Alimentazione e Nutrizione

Le basi concettuali della nutrizione

Poche molecole che messe in modi diversi servono per costituire i mattoncini che ci costituiscono. E l'insieme di poche costituenti forma una serie di molecole che sono fondamentali per il nostro organismo; sono fondamentali perché:

• Forniscono energia
• Forniscono funzionalità (proteine che compongono i muscoli, lipidi che compongono le membrane plasmatiche)

Senza questi composti chimici che ci danno energia e che possiamo trasformare in altri composti non esisteremmo.

Come facciamo ad ottenere energia?

Mangiando assumiamo alimenti, che sono composti da molecole che noi riusciamo a trasformare in energia. Il processo metabolico che ci porta ad ottenere energia è il catabolismo ossidativo (ossidazione). Attraverso l'ossidazione dei substrati energetici, noi riusciamo ad ottenere energia.

Gli alimenti sono fatti di nutrienti che vengono degradati in modo tale da poter fornire energia. La maggior parte degli alimenti sono costituiti dai tre macronutrienti che possiamo utilizzare come substrati energetici, cioè da carboidrati, proteine e lipidi; la maggior parte di essi sono polimeri:

• Carboidrati: zucchero, saccarosio (disaccaride)
• Proteine, amminoacidi

Il concetto è che noi assorbiamo molecole, che sono polimeri, che la maggior parte delle volte non vengono assorbiti tal quale ma devono andare incontro a un processo di digestione per essere assorbite, e poi una volta assorbite saranno metabolizzate.

Assumiamo l'alimento (alimentazione); quell'alimento è composto da macronutrienti, proteine, carboidrati e lipidi, che, attraverso processi digestivi, viene scomposto all'interno del lume intestinale in molecole più piccole che possono essere assorbite (assorbimento); e, una volta all'interno dell'organismo, andranno incontro ai diversi processi metabolici (produzione di energia o sintesi di altre molecole o altre strutture).

Per utilizzare il substrato energetico, dobbiamo scomporre l'alimento nelle sue subunità; digerire l'alimento e poi assorbire il nutriente.

Processo metabolico e produzione di energia

Gli amminoacidi, i lipidi o i carboidrati semplici entrano all'interno della cellula e vanno incontro a una serie di processi metabolici che sono principalmente di natura ossidativa in modo tale da produrre energia. Tutti finiranno nel mitocondrio dove avverrà la produzione di ATP, attraverso la catena di trasporto degli elettroni. Dalla degradazione delle proteine si ottiene urea, che è tossico e dobbiamo espellere attraverso l'urina.

In seguito all'ossidazione dei substrati metabolici che servono per produrre energia, a livello mitocondriale, si ha la produzione di acqua, che dovrà essere rimossa dall'organismo attraverso la sudorazione e l'urina, per far sì che il bilancio idrico avvenga in condizioni adeguate; lo stesso per la CO₂ prodotta dall'ossidazione dei carboidrati e lipidi e da una parte di amminoacidi, anche questa CO₂ dovrà essere escreta dall'organismo attraverso la respirazione.

Quello che facciamo è: mangiare alimenti composti da macronutrienti che vengono digeriti in subunità, che possono essere assorbite per poi andare incontro a diversi processi metabolici che ci permettono di produrre energia. Come conseguenza di questa produzione di energia, troviamo sottoprodotti metabolici (ammoniaca, acqua e CO₂) che il nostro organismo gestisce in modo diverso per espellerli.

Le feci non sono parte integrante di questo ciclo. Le feci sono composte da elementi che non vengono assorbiti. L'energia che serve per trasformare una molecole di glucosio in acqua e CO₂ è sempre la stessa.

Il nostro organismo fa sì che per passare da glucosio alla produzione di energia ci siano piccoli passaggi metabolici a cui serve una piccola quantità di energia per attivarli; in questo modo l'organismo riesce a stoccare l'energia (riusciamo ad immagazzinare l'energia ottenuta dai macronutrienti). Ci siamo evoluti in modo tale che questa reazione avvenga in maniera molto efficiente, con piccoli passaggi in cui serve una piccola quantità di energia di attivazione per poi immagazzinare tutta l'energia che viene prodotta.

Serve una piccola quantità di energia perché sennò il processo sarebbe fuori controllo. Se non c'è un controllo energetico a monte, la reazione avviene in modo spontaneo. I nutrienti contenuti negli alimenti forniscono energia e di conseguenza gli alimenti forniscono energia e forniscono anche i componenti strutturali che servono per lo sviluppo dei tessuti e per la sintesi di molecole che hanno una funzione biologica all'interno del nostro organismo.

La fisiologia

I processi vitali sono basati sulle leggi della chimica e della fisica. All'interno del nostro organismo abbiamo una serie di sistemi, la metà dei quali centrano molto con l'alimentazione, ma sono comunque tutti collegati a qualcosa che centra con l'alimentazione; di conseguenza possiamo dire che tutto il nostro organismo è impostato dal punto di vista dell'utilizzo dei nutrienti:

• Sistema cardiovascolare. Lo scopo fondamentale del sistema cardiovascolare è quello di consentire il trasporto dei nutrienti (ossigeno, CO₂) all'interno del nostro organismo; certi fenomeni possono, come l'arteriosclerosi, essere collegati ad un deposito di nutrienti che finiscono lì perché c'è un errore a livello fisiologico e contribuiscono allo sviluppo della malattia.
• Sistema respiratorio. Il sistema respiratorio serve per il trasporto dell'ossigeno ai tessuti per l'ossidazione dei nutrienti.
• Sistema digestivo. Il 95% di tutto avviene nel sistema digestivo, dove vengono digeriti e assorbiti i nutrienti.
• Sistema renale. Il sistema renale serve per espellere dall'organismo gli scarti metabolici (acqua, ammoniaca, Sali minerali), cioè di rimuovere tutto ciò che non ha più valore all'interno dell'organismo.
• Sistema riproduttivo. Ci deve essere un'adeguata alimentazione per avere un adeguato sistema riproduttivo (es, supplementazione con acido folico per le donne, negli uomini un'adeguata alimentazione aumenta le probabilità di riproduzione e migliora anche le capacità della progenie).
• Sistema muscolo-scheletrico. I muscoli sono fatti da proteine, i muscoli anche a riposo sono tra i principali organi per il consumo di energia all'interno del nostro organismo (cervello, reni, cuore e muscoli continuano a consumare energia, il 25% dell'energia che ci serve è dedicata a questi muscoli anche a riposo). Per quanto riguarda le ossa è importantissimo il calcio.
• Sistema nervoso. Il gusto, dal punto di vista nutrizionale, attiva la salivazione e prepara tutto l'organismo alla digestione di quell'alimento grazie a un sistema preparatorio (nel momento in cui vediamo o pensiamo ad un alimento, tutto il tratto gastrointestinale si prepara per ricevere quell'alimento). La salivazione protegge, lubrifica il nostro cavo orale in modo tale che gli alimenti vengano deglutiti in modo più efficace. Tutto il sistema digerente è collegato, una parte al sistema circolatorio in modo che il sangue venga caricato di ossigeno dalle arterie e poi venga fuori il sangue pieno di CO₂ e di tutti i nutrienti attraverso le vene. Tutto questo è regolato dai processi non endocrini che vengono controllati principalmente dai nervi.
• Sistema endocrino. Tutti gli ormoni coinvolti nella digestione hanno a che fare con il sistema endocrino.
• Sistema immune. Il sistema immune aiuta per il rapporto tra il sistema immunitario e la flora batterica (il nostro microbiota è un insieme di cellule che interagiscono tra di loro). I chilomicroni utilizzano il sistema linfatico come una strada parallela a quella che sarebbe la strada principale, che è il sistema circolatorio, che permette il trasporto dei lipidi che vengono mangiati a livello alimentare verso il sistema circolatorio.

Tutti questi sistemi sono collegati intrinsecamente a quello che è la digestione. Per far sì che un nutriente venga utilizzato deve entrare all'interno del nostro organismo; per entrare nell'organismo il nutriente deve essere assorbito dal nostro organismo. Finché un nutriente non entra all'interno dell'organismo, non può essere utilizzato.

Omeostasi

L'omeostasi è l'insieme dei processi che ci porta ad avere tutte le variabili del nostro organismo all'interno di certi range che ci permettono di svolgere tutte le nostre funzioni senza compromettere il sistema. Sono meccanismi di controllo delle variabili con la finalità di tenere il sistema all'interno di certi range fisiologici che ci permettono di svolgere tutti i processi senza problemi. Quando le variabili si spostano fuori da quei range fisiologici, l'organismo deve rimettere quelle variabili all'interno del range; questo viene fatto tutti i giorni. Se il nostro sistema non è in grado di mettere le variabili all'interno del range fisiologico si sta male; a livello nutrizionale, se ad esempio la glicemia è scompensata durante 10 anni, si ha il rischio di diabete di tipo II.

L'omeostasi consiste quindi nel mantenimento della composizione (e del volume e della temperatura) dei compartimenti interni all'organismo dentro a limiti ben definiti. I processi di omeostasi si applicano sia a livello cellulare che a livello dell'organismo, ma anche a livello dei tessuti. L'omeostasi viene raggiunta attraverso un organismo di controllo, o meccanismi regolatori. Se la variabile si sposta, deve esserci qualcosa che la rimetta all'interno del range fisiologico.

Esempio: il glucosio all'interno dell'organismo lo troviamo in una concentrazione che è pari a circa 4-5 mmol/L a riposo; quando si mangia, la concentrazione di glucosio ematico aumenta, quando si va sopra a 5 l'organismo attiva i processi omeostatici che devono far sì che il glucosio rientra nei valori fisiologici (4-5). Il meccanismo omeostatico fa sì che, attraverso la sintesi di insulina, la concentrazione di glucosio ematico torna all'interno del range fisiologico.

Quindi: perturbazione della variabile fuori dai valori range (il glucosio aumenta); meccanismo omeostatico (in questo caso aumenta produzione di insulina e di conseguenza si riduce la concentrazione ematica del glucosio). Questo serve anche per la temperatura: se aumenta la temperatura esterna, il nostro corpo deve refrigerarci e quello che fa è mandare sangue alla periferia; quando invece la temperatura esterna diminuisce, il sangue esce dalla periferia per arrivare verso le parti più interne dell'organismo.

Possiamo definire questo come processo omeostatico a regolazione di feedback negativo. Se invece la concentrazione di glucosio diminuisce, per esempio va a 3, interviene il glucagone per lanciare nuovamente su la glicemia (l'insulina porta giù la glicemia, mentre il glucagone porta su la glicemia).

Questo processo ha però un problema: arriva un momento in cui il sistema si può compromettere, questa correzione delle variabili alla fine fa sì che il sistema ad un certo momento possa non essere molto efficace; è quello che succede per esempio quando si parla di insulino-dipendenza.

Feedback positivo è un meccanismo. Il controllo Feedforward: il controllo anticipatorio permette di anticipare i cambiamenti e di mantenere la stabilità. Condiziona tutto quello che è la regolazione dei processi digestivi a livello gastrico; inoltre è legato alla produzione di insulina (la sintesi dell'insulina non è glucosio dipendente e avviene prima ancora che si instauri la iperglicemia all'interno dell'organismo).

Composizione chimica del corpo

Gli elementi più importanti del nostro organismo sono il carbonio, l'ossigeno, l'idrogeno, l'azoto (sono i 4 elementi principali); sono fondamentali per la produzione di energia e di molecole fondamentali per l'organismo (trigliceridi, proteine). Poi abbiamo i minerali che, anche se in concentrazioni basse, sono comunque fondamentali. I costituenti organici principali sono i carboidrati, i grassi, le proteine e gli acidi nucleici. La composizione di acqua è del 60% nell'uomo adulto e del 50% nella donna adulta.

Distribuzione dell'acqua nel corpo

Come viene distribuita l'acqua all'interno del nostro organismo? Troviamo acqua all'interno delle cellule, nel fluido interstiziale (tra le cellule) e nel sangue. Tra queste tre forme in cui possiamo trovare acqua all'interno dell'organismo, quella più importante è l'intracellulare. La maggior parte di acqua all'interno dell'organismo la troviamo all'interno delle cellule, perché è fondamentale per garantire una certa turgidità. Tra il plasma e il fluido interstiziale, il fluido interstiziale è quello che più importante a livello di contenuto di acqua. Il plasma è la componente minore di acqua che c'è all'interno del nostro organismo.

Qualche concetto: Il nostro corpo è fatto di epiteli, è fatto di membrane che sono molto selettive; per far sì che qualcosa entri bisogna che sia in grado di attraversare le membrane e, per attraversare le membrane, bisogna essere in grado di farlo (non tutte le molecole sono in grado di attraversare le membrane): la membrana più importante del nostro organismo è la membrana plasmatica con uno strato fosfolipidico, le molecole devono essere in grado di superare lo strato fosfolipidico.

Per far sì che una molecola si muove da una parte all'altra dell'organismo, bisogna che sia in grado di farlo e lo farà principalmente sulla base della sua polarità. Oltre alla polarità, anche il peso molecolare delle molecole incide molto sul loro trasporto.

Trasporto e osmosi

Osmosi: si muove il solvente, che è l'acqua. Quello che fa è far sì che la osmolarità del sistema sia in equilibrio. È un meccanismo che avviene per gradiente di concentrazione del solvente. Riusciamo a bloccare il passaggio di acqua da una parte all'altra grazie alla pressione osmotica.

Esocitosi: attraverso i vacuoli si liberano delle cose dall'interno della cellula verso l'esterno. Esempio: l'insulina viene liberata attraverso un processo di esocitosi, viene prodotta all'interno di certe cellule del pancreas e poi viene rilasciata all'esterno attraverso questi processi di esocitosi.

Siamo fatti di cellule che devono comunicare tra di loro tramite degli stimoli che, di solito, sono chimici e che possiamo classificare all'interno di quattro diversi meccanismi di comunicazione che servono per coordinare tutte le attività coinvolte nei processi digestivi; di questi quattro meccanismi di comunicazione che troviamo all'interno dell'organismo, soltanto tre li vediamo in modo attivo in quella che è la digestione. Queste attività di coordinamento che servono per coordinare i processi digestivi sono legati ad altri meccanismi di comunicazione: neuroendocrino, endocrino e paracrino, quello per contatto lo vediamo principalmente a livello del sistema immunologico (non è interessante per i processi digestivi).

Il sistema paracrino

Il sistema paracrino è un sistema di segnalazione tra cellule che sono vicine; prevede la comunicazione tra la cellula di segnalazione e le cellule bersaglio. Questa comunicazione è mediata dagli ormoni paracrini, o mediatori locali, che sono molecole che servono per fare sì che la cellula che secerne quel mediatore locale sia in grado di comunicare con la cellula bersaglio, che ricevendo lo stimolo attraverso questo mediatore locale è capace di capire qualcosa (il capire qualcosa significa che innescherà poi qualche azione).

Una cellula vicina che, secernendo mediatori locali all'interno di quello che può essere il fluido interstiziale, è in grado di comunicare con un'altra cellula, chiamata cellula bersaglio. Questi mediatori locali non vanno mai nel circolo sanguigno, vanno rilasciati soltanto nel fluido interstiziale e comunicano con cellule vicine. Un esempio classico è l'istamina. L'istamina, tranne in reazioni molto forti di allergie alimentari severe (shock anafilattico), nello stomaco certi processi coinvolgono questo processo paracrino dove il mediatore è l'istamina.

Il sistema endocrino

Il sistema endocrino è il classico segnale di comunicazione tra cellule, in questo caso i mediatori sono ormoni che vengono rilasciati all'interno della circolazione sanguinea e, di conseguenza, l'ormone viaggerà per tutto quello che è il sistema sanguineo fino ad arrivare alla cellula bersaglio. Non tutti gli organi rilasciano ormoni coinvolti nei processi digestivi (l'ormone più noto tra tutti è l'insulina, prodotto nelle cellule del pancreas e rilasciate all'interno dell'organismo direttamente all'interno del sangue, questo ormone viaggerà per tutti i vasi sanguinei e per certe cellule che esprimono il recettore per questo ormone potrà avere un'azione). Il concetto è che il corpo rilascia l'ormone, ma è la cellula bersaglio quella che ha la capacità di interagire con l'ormone, e non tutte le cellule esprimono recettori per tutti gli ormoni (la selettività che hanno certe cellule per esprimere un recettore o per esprimerne un altro e, di conseguenza, innescare un certo meccanismo in seguito all'aver ricevuto lo stimolo dall'ormone).

Le cellule bersaglio riescono ad interagire con l'ormone soltanto se hanno il recettore per l'ormone. Una cellula endocrina rilascia gli ormoni all'interno del sistema circolatorio, che arrivano a tutte le parti del corpo agendo soltanto su quelle che hanno espresso il recettore. Questi due non sono stati completati nel testo originale.