Il complesso processo digestivo umano: dall'energia alla flora intestinale

Energia e respirazione cellulare

Tutte le attività di un animale richiedono energia. Ogni animale ha un fabbisogno energetico. L’energia necessaria per il lavoro biologico è fornita dalla respirazione cellulare, attraverso la quale l’energia chimica dei monomeri è liberata e immagazzinata nel ATP.

Struttura e funzione del tubo digerente

L’apparato digerente umano è detto completo (al contrario di quello di animali semplici che è incompleto provvisto di una sola apertura e senza organi specializzati): ha due aperture e ha organi specializzati. La sua funzione è di demolire le macromolecole del cibo ricavando monomeri necessari come fonti di energia e materie prime, di assorbire i prodotti della demolizione. Il cibo è elaborato dalla bocca (o cavità orale). Le pareti dei vari tratti del tubo digerente hanno una struttura a strati sovrapposti detti tuniche formate dai quattro tessuti fondamentali:

1 Strato più interno di tessuto epiteliale chiamato mucosa contenete cellule che secernono muco, ormoni, e sostanze digestive;

2 Strati di tessuto connettivo che formano una sottomucosa;

3 Tessuto nervoso;

4 Tessuto muscolare liscio di due tipi: uno strato interno di muscolatura circolare e uno più esterno di longitudinale, che hanno effetti antagonisti.

Movimento e digestione del cibo

L’elaborazione del cibo e il suo movimento dalla bocca all’ano sono risultato di un’interazione tra molecole del cibo e terminazioni di cellule sensoriali presenti nel tubo. Le informazioni inviate al sistema nervoso sono convertite in comandi. Come risposta la muscolatura si contrae nella peristalsi che fa progredire il cibo in un’unica direzione. Le cellule secernenti producono ormoni che liberati nel sangue stimolano fegato e pancreas a secernere enzimi digestivi. La bocca è l’apertura tramite la quale è inserito il cibo. In essa vi sono i denti costituiti da tre parti: corona (parte visibile che sporge dalla gengiva, ricoperta dallo smalto,Ca, al di sotto del quale vi è la dentina mentre la cavità centrale contiene la polpa), la radice (porzione impiantata nell’alveolo osseo dove la polpa diviene cemento) e il colletto (raccordo tra le due). I denti sminuzzano il cibo e tramite la masticazione si mescola il cibo con la saliva un fluido secreto continuamente da tre paia di ghiandole salivari. Essa è formata da acqua, muco, bicarbonato, ptialina: tramite essa si digerisce l’amido passando da polisaccaridi a disaccaridi. L’acqua e il muco invece umidificano il cibo trasformandolo in bolo alimentare che scivola facilmente nella faringe, un canale collegato all’esofago, e permettono di sentire i gusti perché i recettori, le papille gustative, riconoscono le varie molecole solo se esse son disciolte in acqua. Una volta formato il bolo esso tramite deglutizione (attività muscolare che coinvolge lingua e muscoli delle guance) arriva alla faringe e poi nell’esofago, un canale muscolare distendibile lungo circa 25 cm che fa giungere il cibo nello stomaco tramite movimenti peristaltici.

Processo digestivo nello stomaco

Lo stomaco è una porzione allargata del tubo digerente situata nella cavità addominale. In condizione di riposo presenta numerose pieghe che portano ad aumentarne il volume quando si riempie. Esso è isolato da due sfinteri, il cardias che divide esofago e stomaco e impedisce il ritorno del cibo all’esofago e il piloro che si trova all’imboccatura dell’intestino tenue e regola la velocità di passaggio del cibo all’interno di esso. All’interno dello stomaco il bolo è immagazzinato e digerito dai succhi gastrici prodotti dalle ghiandole gastriche presenti nella mucosa. Il succo gastrico è formato da muco, HCl, la gastrina e gli enzimi, tra cui la pepsina, prodotto dello stomaco che da inizio alla demolizione delle proteine e viene secreta sotto forma di precursore inattivo il pepsinogeno. La produzione del succo è regolata dal sistema nervoso e dalla gastrina. Il bolo rimane nello stomaco per 2-6 ore. Qui è rimescolato, ammorbidito parzialmente digerito e trasformato in una massa semiliquida detta chimo. Lo stomaco ha quindi 3 funzioni: produce il muco per separare il bolo dalle sue pareti (e che impedisce il danneggiamento da parte della pepsina e dell’HCl, l’autodigestione), produce enzimi digestivi e produce HCl: esso rende il pH del succo particolarmente basso e acido (2), uccide i batteri presenti nel cibo e attiva il pepsinogeno trasformandolo in pepsina.

Digestione nell'intestino tenue

Attraverso il piloro il chimo passa nell’intestino tenue, un canale di 3-5 cm di diametro e lunghezza 6-7m (più di ½ della lunghezza totale del tubo digerente, è fortemente ripiegato su se stesso). È suddiviso in duodeno (30 cm), digiuno e ileo. La mucosa che ne tappezza la parete è ricca di ghiandole che producono succo enterico, formato da acqua, ioni, muco e diversi enzimi tra cui l’enterogastrina, la secretina e la colecistochimina (che stimola la cistifellea a svuotarsi nel duodeno); questi inibiscono le attività e le produzioni dello stomaco e stimolano la produzione enzimatica del pancreas. In questo tratto vi è una gran parte della digestione: quando il chimo acido entra nel duodeno viene riversata una soluzione basica di ioni bicarbonato (HCO-3) prodotta dal fegato e dal pancreas che rende il chimo meno acido. Gli enzimi che agiscono qui sono prodotti per lo più nel pancreas, una grossa ghiandola annessa all’apparato digerente: alcuni di questi sono proteasi (digeriscono le proteine) e continuano la digestione proteica iniziata nello stomaco con la pepsina. Altri digeriscono i carboidrati trasformandoli in monosaccaridi e (le lipasi) i trigliceridi che a causa della loro insolubilità formano grosse gocce nel chimo, sono digeriti solo nell’intestino tenue grazie a un preventivo intervento della bile, un fluido basico (8-9 pH) sintetizzato dalle cellule del fegato e composto da acqua ioni colesterolo e Sali biliari, agenti emulsionanti che emulsionano i trigliceridi: essa abbassa inoltre l’acidità del chimo. La bile passa nel fegato al duodeno tramite il dotto biliare e viene, tra un pasto e l’altro immagazzinata nella cistifellea, struttura sacciforme situata vicino al fegato e collegata al dotto biliare. Nell’intestino tenue il chimo è trasformato in soluzione acquosa, il chilo. La digestione è avvenuta e i monomeri ottenuti (amminoacidi, monosaccaridi, acidi grassi e glicerolo) passano all’apparato circolatorio, tramite l’assorbimento che avviene per diffusione, diffusione facilitata e trasporto attivo. Il rivestimento interno dell’intestino tenue presente molte estroflessioni chiamate villi, che a loro volta presentano altre estroflessioni, i microvilli. Essi aumentano, con le pieghe intestinali, la superficie per l’assorbimento permettendo un passaggio più rapido all’apparato circolatorio, tramite il liquido interstiziale. Sia gli acidi grassi che il glicerolo (componenti del grasso) vengono riconvertiti in grassi nelle cellule epiteliali dell’intestino tenue e, rivestite da proteine, formano i chilomicroni che entrano dapprima nei capillari linfatici e solo dopo nel sangue.

Ruolo del pancreas e del fegato

Il pancreas e il fegato sono due grosse ghiandole che svolgono funzioni digestive e non. Entrambi sono nella parte superiore della cavità addominale, il pancreas a sinistra, dietro lo stomaco, e il fegato a destra. Il pancreas è una ghiandola sia esocrina (secerne il succo pancreatico formato da enzimi digestivi e ione bicarbonato che fluisce dal pancreas al duodeno tramite i dotti pancreatici) che endocrina (secerne insulina e glucagone che regolano il livello di glucosio nel sangue). Il fegato contribuisce alla digestione secernendo la bile e ioni bicarbonato ed effettua una trasformazione chimica dei prodotti della digestione che giungono dall’intestino al fegato tramite la vena porta (es. i monosaccaridi in glucosio). Il fegato inoltre demolisce e rende innocue le molecole potenzialmente tossiche.

Funzioni dell'intestino crasso

Ciò che non è digerito passa nell’intestino crasso ( 6-8 cm. diametro 1.5 m lunghezza) diviso in cieco colon e retto. In esso sono assorbiti l’acqua e i Sali e si accumulano le sostanze non digerite, espulse tramite la defecazione. Il trasporto di sostanze attraverso l’intestino crasso è regolato da due sfinteri, uno alla fine dell’intestino tenue e l’altro in corrispondenza dell’ano formato da un anello di muscoli involontari e uno di volontari. L’appendice è un diverticolo che sporge dal cieco di dubbia utilità: forse ha funzione vestigale o forse di difesa. Nell’intestino crasso entrano acqua, muco, bile e cellule che si sono staccate dal rivestimento del tubo. Al suo interno vivono milioni di batteri il cui insieme costituisce la flora intestinale: alcuni di essi sono eliminati con le feci, altri attaccano le sostanze non digerite e producono gas come rifiuto; inoltre questi sintetizzano la vitamina K e alcune vitamine del gruppo B assorbite poi dal circolo sanguigno. Il colore bruno rossastro delle feci è dato dalla bilirubina, un prodotto della demolizione dell’emoglobina che si forma durante il riciclaggio dei globuli rossi. Man a mano che il materiale proveniente dall’ileo attraversa l’intestino crasso la maggior parte dell’acqua e degli ioni vengono assorbiti. La quantità di acqua assorbita dalle feci dipende dalla loro velocità di transito lungo l’apparato digerente: si può avere stipsi (poca acqua) o diarrea (molta acqua).