Digerente - Dipartimento di Biochimica Biofisica e Patologia Generale

Corso di Laurea Magistrale in
“Medicina e Chirurgia”
Fisiologia e Biofisica
A.A. 2016-2017
Apparato digerente e
metabolismo energetico
Prof. Clara Iannuzzi
Dipartimento di Biochimica, Biofisica e Patologia Generale
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Sistema gastro-intestinale
-Lungo tubo che decorre all’interno
dell’organismo e aperto verso il
mondo esterno.
-Funzione
principale:
portare
nutrienti, acqua ed elettroliti
dall’ambiente esterno a quello
interno.
- Funzione di difesa contro gli
agenti estranei.
IL SISTEMA DIGERENTE SVOLGE 4 PROCESSI FONDAMENTALI
-ASSORBIMENTO: non regolato quindi
assorbiamo tutto quello che mangiamo.
-MOTILITA’/SECREZIONE: continuamente
regolate per aumentare la disponibilità di
materiale assorbibile.
Motilità: se gli alimenti si muovono troppo
rapidamente non permangono nel lume per un
tempo sufficiente per essere digeriti ed
assorbiti.
Secrezione: se gli enzimi digestivi non sono
secreti in quantità adeguate, gli alimenti non
possono essere frammentati in una forma
assorbibile.
Funzione di difesa
-Il sistema digerente oltre alle funzioni digestive ha il ruolo di
respingere gli agenti estranei.
-Esso fornisce la più ampia superficie di contatto tra interno
ed esterno dell’organismo (area pari ad un campo da tennis) ed
affronta il conflitto tra la necessità di assorbire acqua e
nutrienti e quella di impedire a batteri, virus ed agenti
patogeni di penetrare nell’organismo.
-A questo scopo l’epitelio di trasporto è affiancato da una
batteria di meccanismi di difesa fisiolologici come muco,
enzimi digestivi, acidi e la maggiore quantità di tessuto
linfatico dell’organismo (l’80% di tutti i linfociti presenti
nell’organismo si trova nell’intestino tenue).
LA PARETE DEL CANALE ALIMENTARE HA 4 STRATI
ANATOMIA INTESTINO TENUE
Intestino tenue: tubo avvolto su se stesso lungo circa 2,5-3 m:
Duodeno circa 30 cm, digiuno circa 1m, ileo circa 1,5m.
Sede della maggior parte della digestione e dell’assorbimento.
Motilità
La motilità del tratto gastrointestinale ha due finalità:
1. Spostare gli alimenti dalla bocca all’ano
2. Mescolare meccanicamente il cibo per suddividerlo in piccoli
frammenti (aumenta la superficie di esposizione agli enzimi
digestivi)
-La motilità è determinata dalle proprietà del muscolo liscio
presente nella parete del tratto gastrointestinale ed è
modificata da segnali chimici provenienti da fibre nervose, da
ormoni e sostanze paracrine.
Schemi di contrazione nella motilità
Tra i pasti
COMPLESSO MOTORIO MIGRANTE
funzione di pulizia del tubo digerente quasi vuoto
Durante i pasti e subito dopo
PERISTALSI
CONTRAZIONI SEGMENTALI
Contrazione peristaltica
Responsabile della progressione del bolo (spostamento in avanti)
Lo strato di muscolo circolare si contrae proprio dietro il bolo di
cibo, spingendolo in avanti.
A sua volta, il segmento ricevente si contrae continuando il
movimento in avanti.
Contrazioni segmentali
Responsabile del rimescolamento(nessun movimento netto in avanti)
Brevi segmenti di intestino alternativamente si contraggono e si
rilasciano.
I muscoli circolari si contraggono mentre i muscoli longitudinali si
rilasciano.
Secrezione
Equilibrio di massa tra entrate ed
uscite: cellule e ghiandole esocrine
secernono circa 7L di liquido al
giorno nel lume del canale
alimentare (enzimi digestivi, muco,
acqua)
fondamentale
per
la
funzione digestiva. Questo deve
essere riassorbito per evitare
disidratazione.
Secrezione della saliva
-La saliva è un liquido ipoosmotico complesso secreto dalle
ghiandole salivari e comprende acqua, ioni, muco e proteine
(enzimi ed immunoglobuline).
-La secrezione salivare è stimolata sia dal simpatico che dal
parasimpatico.
-Essa è regolata dal centro salivare ubicato nel bulbo. La
presenza di cibo nella bocca stimola i recettori delle papille
gustative attivando il sistema nervoso parasimpatico e
l’aumento di saliva.
Secrezione acida
-Le cellule parietali secernono HCl nel
lume gastrico
-Anidrasi carbonica genera idrogenioni
e bicarbonato.
-Ioni H+ sono attivamente trasportati
nel lume da pompe ATP dipendenti
(scambiando K+).
-Ioni bicarbonato fuoriescono dalla
cellula in scambio con ioni Cl- che
diffondono nel lume attraverso i canali
della membrana apicale
La secrezione gastrica viene suddivisa in tre fasi:
Fase cefalica
Fase gastrica
Fase intestinale
Regolazione fase cefalica
Stimoli della fase cefalica (vista,
gusto, odore cibo) conseguenti
masticazione o deglutizione, danno
luogo ad un aumentata attività
parasimpatica dei nervi gastrici che
incentiva
cellule
parietarie
e
principali a produrre acido e
pepsinogeno
rispettivamente
e
gastrina nelle cellule G (feedback
positivo).
Regolazione fase gastrica
Appena il cibo raggiunge lo
stomaco entrano in gioco gli
stimoli della fase gastrica. La
presenza delle proteine nel
lume stimola i chemorecettori
della parete gastrica mentre
il cibo dilata lo stomaco
attivando i meccanocettori.
Secrezione succo pancreatico
Le influenze maggiori sulla
secrezione
pancreatica
derivano
dagli
ormoni
colecistochinina
(CCK)
e
secretina,
che
vengono
rilasciati in risposta alla
presenza di cibo nel duodeno.
Secrezione bile
CCK e secretina sono anche
responsabili della regolazione
dell’ingresso della bile nel duodeno
Vie endocrine per il controllo gastrointestinale
Ormone
Sito di
secrezione
Stimoli per la
secrezione
Azioni
Gastrina
Stomaco
Proteine e prodotti della
digestione nello stomaco;
distensione dello stomaco;
segnale parasimpatico
Stimola la secrezione e la motilità
gastrica; stimola la motilità ileale e
rilassa lo sfintere ileocecale;
stimola il movimento di massa del
colon
Colecistochinina
(CCK)
Duodeno e
digiuno
Prodotti della digestione
di grassi o proteine nel
duodeno
Inibisce la secrezione e la motilità
gastrica; stimola la secrezione di
bicarbonato pancreatico, di enzimi
pancreatici, di bile dal fegato;
stimola la contrazione della
cistifellea e il rilassamento dello
sfintere di Oddi
Secretina
Duodeno e
digiuno
Acido nel duodeno
Inibisce la secrezione e la motilità
gastrica; stimola la secrezione di
bicarbonato pancreatico, di enzimi
pancreatici, di bile dal fegato
Peptide
insulinotropico
glucosio-dipendente
Duodeno e
digiuno
Glucosio, grassi o acido
nel duodeno; distensione
del duodeno
Inibisce la secrezione e la motilità
gastrica; stimola la secrezione di
insulina dal pancreas
Digestione
La saliva inizia la digestione dei carboidrati
Deglutizione
Stomaco
- Immagazzinare il cibo ingerito
finchè
non
si
svuota
nell’intestino
tenue
a
una
velocità appropriata per la
digestione
e
l’assorbimento
ottimali
- Secernere HCl ed enzimi per
iniziare
la
digestione
delle
proteine
- Produzione del chimo
Fattori che regolano la velocità di svuotamento gastrico:
Fattori gastrici
Volume del
chimo
determina la distensione della parete che ha un
effetto diretto sull’eccitabilità del muscolo
liscio; oltre ad agire attraverso i plessi
intrinseci, il nervo vago e la gastrina
L’aumento del volume
stimola la motilità e lo
svuotamento
Grado
di
fluidità del
chimo
Il contenuto deve essere in forma fluida per
essere evacuato
L’aumento della fluidità
permette uno svuotamento
più rapido
Fattori duodenali
Presenza di
lipidi, acidi,
ipertonicità,
distensione
Iniziano il riflesso enterogastrico o inducono il
rilascio
di
enterogastroni
(secretina
e
colecistochinina)
Fattori emotivi
La presenza di questi
fattori
nel
duodeno
inibisce
un’ulteriore
motilità e svuotamento
dello stomaco finchè non
sono stati trattati
Il succo digestivo gastrico è secreto dalle ghiandole alla base delle
fossette gastriche
Produzione di HCl ad opera di
cellule parietali e pepsinogeno
ad opera delle principali.
HCl distrugge i batteri e altri
microrganismi
ingeriti
e
denatura le proteine (ponti
disolfuro e idrogeno).
Pepsina
digerisce
legami
peptidici frammentando le
proteine.
La fase intestinale è inibitoria
-con il graduale svuotamento dello stomaco scompare il
principale stimolo per la secrezione gastrica, la
presenza del cibo
-accumulo di acido induce il rilascio di somatostatina
che con un meccanismo di feedback negativo riduce la
secrezione gastrica
-il riflesso enterogastrico e
sopprimono le cellule secernenti
gli
enterogastroni
INTESTINO TENUE
Intestino tenue: tubo avvolto su se stesso lungo circa 2,5-3 m:
Duodeno circa 30 cm, digiuno circa 1m, ileo circa 1,5m.
Sede della maggior parte della digestione e dell’assorbimento.
Nel duodeno
-il chimo è mescolato con una soluzione acquosa proveniente
dal pancreas (succo pancreatico) che contiene diversi
enzimi digestivi ed è ricca di bicarbonato.
-Il bicarbonato neutralizza l’acidità del chimo proveniente
dallo stomaco (enzimi presenti nel succo pancreatico
agiscono al normale pH dell’intestino tenue leggermente
alcalino).
-Oltre al succo pancreatico, il duodeno riceve anche la bile,
un fluido secreto dal fegato che contiene bicarbonato e sali
biliari (digestione lipidi).
Pancreas, secerne enzimi digestivi (enzimi proteolitici,
amilasi pancreatica, lipasi pancreatica) e una soluzione
alcalina acquosa
La secrezione esocrina pancreatica è regolata alla secretina e dalla
colecistochinina
-Il coleretico più potente sono i
sali biliari stessi.
-Secretina.
-Stimolazione vagale.
Nel periodo interprandiale, la
bile
secreta
viene
accumulata nella colecisti.
Quando il chimo raggiunge il
duodeno
si
induce
(specialmente da parte dei
lipidi)
il
rilascio
di
colecistochinina che stimola
la contrazione della colecisti
e il rilasciamento dello
sfintere di Oddi. Quindi la
bile viene scaricata nel
duodeno dove facilita la
digestione e l’assorbimento
dei lipidi.
La digestione nel lume dell’intestino tenue viene effettuata dagli
enzimi pancreatici e la digestione dei lipidi viene potenziata dalla
secrezione biliare.
I carboidrati vengono ridotti a disaccaridi e monosacaridi
Le proteine vengono degradate in frammenti peptici e amminoacidi
I lipidi vengono ridotti completamente alle loro unità assorbibili,
monogliceridi e acidi grassi
La membrana dell’orletto a spazzola contiene
tre categorie di enzimi
-enterochinasi
-disaccaridasi (maltasi, sacarasi e lattasi)
-amminopeptidasi
CARBOIDRATI
Digestione non completa dei polisaccaridi: le amilasi non possono
idrolizzare:
Legami tra monomeri di glucosio
Legami alla fine delle catene polisaccaridiche
Intolleranza
al lattosio
I monomeri di glucosio sono trasportati attraverso la membrana apicale della
mucosa da un sistema di trasporto attivo sodio-dipendente (energia deriva da
pompa Na+/K+)
Glucosio fuoriesce dalle cellule per diffusione facilitata per poi diffondere nei
capillari.
Il fruttosio viene assorbito per diffusione facilitata, quindi non è
richiesta energia.
PROTEINE
-Le proteine devono essere idrolizzate
in tripeptidi, dipeptidi e amminoacidi,
prima dell’assorbimento.
- La digestione delle proteine richiede
due
enzimi:
ENDOPEPTIDASI
e
ESOPEPTIDASI.
Attivazione proteasi nell’intestino tenue
- Questi enzimi sono stoccati nelle cellule epiteliali come zimogeni e sono
secreti per esocitosi. Appena liberati nel lume del tratto GI subiscono
l’attivazione proteolitica.
- La tripsina converte nella forma attiva anche altri zimogeni.
Assorbimento amminoacidi e piccoli peptidi
-Gli aa sono trasportati attivamente
in cotrasporto con il sodio.
-Di- e tri-peptidi sono trasportati
attivamente
ma
utilizzando
trasportatori differenti dagli aa.
- Di- e tri-peptidi sono ulteriormente
idrolizzati a singoli aa dalle proteasi
intracellulari.
- Gli aa sono infine trasportati
attraverso la membrana basolaterale
mediante diffusione facilitata e
immessi nel sangue.
LIPIDI
-L’efficace digestione dei lipidi è resa
possibile dall’azione della bile che per
prima vi entra in contatto nel duodeno.
-I
sali
biliari
consentono
l’emulsionamento dei globuli di grasso in
goccioline più piccole.
- Natura anfipatica: gruppi idrofobici
interni e idrofilici esposti all’esterno.
- In questo modo i sali biliari consentono
ai globuli di grasso di
mescolarsi meglio in acqua
interagire meglio
pancreatica.
con
la
lipasi
Schema generale del catabolismo cellulare
Nutrienti
Proteine
Glicidi
complessi
Amminoacidi
Glucosio
Lipidi
complessi
Glicerolo
Acidi grassi
Glicolisi
Prodotti semplici da
substrati complessi
Piruvato
Estrazione di
equivalenti riducenti
Acetil-CoA
NAD+
FAD
NADH + H+
FADH2
Ciclo di
Krebbs
ATP ADP+P O2
NH3, CO2, H2O
PRODUZIONE
DI ENERGIA
Dai processi ossidativi l’energia per la vita
H2O
Energie di combustione
Glicidi
4,1 kcal/g
Lipidi
9,3 kcal/g
4,65 kcal/LO2
Proteine
4,1 kcal/g
5,92 kcal/gN2
5,05 kcal/LO2
Contenuto N2 urina
Principali reazioni metaboliche durante la fase di assorbimento