Le basi concettuali della
nutrizione
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1
Di che siamo fatti?
• Qualsiasi organismo vivente è
formato da composti chimici
inorganici (minerali) ed organici
(a base di carbonio, idrogeno
ed ossigeno).
• Per lo sviluppo e il
mantenimento dell’organismo
tali composti devono essere
introdotti con gli alimenti….
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Come funzioniamo?
• ….Inoltre le funzioni vitali richiedono
l’impiego di energia (chimica).
• Per ottenere energia l’organismo utilizza
(ossida) composti organici, anch’essi
contenuti negli alimenti, mediante
complesse reazioni biologiche l’insieme
delle quali prende il nome di
metabolismo…
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Take home message I
• Gli alimenti forniscono sia energia che
componenti strutturali.
• Sarebbe come dire che con un pieno di benzina
noi ci rifacciamo anche dell’usura delle gomme,
ripristiniamo i livelli di olio ed acqua e ripariamo
le ammaccature della carrozzeria…
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Come è regolato il
funzionamento?
• Energia Æ lavoro continuo (es. ruota idraulica)
• Energia Æ lavoro discontinuo (es. motore a
scoppio)
• Necessità di riserva (serbatoio) e meccanismo
di regolazione
• Enormi differenze tra il tasso di introduzione
e di utilizzazione dell’energia.
• Situazioni estreme (digiuno, intensa attività)
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Come è regolato il
funzionamento?
• Il bello è che tutto ciò avviene
spontaneamente, all’interno di
un’organizzazione (di apparato, di organo,
di tessuto, di cellula, di molecola) che si
basa su alcuni SEMPLICI concetti…
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Qualche concetto
importante
• Polarità:
– Molecole polari (idrofiliche). Es: -OH, -NH2,
-OPO3-2, - COO– Molecole non polari (idrofobiche)
– Molecole parzialmente polari (anfipatiche)
• Il PM non conta (es. acqua 16, metano 18)
– Conta la distribuzione delle cariche..
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Qualche concetto
importante
• Movimento attraverso le membrane:
– Doppio strato fosfolipidico (molecole
anfipatiche)
– Isolamento dell’ambiente interno
– Trasporto attraverso la membrana
(diffusione libera, diffusione facilitata,
trasporto attivo)
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Qualche concetto
importante
• Movimento attraverso le membrane:
– Doppio strato fosfolipidico (molecole anfipatiche)
– Isolamento dell’ambiente interno Æ selettività
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Qualche concetto
importante
• Movimento attraverso le membrane:
– Trasporto attraverso la membrana (diffusione
libera, diffusione facilitata, trasporto attivo)
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Modello a MOSAICO FLUIDO
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Qualche concetto
importante
• Osmosi:
– Solvente – soluto – concentrazione di un soluto
– Attraverso una membrana semipermeabile solventi e
soluti si spostano per raggiungere la medesima
concentrazione
(mmoli / kg = osmolalità, mmol / L = osmolarità)
– Isotonica Æ soluzione con = numero di particelle di
soluto. Nel caso delle cellule: 9g NaCl / L = 154 mmol/L
(308 milliosmoli).
– Pompe governano il flusso di particelle (e consumano E)
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Qualche concetto
importante
• Meccanismi di comunicazione:
–
–
–
neuroendocrino
endocrino
paracrino
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Neurotrasmettitori.
Meccanismo di
trasmissione del
potenziale d’azione a
livello della sinapsi
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Qualche concetto
importante
• Volume di ripartizione:
– Sangue (ca. 5 litri, 50% cellule)
– Fluido interstiziale (ca. 20% peso corporeo, ±12 litri)
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Cenni di anatomia e fisiologia
dell’apparato digerente umano
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BOCCA
FARINGE
GHIANDOLE
SALIVARI
ESOFAGO
Organi che
compongono l’apparato
digerente umano:
FEGATO
STOMACO
CISTIFELLEA
PANCREAS
INTESTINO
TENUE
INTESTINO
CRASSO
cavo orale;
esofago;
stomaco;
intestino tenue;
intestino crasso;
ghiandole accessorie
APPENDICE
SFINTERE ANALE
RETTO
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Organi che
compongono l’apparato
digerente umano:
cavo orale;
esofago;
stomaco;
intestino tenue;
intestino crasso;
ghiandole accessorie
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VASI SANGUINEI
NERVI
Struttura della parete
intestinale
GHIANDOLE
ACCESSORIE
MUCOSA
LUME
PLESSO
MIENTERICO
PLESSO
SUBMUCOSALE
GHIANDOLE
SUBMUCOSALI
SUBMUCOSA
CIRCOLARE
LONGITUDINALE
MUSCOLARE
SIEROSA
(CONNETTIVALE)
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Struttura della parete
intestinale
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Cavo orale
Due funzioni:
•disgregazione del cibo
•secrezione di tamponi ed enzimi
(amilasi).
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Cavo orale:
Meccanismi di
deglutizione
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Cavo orale:
meccanismi di deglutizione
EPIGLOTTIDE
ESOFAGO
LARINGE
MUSCOLO
RILASSATO
MUSCOLO
CONTRATTO
ESOFAGO E
PERISTALSI
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meccanismi di deglutizione:
PERISTALSI
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Stomaco
Tre funzioni:
•Disgregazione del bolo alimentare
•Denaturazione delle proteine (acido
cloridrico)
•Iniziale digestione delle proteine
(pepsina)
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Stomaco: Nomenclatura dei distretti gastrici
STOMACO E ESOFAGO
DUODENO
STOMACO
MUCOSA
SFINTERE
PILORICO
EPITELIO
VILLI
DUODENO
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Stomaco: Nomenclatura dei distretti
gastrici
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Stomaco:
MUCOSA
EDNomenclatura dei distretti gastrici
EPITELIO
GASTRICO
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Stomaco: Epitelio gastrico
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Stomaco: Meccanismo di secrezione acida
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Stomaco:
Controllo della
secrezione acida.
Tre meccanismi
complementari.
Fase cefalica,
Fase gastrica,
Fase intestinale
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Intestino tenue
Due funzioni:
•Digestione del chimo
•Assorbimento dei nutrienti
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Intestino tenue: morfologia
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Intestino: le pliche, i villi e i microvilli
aumentano la superficie assorbitiva
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Intestino tenue:
Struttura del
villo intestinale
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Intestino
tenue:
trasporto
attivo
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meccanismi di propulsione e
segmentazione: PERISTALSI
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Intestino tenue:
Motilità
Movimenti peristaltici di
segmentazione e di
propulsione.
Operati da due tonache
muscolari
(circolare e longitudinale).
Sotto controllo nervoso
(involontario) ed ormonale.
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Intestino crasso
Tre funzioni:
•Fermentazione dei substrati indigeriti
(microflora)
•Assorbimento di acqua e sali minerali
•Evacuazione
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Intestino Crasso (COLON)
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Intestino
crasso:
morfologia
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Fegato
Organo chiave per digestione,
assorbimento e metabolismo.
•Attività di biosintesi (colesterolo)
•Attività secretoria (bile)
•Attività di detossificazione
•Attività metabolica (gluconeogenesi a
digiuno, glicogeno-sintesi/lisi, ciclo
dell’urea etc.)
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Fegato:
Organizzazione del
lobulo epatico
tre sistemi di
circolazione:
sistema portale, sistema
venoso,
sistema arterioso.
In più, sistema di
drenaggio delle secrezioni
esocrine (bile)
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Fegato: sintesi del colesterolo
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Fegato:
sintesi dei
sali biliari
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Fegato:
ricircolo dei
sali biliari
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Pancreas
Altro organo chiave per digestione,
assorbimento e metabolismo.
•Pancreas esocrino
(enzimi, tamponi)
•Pancreas endocrino
(ormoni: insulina, glucagone)
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Pancreas esocrino:
Enzimi per la digestione di:
•Amido (amilasi)
•Proteine (tripsina, chemotripsina,
carbossipeptidasi, elastasi)
•Grassi (lipasi, fosfolipasi,
colesterolesterasi)
Sostanze tampone (bicarbonati)
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Pancreas endocrino:
Ormoni regolatori del metabolismo di grassi e
carboidrati:
•Insulina (in stato postprandiale)
•Glucagone (in stato postassorbitivo)
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Pancreas: Struttura dell’insulina umana
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Recettori per
l’insulina nei
tessuti
muscolare ed
adiposo
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Digestione e assorbimento dei
macronutrienti: carboidrati
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Carboidrati
• Composti organici formati da
unità base dette
monosaccaridi.
• I monosaccaridi possono
legarsi a dare disaccaridi e
polisaccaridi
• I monosaccaridi rilevanti per
l’uomo sono tre: glucosio,
fruttosio e galattosio
• Anche i disaccaridi sono tre:
saccarosio, lattosio e maltosio
• I polisaccaridi sono
principalmente i componenti
dell’amido (amilosio e
amilopectina
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Destino dei carboidrati:
• Trasporto attraverso la membrana baso-laterale
dell’enterocita mediata dal trasportatore GLUT2 (Km 720 mmol/L)
• Diffusione nello spazio interstiziale
• Ingresso nei capillari Æ vena porta Æ fegato
• Galattosio e fruttosio Æ glucosio
• In parte utilizzati dal metabolismo epatico, in parte
immessi nella circolazione sistemica.
• Solo glicolisi (globuli rossi, midollare del rene) Æ Energia
+ acido lattico, oppure glicolisi + Krebs (altri tessuti con
mitocondri) Æ CO2 + H2O + energia (4 kcal/g, 15 kJ)
• Pancreas Æ insulina
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Digestione e assorbimento dei
macronutrienti: lipidi
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Lipidi
• La principale fonte di grassi
nella dieta sono i trigliceridi.
• Sono costituiti da acidi grassi
e glicerolo
• Altre fonti sono i fosfolipidi e
gli esteri del colesterolo
• Le caratteristiche fisiche
(punto di fusione, viscosità) e
nutrizionali dei grassi variano
in funzione della lunghezza e
della presenza (e posizione) di
doppi legami nella catena
idrocarburica degli acidi
grassi
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Acidi Grassi
• Gli acidi grassi saturi,
monoinsaturi e polinsaturi si
definiscono in base al numero
di doppi legami. La posizione
del primo doppio legame (a
partire dall’estremità metilica)
definisce la serie (n-9, n-6, n3)
• Negli insaturi, l’orientamento
spaziale della molecola intorno
al doppio legame definisce il
tipo (trans o cis).
• In natura ci sono solo isomeri
cis. I trans isomeri si formano
dai trattamenti di indurimento
degli oli (idrogenazione)
(18:0)
(18:1 nn-9)
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(18:2 nn-6)
(20:4 nn-6)
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Digestione e
assorbimento dei
lipidi
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Destino dei lipidi:
• Riesterificazione a trigliceridi nel RE dell’enterocita
• Formazione di macrostrutture (chilomicroni) rivestite da
monostrato di fosfolipidi e proteine (APO-B48, APO-E)
• Esocitosi e diffusione nel sistema linfatico
• Immissione nel circolo sistemico, acquisizione di APO-CII
e azione della LPL
• Captazione epatica dei chilomicroni remnant (recettori
APO-E, B48)
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Digestione e assorbimento dei
macronutrienti: proteine
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Proteine
• Composte da 21
aminoacidi, di cui 9
essenziali.
• Tutti gli aminoacidi non
utilizzati per la sintesi
di proteine endogene
vengono ossidati a CO2
e H2O e forniscono (in
media) 4 kcal/g (15 kJ).
• Le fonti di proteine
nella dieta sono
eterogenee.
Differiscono in quantità
e qualità
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Digestione e assorbimento delle
proteine
• Enzimi proteolitici:
•
•
•
•
•
•
•
Precursore
Pepsinogeno Æ
Tripsinogeno Æ
Chemotripsinogeno Æ
Procarbossipeptidasi A Æ
Procarbossipeptidasi B Æ
.
enzima
pepsina
tripsina
chemotripsina
carbossipeptidasi A
carbossipeptidasi B
Enterochinasi
prodotto da
stomaco
pancreas
pancreas
pancreas
pancreas
enterocita
attivo su
COOH aromatico
COOH arginina o lisina
COOH arginina o lisina
COOH-term. Arom. o BCCA
COOH-term. Basico
tripsinogeno
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Digestione e assorbimento delle proteine
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Destino delle proteine:
• Trasporto attivo attraverso la membrana basolaterale
• Immissione nel circolo portale in forma libera (tranne
Trp Æ legato ad albumina)
• Captazione e metabilismo epatico
• Distribuzione ai tessuti periferici
• Biosintesi di proteine – altri composti e/o ossidazione
• Azoto trasportato al fegato (AA, glutammina); sintesi
dell’urea
• Eliminazione dell’urea (e creatinina) attraverso
l’emuntorio renale
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