Alimentazione e nutrizione umana

Alimentazione e nutrizione umana

Alimentarsi è il mezzo per nutrirsi, cioè, introdurre i nutrienti (=molecole per sostenere le funzioni vitali). La nutrizione è l’interazione dei nutrienti con l’organismo, l’effetto morfo-funzionale di questa interazione dipende dalla qualità e quantità dei nutrienti introdotti e della capacità dell’organismo di utilizzarli. Una nutrizione corretta riduce il rischio di alcune malattie non trasmissibili.

• Nutrizione di base: si occupa dei fondamenti scientifici della Nutrizione Umana, gli aspetti molecolari, genetici, biochimici, fisiologici e metabolici che riguardano i meccanismi d’azione e gli effetti nutrizionali dei composti degli alimenti, la loro azione integrata nell’organismo e i relativi sistemi di regolazione.
• Nutrizione applicata: si occupa, in tutte le età della vita, delle relazioni della nutrizione con lo stato di salute e benessere della popolazione generale: promozione della sana alimentazione, della prevenzione della malnutrizione e delle malattie a componente nutrizionale e della dietetica di gruppi e comunità di individui sani.

Per lo sviluppo e il mantenimento dell’organismo è necessario introdurre con gli alimenti composti organici e inorganici, che compongono l’organismo. In alcuni casi esistono vie metaboliche che permettono di sopperire ad un eventuale deficit; altri nutrienti essenziali devono necessariamente essere introdotti con la dieta. Dagli alimenti si ottengono molecole che danno energia; bisogna garantire la corretta quantità di energia per sostenere il metabolismo basale.

I macronutrienti vengono ossidati per ottenere energia: subiscono una serie di reazioni metaboliche per formare le strutture più semplici (amminoacidi, glucosio e acidi grassi + glicerolo) utilizzabili dall’organismo che possono poi essere ossidate per ottenere E (insieme ad acqua e sottoprodotti che vengono eliminati). Inoltre, vengono utilizzati per sintetizzare i componenti strutturali dell’organismo. Le reazioni solitamente richiedono un attivatore biochimico (enzima) che per step riduce l’energia di attivazione della reazione in modo da farla avvenire più velocemente (l’ossidazione è una reazione che richiede energia): intervengono una serie di enzimi che catalizzano l’idrolisi per portare all’ossidazione (non scindono ma catalizzano!). L’organismo è soggetto a meccanismi di omeostasi, ciò significa che gli enzimi catalizzano in modo controllato per evitare un eccesso di produzione di un sottoprodotto che può portare a disequilibri dell’omeostasi. L’equilibrio nutrizionale deve essere mantenuto nel tempo.

Composizione chimica del corpo

Acqua, idrogeno, ossigeno, azoto, carbonio, minerali.

Omeostasi = mantenimento della composizione, del volume e della T dei compartimenti interni all’organismo entro limiti per definiti. Necessita di meccanismi regolatori per gestire i cambiamenti nell’ambiente esterno. Es. mantenimento della concentrazione degli ioni Na e K; mantenimento della concentrazione di glucosio entro le 4-5 mmol/L (cambia in fase pre e post-prandiale).

I nutrienti, macro (carboidrati, lipidi e proteine) e micro (vitamine e minerali), sono le molecole di diversa natura che costituiscono gli alimenti. Nell’alimento ci sono anche molecole non di interesse nutrizionale: acqua, alcol e altri composti (es. antiossidanti, alcaloidi).

Apporto calorico dei macronutrienti

I macronutrienti portano un certo apporto calorico.

• Carboidrati 4 kcal/g
• Proteine 4 kcal/g
• Lipidi 9 kcal/g

Anche l’alcol apporta energia (7 kcal/g) ma non è considerato un macronutriente perché non è coinvolto in reazioni dell’organismo. La fibra apporta 2 kcal/g.

Gli alimenti primari sono quelli che devono essere introdotti quotidianamente per soddisfare i bisogni nutrizionali dell’organismo. Gli alimenti secondari non sono nutrizionalmente essenziali e vengono consumati saltuariamente con una valenza più socioculturale che nutrizionale. Nessun alimento può essere considerato nutrizionalmente completo e nessun alimento dovrebbe essere escluso.

Con dieta si intende pattern alimentare, cioè insieme di alimenti che soddisfano la richiesta di energia giornaliera, che dipende dal soggetto: deve coprire il metabolismo basale, la termoregolazione e l’attività fisica. Questo pattern deve essere costituito da tutti i gruppi alimentari nelle giuste porzioni.

• 45-60% da carboidrati
• 20-30% lipidi
• 15% proteine (0.9 g proteine/kg di peso corporeo)

Apparato digerente

L’apparato digerente è un ripiegamento interno dell’epidermide, se non si ha il passaggio all’interno dell’epitelio la sostanza rimane sempre fuori → condizione necessaria per considerare qualcosa all’interno dell’organismo è che superi una barriera, deve superare un epitelio. Concetti fondamentali:

• Attraversamento della membrana
• Selettività dell’organismo nello scegliere cosa fare entrare/uscire

I meccanismi di comunicazione delle cellule sono fondamentali:

• Sistema neuroendocrino
• Sistema endocrino
• Sistema paracrino
• Meccanismi di contatto (specifici del sistema immunitario)

Nell’apparato digerente i più frequenti sono il sistema endocrino e neuroendocrino.

Sistema paracrino

È una comunicazione locale: una cellula manda segnali a cellule vicine attraverso la secrezione di ormoni paracrini (mediatori locali) rilasciati per esocitosi nel fluido interstiziale presente tra due cellule, l’ormone viene captato dalle cellule che esprimono il recettore per quell’ormone specifico. Non entra in circolazione sistemica ma rimangono localizzati. Es. istamina.

Sistema endocrino

Prevede il rilascio di un ormone nella circolazione plasmatica: una cellula endocrina secerne l’ormone, che entra in circolazione sistemica. Le cellule che esprimono il recettore sono quelle che riceveranno il segnale. Es. l’insulina prodotta dal pancreas in risposta ad un aumento di glicemia, entra in circolazione sistemica ma non entra in tutti gli organi allo stesso modo, ad es. nel tessuto muscolare c’è una maggiore espressione dei recettori perché deve stimolare il consumo di glucosio.

Sistema neuroendocrino (o neuronale)

Avviene al livello del SN: il neurone manda il segnale attraverso l’assone tramite una depolarizzazione di membrana, cioè è un segnale elettrico che viaggia lungo l’assone del neurone. La depolarizzazione causa il rilascio di un neurotrasmettitore per esocitosi nella sinapsi, cioè lo spazio interstiziale tra la fine dell’assone e la cellula bersaglio che presenta il recettore per quel neurotrasmettitore.

Nel sistema digerente ci sono due eccezioni che prevedono che il segnale non parta dal SNC ma che sia un segnale locale anche se di tipo neuronale: il riflesso gastro-gastrico parte dallo stomaco e rimane nello stomaco; il riflesso gastro-colico porta il segnale dallo stomaco al colon.

Il sangue e la circolazione

Il sangue permette di far arrivare i nutrienti a tutti gli organi e i tessuti. Il sangue trasporta:

• Ossigeno e anidride carbonica dalla respirazione tramite i globuli rossi
• Cellule del sistema immunitario (piastrine e globuli bianchi)
• Ormoni
• Nutrienti
• Scorie metaboliche derivanti dalle reazioni
• Calore, cioè permette la termoregolazione attraverso vasocostrizione (conservazione del calore) e vasodilatazione (rilascio di calore).

Esistono due circolazioni: la circolazione polmonare (piccola circolazione) che permette lo scambio di ossigeno e anidride carbonica; la grande circolazione va dal cuore a tutto il corpo.

Le arterie partono dal cuore e portano quasi sempre sangue ossigenato, ad eccezione dell’arteria polmonare che è carica di anidride carbonica e arriva ai polmoni. Inoltre, devono subire la pressione sistolica del cuore perciò hanno una parete piuttosto spessa. Le vene arrivano al cuore e hanno quasi sempre sangue deossigenato ad eccezione della vena polmonare che porta ossigeno al cuore. Hanno un epitelio più sottile delle arterie e hanno delle valvole monodirezionali per evitare il ritorno sanguigno: il sangue che deve tornare al cuore, pompato dalla periferia al cuore, deve andare solo in una direzione. I capillari sono delle ramificazioni di vene e arterie costituiti da uno strato monocellulare che permette uno scambio diretto.

Sistema portale: sistema venoso di vasi sanguigni che raccoglie tutto ciò che viene assorbito nel sistema gastrointestinale e lo porta al fegato. Il retto è l’unica porzione che non ha un sistema portale perciò tutto ciò che arriva in questa zona non va al fegato, se è in grado di assorbire qualcosa non attraversa il fegato, il cui epitelio non è selettivo ma metabolizza ciò che non riconosce.

Composizione dell’apparato digerente

• Bocca: funzione di processamento meccanico
• Faringe: funzione di passaggio
• Esofago: funzione di passaggio
• Stomaco: funzione digestiva
• Intestino tenue e crasso: funzione digestiva
• Ghiandole accessorie: fegato e pancreas; secrezione di ormoni ed enzimi necessari alla digestione

In generale l’apparato digerente ha funzione di: (da ricordare in questo ordine)

1. Ingestione attraverso la bocca
2. Processamento meccanico: masticazione e disgregazione dell’alimento; sia nella bocca che nello stomaco (masticazione gastrica → contrazioni che portano al rimescolamento del bolo)
3. Digestione: modificazioni delle strutture native degli alimenti affinché si possano ottenere composti assorbibili. Inizia in bocca e si esaurisce nell’intestino
4. Secrezione: di enzimi, sostanze tampone e ormoni per completare la digestione dei nutrienti introdotti. Dal pancreas verso il lume intestinale gli enzimi e le sostanze tampone, gli ormoni vengono secreti nel sangue.
5. Assorbimento: le molecole passano dentro l’organismo
6. Escrezione: delle sostanze che non vengono digerite, sostanze da cui l’organismo non riesce ad ottenere forme assorbibili

Struttura anatomica

Serie di strati sovrapposti. L’esterno è rappresentato dal lume.

1. Tonaca mucosa: strato più esterno, prima barriera che incontrano i nutrienti. Si suddivide in membrana mucosa, costituita da un singolo strato cellulare; lamina propria; muscularis mucosae, uno strato di fibre muscolari. In alcuni casi, come nell’intestino, la mucosa può presentare pliche, cioè estroflessioni della mucosa, costituite da villi e microvilli (estroflessioni della tonaca mucosa), che aumentano la superficie assorbente.
2. Tonaca sottomucosa: tessuto connettivo con vasi sanguigni e linfatici e ghiandole.
3. Tonaca muscolare: costituita da una tonaca circolare (fibre muscolari circolari) e una tonaca longitudinale (fibre muscolari longitudinali). Permette la peristalsi (il bolo viene spinto dalla bocca verso il retto) e la masticazione gastrica.
   1. Contrazione della muscolatura circolare dietro al bolo per spingere il materiale
   2. Contrazione della muscolatura longitudinale davanti al bolo
   3. Onda di contrazione della muscolatura circolare per spingere il bolo
4. Tonaca sierosa: strato connettivale che racchiude l’apparato.
5. Vasi sanguigni: in entrata vengono dal cuore, quelli che escono vanno al fegato.
6. Terminazioni nervose: vengono dal SNC e sono il plesso mienterico e il plesso submucosale, mandano segnali neuroendocrini. Il mienterico innerva la tonaca muscolare e porta alla contrazione della muscolatura; il submucosale innerva la sottomucosa e porta alla secrezione cellulare di enzimi, ormoni ecc.

Cavo orale

Comprende denti, lingua e ghiandole salivari.

• Disgregazione del cibo con i denti. Il cibo si trasforma in bolo
• Produzione di saliva, che contiene:
  • Soluzioni tampone per mantenere a pH adeguati il bolo e per mantenere il pH nei range fisiologici perché l’enzima sia nella sua forma attiva
  • Enzimi, in particolare endoamilasi, che catalizza le prime idrolisi dell’amido all’interno della catena, si formano disaccaridi o catene più lunghe

L’epiglottide si sposta per far entrare il bolo nella faringe chiudendo la laringe. La faringe serve solo per far passare il bolo. L’esofago è costituito da muco e cheratina, anch’esso ha solo funzione di trasporto del bolo. È ricco di muco per evitare ferite della mucosa e per permettere lo scivolamento del bolo.

Stomaco

• Disgregazione del bolo (masticazione gastrica)
• Denaturazione delle proteine: secrezione di HCl, che funge da antibatterico e porta alla denaturazione con formazione di catene lineari di amminoacidi
• Iniziale digestione delle proteine: sintesi di pepsinogeno, convertito nella forma attiva pepsina dal pH acido. Catalizza l’idrolisi dei legami peptidici, si ottengono piccoli peptidi
• Stoccaggio di cibo per farlo sgocciolare lentamente nell’intestino
• Produzione del fattore intrinseco: glicoproteina coinvolta nell’assorbimento della vit. B12
• Minimo assorbimento di nutrienti e non nutrienti (alcol soprattutto)
• Secrezione di ormoni: le cellule G dello stomaco secernono ormoni immessi nel sangue

La macrostruttura prevede la presenza del cardias, che permette il passaggio del bolo dall’esofago allo stomaco ed è regolato dal diaframma. La parte superiore dello stomaco si chiama fondo, zona in cui si accumulano i gas prodotti durante la digestione gastrica. La porzione più ampia è rappresentata dal corpo, dove avviene il rimescolamento del bolo. La parte finale, il piloro, è diviso in antro pilorico, piloro, canale pilorico e sfintere pilorico, quest’ultimo permette il passaggio del chimo al duodeno.

Lo stomaco ha una terza tonaca muscolare, la tonaca obliqua, che permette la disgregazione tramite la masticazione gastrica.

La superficie dello stomaco si ripiega formando rughe, le pliche gastriche cioè estroflessioni della tonaca mucosa che si appiattiscono per distendere lo stomaco quando è pieno. Tra una plica e l’altra ci sono pozzi gastrici dove originano le ghiandole gastriche che producono il succo gastrico.

Nella parte superficiale (verso il lume) sono presenti cellule mucose che secernono muco ricco di sostanze tampone (ione bicarbonato) che preservano dal pH acido, mantengono il pH vicino alle cellule intorno a 7. Nella porzione ghiandolare sono presenti (dall’esterno all’interno): cellule parietali (o ossintiche) che secernono HCl; cellule principali (zimogene) che secernono pepsinogeno; cellule G endocrine che secernono ormoni (gastrina) rilasciati nello spazio interstiziale per poi raggiungere i capillari e quindi il circolo sanguigno. L’anidrasi carbonica espressa nelle cellule parietali permette, sotto certi stimoli, di attivarsi e produrre HCl.

Fasi della digestione gastrica

1. Fase cefalica: breve fase di qualche minuto che inizia prima che venga introdotto l’alimento, è innescata da odore, vista e sapore del cibo. È una fase preparatoria che prevede il coinvolgimento di stimoli neuroendocrini, che preparano lo stomaco a ricevere il cibo. Sono meccanismi di stimolo che passano attraverso il plesso submucosale: il neurotrasmettitore è l’acetilcolina e stimola l’attività delle cellule gastriche a produrre muco, enzimi e acido, oltre che gastrina da parte delle cellule G. Inoltre, aumenta il volume gastrico.
2. Fase gastrica: innescata dalla distensione gastrica, quindi, quando arrivano i macronutrienti. È una fase più lunga che può durare anche qualche ora a seconda del pasto. Si tratta solo di meccanismi di stimolazione, sia chimici che fisici. Stimoli fisici perché aumentando il volume dello stomaco entrano in gioco i recettori dello stretch man mano che lo stomaco si riempie. Stimoli chimici perché introducendo alimenti il pH si alza: i chemorecettori a livello della parete gastrica ricevono lo stimolo e trasmettono il segnale di aumento del pH. Questi stimoli trasmettono un segnale neuroendocrino direttamente allo stomaco (riflesso gastro-gastrico) e vanno a stimolare le secrezioni cellulari. Lo stimolo neuronale passa per entrambi i plessi per stimolare anche masticazione gastrica. Anche in questa fase avviene la stimolazione delle cellule G a produrre gastrina dal riflesso gastro-gastrico: la gastrina va a stimolare a sua volta la secrezione delle altre cellule gastriche (parietali e principali) e le attività rimescolative.

   Rilascio istamina dai mastociti man mano che lo stomaco si riempie.

3. Fase intestinale: fase lunga che inizia quando il chimo inizia a sgocciolare nel duodeno, dal suo pH e dai prodotti della digestione dei lipidi. La presenza di chimo nel bulbo duodenale attiva dei meccanismi di inibizione dell’attività gastrica. Il riflesso entero-gastrico è stimolato da stimoli di tipo chimico (il chimo ha pH acido) e fisico (stretch delle pareti duodenali) → attraverso il plesso mioenterico inibiscono l’attività di rimescolamento della tonaca muscolare e attraverso il submucosale inibiscono l’attività delle cellule gastriche.

   Ci sono anche stimoli di tipo endocrino, cioè cellule endocrine stimolate a produrre altri ormoni: la presenza di lipidi stimola la sintesi di colecistochinina CCK; la presenza di carboidrati stimola la sintesi del peptide inibitore gastrointestinale GIP; la secretina è stimolata dall’abbassamento del pH. Questi ormoni inibiscono la peristalsi dello stomaco. Inoltre, CCK e GIP bloccano la digestione gastrica (secrezione di HCl ed enzimi) mentre la secretina inibisce la secrezione di gastrina; stimolano la digestione intestinale (colecisti per rilascio di liquidi biliari nell’intestino tenue e cellule parietali del pancreas).

Meccanismi di stimolazione delle cellule parietali

Inibizione della secrezione delle cellule parietali

Neuroendocrino: attraverso acetilcolina → stimola le cellule parietali direttamente; → provoca rilascio di gastrina dalle

Secretina: prodotta a livello duodenale in presenza di secrezioni acide, inibisce la