Il complesso viaggio dei nutrienti: dalla digestione all'assorbimento

Nutrienti essenziali per il corpo

Il nostro organismo per i processi di biosintesi (produzione delle costituenti cellulari come le proteine) e di respirazione cellulare, necessita di nutrienti.

Macronutrienti: elementi necessari all’organismo in grande quantità

Micronutrienti: elementi necessari al nostro organismo in piccole quantità (addirittura il fabbisogno di questi nutrienti è talmente basso che non si rilevano mai carenze, eccetto nel caso del ferro).

Vitamine e loro classificazione

Nel nostro organismo, le vitamine vengono divise in idrosolubili e liposolubili (idrosolubile: sostanza che si scioglie nell’acqua; liposolubile: sostanza che si scioglie nei lipidi). Le prime, se vengono ingerite in quantità eccessive rispetto al fabbisogno dell’organismo, vengono eliminate tramite l’urina. Le seconde, possono invece essere pericolose per il nostro organismo, se ingerite in quantità superiori: possono accumularsi sotto forma di grasso corporeo, e quindi, a lungo andare, essere tossiche, in particolare per il fegato (per l’appunto il fegato ha la funzione di immagazzinare i nutrienti presenti nel sangue in quantità elevate, sotto forma di lipidi e glicogeno).

Ruolo degli enzimi nella digestione

Gli enzimi sono catalizzatori biologici che agiscono sulle reazioni biochimiche, abbassando l’energia di attivazione. Favoriscono la demolizione delle molecole complesse, che vengono ingerite con il cibo, in molecole più semplici. Questo processo di demolizione determina una rottura dei legami che tenevano insieme le unità di base delle macromolecole. Questa rottura dei legami chimici avviene per idrolisi: la macromolecola viene scissa in più parti a opera di una molecola d’acqua. Si possono classificare enzimi digestivi in base alle sostanze che idrolizzano. Tra questi i più significativi:

Carboidrasi: enzima che idrolizza i carboidrati.

Proteasi: enzima che idrolizza le proteine.

Processo digestivo nel tratto digerente

Lungo tutto il tratto digerente, sul cibo avvengono una serie di reazioni chimiche. A seconda di come viene trattato, assume una composizione differente da quella iniziale, e quindi viene anche denominato in modo diverso

Bolo: è il cibo che viene mescolato e trattato nella bocca con la saliva.

(Di fatto nella bocca avviene la digestione meccanica: i denti triturano il cibo e la lingua lo rimescola con la saliva, prodotta dalle ghiandole salivari)

Chimo: liquido denso rilasciato dallo stomaco prodotto dal mescolamento del cibo con i succhi gastrici (pepsina + HCL).

Chilo: prodotto a partire dal chimo= nel duodeno viene trasformato in questa sostanza lattiginosa detta Chilo. Di fatto, il Chimo va a mescolarsi con il succo enterico, la bile e il succo pancreatico, diventando Chilo.

Struttura del tubo digerente

Dall'esofago fino all’intestino crasso il tubo digerente è rivestito da quattro strati di tessuto, chiamate tonache.

Andando dall’interno, dunque partendo dal lume del canale, verso l’esterno del tubo digerente, troviamo i seguenti tessuti:

La mucosa: formata da uno strato di tessuto epiteliale ghiandolare che poggia su uno strato di tessuto connettivo lasso, detto lamina propria. A sua volta, al di sotto di essa, si trova un sottile strato di muscolatura liscia. Si parla di epitelio ghiandolare, poiché presenta, disperse nel tessuto, cellule con funzione di secrezione. A seconda del tratto del tubo digerente, che sappiamo assumere una struttura diversa a seconda della sua funzione, queste cellule secretrici possono produrre e rilasciare sostanze di vario tipo. Ad esempio il muco, e di fatto l’apparato digerente prende nome di mucosa, poiché rivestito da questo particolare epitelio e comunicante con l’esterno. Il muco ha una funzione lubrificante, che insieme ai movimenti di peristalsi, favorisce la progressione del cibo lungo tutto il canale. Tuttavia, la sua funzione principale è quella di proteggere la mucosa, in modo particolare nello stomaco, poiché qua si trova un ambiente fortemente acido che può danneggiare l’epitelio. Comunque, le cellule secretrici della mucosa sono in grado di rilasciare anche ormoni, enzimi digestivi ed acido cloridrico (in particolare nello stomaco ed è questa sostanza che determina il suo ambiente acido). Nella regione dell’intestino tenue, le membrane plasmatiche delle cellule della mucosa, presentano microvilli: estroflessioni della membrana, con la funzione di aumentare la superficie di assorbimento dell’intestino.

La sottomucosa: come già indica il nome, si trova appena al di sotto della mucosa. È costituita da uno strato di tessuto connettivo lasso, che contiene vasi sanguigni e linfatici. In questo modo le sostanze assorbite dalla mucosa verranno poi trasportate a tutte le cellule del corpo, mediante il sangue e la linfa. Inoltre la sottomucosa contiene il così detto sistema nervoso enterico: esso è formato da neuroni sensoriali, indipendenti dal sistema nervoso centrale (encefalo + midollo spinale); cioè permette il trasferimento dei vari segnali nervosi da una regione all’altra del canale alimentare, senza il bisogno che vengano rielaborati dal sistema nervoso centrale. Questo ovviamente non significa che i due sistemi non comunichino tra loro, lo scambio di informazioni c’è comunque. Il compito del sistema nervoso enterico è quello di coordinare tutte le attività del tratto digerente, come le funzioni secretorie.

La tonaca muscolare: è formato da un doppio strato di muscolatura liscia, responsabile di tutti quei movimenti involontari del tubo digerente. Tra i due strati si trova un’ulteriore rete di neuroni, che ha la funzione di controllare e coordinare l’intensità e la frequenza delle contrazioni muscolari. I due strati di muscolatura liscia hanno caratteristiche particolari: lo strato più interno, detto foglietto muscolare circolare, presenta delle cellule orientate circolarmente intorno al canale alimentare. Mentre lo strato più interno, il foglietto muscolare longitudinale, possiede delle cellule orientate longitudinalmente rispetto al tubo digerente. Sono proprio le contrazioni di queste cellule muscolari, disposte in modo diverso, che determinano i movimenti di peristalsi (si propagano per tutto il tratto digerente e permettono il rimescolamento e la progressione del cibo verso la parte finale del canale). Essi avvengono secondo questo meccanismo: i due foglietti muscolari si contraggono, cosicché le cellule circolari stringono il tubo digerente, mentre quelle longitudinali lo accorciano. Il canale si stringe in alto, ma per far sì che il cibo progredisca verso il basso, e mai nel verso opposto, è necessario che la contrazione sia preceduta da un’onda anticipatoria di rilassamento; è compito della rete di neuroni coordinare questi movimenti. Dunque, la contrazione di un tratto del canale, preceduta dal rilasciamento della parte situata a valle, permette il movimento di peristalsi che spinge il cibo verso il basso (aiutato anche dalle secrezioni della mucosa che lubrificano la parete). Infine, nella zona della bocca, della faringe e della parte alta dell’esofago, la tonaca muscolare presenta anche una componente di muscolo scheletrico, responsabile dei movimenti volontari; di fatto permette la deglutizione volontaria.

Peritoneo o tonaca sierosa: si tratta di una membrana sierosa, che costituisce lo strato più esterno di rivestimento del tratto gastrointestinale. Secerne, per l’appunto, un liquido sieroso, quindi lubrificante, che permette lo scorrimento dei visceri l’uno sull’altro. Il peritoneo riveste la parete addominale (si parla di peritoneo parietale) e gli organi stessi (peritoneo viscerale). Un'infiammazione di origine batterica di questo strato può causare non pochi problemi. In questo caso parliamo di peritonite, che vede come sua principale causa la perforazione del tratto gastrointestinale. Ciò porta a una contaminazione della cavità addominale con succhi gastrici e flora batterica intestinale. Questa perforazione avviene a causa dell’aggravarsi di un’appendicite (infiammazione di questa appendice) non curata immediatamente.

Funzioni dell'apparato digerente

Come detto già in precedenza, l'apparato digerente è sostanzialmente un canale, che nei vari tratti assume una struttura diversa a seconda della funzione che deve svolgere. Il compito principale dell'apparato digerente è quello di fornire all'organismo tutti i nutrienti di cui ha bisogno, ricavandoli dagli alimenti; a tal fine viene aiutato anche dagli organi annessi del pancreas e del fegato. Questi nutrienti di cui il nostro corpo ha bisogno sono monomeri e molecole organiche semplici, che possono essere facilmente riutilizzabili da tutte le cellule del nostro corpo; per i processi di biosintesi (produzione delle costituenti cellulari come le proteine) e di respirazione cellulare. Il processo che ci permette di ottenere questi nutrienti è quello della digestione: un processo piuttosto complesso che necessità varie fasi per essere portato a conclusione, ovvero per ottenere quelle molecole semplici riutilizzabili dalle cellule del nostro organismo. Le fasi della digestione avvengono lungo il tubo digerente, e le stesse funzioni si possono ripetere anche più volte nei vari tratti. È proprio questo che determina la formazione di organi diversi nell'apparato: la fase digestiva che deve essere svolta. Fondamentalmente, l'apparato digerente è un buon esempio di come più organi collaborino allo svolgimento di un' unica funzione finale. Nel tubo digerente possiamo distinguere le seguenti strutture:

Cavità orale e masticazione

cavità orale: il cibo viene introdotto all'interno del nostro organismo attraverso la bocca o cavità orale. Qua avvengono tre funzioni differenti: la masticazione, il rimescolamento, la secrezione di sostanze, e in parte la propulsione. La masticazione è tipica della bocca, mentre le altre tre funzioni avvengono in tutti i tratti dell'apparato digerente.

La masticazione: sostanzialmente è l'atto di mangiare, che determina l'inizio della digestione meccanica. Avviene per mezzo dei denti, che a seconda della posizione e forma svolgono tre azioni differenti: gli incisivi tagliano, i canini lacerano, i molari e premolari triturano. La triturazione è fondamentale, poiché favorisce tutte le successive reazioni chimiche che avverranno sul cibo. Infatti, questa azione aumenta la superficie della massa di cibo introdotta, e così la velocità di reazione. Di fatto, tutte le reazioni avvengono su una superficie: ho una certa massa di cibo, che vado a frammentare in tanti piccoli pezzettini. Ciò determina un aumento di superficie e in questo modo le molecole si muovono più liberamente, la frequenza degli urti è maggiore, e così anche la velocità di reazione.

In seguito alla masticazione del cibo avviene il rimescolamento: la bocca è dotata di un palato duro ( anteriore) e un palato molle (posteriore). Il rimescolamento del cibo avviene per mezzo della lingua contro il palato duro. Ma con che cosa viene rimescolato il cibo? La saliva. A partire da questo momento non è più cibo, ma bolo alimentare, ovvero una sorta di poltiglia.

Secrezione: alla cavità orale ,oltre che ai denti e alla lingua, sono annesse delle ghiandole salivari: le parotidi (situate davanti e sotto le orecchie), le sottolinguali e le sottomandibolari. Tutte svolgono la stessa funzione: secrezione di saliva. La salivazione è controllata dal sistema nervoso autonomo, con il fine di produrre una quantità di saliva sufficiente a inumidire la cavità orale e la lingua.

Cos'è la saliva? una miscela liquida formata dal 99% di acqua. Essa svolge una funzione protettiva: presenta nella sua composizione un enzima, chiamato lisozima, capace di uccidere i batteri. Tuttavia, nella saliva si trova anche un altro enzima, l'amilasi salivare, in grado di dare inizio, già a partire dalla cavità orale, alla digestione chimica di una sostanza in particolare: l'amido. Come tutti gli enzimi, si tratta di un catalizzatore biologico in grado di abbassare l'energia di attivazione delle reazioni chimiche. L'amido, come tutte le molecole complesse, è formato da una catena di molecole semplici, nel suo caso di glucosio. Questo enzima va a rompere i legami che tengono insieme le varie unità costituenti, ma non tutti, cosicché si ottengono segmenti di molecole semplici, e non le singole unità di base. Nella bocca ha dunque inizio la digestione chimica dell'amido in maltosio (un polisaccaride) che però non è ancora glucosio; si otterrà con le successive fasi digestive. Raramente le molecole che compongono il bolo vengono riassorbite a livello della cavità orale, poiché la degradazione chimica è ancora troppo limitata. Solo alcuni farmaci riescono ad attraversare la mucosa della bocca e a passare nel sangue.

Cosa è la digestione? È un processo biochimico di demolizione delle molecole complesse presenti nel cibo che ingeriamo. Di fatto, il cibo viene introdotto nel nostro organismo con uno scopo preciso: ricavare nutrienti; ma in ultima analisi: ricavare energia per l'organismo. Questa energia si ottiene dalle macromolecole del nutrimento, dove si trova presente sotto forma di energia di legame che tiene insieme i vari monomeri. Di fatto, questi legami vengono rotti dagli enzimi, in modo tale che si riescano ad ottenere molecole semplici, come il glucosio. Solo questo tipo di molecole organiche può essere efficacemente riutilizzato dalle cellule del nostro corpo per la respirazione cellulare, e quindi per fornire energia:

glucosio (C6H1206)+ 602------> 6CO2+6H20+ATP (molecola che immagazzina energia)

in presenza di ossigeno si ha l'ossidazione del glucosio.

Propulsione: dalla bocca avviene il trasporto di cibo alla faringe e poi all'esofago. Il bolo viene spinto verso la gola dalla lingua; e quando esso entra in contatto con il palato molle, ha inizio la deglutizione. Questo movimento volontario, spinge il cibo verso la faringe, la quale a sua volta reindirizza il bolo verso l'esofago.

Deglutizione: è un movimento che prevede una serie di riflessi, che si attivano nel momento in cui il bolo raggiunge il palato molle. Infatti, dalla bocca non entra solo il cibo, ma anche l'aria, che naturalmente avrà un percorso differente.

Faringe: è quella regione dove si uniscono le vie nasali e la cavità orale. In prossimità della faringe, si trova una piega epiteliale, chiamata epiglottide, che ha la capacità di alzarsi e abbassarsi. La laringe, quando entra del cibo, abbassa l'epiglottide, lasciando aperto il canale dell'esofago, in modo tale che il bolo non entri nella trachea. Ma nel momento in cui entra aria dalla bocca, questa piega si alza, per consentire l'accesso di aria ai polmoni. Dunque, una volta che è avvenuto il passaggio del bolo attraverso la faringe, ed esso ha raggiunto l'esofago, le vie respiratorie si aprono consentendo di nuovo la respirazione.

Esofago: è una sorta di tubo muscolare che corre posteriormente alla trachea ed ha inizio dalla parte posteriore della faringe; attraversa tutto il diaframma e si unisce allo stomaco. Nell'esofago non avviene la digestione, ma funzioni di secrezione (il muco lubrifica la parete del canale) e propulsione (trasporto del bolo da un tratto all'altro del tubo digerente). I movimenti di peristalsi, descritti precedentemente, spingono il bolo lungo tutto l'esofago fino allo stomaco. Il passaggio a questo organo è regolato dallo sfintere esofageo.

Sfinteri: sono spessi anelli di muscolatura liscia circolare che si trovano in vari punti del tratto digerente. Hanno la funzione di regolare il passaggio del cibo attraverso il canale, impedendone anche il movimento a ritroso.

Lo sfintere esofageo si trova nella zona del cardias, dove l'esofago si immette nello stomaco; bloccando il movimento a ritroso del bolo da questo organo. Di fato, lo sfintere esofageo è normalmente chiuso, contratto. Solo le ondate peristaltiche dell'esofago lo spingono a rilassarsi quanto basta per far passare il cibo nello stomaco.

Stomaco: lo stomaco ha una struttura che gli consente di svolgere varie funzioni. Si tratta di una sacca a forma di fagiolo, divisa nella porzione superiore in prossimità dello sfintere, ovvero il fondo; in una parte ripiegata più grande, il corpo; e infine la regione inferiore più ristretta, il piloro. La sua parete è formata prevalentemente da tessuto connettivo, ma anche da tessuto epiteliale e muscolare liscio. Nello stomaco avviene buona parte della digestione chimica: continua quella dell'amido e inizia quella delle proteine. Le sue funzioni sono quelle di rimescolamento, secrezioni, e immagazzinamento.

Rimescolamento e immagazzinamento: la muscolatura liscia che riveste lo stomaco è poco sensibile agli stiramenti, cioè non si contrae se soggetta a una sollecitazione; come invece avviene per l'esofago. Ciò fornisce elasticità ed espandibilità, necessarie dal momento che lo stomaco deve avere la possibilità di dilatarsi, poiché dopo un pasto può arrivare a contenere un volume di 1,5 litri di cibo. Tuttavia, la muscolatura liscia dello stomaco è elastica per consentire anche i movimenti di peristalsi: permettono di rimescolare il bolo alimentare con i secreti delle ghiandole esocrine della mucosa (tessuto epiteliale). In questo strato si trovano introflessioni, che vanno a formare profonde depressioni, chiamate fossette gastriche.

Secrezione: in queste fossette gastriche si trovano tre tipi di cellule secretrici, che producono sostanze diverse. Le cellule principali: secernono pepsinogeno, ovvero una ''sostanza transitoria''; è un enzima che costituisce la forma inattiva della pepsina (enzima anch'esso). Cellule parietali: nello stomaco il bolo trova un ambiente totalmente diverso, ovvero un ambiente acido, determinato dalla secrezione di acido cloridrico di queste cellule. L'HCL ha due funzioni: una di sterilizzazione, anche se non completa, dal momento che uccide buona parte dei batteri che vengono ingeriti e che potrebbero alterare o danneggiare la digestione. La seconda di attivazione del pepsinogeno, nella sua forma attiva la pepsina, tramite il rilascio di ioni H+. la pepsina è un enzima in grado di demolire le proteine, trasformandole in brevi peptidi, ma non ancora amminoacidi. La miscela di pepsina e HCL costituisce il succo gastrico: una miscela che rende fortemente acido l'ambiente dello stomaco, fino a pH 3, e che rende acido anche il bolo. Quest'ultimo, così rimescolato con il succo gastrico, diventa chimo. Cellule mucose: producono muco, che riveste la parete interna dello stomaco. Esso è fondamentale, poiché protegge la mucosa. Di fatto, nello stomaco si raggiunge un'acidità molto elevata, in grado di danneggiare lo strato di epitelio interno. Inoltre, c'è il pericolo che la stessa pepsina attacchi la mucosa. Tuttavia, tutti questi rischi vengono scongiurati dall'azione delle cellule mucose: producono questo muco che contiene sostanze tampone, in grado di mantenere il pH sulla superficie della mucosa vicino alla neutralità; ed enzimi detti ''inibitori della proteasi'' che riducono il danno provocato dalla pepsina sulla parete. Infine, il muco ha la capacità di ammorbidire l'insieme di bolo+HCL+ pepsina (chimo).

Digestione e assorbimento nell'intestino

Intestino tenue: in seguito si ha il passaggio del chimo dallo stomaco all'intestino tenue. L'intestino, tenendo in considerazione anche quello crasso, può raggiungere a riposo una lunghezza di 9 metri. L'intestino tenue arriva fino a 6 metri, e proprio per questa caratteristica, è raggomitolato su sé stesso, in modo che possa occupare meno spazio possibile. Tuttavia, presenta un diametro piuttosto ridotto, di 2,5 cm. Possiamo dividere l'intestino tenue in tre sezioni:

il duodeno: è la porzione più corta dell'intestino tenue, ma è qua che avvengono le funzioni digestive più importanti. Poi vediamo il digiuno (2,5 metri) e l'ileo: si collega all'intestino crasso attraverso lo sfintere ileocecale. Il punto in cui si inserisce è chiuso, per l'appunto cieco, poiché presenta in basso a sinistra una piccola appendice (un tratto della parete intestinale chiuso, che non sembra avere una funzione specifica).

La zona del passaggio dallo stomaco all'intestino tenue è quella del piloro, il quale presenta uno sfintere: lo sfintere pilorico. Questo ha la funzione di regolare il trasferimento del chimo, che deve avvenire in maniera graduale, quasi a spruzzo. Perché? Ora il tubo digerente è più stretto, anche se molto allungato. Non può ricevere tutta insieme la massa di chimo dello stomaco, altrimenti l'intestino si sovraffaticherebbe troppo. Dunque, nell'arco di quattro ore circa, lo stomaco si svuota. Tuttavia, il motivo principale di questo passaggio graduale è la forte acidità del chimo, che potrebbe danneggiare le pareti dell'intestino, non protette da uno strato di muco. La zona collegata direttamente al piloro è quella del duodeno: qui l'acidità del chimo viene neutralizzata dagli ioni bicarbonato nel succo pancreatico, prodotto dal pancreas. Di fatto questa acidità non solo potrebbe danneggiare le pareti interne dell'intestino, ma anche uccidere la flora microbica (importante per i processi digestivi). Nel duodeno avviene la maggior parte della digestione: prosegue quella dei carboidrati (iniziata nella bocca) e quella delle proteine (cominciata nello stomaco); inoltre ha inizio quella dei lipidi. Nell'intestino tenue avviene anche la maggior parte dell'assorbimento delle sostanze nutritive, che a termine del processo digestivo, risultano completamente demolite.

Digestione: avviene per di più nel duodeno, dove gli enzimi prodotti dalle cellule intestinali vengono attivati. Si va a formare il succo enterico. Tuttavia, la presenza esclusiva di questi enzimi non basta per digerire tutta la quantità di chimo proveniente dallo stomaco: per questo che, il duodeno, tramite il dotto biliare e il dotto pancreatico, è messo in comunicazione con i due organi annessi del fegato e del pancreas. Il primo produce la bile, che emulsiona i lipidi in tante piccole gocce, rendendoli facilmente attaccabili dagli enzimi della lipasi. Questi enzimi si trovano nel succo pancreatico, e completano la digestione dei grassi. Il chimo mescolato con il succo enterico+ bile+ succo pancreatico= diventa chilo.

Una volta che l'amido è stato demolito in glucosio, le proteine in amminoacidi e i lipidi in glicerolo e acidi grassi, avviene l'assorbimento, dal momento che queste molecole possono facilmente attraversare la mucosa.

Assorbimento: le molecole completamente demolite attraversano la mucosa, per poi essere raccolte dai capillari che fluiscono intorno all'intestino, ed infine trasportate a tutte le cellule del corpo. Tuttavia, per ridurre la mole di lavoro che l'intestino tenue deve svolgere e rendere più efficace e breve l'assorbimento, è necessario che la mucosa dell'intestino sviluppi una superficie ampia. A tal proposito, la parete dell'intestino tenue è riccamente pieghettata, e sulle singole pieghe si trovano delle estroflessioni, dette villi. A loro volta, la membrana delle cellule che rivestono la superficie dei villi, presenta altre estroflessioni, chiamate microvilli. Chiaramente i villi e i microvilli devono essere irrorati, ovvero attraversati da capillari, in modo tale che il sangue entri a contatto con la mucosa. Queste estroflessioni conferiscono all'intestino un'enorme area interna per l'assorbimento, pari a 250 m^2 (considerata anche la lunghezza).

Fase finale della digestione

Intestino crasso: si divide in tratti: colon ascendente, colon trasverso e colon discendente. Termina con il retto, lo sfintere anale e infine l'apertura anale. L'intestino crasso delimita il perimetro della cavità addominale.

Qui avviene la fase finale della digestione: la flora batterica fermenta qualsiasi residuo di zuccheri, decompone le proteine rimaste e sintetizza alcune vitamine. A questo punto quello che rimane del chilo sono ioni inorganici e molta acqua: vengono assorbite dal colon, producendo le feci, che vengono poi espulse.