il segmento più distale del GI viene detto grande intestino le funzioni principali sono digestione, assorbimento nutrienti, riassorbimento dei liquidi, accumulo dei prodotti di scarto contiene miliardi di batteri commensali in simbiosi con l’ospite per tutta la vita: microflora batterica riceve ed emette segnali con i quali comunica con le altre parti del GI Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 1 il colon è regolato principalente da vie nervose la motilità è influenzata da riflessi locali (enterici) causati dallo stiramento meccanico in seguito a passaggio di un bolo: secrezione di Cl- e liquidi ci sono anche archi riflessi lunghi: riflesso gastrocolico (5-HT e Ach) riflesso ortocolico le cellule enterocromaffini liberano 5-HT; le cellule enteroendocrine dell’ileo terminale e del colon liberano peptide YY, un segnale che funge da freno dell’ileo riducendo la progressione intestinale Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 2 al pari di altri segmenti del GI, il colon è composto da più strati ricoperti da un epitelio cilindrico al di sotto del quale si trovano gli altri strati Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 3 la mucosa non presenta villi; l’epitelio è formato da enterociti simili a quelli dell'intestino tenue, tra i quali sono intercalate cellule caliciformi mucipare le cellule assorbenti sono scarse, si richiede prevalentemente un assorbimento idrico e salino, mano a mano che si procede verso la zona distale la progressione di prodotti di scarto (azione lubrificante del muco) diventa fondamentale l'orletto striato degli enterociti si presenta nel crasso di altezza inferiore rispetto al tenue cellule mucipare Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 4 la muscolatura circolare della mucosa produce occlusione del lumen e formazione di segmenti del colon (haustra) le bande longitudinali dello strato muscolare sono diverse da quelle del tenue in quanto sono 3 e non si sovrappongono tra loro; si estendono per tutta la lunghezza del colon (taeniae coli) gli strati sono elettricamente accoppiati ma in maniera meno efficiente rispetto al piccolo intestino le haustra sono causate dall’attività del sistema nervoso enterico per rallentare la progressione e facilitare l’assorbimento Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 5 il colon termina col retto (giunzione rettosigmoidea) le valvole facilitano l’accumulo ed ottimizzano la defecazione il canale anale è invece circondato anche da muscolatura striata lo sfintere anale interno è un ispessimento della muscolatura circolare lo sfintere anale esterno è composto da 3 strati striati; ha un elevato tono basale regolabile sia per via rilfessa che volontaria Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 6 complessivamente i movimenti sono volti a rimescolare il contenuto (soprattutto a livello della parte prossimale) e alla progressione caudale (soprattutto nella parte distale) le contrazioni anulari fasiche (muscolatura circolare) sono poco organizzate nello spazio e nel tempo, determinano segmentazione, si propagano per pochi secondi e pochi cm in entrambe le direzioni, determinano un aumento della pressione intraluminale e spingono il materiale in entrambe le direzioni (movimento pendolare) dopo il pasto si osserva un’aumentata motilità (per circa 2 h): movimenti di segmentazione e peristaltici (muscolatura longitudinale); le contrazioni peristaltiche sono toniche o fasiche di circa 20-60 sec e sono prodotte dalle teniae coli; si propagano per brevi distanze sia cranialmente che caudalmente (complessi migratori migranti e non); nel colon prossimale ciò mantiene più a lungo il contenuto a contatto con l’epitelio nel colon trasverso e discendente si osservano i movimenti di massa (complessi contrattili migranti giganti); si spostano solo in direzione caudale fino al retto; avvengono 2-10 volte al giorno e possono indurre a defecazione; sono favoriti dall’ingestione di cibo e dall’attività fisica Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 7 controllo miogeno della motilità le onde lente (REB; 2-4 cicli min) del colon si originano a livello dello strato muscolare circolare e si propagano al longitudinale nel cieco non ci sono depolarizzazioni spontanee; il sistema nervoso enterico induce gli eventi elettrici i potenziali d’azione possono dare origine a brevi treni non propagati (segmentazione) oppure scaricano in treni più prolungati che si propagano aboralmente (soprattutto nel colon prossimale) e in maniera irregolare nel colon distale (peristalsi) ci sono anche scariche continue di potenziali d’azione totalmente indipendenti dalle onde lente e sono scariche di elevata frequenza o di elevata ampiezza che danno forti contrazioni toniche della muscolatura: quelle ad elevata frequenza sono stazionarie o migrano, spiegano l’esistenza dei complessi motori migranti e non migranti quelle ad elevata ampiezza migrano caudalmente, spiegano l’esistenza dei movimenti di massa Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 8 controllo nervoso della motilità la contrazione (stimolazione parasimpatica) della parte prossimale è stimolata dal vago e dal sistema enterico, la parte rimanente è innervata dai nervi pelvici che controllano anche il calibro dello sfintere anale Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 9 la stimolazione dei neuroni simpatici inibisce la motilità; anche la stimolazione dei plessi pelvici che rilasciano NO e VIP l’innervazione estrinseca induce genesi di archi riflessi controllo ormonale della motilità eccitatori: gastrina, CCK, insulina, sostanza P, neurotensine, encefaline, motiline inibitori: secretina, glucagone, peptide YY Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 10 trasporti nel colon le cellule del colon si rinnovano rapidamente (poco accumulo di danni genetici dovuto all’esposizione a tossine ma alto rischio di malignità cancerose) l’epitelio ha funzione assorbente e secernente (a livello delle cripte) assorbe acidi grassi a catena corta prodotti dai batteri della flora intestinale a partire dai carboidrati non assorbiti il colon riceve 2 L di liquidi al giorno e ne assorbe 1,8 L; gli altri liquidi sono eliminati con le feci ha una grossa capacità di assorbire acqua in situazioni di necessità (4-6 L al giorno) l’assorbimento e la secrezione di acqua sono processi passivi che seguono i movimenti di elettroliti e soluti 1- assorbimento elettricamente neutro di NaCl (lo stesso che avviene nel piccolo intestino) Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 11 2- assorbimento di acidi grassi a catena corta (epitelio e forse cripte) short-chain fatty acid sodium-monocarboxylate transporter gli acidi grassi (acetato, propionato, butirrato) sono fonte di energia per le cellule del colon, ad es. il butirrato Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 12 3- assorbimento elettrogenico di Na+ (parte distale del colon) il canale ENaC (epithelial-Na-channel, presente anche nel rene) è regolato da neurotrasmettitori ed ormoni l’acqua e Cl- seguono passivamente attraverso le giunzioni strette, assicurando la conservazione della neutralità elettrica in caso di riduzione dell’assunzione di Na+, l’espressione di ENaC può essere upregolato (sia nel colon che nel rene) in maniera acuta dall’ormone aldosterone HCO3- è secreto contro-gradiente per antiporto K+ è secreto passivamente Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 13 4- secrezione attiva di K+ esiste anche un assorbimento attivo ancora non ben identificato complessivamente la secrezione di K+ prevale (durante diarrea si ha una grande perdita di acqua e potassio) Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 14 microflora intestinale è rappresentata da circa 500 specie batteriche aerobiche ed anaerobiche, ma anche lieviti e protozoi; il sistema viene chiamato “microbioma” nello stomaco possono essere rinvenute specie batteriche (ad es. Streptococcus, Lactobacillus ed Helicobacter pylori) ma non c’è una vera e propria flora nel tenue il numero di batteri aumenta progressivamente nel cieco si raggiunge la massima concentrazione a livello del colon di sinistra; la proliferazione batterica è notevole; il 99% sono anaerobi non sporigeni; gli anaerobi facoltativi (ad es. Lactobacillus ed Escherichia coli) sono il 25% della flora del cieco mentre nelle feci prevalgono nettamente gli anaerobi obbligati (ad es. Bifidobacterium, Bacterioides e Clostridium) Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 15 nelle feci il contenuto è diverso da individuo ad individuo, ma abbastanza stabile nei singoli individui: Bacterioides – fragilis Bifidobacterium – adulescentis, longum, infantis, breve Eubacterium – narofaciens Escherichia – coli Streptococcus – viridans, salivarius Klebsiella Lactobacillus – acidophilus, salivarius, casei, plantarum, fermentum, brevis l’ecosistema batterico si forma subito dopo la nascita e rimane molto stabile; la peristalsi ed il tessuto linfoide intestinale limitano la colonizzazione Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 16 stimolazione dello sviluppo del sistema immunitario e modulazione della risposta immunitaria la difesa della mucosa intestinale viene svolta dal GALT (gut-associated lymphoid tissue), costituito soprattutto da linfociti T i linfociti sono sparsi nella lamina propria, in follicoli linfatici isolati o aggregati nelle placche del Peyer le placche del Peyer, che presentano molti linfociti B, sono separate dal lume intestinale dalle cellule M, prive di microvilli i linfociti B attivati migrano dalle placche alla lamina propria dove si trasformano in plasmacellule che secernono IgA (difende dall’antigene e dalla proliferazione batterica) linfociti T e B migrano anche verso i linfonodi mesenterici e quindi la circolazione generale Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 17 gli animali “germ free” presentano alterazioni dell’epitelio intestinale e del sistema immunitario locale funzionalmente hanno uno svuotamento gastrico rallentato, così come la motilità ed il transito intestinale; il cieco è molto dilatato ed inefficiente; il riassorbimento idrico è compromesso l’apparato digerente viene raggiunto da un’enorme quantità di antigeni, ed è il maggior punto di concentrazione di cellule immunitarie di tutto l’organismo la colonizzazione intestinale è essenziale per lo sviluppo del sistema immunitario, come dimostrato dall’insorgenza della tolleranza orale nei soggetti con microflora instauratasi in tempi fisiologici Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 18 difesa contro batteri esogeni i batteri della microflora inibiscono l’adesione ai colonociti dei batteri esogeni, competono con essi per i substrati metabolici e producono sostanze ad attività battericida la rottura dell’equilibrio può permettere la colonizzazione di batteri patogeni opportunisti digestione di nutrienti non altrimenti digeribili e modifiche di substrati endogeni il metabolismo della microflora può essere sfruttato anche per scopi farmacologici Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 19 sintesi di vitamine il microbioma è in grado di sintetizzare alcune vitamine, soprattutto del gruppo B e la vitamina K l’entità è variabile ma non rilevante dal punto di vista nutrizionale metabolismo degli estrogeni il 60% degli estrogeni circolanti vengono coniugati nel fegato con acido glicuronico o solfato ed escreti con la bile la microflora tramite gli enzimi b-glicuronidasi e solfatasi operano la deconiugazione solo gli estrogeni deconiugati possono essere riassorbiti e ritornare al fegato, gli altri vengono espulsi con le feci un’alimentazione ricca in vegetali porta a riduzione dell’attività glicuronidasica ed incremento fecale di estrogeni Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 20 metabolismo di procancerogeni un’alimentazione di tipo “occidentale”, ricca di carni e grassi correla con l’insorgenza del cancro al colon; se questo dipende dall’attività metabolica della microflora ancora non è chiaro anche se diverse evidenze fanno pensare ad un ruolo importante b-glicuronidasi e 7a-deidrossilasi sono responsabili della formazione di sali biliari deconiugati e sali biliari secondari; la deconiugazione coinvolge anche carcinogeni, ad es. il precancerogeno cicasina viene attivato nel potente cancerogeno metilazossimetanolo alcuni batteri incrementano il danno al DNA indotto da amine eterocicliche che si formano nella cottura delle carni e viceversa la microflora presenta anche attività azotoreduttasica e nitroreduttasica, formando prodotti intermedi (amine aromatiche) potenzialmente cancerogeni (ad es. composti N-idrossilati e nitrosammine) diversi enzimi della microflora sono inducibili dal substrato: un’alimentazione ricca di fibre riduce l’attività deidrossilasica, glicuronidasica, azotoreduttasica e nitroreduttasica diminuendo la concentrazione di cancerogeni; la comprensione della reale situazione necessità però di ulteriori approfondimenti sperimentali Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 21 alimentazione nel primo anno di vita e microflora alla nascita l’intestino è sterile, ma entro pochi giorni viene colonizzato da microorganismi provenienti da fonti diverse nel neonato allattato al seno predomina il Bifidobacterium e Lactobacillus mentre i neonati allattati artificialmente presentano anche Bacterioides, Escherichia coli, Stafilococcus e Clostridium: -IgA secretorie e lisozima nel latte materno -composti secondari (prebiotici naturali) che favoriscono Bifidobacterium -composti che rendono il pH delle feci più acido -presenza di lattoferrina -basso rapporto caseina/proteine dopo lo svezzamento la flora assume i connotati della flora dei soggetti adulti Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 22 probiotici, prebiotici e simbiotici un alimento che contenga batteri che determinano benefici per la salute quando viene somministrato è definito probiotico i dati più affidabili sull’uso di probiotici per scopi clinici riguardano l’intolleranza al lattosio e la diarrea da rotavirus oltre alla possibilità di ridurre i tempi di recupero da diarrea indotta da terapie con antibiotici i prebiotici sono sostanze di origine alimentare non digeribili che inducono una promozione selettiva di uno o più ceppi batterici intestinali dando beneficio alla salute umana i simbiotici sono probiotici + prebiotici Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 23 motilità anorettale a livello dell’ano lo strato circolare esterno della muscolatura forma lo sfintere anale interno lo strato longitudinale esterno temina in parte nella fascia perineale superiore, in parte fissandosi sulla faccia profonda della cute anale lo sfintere anale esterno è costituito da muscolatura striata, è il muscolo più superficiale del perineo, composto da fibre toniche (a contrazione lenta) e fasiche (a contrazione rapida) Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 24 l’innervazione anorettale è sia somatica sia autonoma Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 25 le feci contengono i residui non digeribili degli alimenti, batteri morti, cellule epiteliali morte, metaboliti secreti con la bile e piccoli volumi di acqua negli individui in buone condizioni possono contenere piccole quantità di nutrienti (mancata digestione o malassorbimento) i residui di natura lipidica nelle feci (steatorrea) possono essere sintomo di lieve disfunzione intestinale, poiché sono scarsamente utilizzati dalla microflora; la presenza di carboidrati o proteine (utilizzate anche dalla microflora) indica un peggioramento della funzione intestinale poiché significa che la “perdita” a livello intestinale di queste sostanze è rilevante Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 26 la continenza è possibile grazie all’attività di serbatoio del colon e del retto, alla contrazione degli sfinteri ed alla presenza di un sistema recettoriale che permette la percezione del contenuto anale a riposo lo sfintere interno è contratto (70-80% del tono anale) per riflesso simpatico, ma può essere inibito dalle efferenze parasimpatiche anche lo sfintere esterno è contratto (20-30% del tono anale) grazie ad una via riflessa spinale controllata dalle vie efferenti volontarie dei centri S2-S3 e dei nervi pudendi Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 27 la defecazione inizia con un aumento della tensione delle pareti del retto, causato dall’arrivo delle feci e dai movimenti di massa lo sfintere interno si rilascia, probabilmente per effetto di VIP e NO (plessi intramurali) lo sfintere esterno si contrae (riflesso spinale) Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 28 se l’evacuazione non avviene (per inibizione dei centri encefalici) si ha rilasciamento recettivo del retto l’arrivo di altro materiale fecale fa aumentare ulteriormente la tensione del retto le vie simpatiche controllano il contenimento delle feci, le vie parasimpatiche controllano l’espulsione delle feci, le vie nervose somatiche controllano lo sfintere esterno Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 29 l’evacuazione volontaria di gas avviene attraverso una sequenza simile alla defecazione, a eccezione del fatto che il muscolo puborettale non si rilascia; i gas vengono spinti al di là dell’angolo rettoanale senza fuoriuscita di materiale fecale il controllo encefalico della defecazione è effettuato da un centro bulbare, da centri superiori diencefalici, limbici e corticali i centri corticali sono responsabili della inibizione volontaria della defecazione, inducendo forti contrazioni della pelvi e dello sfintere anale esterno la corteccia coordina anche i movimenti dei muscoli striati coinvolti nella defecazione: contrazione dei muscoli addominali, dei muscoli inspiratori, della glottide e dei muscoli del pavimento pelvico Prof. Davide Cervia - Fisiologia della Nutrizione – Risposta integrata all’ingestione di cibo: fase del colon 30