Alimentazione e nutrizione umana

Alimentazione e nutrizione 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:

• Livello chimico
• Livello cellulare
• Livello tissutale
• Livello di organi
• Livello di sistemi
• 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 la 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 e 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.

• Tessuto muscolare: Cellule specializzate in contrazione e generazione della forza. 3 tipi di t. 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.
• Tessuto nervoso: Cellule nervose specializzate per la generazione e trasmissione di impulsi elettrici (encefalo, midollo spinale, nervi).
• Tessuto epiteliale: Cellule specializzate per lo scambio di materiali tra cellule e ambiente. Formato da 2 tipi di strutture: lamine epiteliali (rivestono e tappezzano varie parti del corpo), ghiandole secernenti (specializzate nella secrezione).
• Tessuto connettivo: Poche cellule disperse in una quantità abbondante di materiale 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.

• Circolatorio
• Digerente
• Respiratorio
• Urinario
• Scheletrico
• Muscolare
• Immunitario
• Nervoso
• Tegumentale
• Endocrino
• Riproduttivo

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. Funziona 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. Importante nella regolazione della temperatura corporea.

Sistema immunitario

Composto da leucociti e dagli organi linfonodi. Difende il corpo da invasori estranei e da cellule diventate cancerose. Favorisce la riparazione/sostituzione delle cellule lise.

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 nella 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.

Sistemi omeostatici organici sono essenziali per la sopravvivenza delle cellule.

Parametri regolati omeostaticamente:

• Concentrazione delle molecole nutrienti
• [O₂] e [CO₂]
• [Prodotti di rifiuto]
• pH (influenzano negativamente le cellule nervose)
• [H₂O], [NaCl], [altri elettroliti]
• Volume e pressione
• Temperatura

Sistemi di regolazione omeostatica

Sono rappresentati da una rete di 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 informazioni con altre pertinenti
• Fare aggiustamenti necessari delle attività responsabili del ripristino del parametro

Regolazioni intrinseche (locali), proprie di un organo. Regolazioni estrinseche mediante il sistema nervoso ed endocrino; regolazione mediata da più organi.

Meccanismi di regolazione:

• Feedback negativo: l’output si oppone al valore della variabile affinché essa sia mantenuta ad un valore di riferimento relativamente stabile.
• Feedback positivo: l’output amplifica una variazione della variabile regolata cosicché essa continui a variare nel senso della variazione iniziale. Interviene raramente (parto - ormone ossitocina).
• Feed forward: preparazione, azione anticipatoria. Agiscono anticipando una variazione di una 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).

Variazione del potenziale

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.

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.

Queste variazioni sono causate dalle variazioni del movimento ionico attraverso la membrana. (Aumento ioni + verso l’interno, depolarizzazione; aumento ioni + verso l’esterno, iperpolarizzazione).

Movimento ionico

Il movimento ionico può essere causato da eventi trigger (stimoli) come:

• Variazione del campo elettrico in prossimità di una membrana
• Interazione tra un messaggero chimico e un recettore superficiale
• Stimolo meccanico
• Variazione spontanea 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:

• Canali regolati dal potenziale (voltaggio)
• Canali regolati chimicamente (messaggero - recettore superficiale)
• Canali regolati meccanicamente (stimoli meccanici)
• 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:

• Potenziali graduati (comunicazione a breve distanza). Prodotti da eventi trigger specifici. Confinata ad una piccola regione specializzata della membrana. Si estinguono a breve distanza.
• 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

Effettuata dai neuroni specializzati nella segnalazione elettrica rapida e la secrezione di neurotrasmettitori. I neuroni sono costituiti da 3 parti:

• Corpo cellulare: Nucleo e organelli
• Dendriti: Prolungamenti per aumentare l’area della superficie disponibile per ricevere segnali da altri neuroni.
• Assone (fibra nervosa): Singolo prolungamento che conduce i potenziali d’azione in senso 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.

Sinapsi è la giunzione tra un neurone presinaptico e uno postsinaptico.

• Terminazione assone: Bottoni sinaptici. Gli ioni Ca⁺ entrano nella terminazione sinaptica presinaptica
• Neurotrasmettitori: Si libera nel vallo sinaptico e si lega sul neurone postsinaptico

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 amminoacidi specifici disposti in una catena a lunghezza variabile
• Ormoni lipofili: Ormone tiroideo e steroideo trasportati da proteine plasmatiche

Sistema nervoso: Organizzazione

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

• Strutture ossee dure (scatola cranica e colonna vertebrale)
• 3 membrane protettive e nutritive, meningi (tra TN e T osseo)
• L’encefalo “galleggia” nel liquido cefalorachidiano che assorbe gli urti
• Barriera altamente selettiva: barriera ematocefalica

SNC: Encefalo + midollo spinale; 100’000 miliardi di neuroni.

Regioni dell’encefalo e loro funzioni principali

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
2. Cervelletto
   • Mantenimento dell’equilibrio
   • Aumento del tono muscolare
   • Coordinazione e pianificazione attività muscolare complessa
3. Proencefalo
   • 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
   • 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 centrale
       • Corteccia premotoria, coordinazione movimenti complessi

       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 tutte le strutture nella testa e nel collo, tranne il nervo vago che innerva organi situati nel torace e 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

• Neurotrasmettitore rilasciato da fibra pregangliare
• Neurotrasmettitore rilasciato da fibra postgangliare

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 parasimpatico...