lez 1 introduzione al corso
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Scienza Dell’Alimentazione Introduzione al Corso Prof. Nicolò Merendino Uso e significato operativo dei termini • Alimentazione (alere= allevare, crescere) Nutrizione: il regime abituale di sostentamento • Dieta (διαιτα= modo di vivere) in italiano è intesa in senso curativo/restrittivo. • Le discipline alimentari e nutrizionali si collocano al centro di un sistema reticolare di interrelazioni coinvolgenti più scienze contermini. • Sistema Alimentazione/Nutrizione (SAN). Il sistema Alimentazione/Nutrizione (SAN) • Il progresso della ricerca scientifica, l’innovazione dei processi biotecnologici nel campo alimentare e l’industrializzazione dei processi alimentari ha allargato l’orizzonte da esplorare, indicando pragmaticamente un vasto dominio di interessi sia di ricerca sia applicativi. Alimentazione e Nutrizione sono divenute espressioni concettuali ed operative afferenti a discipline strettamente complementari. • Alimentazione: é sostanzialmente costituito dalla ricerca dalle applicazioni alla fonte di acceso ai nutrienti (e non) e di energia. Concerne quindi la natura degli alimenti, la loro qualità e sicurezza, le più convenienti condizioni di produzione ed uso. • Nutrizione: consiste nello studio del bisogno e degli effetti dell’accesso e quindi della assunzione degli alimenti da parte del soggetto ricevente (dose/risposta), sia esso individuo, nelle sue varie espressioni cellulari, tessutali, organismiche sia di popolazione nelle diverse articolazioni strutturali. Riguarda pertanto, modi e misure di utilizzazione (biodisponibilità) dei nutrienti contenuti negli alimenti e di soddisfacimento degli specifici bisogni nutritivi e dei conseguenti equilibri e squilibri. • Alimentazione e nutrizione assicurano l’essenziale scambio, materiale ed energetico, fra ambiente ed organismi che lo popolano. • La nutrizione é quindi la scienza che studia l’interazione tra le molecole dei nutrienti introdotte con gli alimenti con il materiale genetico delle cellule. • L’equilibrato apporto di nutrienti (macro e micro) tramite la varietà di alimenti disponibili nell’ambiente costituisce infatti il requisito base per il mantenimento della salute. Catena alimentare • Il substrato essenziale di alimentazione/nutrizione è intrinseco all’ambiente. Tutti gli organismi viventi (piante e animali) traggono dalle risorse ambientali disponibili le molecole necessarie per ricavare energia e per la formazione e funzionamento di cellule e tessuti. • Ciò avviene attraverso la catena alimentare che, nella competizione per la sopravvivenza, fornisce agli individui dominanti gli indispensabili alimenti costituiti da porzioni vegetali e/o animali raccolti o soccombenti. • I bisogni specie/specifici differiscono dal grado di organizzazione biologica per effetto del ruolo esercitato dall’evoluzione. • “Natura non fecit saltus” : ogni organismo si nutre di quelli che lo precedono nella catena alimentare e a sua volta serve da nutrimento a quelli che lo seguono. Una catena alimentare semplice è: erba-bovino-uomo. • Le catene alimentari semplici sono rare, si preferisce il termine “rete alimentare”: la maggior parte dei vegetali viene mangiata dagli erbivori (bruchi, lumache, bovini) e la maggior parte dei predatori divora prede diverse. • La rete alimentare ha forma piramidale: la base estesa (erba) contiene materiale che dà sostentamento ad una massa minore di erbivori. A livello superiore vengono i carnivori. • La forma piramidale rispecchia l’insufficienza nell’utilizzazione delle sostanze nutritive. Risorse ambientali ed evoluzione fisica e culturale Australopiteco: pleistocene 6-2.5 milioni di anni fa, raccoglitorespazzino (foglie, frutti, radici, carcasse di animali morti). • Homo erectus: pleistocene 2.3 milioni di anni fa, produzione di strumenti litici, raccoglitore-cacciatore (Pithecantropus, Sinantropus, Neanderthal) • Homo sapiens: paleolitico 1 milione di anni fa, cacciatore, tra Paleolitico e Neolitico avviene il passaggio dall’età della caccia a quella dell’agricoltura organizzata, con la coltivazione di piante commestibili e con l’ausilio dell’allevamento di animali domestici. • Con l’avvento dell’agricoltura il nutrimento indispensabile fu assicurato dalla produzione dei campi coltivati: così i cereali divennero dovunque gli alimenti di base e i principali apportatori di energia e nutrienti. • Situazioni ambientali e climatiche, tradizioni, costumi e motivazioni religiose, morfologia dei terreni e disponibilità di acqua hanno condizionato il tipo di alimentazione. • Proibizioni Bibliche e Coraniche • Per l’Antico Testamento e il Corano è proibito il consumo di carni di animali “che non hanno lo zoccolo fesso e ruminano”. Ovini e caprini non entravano in competizione con l’uomo nella utilizzazione delle risorse disponibili sul territorio. L’allevamento del maiale era poco redditizio in climi caldi e l’animale non si prestava alle migrazioni nomadi. • Il modello indiano: dalla dieta animale al vegetarianesimo • Le prime popolazioni ariane che invasero l’India (2000 a.C.) erano nomadi e si nutrivano di latte e carne bovina. Dopo l’insediamento nel territorio esse si convertirono gradualmente all’uso dell’orzo e del riso e il consumo di carne venne sempre più ristretto fino ad essere abbandonato con l’affermarsi delle dottrine induista e buddista. Dall’antico empirismo alla moderna scienza della nutrizione • Percezione Ippocratica del differenziamento adattativo dell’alimentazione umana (dieta come strumento per il mantenimento della salute e cura delle malattie) • Galeno trasferì questi concetti a Roma • Intuizione Leonardesca della nutrizione come continuo processo di utilizzazione e trasformazione di sostanze • Theofrastus Van Hohenheim, detto Paracelso (1493-1541), prima rappresentazione di un macchinario biochimico preposto all’assimilazione del cibo • Santorio Santorio (Padova 1561-1636) gettò le basi della moderna scienza dell’alimentazione • Giacomo Bartolomeo Beccari , prima cattedra di chimica al mondo (Università di Bologna, 1700), quid alium sumus nisi id ipsum unde alimur …l’uomo è ciò che mangia… • Antoine Lavoisier (1743-1794) determinò i parametri regolatori del metabolismo energetico • Giusto Liebig (1844) Trattato di Chimica organica e comprensione del meccanismo degli enzimi • Karl Rubner (fine ‘800) legge dell’isodinamia che stabilisce i valori equivalenti sul piano energetico di lipidi, glucidi, proteine • XIX e XX secolo scoperta dell’importanza dei minerali e vitamine, osservazione e validazione delle malattie da deficit nutrizionale Malignant neoplasms 32% Other neoplasms 0.2% Nutritional deficiencies 2% Cardiovascular diseases 61% Diabetes mellitus 5% Congenital abnormalities Respiratory 4% diseases 13% Infectious and parasitic diseases 11% Maternal conditions 1% Nutritional/ endocrine disorders 0.6% Digestive diseases 10% Respiratory infections 7% Oral diseases 1% Neuropsychiatric disorders 51% Musculoskeletal Sense organ Skin diseases diseases disorders 0.1% 19% Perinatal 0.1% conditions Genitourinary 8% diseases 5% Unintentional Injury 46% Intentional Injury 22% Associazione e forza tra alcuni alimenti e il rischio di sviluppo di alcuni tipi di cancro. Nessuna associazione = Evidenza di rischio ridotto: = convincente; = probabile; = possibile Evidenza di rischio aumentato: = convincente; = probabile; = possibile Vegetali Frutta Carni rosse Carni trasformate Sale Bocca/faringe/laringe - - - Esofago - - - Stomaco - - Colon-retto - Seno Polmone Prostata WCRF.1999 Adapted by Riboli et al. Pub Hlt Nut 2001 Alcool - - - - - - - - - Grassi sat r! MASCHIFEMMINE Colesterolo Prot. An. Grassi an.! CORRELAZIONE TRA CONSUMO DI ALCUNI NUTRIENTI E MORTALITA’ PER CANCRO IN ITALIA 0,8 0,6 positiva 0,4 0,2 0 -0,4 VIT.B1* Ac oleico VIT.C* ferro FIBRA Grassi Veg -0,8 Prot. Veg -0,6 Carboidrati. negativa -0,2 Reduction of estimated energy requirement in Italy in the last 40 yrs kcal/day/person 2.700 2.600 2.500 2.400 2.300 2.200 2.100 1961 1971 1981 1991 2001 yrs Data elaborated by Sette & D’Amicis NUTRIGENOMICA • LA RISPOSTA ALLA DIETA E’ SCRITTA NEI NOSTRI GENI • I nutrienti possono agire direttamente come ligandi dei recettori dei fattori di trascrizione l'apparato digerente • La maggior parte degli alimenti che l'uomo mangia è trasformata in composti semplici affinché possano giungere, attraverso il sangue, alle cellule del corpo e qui essere assorbite per produrre energia utile alle molteplici funzioni vitali. • La responsabile principale di questo processo è la funzione digestiva caratterizzata da molti organi che, insieme, formano l'apparato digerente La digestione • • Le fasi della digestione sono di due tipi: meccanica e chimica. Le fasi della digestione meccanica consistono di tutti i movimenti fisici che permettono di sminuzzare, triturare, inghiottire, rimescolare e trasportare il cibo. Le fasi della digestione chimica consistono nell'insieme di reazioni chimiche attraverso le quali si ha la trasformazione del cibo in sostanze assimilabili. Le reazioni chimiche avvengono per mezzo dell'acqua e sono perciò dette idrolisi. Il processo di idrolisi consiste nella scissione delle varie molecole costituenti gli alimenti in molecole più piccole ad opera dell'acqua. Tale scissione è piuttosto lenta ed è quindi necessario l'intervento di sostanze speciali che la accelerino: gli Enzimi; essi sono specifici, cioè ogni enzima controlla una particolare reazione. Come avviene il processo digestivo • Il cibo introdotto in bocca subisce subito le prime trasformazioni sia meccaniche che chimiche: qui infatti viene masticato, insalivato e parzialmente digerito. La masticazione, effettuata dai denti, ha il compito di ridurre il cibo solido in piccole parti per facilitare le fasi successive. Con l'insalivazione queste piccole parti vengono ammorbidite dalla saliva e si trasformano in bolo alimentare. Ad opera della ptialina contenuta nella saliva avviene nella prima reazione chimica: le grosse molecole di amido vengono scomposte in molecole più piccole e solubili. Con la deglutizione il bolo passa dalla bocca alla faringe; l'atto di deglutire o inghiottire è l'ultima azione volontaria che compiamo. Da questo momento, il cibo prosegue il suo percorso grazie ai movimenti dei muscoli involontari del tubo digerente, i movimenti peristaltici. Sospinto da questi movimenti, il bolo percorre la faringe, l' esofago, e attraverso il cardias, arriva nello stomaco. La Bocca • • A BOCCA costituisce l'apertura iniziale del tubo digerente ed è delimitata anteriormente dalle labbra e dalle arcate dentali, che sono l'insieme di tutti i denti inseriti nella mascella superiore e in quella inferiore, detta mandibola. In alto la bocca è limitata dal palato e in basso dal pavimento boccale dove c'è la lingua, un muscolo volontario rivestito di cellule particolari, le papille gustative. LA FARINGE è la parte posteriore della cavità orale e rappresenta il punto di incrocio tra la via digerente e l'apparato respiratorio. Essa presenta una apposita valvola cartilaginea, l'epiglottide, che chiude le vie aeree al passaggio del cibo. L'ESOFAGO • L'ESOFAGO è un lungo canale muscoloso che termina con una valvola, detta cardias, che lo mette in comunicazione con lo stomaco. LO STOMACO • Situato nella parte sinistra del corpo al di sotto del diaframma, lo stomaco è un organo muscolare a forma di sacco preposto alla demolizione degli alimenti provenienti dall'esofago e diretti all'intestino. Le sue pareti interne secernono acidi ed enzimi che continuano il processo digestivo iniziato in bocca e si proteggono da queste stesse sostanze con un'apposita secrezione mucosa. Il muscolo circolare posto alla sua estremità inferiore (sfintere) regola il passaggio delle sostanze in via di digestione dallo • LO STOMACO è un organo muscoloso a forma di sacco rivestito internamente da una mucosa. E' posizionato nella parte centrale dell'addome e comunica con l'intestino attraverso una valvola detta piloro. • Digestione nello stomaco • Il bolo, una volta deglutito, passa nella faringe, poi nell’esofago e da questo, grazie ai movimenti peristaltici causati dalla sua muscolatura, passa allo stomaco dopo l’apertura della valvola, chiamata cardias. • La parete dello stomaco è costituita da una parte esterna fibrosa, da una parte media muscolare e la parte interna da tessuto connettivo (mucosa e sottomucosa), in cui sono immersi numerosi vasi sanguigni e linfatici. La mucosa e ricca di cellule secretorie. La secrezione del succo gastrico è stimolata dall’odore dalla vista del cibo, dal sapore, dalla masticazione, dalla deglutizione e dalla presenza di cibo nello stomaco. • • Alcune di queste secernono acido cloridrico, che neutralizza l'alcalinità della saliva e trasforma il bolo in chimo a pH acido. L’ambiente acido favorisce l'attivazione degli enzimi digestivi contenuti nei succhi gastrici e secreti da altre cellule della parete dello stomaco, come la pepsina, che scinde le proteine in peptoni (pezzetti di proteine); altre cellule secernono il fattore intrinseco, che, unendosi con il fattore estrinseco (vit. B12) apportato con gli alimenti, prepara quest’ultimo all’assorbimento intestinale; la chimosina (o rennina o lab-fermento o caglio), che fa cagliare, coagulare il latte; le lipasi gastriche, che idrolizzano i grassi preparandoli alla scissione nell’intestino ad opera delle lipasi pancreatiche; Infine le cellule mucipari secernono la mucina, una forma di muco che protegge lo stomaco dall'attacco degli enzimi digestivi e degli acidi, preservandolo dall’autodigestione. Particolari condizioni psicosomatiche e alimentari, possono impedire, anche parzialmente, la produzione di muco e rendere tratti della mucosa attaccabili dagli enzimi e dagli acidi, dando origine all’erosione della parete gastrica e quindi alla formazione di ulcere. La perforazione della parete gastrica fa fuoriuscire il contenuto gastrico nella cavità addominale, provocando una peritonite. Dopo la digestione gastrica le sostanze ingerite vengono gradualmente versate, mediante l’apertura della valvola piloro (sfintere pilorico), nel duodeno, parte superiore dell'intestino tenue. Escrezione • Nel colon, a causa del riassorbimento corporeo dell'acqua, il materiale non digerito assume la forma di una massa solida. Se questa massa viene spinta troppo rapidamente, rimane semiliquida e dà luogo a diarrea; viceversa, se viene spinta molto lentamente, a causa di una lenta attività peristaltica, provoca la stipsi. Le feci, raccolte nel retto, vengono espulse attraverso l'ano. • • • • Masticare bene gli alimenti: ciò faciliterà la digestione e farà gustare meglio il sapore dei cibi. Ricordare che la prima digestione avviene in bocca. Nulla va mangiato o bevuto in eccesso. E' sempre preferibile alzarsi con un po' di appetito. Il riempirsi la pancia dà piacere al momento ma tale piacere cessa subito e subentra il fastidio di aver mangiato troppo. • E' preferibile mangiare a ore fisse, con intervalli sufficientemente lunghi tra un pasto e l'altro, poichè lo stomaco, essendo un muscolo, ha necessità di rilassarsi tra un pasto e l'altro.
