apparato digerente e alimentazione

apparato digerente e alimentazione
L’apparato digerente
L’apparato digerente fornisce
all’organismo i nutrienti di cui
ha bisogno ricavandoli dagli
alimenti attraverso:
• Masticazione
• Secrezione
• Mescolamento e propulsione
• Digestione
•Assorbimento
•Eliminazione
Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010
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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.
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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
Molecole
piccole
Pezzi
di cibo
Digestione chimica
(idrolisi enzimatica)
Demolizione
meccanica
Le molecole
nutritive
entrano
nelle cellule
Cibo
1
Ingestione
Sostanze
non digerite
2
Digestione
3
Assorbimento
4
Eliminazione
Nella digestione chimica i polimeri vengono scissi in
monomeri.
Polimero
Monomeri
Enzimi per
la digestione
di proteine
Proteina
Polisaccaride
Amminoacidi
Enzimi per
la digestione
di polisaccaridi
Disaccaride
Monosaccaridi
Enzimi per
la digestione
di acidi nucleici
Acido nucleico
Nucleotidi
Enzimi per
la digestione
di grassi
Grasso
Glicerolo
Acidi grassi
Cavità orale
Lingua
Bocca
Faringe
Ghiandole salivari
Esofago
Fegato
Cistifellea
Esofago
Cardias
Stomaco
Sfintere
pilorico
Pancreas
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).
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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.
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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.
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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
Laringe
Sfintere
esofageo
Trachea
Sfintere contratto
Esofago
L’epiglottide
si abbassa
La laringe
si alza
Esofago
Sfintere rilasciato
L’epiglottide
si alza
La laringe
si abbassa
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.
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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 contraggono,
restringendo il canale,
e il bolo viene spinto
giù.
I muscoli circolari si
rilassano e il canale
si apre.
Stomaco
Muscoli circolari contratti
Muscoli circolari rilassati
Muscoli circolari contratti
Muscoli
circolari
rilassati
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.
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Cavità
dello stomaco
Particelle di cibo
Colonizzata SEM 2500
Lo stomaco e la produzione di succhi gastrici:
Superficie interna
dello stomaco
Fossette gastriche
Rilascio dei succhi gastrici (muco, HCl
e pepsinogeno)
3
Rilascio
di succhi
gastrici
Epitelio Pepsinogeno
Cellule mucose
1
Stomaco
Sfintere
pilorico
Pepsina
2 (enzima
HCl attivo)
Ghiandola
gastrica
Cellule
principali
Cellule
parietali
3
La pepsina comincia la
digestione chimica delle
proteine
2
L’HCl acidifica il contenuto
dellostomaco e converte il
pepsinogeno in pepsina
1
Il pepsinogeno e l’HCl sono
secreti nel lume della ghiandola
gastrica
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
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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.
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La superficie del tenue è
riccamente pieghettata e
sono presenti miriadi di
piccole estroflessioni
digitiformi, i villi. La
Strati muscolari
membrana delle cellule
Pliche circolari
dei villi presenta ulteriori
Villi
estroflessioni, i microvilli.
Le estroflessioni
aumentano la superficie
Parete intestinale
di assorbimento totale
(che si osserva essere di
circa 250 m2).
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.
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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.
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• scanner
Il pancreas produce una soluzione basica ricca di enzimi
digestivi e di bicarbonato (che neutralizza l’acidità del
chimo).
Fegato
Bile
Cistifellea
Stomaco
Bile
Enzimi dell’intestino
Duodeno (parte
dell’intestino
tenue)
Chimo acido
Succhi
pancreatici
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.
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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
Cellule epiteliale
Assorbimento delle
sostanze nutritive nelle
cellule epiteliali
Amminoacidi Acidi grassi e
e zuccheri
glicerolo
Grassi
Capillari sanguigni
Sangue
Vaso linfatico
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)
Sfintere
Ultimo tratto
dell’intestino
tenue
Appendice
Cieco
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.
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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.
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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
Leucina
Granoturco
e altri cereali
Isoleucina
Fagioli e altri legumi
Triptofano
Lisina
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
Tasso di colesterolo
elevato e pressione alta
Fattori di rischio
inevitabili
Dieta ricca
di grassi
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.
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