoli circolari contratti Muscoli circolari rilassati Muscoli circolari contratti
stomaco Lo stomaco immagazzina temporaneamente il cibo e lo demolisce per mezzo di acidi ed enzimi
stomaco (endoscopia).
Parete stomaco, sezione istologica.
Parete stomaco, sezione istologica.
Il succo gastrico La miscela di acido cloridrico (HCl) e pepsina costituisce il succo gastrico, che ha un ph molto acido. Lo stomaco può secernere circa 2 litri di HCl al giorno. 35 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012
Colonizzata SEM 2500 Lo stomaco e la produzione di succhi gastrici: Cavità dello stomaco Particelle di cibo Sfintere pilorico Stomaco Superficie interna dello stomaco Rilascio di succhi gastrici Ghiandola gastrica Fossette gastriche Rilascio dei succhi gastrici (muco, HCl e pepsinogeno) 3 Epitelio Pepsinogeno Cellule mucose Cellule principali 2 HCl 1 Pepsina (enzima attivo) 3 2 1 La pepsina comincia la digestione chimica delle proteine L HCl acidifica il contenuto dellostomaco e converte il pepsinogeno in pepsina Il pepsinogeno e l HCl sono secreti nel lume della ghiandola gastrica Cellule parietali
Pepsina.
La regolazione dell attività gastrica L attività delle ghiandole gastriche è regolata da un insieme di segnali nervosi e ormonali. L odore del cibo genera un segnale nervoso che stimola le ghiandole a produrre i succhi gastrici. Quando le sostanze alimentari raggiungono lo stomaco inducono le cellule G a rilasciare l ormone gastrina, che stimola ulteriormente la produzione di succhi gastrici. Quando il contenuto dello stomaco diventa troppo acido, un meccanismo a feedback negativo inibisce la secrezione dei succhi gastrici.
gastrina
feedback negativo + -
Dal bolo alimentare al chimo La contrazione dei muscoli della parete dello stomaco rimescola il cibo con i succhi gastrici, formando il chimo. Normalmente, il chimo non può risalire dallo stomaco all esofago (a cui è collegato attraverso il cardias). Quando ciò accade, si parla di riflusso gastrico, che provoca «acidità di stomaco». Un po per volta, il chimo passa dallo stomaco all intestino attraverso uno sfintere: il piloro. Lo stomaco impiega da due a sei ore a svuotarsi.
Helicobacter pylori. Patologie gastriche Una delle patologie più diffuse dello stomaco e della prima parte del duodeno è l ulcera. L ulcera è causata da batteri (Helicobacter pylori) che si trovano sugli strati mucosi dello stomaco.
L ulcera gastrica e Helicobacter pylori 43 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012
Struttura e funzioni dell intestino Nell intestino tenue (duodeno, digiuno e ileo) hanno luogo la digestione e l assorbimento, mentre l intestino crasso (colon e retto) è deputato soprattutto all eliminazione delle feci. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 44
La superficie del tenue è riccamente pieghettata e sono presenti miriadi di piccole estroflessioni digitiformi, i villi. La membrana delle cellule dei villi presenta ulteriori estroflessioni, i microvilli. Le estroflessioni aumentano la superficie di assorbimento totale (che si osserva essere di circa 250 m 2). Strati muscolari Pliche circolari Villi Parete intestinale Vasi sanguigni con sangue diretto verso il fegato Lume Assorbimento delle sostanze nutritive
Intestino tenue
intestino tenue Lungo circa 6 metri (25 cm duodeno, 2,5 metri il digiuno, 3,5 metri l ileo), diametro di circa 2,5 cm. Nel duodeno si completa la digestione, nel digiuno e nell ileo avviene il 90% dell assorbimento delle sostanze. Le cellule che rivestono l intestino tenue secernono muco e succo enterico.
duodeno, pancreas e fegato Nella prima parte dell intestino tenue, nel duodeno, si riversano, oltre al chimo, diverse sostanze prodotte dal fegato e dal pancreas. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 48
Il pancreas Il pancreas è una grossa ghiandola in cui si possono distinguere due parti: una frazione esocrina che produce una miscela di bicarbonato ed enzimi digestivi (il succo pancreatico) che vengono riversati nel duodeno; una frazione endocrina, le cosiddette isole di Langerhans, che produce ormoni (come insulina e glucagone) che vengono immessi direttamente nel sangue. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 49
scanner
Il pancreas produce una soluzione basica ricca di enzimi digestivi e di bicarbonato (che neutralizza l acidità del chimo). Fegato Bile Cistifellea Bile Enzimi dell intestino Duodeno (parte dell intestino tenue) Chimo acido Succhi pancreatici Stomaco Pancreas
Struttura e funzioni del fegato Il fegato è il laboratorio biochimico del nostro organismo, riceve le sostanze nutritive provenienti dall intestino e le immagazzina o le converte in molecole di cui l organismo ha bisogno, ma svolge anche tantissime altre funzioni, ad esempio produce la bile.
fegato Il fegato pesa circa 1,4 kg.
La struttura del fegato:
Lobuli epatici sezione istologica.
fegato Il fegato è costituito da cellule epiteliali dette epatotici organizzate in lobuli.
cistifellea bile micella
Due ormoni (la secretina e il CCK, colecistochinina) aumentano nel fegato la produzione di bile, che si accumula nella cistifellea (un sacchetto a forma di pera situato alla base del fegato). La bile contiene sali biliari che emulsionano i grassi rendendoli più facilmente attaccabili da parte degli enzimi.
L intestino e l assorbimento L incremento dell area superficiale dell intestino grazie a pieghe, villi e microvilli permette un maggior assorbimento delle sostanze nutritive. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 61
Epitelio cilindrico semplice (intestino).
Intestino tenue: assorbimento
Epitelio cilindrico semplice (intestino).
Epitelio cilindrico semplice (intestino sezione trasversale dei villi)
Le sostanze nutritive passano attraverso l epitelio intestinale (per diffusione o trasporto attivo) e poi attraverso le sottili pareti dei capillari o dei vasi linfatici e giungono così al fegato dove vengono trasformate e accumulate. Lume dell intestino Assorbimento delle sostanze nutritive Microvilli Assorbimento delle sostanze nutritive nelle cellule epiteliali Cellule epiteliale Amminoacidi e zuccheri Acidi grassi e glicerolo Capillari sanguigni Vaso linfatico Grassi Sangue Linfa Cellule epiteliali Villi
Nell intestino tenue vengono dunque assorbiti: i monosaccaridi; gli amminoacidi; i lipidi; le vitamine; l acqua e gli ioni. L assorbimento non è una proprietà esclusiva del tenue, anche lo stomaco e il crasso possono assorbire, in quantità minori, piccole molecole. Inoltre l assorbimento dell acqua e degli ioni termina nel crasso.
Le sostanze assorbite, attraverso la vena porta epatica, vengono trasportate al fegato, dove vengono in vario grado metabolizzate e/o immagazzinate a seconda del bisogno.
Funzioni metaboliche e di deposito del fegato Tutte le sostanze assorbite dall intestino passano per il fegato, prima di essere trasferite ad altre cellule. I monosaccardi possono essere trasformati in glucosio, che puòà essere trattenuto nel tessuto epatico sotto forma di glicogeno. Gli amminoacidi vengono trasformati in zuccheri, grassi o precursori dell ATP. Gli acidi grassi possono essere demoliti nel fegato per formare ATP. Le vitamine liposolubili e alcuni minerali possono essere immagazzinate nel fegato.
Funzione protettiva del fegato Il fegato trasforma numerose sostanze, rendendole innocue e facilmente eliminabili. Le sostanze vengono demolite attraverso processi catabolici oppure coniugati con composti che ne inibiscono l attività. Le sostanze demolite possono essere: endogene (ormoni come l insulina, gli estrogeni e il progesterone) esogene (farmaci come antibiotici e sulfammidici)
Intestino crasso Lungo circa 1,5 metri, diametro di circa 6,5 cm, si divide in cieco, colon e retto.
La funzione principale dell intestino crasso (chiamato anche colon) è quella di terminare l assorbimento dell acqua e dei sali minerali. Nel crasso avviene la fermentazione dovuta alla flora batterica (ed alcune specie sintetizzano vitamina B e K). Le feci rappresentano i prodotti di scarto della digestione e vengono immagazzinate nella porzione terminale del colon, il retto. Intestino crasso (colon) Cieco Sfintere Ultimo tratto dell intestino tenue Appendice Intestino tenue Retto Ano Flusso delle sostanze nutritive
Il controllo della digestione Il sistema nervoso centrale e gli ormoni rilasciati dalle ghiandole endocrine controllano molte fasi della digestione. 74 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012
Alcuni disturbi e malattie dell apparato digerente: Gastriti ed ulcere gastriche (Helicobacter pylori). Infiammazioni (appendicite, peritonite). Tumore del colon retto. Patologie causate da parassiti (Nematodi ascaridi, Platelminti Tenia solum)
Intestino cieco e appendice. L'appendice nell'uomo è posta sotto la valvola ileo-cecale. Ha la forma di un piccolo tubo cilindrico lungo dai 5 ai 9 cm e largo 7 mm. Nella patogenesi dell'appendicite viene data molto importanza alla occlusione del lume; i germi segregati possono dare luogo ad una infezione (appendicite).
Tenia solium proglottide cisticerco scolice
Patologie del fegato Le epatiti sono processi infiammatori acuti o cronici del fegato che possono portare alla necrosi o favorire l insorgenza del cancro. Patologie pancreatiche La pancreatite acuta ha varie cause, tra le quali la presenza di un calcolo nelle vie biliari; la pancreatite cronica è un processo infiammatorio che si protrae nel tempo e che porta alla progressiva atrofia dell organo. Patologie dell intestino L appendicite è un infiammazione acuta dell appendice cecale; il tumore al colon-retto è la forma di cancro che colpisce più spesso il sistema digerente.
Epatite A (picornavirus HAV) Il periodo di incubazione medio del virus dell epatite A è intorno ai 30 giorni, con un range che va dai 15 ai 50 giorni; e generalmente si risolve in 1 o 2 settimane. I sintomi della malattia sono: Anoressia, Nausea, Vomito, Febbre, Diarrea, Dolori addominali, Ittero e urine color marsala
Epatite B (HBV) Il periodo di incubazione medio del virus dell epatite B varia da 1 a 6 mesi; il decorso ha varia durata ma generalmente è più lungo delle epatite di tipo A. Sono presenti antigeni nel sangue. I sintomi della malattia sono: Anoressia, Nausea, Vomito, Febbre, Diarrea, Dolori addominali, Ittero e urine color marsala. In casi gravi si può manifestare la cirrosi epatica, o forme di tumore. L epatite B in un 10% dei casi diviene cronica.
cirrosi epatica
alimentazione
I nutrienti essenziali Il corpo umano deve ricevere dall alimentazione: monomeri e molecole organiche per i processi di biosintesi (per esempio, amminoacidi e acidi grassi essenziali); molecole da usare come fonte di energia; elementi minerali (macronutrienti e micronutrienti) e vitamine. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 87
Alimentazione bilanciata e salute L alimentazione fornisce energia per la crescita e per lo svolgimento di tutte le attività dell organismo Un alimentazione bilanciata fornisce: l energia necessaria per le attività dell organismo; le sostanze di base per fabbricare le proprie molecole complesse; le molecole (amminoacidi essenziali, vitamine e minerali) che gli animali non sono in grado di fabbricare).
Alimentazione: Energia KILOCALORIA (o Caloria): ovvero 4,18 kj, rappresenta la quantità di calore necessaria per innalzare la temperatura di 1 Kg di acqua distillata da 14,5 C a 15,5 C. Bruciando un grammo di carboidrati o di proteine si sviluppa un calore medio di 4 Kcal Bruciando un grammo di grassi si sviluppa un calore medio di 9 Kcal per grammo.
metabolismo Metabolismo basale: 1.500-1.800 Kcal Fabbisogno medio giornaliero adulto: 3.000 Kcal
zuccheri
Grassi saturi ed insaturi
acido linoleico
proteine
Gli otto amminoacidi essenziali che l uomo adulto non è in grado di fabbricare possono essere ottenuti dalle proteine animali o da una giusta combinazione di alimenti di origine vegetale (cereali-legumi). Amminoacidi essenziali Metionina Valina (Istidina) Treonina Fenilalanina Granoturco e altri cereali Leucina Isoleucina Triptofano Lisina Fagioli e altri legumi
vitamine
Le vitamine sono sostanze nutritive organiche essenziali ma necessarie in quantità molto inferiore rispetto agli amminoacidi. Le vitamine indispensabili all uomo sono 13. La maggior parte delle vitamine sono coenzimi o parti di coenzimi, hanno funzioni catalitiche e vengono usate più volte nelle reazioni metaboliche.
Vitamine necessarie all organismo umano:
vitamina A Retinolo. Liposolubile. Presente in frutta e verdure, fegato e formaggi. Forma i pigmenti visivi. Sintomi da carenza: cecità notturna.
vitamina C Acido ascorbico. Idrosolubile. Presente in agrumi, pomodoro, patate, Funzione antiossidante, necessaria per formazione dei connettivi. Sintomi da carenza: scorbuto.
vitamina D Colicalciferolo. Idrosolubile. Presente in prodotti caseari, pesce e cereali. Sintetizzata dalla pelle in seguito all esposizione solare. Funzione: assorbimento calcio e fosforo. Sintomi da carenza: rachitismo.
vitamina B12 Cobalamina, presente in tutti gli alimenti di origina animale, non presente nelle piante. Mancanza, per scelte alimentari p per incapacità di assorbimento gastrico (deficit di fattore intrinseco) causa l anemia perniciosa (globuli rossi immaturi).
Il funzionamento dell organismo richiede anche diverse sostanze inorganiche: i minerali. Nel campo della nutrizione vengo detti minerali gli elementi chimici diversi dal carbonio, dall idrogeno, dall ossigeno e dall azoto (i quattro componenti principali dei composti organici. I minerali svolgono molte funzioni diverse.
COLLEGAMENTI Il grasso corporeo e la mania delle diete Nella cultura occidentale il grasso corporeo in eccesso è considerato antiestetico, mentre altre culture considerano il grasso in modo diverso. Le diete dimagranti possono aiutare le persone a perdere perso ma possono essere rischiose per la loro salute.
COLLEGAMENTI L alimentazione può influire sul rischio di contrarre malattie cardiovascolari e alcuni tipi di cancro Un alimentazione bilanciata può aiutare a ridurre il rischio di malattie cardiovascolari e cancro. Fattori di rischio comportamentali Dieta ricca di grassi Tasso di colesterolo elevato e pressione alta Fattori di rischio inevitabili Invecchiamento Inattività fisica Storia familiare Fumo Malattia cardiovascolare Essere maschi
Linee guida per un alimentazione che riduce il rischio di cancro:
L obesità potrebbe dipendere dai geni In un esperimento condotto sui topi si è visto che la mutazione di un singolo gene porta all obesità. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012 107