Alimentazione e nutrizione umana

AL I ME N TA ZI ON E E NUTR IZIO NE UMANA

Prima e Seconda Parte

Prof.ssa Simona Bertoli

Alimentazione e Nutrizione Umana - © simone toppi

Livello di organizzazione nel corpo umano

Il corpo umano è un’unità funzionale totale. È organizzato in 6 livelli per permettere la vita:

1.Livello chimico 4. Livello di organi

2.Livello cellulare 5. Livello di sistemi

3.Livello tissutale 6. Livello di organismo

Livello chimico

Gli atomi (O2, C, H, N) formano il 96% della composizione chimica totale. Si uniscono per

formare molecole.

Alimento: matrice complessa formata da glucidi, lipidi, proteine e sali minerali.

Livello cellulare

La cellula è l’unità fondamentale ed è la più piccola unità capace di svolgere processi

associati alla vita.

L’attività cellulare deve essere ben organizzata per garantire un buon adattamento da parte

dell’organismo.

Funzioni cellulari fondamentali:

Ricavare O2 e nutrimento dall’ambiente

• Svolgere reazioni chimiche che usano nutrimento e O2 per produrre energia

• Eliminare dall’ambiente CO2 e prodotti di rifiuto

• Sintetizzare proteine e altro per a struttura e la crescita cellulare

• Regolare gli scambi cellula/ambiente

• Trasportare materiale da una parte all’altra della cellula

• Rispondere ai cambiamenti dell’ambiente

• Riprodursi

•

Funzioni cellulari specializzate

Ogni cellula svolge anche una funzione specializzata che è tipicamente una modificazione ed

elaborazione di una funzione fondamentale.

Sintetizzare proteine: le cellule ghiandolari del sistema digerente secernono enzimi digestivi.

Livello tissutale

Cellule di struttura simile e funzione specializzata si aggregano per formare tessuti. Abbiamo

4 tipi primari di tessuti: muscolare, nervoso, epiteliale e connettivo; ogni tessuto è formato da

un unico tipo di cellule specializzate più una quantità variabile di materiale extracellulare.

- Cellule specializzate in contrazione e generazione della forza. 3 tipi di t.

Tessuto muscolare

muscolare: t. m. scheletrico, per il mantenimento dello scheletro; t. m. cardiaco, cuore; t. m.

liscio, racchiude il contenuto di tubi e organi cavi e ne controlla il movimento al loro interno.

- Cellule nervose specializzate per la generazione e trasmissione di impulsi

Tessuto nervoso

elettrici (encefalo, midollo spinale, nervi).

- Cellule specializzate per lo scambio di materiali tra cellule e ambiente.

Tessuto epiteliale

Formato da 2 tipi di strutture: lamine epiteliali (rivestono e tappezzano varie parti del corpo),

ghiandole secernenti (specializzate nella secrezione).

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- Poche cellule disperse in una quantità abbondante di materiale

Tessuto connettivo

extracellulare. Connette, sostiene ancora diverse parti del corpo. T. conn. lasso (tendini), t.

osseo, sangue.

Livello di organi

Gli organi sono costituiti da 2 o più tipi di tessuto primario per svolgere una o più funzioni

particolari.

Livello di sistemi organici

Gruppi di organi sono organizzati in sistemi. Ogni sistema è un insieme di organi che

svolgono funzioni correlate e interagiscono per un’attività comune. Nel corpo umano sono

presenti 11 sistemi.

1.Circolatorio 5.Scheletrico 9. Tegumentale

2.Digerente 6.Muscolare 10.Endocrino

3.Respiratorio 7.Immunitario 11.Riproduttivo

4.Urinario 8.Nervoso

Sistema circolatorio

Trasporta nutrienti, O2, CO2, prodotti di rifiuto, elettroliti e ormoni. Formato da: vene, cuore,

arterie, capillari, sangue.

Sistema digerente

Demolisce, in piccole molecole che possono essere assorbite nel plasma, il cibo assunto.

Trasporta H2O e elettroliti dall’ambiente esterno a quello interno. Elimina sotto forma di feci i

residui alimentari.

Sistema respiratorio

Comprende polmoni e vie aeree principali. Ottiene O2 e elimina CO2. Importante anche nel

mantenimento del pH appropriato dell’ambiente esterno.

Sistema urinario

Rimuove dal plasma H2O, NaCl, acidi e altri elettroliti in eccesso eliminandoli con le urine.

Reni e vie urinarie.

Sistema scheletrico

Costituito da ossa e articolazioni. Dà sostegno e protezione ai tessuti e agli organi molli funge

da deposito dello ione Ca (concentrazione contenuta). Permette anche il movimento del

corpo e delle sue parti. Midollo osseo: fonte ultima di tutte le cellule ematiche.

Sistema muscolare

I muscoli scheletrici permettono il movimento delle ossa su cui sono inseriti. Il calore prodotto

dalla contrazione è importante nella termoregolazione.

Sistema tegumentario

Formato da pelle e strutture correlate, è una barriera protettiva esterna. Importate nella

regolazione della temperatura corporea.

Sistema immunitario

Composto da leucociti e dagli organi linfonodi. Difende il corpo da invasori estranei e dalla

cellule diventate cancerose. Favorisce la riparazione/sostituzione delle cellule lise.

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Sistema nervoso

Encefalo, midollo spinale, nervi. Uno dei due principali sistemi di regolazione dell’organismo.

Regola e coordina le attività corporee che richiedono reazioni rapide. Responsabile di funzioni

superiori non completamente dirette al mantenimento dell’omeostasi.

Sistema riproduttivo

Essenziale per il perpetuarsi della specie.

Sistema endocrino

È l’altro dei due sistemi principali di regolazione. Le ghiandole secernenti ormoni del sistema

endocrino regolano attività che richiedono la durata (non la velocità). È importante nella

regolazione della concentrazione dei nutrienti e mediante la regolazione della funzione renale

nelle regolazione del volume dell’ambiente interno e della sua composizione in elettroliti.

Concetto di omeostasi

Per definizione è l’insieme dei processi che portano al mantenimento di una costante in un

ambiente. Nell’organismo avvengono innumerevoli processi omeostatici.

mantengono

SISTEMI OMEOSTASI

ORGANICI è essenziale per la

formano sopravvivenza delle

CELLULE

Parametri regolati omeostaticamente

1. Concentrazione delle molecole nutrienti 5.[H2O], [NaCl], [altri elettroliti]

2. [O2] e [CO2] 6.Volume e pressione

3. [prodotti di rifiuto] 7.T°

4. pH (influenzano negativamente le cell. nervose)

Sistemi di regolazione omeostatica

Sono rappresentati da una rete id componenti funzionalmente interdipendenti che operano

per mantenere costante (livello) un dato fattore dell’ambiente interno.

Il sistema deve essere in grado di:

Rilevare la deviazione dalla norma del parametro

• Integrare queste info con altre pertinenti

• Fare aggiustamenti necessari delle attività responsabili del ripristino del parametro.

•

Regolazioni intrinseche (locali), proprie di un organo.

Regolazioni estrinseche mediante da sistema nervoso ed endocrino; regolazione mediata da

più organi.

Meccanismi di regolazione:

l’output si oppone al valore della variabile affinché essa sia mantenuta

Feedback negativo,

• ad un valore di riferimento relativamente stabile.

l’output amplifica una variazione della variabile regolata cosicché essa

Feedback positivo,

• continui a variare nel senso della variazione iniziale. Interviene raramente (parto - ormone

ossitocina).

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preazione, azione anticipatoria. Agiscono anticipando una variazione di una

Feed foward,

• variabile regolata.

Comunicazione nervosa

Quando uno o più sistemi funzionano male, l’omeostasi viene perturbata e tutte le cellule ne

soffrono poiché non hanno più un ambiente ottimale (malattia ---> morte).

Fisiopatologia: studia le alterazioni del funzionamento dell’organismo che portano alla malattia

(perturbazioni omeostatiche).

Le cellule nervose e muscolari hanno sviluppato un impiego specializzato del potenziale di

membrana (differenza di potenziale generato da una separazione di cariche + e - tra i versanti

della membrana).

Quando le cariche + e - sono bilanciate esattamente sui due lati della membrana non esiste il

potenziale di membrana. Quando si separano le cariche di segno opposto sui due versanti

esiste il potenziale di membrana. Le cariche sbilanciate a cui è dovuto il potenziale si

accumulano in strati sottili sui versanti opposti della membrana. Gran parte del liquido intra

ed extra cellulare è neutro elettricamente.

Variazione del potenziale

Polarizzazione

Ogni volta che il potenziale è diverso da 0 mV e assume un valore + o - la membrana è in uno

stato di polarizzazione. Valore assoluto di potenziale: direttamente proporzionale al numero di

cariche + e - separate dalla membrana.

In corrispondenza del potenziale di riposo la membrana di un tipico neurone è polarizzata ad

un potenziale di -70 mV.

Depolarizzazione (flessione verso l’alto)

Diminuzione del valore assoluto del potenziale di membrana negativo: membrana meno

polarizzata rispetto al potenziale di riposo, diventa meno negativa.

Ripolarizzazione

Il potenziale di membrana torna al suo valore di riposo dopo depolarizzazione.

Iperpolarizzazione (deflessione verso il basso)

Aumento del valore del potenziale di membrana negativo: la membrana diventa più

polarizzata, il potenziale diventa più negativo.

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Queste variazioni sono causate dalle variazioni del attraverso la

movimento ionico

membrana. (Aumento ioni + verso l’interno, depolarizzazione; aumento ioni + verso l’esterno,

iperpolarizzazione).

Il movimento ionico può essere causato da come:

eventi trigger (stimoli)

Variazione del campo elettrico in prossimità di una membrana

• Interazione tra un messaggero chimico e un recettore superficiale

• Stimolo meccanico

• Variazione spontaneo da squilibri intrinseci

•

Il movimento ionico può avvenire solo attraverso:

Canali di perdita o di fuga (continuamente aperti permettendo la perdita non regolata di uno

• ione)

Canali attivati o regolati (possono essere aperti o chiusi e funzionano in base alla

• conformazione 3D della proteina che forma il canale attivato)

4 tipi di canali attivati:

1. Canali regolati dal potenziale (voltaggio) 3. Canali regolati meccanicamente

2. Canali regolati chimicamente (messaggero - ricettore (stimoli meccanici)

superficiale) 4. Canali regolati termicamente

Con gli eventi trigger si modifica la permeabilità e quindi il flusso ionico. Si ridistribuiscono le

cariche; abbiamo 2 tipi di segnali elettrici:

1. Potenziali graduati (comunicazione a breve distanza). Prodotti da eventi trigger specifici.

Confinata ad una piccola regione specializzata della membrana. Si estinguono a breve

distanza.

2. Potenziale d’azione (comunicazione a lunga distanza). Variazioni brevi, ampie e rapide del

potenziale, dove il potenziale si inverte cosicché all’interno della cellula eccitabile diventa

transitoriamente più + dell’esterno.

Comunicazione nervosa

neuroni

Effettuata dai specializzati nella segnalazione elettrica rapida e la secrezione di

neurotrasmettitori.

I neuroni sono costituiti da 3 parti:

nucleo e organelli

Corpo cellulare,

• prolungamenti per aumentare l’area della superficie disponibile per ricevere segnali

Dendriti,

• da altri neuroni. singolo prolungamento che conduce i potenziali d’azione in senso

Assone (fibra nervosa),

• centrifugo rispetto al corpo cellulare e termina su altre cellule.

Dalle terminazioni assoniche si libera un messaggero chimico.

Il neurone si innerva (termina) su un muscolo o su una ghiandola.

(altro neurone), è la giunzione tra un neurone presinaptico e uno postsinaptico.

Sinapsi

Te r m i n a z . Bottoni sinaptici. Gli Neurotrasmett. Neurotrasmett. si Neuorne

assonica ioni Ca+ entrano si libera nel lega sul neurone postsinaptico

presinaptica nella term. sinap. vallo sinaptico postsinaptico

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Sistema endocrino

Comunicazione ormonale fatta

dagli ormoni secreti nel sangue

dalle ghiandole endocrine.

Regolano processi che

richiedono durata e non velocità

(attività metaboliche, ...).

Ormoni:

Idrofili, peptidici costituiti da aa

• specifici disposti in una catena

a lunghezza variabile

Lipofili, ormone tiroideo e

• s t e ro i d e o t r a s p o r t a t i d a

proteine plasmatiche

Sistema nervoso

Organizzazione

È organizzato nel SNC (cervello e midollo spinale) e SNP comprendente le fibre nervose che

trasmettono le info tra SNC e il corpo.

Diviso in: divisione efferente (trasmetto info agli organi efferenti) e divisione afferente

(trasmettono info al SNC). SN EFFERENTE

SN SOMATICO SN AUTONOMO

SN SIMPATICO SN PARASIMPATICO

Il tessuto nervoso centrale è protetto da :

1. Strutture ossee dure (scatola cranica e colonna vertebrale)

2. 3 membrane protettive e nutritive, meningi (tra TN e T osseo)

3. L’encefalo “galleggia” nel liquido cefalorachidiano che assorbe gli urti

4. Barriera altamente selettiva: barriera ematocefalica

SNC

Encefalo + midollo spinale; 100’000 mld di neuroni.

Regioni dell’encefalo e loro funzioni principali: (dalla base a salire)

1. Tronco encefalico

- Origine della > parte dei nervi cranici periferici

- Centri per la regolazione del sistema circolatorio, respiratorio e digerente

- Regolazione riflessi muscolari di equilibrio e postura

- Ricezione e integrazione input sinaptici da midollo spinale

- Ruolo nel ciclo sonno-veglia

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2. Cervelletto

- Mantenimento dell’equilibrio

- Aumento del tono muscolare

- Coordinazione e pianificazione attività muscolare complessa

3. Proencefalo

a. Diencefalo

Ipotalamo

•

- regolazione di molte funzioni omeostatiche (t° corporea, sete, …)

- Importante collegamento tra SN e S endocrino

- Ampio coinvolgimento nelle emozioni e nei moduli comportamentali di base

Talamo

•

- “Ripetitore” per tutte le afferenze sinaptiche

- Identificazione grezza degli stimoli

- Qualche grado di coscienza

- Ruolo nel controllo motorio

b. Cervello

Nuclei della base

•

- Inibizione del tono muscolare

- Coordinazione dei movimenti lenti e prolungati

- Soppressione di movimenti inutili

Corteccia cerebrale

•

- Percezione sensoriale

- Controllo volontario dei muscoli

- Linguaggio

- Tratti del carattere

- Funzioni mentali complesse (pensiero, memoria, …)

La corteccia cerebrale è uno strato esterno di sostanza grigia che riveste un nucleo interno di

sostanza bianca.

Sulla e dentro la corteccia cerebrale identifichiamo delle aree le cui cellule nervose sono

specializzate a svolgere funzioni particolari.

4 lobi cerebrali principali

Lobo frontale Lobo temporale

• •

Lobo parietale Lobo occipitale

• •

Sono note alcune aree:

- Area di Broca, articolazione del linguaggio

- Area di Wernike, comprensione del linguaggio

- Solco cenrtale

- Corteccia premotoria, coordinazione movimenti complessi

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In ogni luogo ci sono funzioni specifiche che non possono essere sostituite.

Corteccia somato-sensoriale - omuncolo sensoriale

In ogni tratto della corteccia, corrisponde un punto della periferia. Abbiamo zone

particolarmente sensibili e zone molto meno sensibili

Il numero di fibre sensoriali presenti in alcune parti del corpo è nettamente maggiore rispetto

ad altre, e ciò permette di avere una sensibilità maggiore sulle parti con più fibre.

Corteccia motoria primaria - omuncolo motorio

Comprende una vasta gamma di movimenti, dove quelli più fini e precisi vengono svolti dalle

mani e non dai piedi.

Tronco encefalico

Collegamento vitale tra midollo spinale e regioni cerebrali superiori; comprende:

- Midollo allungato (o bulbo)

- Ponte

- Mesencefalo

A partire dal tronco encefalico originano le 12 paia di nervi cranici che innervano tutti strutture

nella testa e nel collo, tranne il che innerva organi situati nel torace e

nervo vago

nell’addome, innerva tutto il primo tratto dell’apparato gastroenterico.

Subito sotto il tronco encefalico inizia il midollo spinale, contenuto nel canale vertebrale (45

cm per 2 cm diametro). Dal midollo spinale emergono da entrambi i lati le 31 paia di nervi che

prendono il nome dalla regione della colonna da cui emergono.

L’interruzione del canale vertebrale determina la perdita delle funzioni dal punto di interruzione

in avanti.

Nervi cranici Nervi toracici Nervi lombari Nervi sacrali Nervo coccigeo

Sistema nervoso periferico: 31 paia di nervi spinali + 12 paia di nervi cranici

I nervi spinali si ramificano progressivamente per formare una vasta rete di nervi periferici che

innervano i tessuti. (Con una minima compressione di un nervo della colonna si è in grado di

determinare un deficit della sua funzione).

Un nervo è un insieme di fasci nervosi.

Sistema nervoso periferico divisione efferente

SN AUTONOMO a, neurotrasmettitore

rilasciato da fibra

pregangliare

b, neurotrasmettitore

rilasciato da fibra

postgangliare

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Il SN autonomo si suddivide in 2:

Sistema nervoso SIMPATICO, sistema nervoso PARASIMPATICO. Differiscono per la

posizione del ganglio.

In quello simpatico posizione collaterale (sono nervi toracolombari); in quello parasimpatico

posizione terminale (sono nervi craniosacrali).

Quello simpatico è quello che prevale in casi di emergenza ed è definito come sistema

eccitatorio in quanto appunto è responsabile di quello definito come stress attivo.

Quello parasimpati