Alimentazione e nutrizione umana

Alimentazione e nutrizione umana

Intro e fisiologia

Il concetto di omeostasi è centrale per quanto riguarda il concetto di fisiologia. La fisiologia è la scienza che studia il “come” degli eventi che avvengono nell’organismo. Generalmente si occupa di studiare la maggior parte dei meccanismi che costituiscono la vita del nostro organismo: questi avvengono per un motivo specifico, che ha permesso che venissero selezionati dall’evoluzione e che non è altro che la funzione di permettere che i parametri su cui si basa la vita del nostro organismo rimangano omeostaticamente saldi.

Altro concetto fondamentale è il livello di organizzazione del corpo umano; il corpo umano può essere analizzato su sei livelli:

• Chimico: atomi più comunementi presenti nel nostro organismo (H,C,O,N), costituiscono il 96% del nostro organismo a livello di composizione chimica. Tali atomi si uniscono a formare molecole (proteine, lipidi, glucidi e acidi nucleici) che è esattamente ciò che mangiamo (“siamo quello che mangiamo”).
• Cellulare: la cellula è l’unità fondamentale delle strutture e della funzione dell’organismo. È, inoltre, la minima unità in grado di svolgere le attività associate alla vita. Le cellule possono svolgere funzioni:
• Fondamentali: svolte da tutte le cellule:
  • Ricavare nutrimento o ossigeno dall’ambiente che le circonda.
  • Svolgere reazioni chimiche per ricavare energia.
  • Eliminare prodotti di scarto e anidride carbonica.
  • Sintetizzare proteine e altri componenti.
  • Regolare scambi tra interno ed esterno.
  • Trasporto
  • Sensibilità ai cambiamenti esterni.
  • Rigenerarsi (tutte le cellule tranne nervose e cardiache).
• Specializzate: le cellule di struttura simile e funzione specializzata si aggregano per formare tessuti.
• Tissutale: esistono quattro tessuti primari:
• Muscolare: cellule contrattili e di generazione della forza; esistono tre tipi di tessuti muscolari:
  • Scheletrico o striato: movimento dello scheletro.
  • Cardiaco: cuore.
  • Liscio: contenuto di tubi o organi cavi.
• Nervoso: cellule nervose specializzate nella generazione o trasmissione di impulsi elettrici.
• Epiteliale: scambio di materiale cellula-ambiente, ogni sostanza che vuole uscire dalla cellula deve attraversare una barriera epiteliale (es. cute); composto di due strutture:
  • Lame epiteliali.
  • Ghiandole secernenti.
• Connettivo: cellule nervose, poche disperse in abbondante materiale.
  • Tessuto cartilagineo.
  • Tessuto osseo.
  • Sangue.
• Organi: composti da più tessuti.
• Sistemi e apparati: composti da più organi organizzati tra loro; il nostro contiene 11 sistemi o apparati:
• Sistema circolatorio:
  • Cuore: motore di tutto il circuito.
  • Vasi sanguigni:
    • Arterie: trasportare sangue ricco di ossigeno e nutrienti.
    • Vene: trasportare sangue deossigenato e impoverito di nutrienti.
  • Sangue. Composto quindi da tessuto muscolare liscio, cardiaco, connettivo, epiteliale: la funzione è trasportare nutrienti:
  • Ossigeno.
  • Anidride carbonica.
  • Prodotti di rifiuto.
  • Elettroliti e ormoni.
• Sistema digerente.
• Sistema respiratorio: composto dalle vie aeree, che sono:
  • Naso.
  • Faringe.
  • Laringe.
  • Trachea.
  • Bronchi.
  • Polmoni.
• Sistema urinario: localizzato a livello addominale; rimuove l’acqua dal plasma, NaCl e altri elettroliti in eccesso e li elimina. Composto da:
  • Reni
  • Vie urinarie
  • Vescica
  • Uretra
• Sistema scheletrico: è composto da:
  • Ossa
  • Articolazioni. Fornisce protezione e sostegno a organi e tessuti (scatola cranica, vertebre).
• Sistema muscolare: permette movimento e termoregolazione grazie ai muscoli scheletrici.
• Sistema tegumentario: composto da:
  • Pelle
  • Strutture correlate… (peli, capelli e unghie). Permette i controllare ingressi e uscite dall’organismo.
• Sistema immunitario: composto da:
  • Leucociti
  • Organi linfoidi:
    • Linfonodi
    • Tonsille
    • Adenoidi
    • Milza
    • Appendice
  • Difende il corpo da invasioni esterne e da cellule che diventano cancerose o lese.
• Sistema nervoso
• Apparato riproduttore
• Sistema endocrino: è l’unico sistema in cui gli organi non sono in continuità (fisica) tra loro ma lo sono solo attraverso molecole.

Per omeostasi si intende, come detto precedentemente, la capacità dell’organismo di mantenere inalterate le proprie caratteristiche grazie alla propria organizzazione. Esistono numerosi parametri che vanno regolati con assoluta attenzione, altrimenti possono compromettere le funzioni cellulari fino alla morte; se tutte le cellule muoiono viene compromessa la funzionalità dell’intero organo. Se l’organo è vitale si rischia la morte di tutto l’organismo.

• Concentrazione delle molecole di nutrienti: le cellule necessitano di un apporto costante di queste molecole che permettono di produrre energia e di mantenere e funzioni vitali e specializzate.
  • Glucosio
  • Colesterolo
• Concentrazione di ossigeno e anidride carbonica per le reazioni chimiche esoergoniche; l’anidride carbonica va poi necessariamente rimossa. Tra i tessuti che più soffrono la modificazione omeostatica della quantità di ossigeno e anidride carbonica c’è il tessuto cardiaco.
• Concentrazione dei prodotti di rifiuto che possono avere effetto tossico all’interno della cellula.
• pH: le variazioni di pH influenzano negativamente le funzioni vitali della cellula (es. sensibilità enzimi).
• Concentrazione di acqua, NaCl, altri elettroliti.
• Pressione e volume del plasma.
• Temperatura: le cellule hanno un optimum di temperatura.

Perché questa regolazione omeostatica avvenga, è necessario che ci sia una rete di componenti interdipendenti che operano tutti insieme e che mantengono costantemente intorno ad un valore optimum un certo fattore dell’ambiente interno. Gli elementi che lo costituiscono devono essere almeno:

• Rilevare la deviazione della norma del parametro.
• Integrazione delle informazioni con altre informazioni pertinenti.
• Effettuare “aggiustamenti” necessari a ripristinare la norma.

I sistemi di regolazione omeostatiche sono:

• Regolazioni intrinseche locali: proprie di un organo.
• Regolazioni estrinseche: realizzate grazie a sistemi di regolazione del nostro corpo:
  • Sistema nervoso
  • Sistema endocrino

Questa regolazione integrata è permessa dalla collaborazione di più sistemi e da meccanismi, quali:

• Regolazione feed-back positivo: è un meccanismo che consente di amplificare la variazione; è meno frequente, in quanto può essere più pericoloso.
• Regolazione feed-back negativo: funziona tramite una variazione di una variabile regolata (che può essere qualsiasi evento); bisogna, poi, che tale variazione sia rilevata da un sensore che permette che tale informazione giunga ad un sistema che noi chiamiamo integratore. Successivamente ci vuole una elaborazione di risposta, attuata attraverso un effettore che determinerà la reazione compensativa e il ritorno della variabile regolata nella norma: questo è il feed-back negativo che spegne il processo.
• Regolazione feed-forward: è in sistema di “reazione anticipata”, il meccanismo reagisce anticipando la variazione della variabile regolata. Fondamentalmente si fanno delle “ipotesi” di ciò che può avvenire, sulla base dell’esperienza pregressa. Esempio: sentire l’acquolina in bocca.

I sistemi che regolano la comunicazione del nostro organismo, come abbiamo detto sono:

• Sistema nervoso => comunicazione nervosa.
• Sistema endocrino => comunicazione ormonale.

La comunicazione nervosa si basa sull’attività delle cellule nervose e muscolari, le quali hanno sviluppato un impiego specializzato del potenziale di membrana (via privilegiata tramite cui il SNC comunica con la periferia); il potenziale di membrana, per definizione, è una differenza generata da una separazione di cariche positive e negative tra i versanti di una membrana plasmatica.

Ogni volta che il potenziale di membrana è diverso da 0mV e assume un valore, che sia positivo o negativo, la membrana si “polarizza”, si parla di polarizzazione. Il valore assoluto del potenziale di membrana è direttamente proporzionale al numero di cariche separate dalla membrana (es. la membrana di un neurone standard ha potenziale di -70mV).

Si parla di:

• Depolarizzazione quando c’è una diminuzione del valore assoluto del potenziale di membrana negativo.
• Ripolarizzazione quando il potenziale di membrana torna al suo valore di riposo dopo una depolarizzazione.
• Iperpolarizzazione quando c’è un aumento del valore assoluto del potenziale di membrana negativo.

Le variazioni del potenziale di membrana sono tutte causate dalla variazione del movimento ionico attraverso la membrana; se l’afflusso di ioni carichi positivamente verso l’interno della membrana aumenta, la membrana si depolarizza, viceversa se ne aumenta l’efflusso (verso l’esterno) la membrana si iperpolarizza.

Quindi tutto ciò è permesso da nient’altro che la presenza di canali per l’ingresso o l’uscita di ioni; i canali sono:

• Di perdita o di fuga: sono sempre aperti e permettono la “perdita” non regolata di uno specifico ione.
• Canali attivati o regolatori: hanno “porte” (stimoli che ne modificano la conformazione tridimensionale) che possono permettere o impedire il passaggio di ioni attraverso i canali.

Ne esistono di diversi tipi:

• Regolati dal potenziale.
• Regolati chimicamente.
• Regolati meccanicamente.
• Regolati termicamente.

Le variazioni del movimento ionico sono permesse dalle variazioni di permeabilità della membrana; ciò avviene in risposta a stimoli che vengono detti “trigger”:

• Variazione del campo elettrico in prossimità di una membrana eccitabile.
• Interazione con messaggero chimico.
• Stimolo meccanico (onda sonora).
• Variazione spontanea del potenziale causata da squilibri intrinseci.

Esistono due tipi di segnali elettrici:

• Potenziali graduati: per le comunicazioni a breve distanza. Si propagano attraverso la generazione di una corrente locale tra l’area attiva e quelle inattive adiacenti (corrente passiva) che si propaga in senso centrifugo dal punto di origine.
• Potenziali d’azione: per le comunicazioni a lunga distanza. Sono variazioni brevi, ampie e rapide del potenziale di membrana durante le quali il potenziale si inverte: l’interno della cellula diventa transitoriamente più positivo dell’esterno.

La comunicazione nervosa è effettuata dai neuroni che sono cellule specializzate per la segnalazione elettrica rapida e la secrezione di neurotrasmettitori (molecole in grado di legarsi a recettori che vanno a modificare i canali responsabili della regolazione del flusso degli elettroliti: sono quindi messaggeri chimici). È la via più rapida per il controllo dell’omeostasi.

Il neurone è costituito da tre parti fondamentali:

• Corpo cellulare: contiene:
  • Nucleo
  • Organelli
• Dendriti: sono prolungamenti che servono ad aumentare l’area della superficie disponibile per ricevere segnali da altri neuroni (fino a 400000 dendriti per neurone).
• Assone: singolo prolungamento tubulare che conduce i segnali d’azione e termina su:
  • Altre cellule (muscolo o ghiandole) => innervazione.
  • Dendriti di altri neuroni => sinapsi (congiunzioni tra due neuroni, detti pre e post sinaptici).

L’assone è ricoperto da guaina mielinica che aumenta la velocità di conduzione del potenziale di azione (se la guaina mielinica non è perfetta possono esserci patologie come sclerosi multipla). I neuroni sono interconnessi attraverso vie convergenti e divergenti. I neuroni hanno la caratteristica fondamentale di non rigenerarsi mai; nel momento in cui c’è una lesione del sistema nervoso, difficilmente c’è possibilità di porre rimedio per recuperare le funzioni perse. Il cervello ha una grande quantità di massa cerebrale inutilizzata che può servire per sostituire le funzioni perse.

Sistema nervoso

Il sistema nervoso è costituito da:

• SNC (sistema nervoso centrale) è costituito a sua volta da:
  • Encefalo
  • Midollo
• SNP (sistema nervoso periferico) è costituito da:
  • Divisione afferente: riceve le info dalla periferia, in particolare stimoli sensoriali e viscerali.
  • Divisione efferente è a sua volta costituita da
    • Sistema nervoso somatico che grazie ai motoneuroni è destinato all’innervazione dei muscoli scheletrici e da un sistema nervoso autonomo che si divide in simpatico e parasimpatico. È deputato all’innervazione dei muscoli lisci, muscolo cardiaco e ghiandole.

SNC

Il SNC è protetto da:

• Ossa dure piatte: la scatola cranica racchiude l’encefalo, la colonna vertebrale il midollo spinale.
• Tre membrane anche nutritive: le meningi, interposte tra tessuto nervoso e osseo.
• Encefalo galleggia nel liquido cefalo-rachidonico che assorbe gli urti.
• La barriera ematoencefalica, altamente selettiva, limita l’accesso delle sostanze trasportate dal sangue al tessuto encefalico.

Un danno al SNC può portare infatti anche alla morte.

Le meningi sono 3:

• Pia madre
• Membrana aracnoidea
• Dura madre

Organizzazione del SNC: Ha più di 100 000 miliardi di cellule neuronali che si interconnettono fra loro per permettere lo svolgere di tutte le funzioni. È organizzato in regioni:

• Tronco encefalico costituito da:
  • Midollo allungato
  • Mesencefalo
  • Ponte
• Cervelletto
• Proencefalo:
  • Diencefalo costituito da:
    • Ipotalamo
    • Talamo
    • Cervelletto
  • Cervello costituito da:
    • Nuclei della base
    • Corteccia cerebrale

La corteccia cerebrale è la più abbondante, qui arrivano tutte le percezioni sensoriali, avviene il controllo volontario di muscoli, linguaggio, pensiero, memoria. Si divide in sostanza bianca e sostanza grigia. Ognuna di esse ha funzioni specifiche.

Lobo frontale, parietale, occipitale.

Si è potuto fare degli studi a riguardo: dapprima grazie a degli esperimenti sugli animali, ai quali venivano stimolati delle zone particolari e si vedeva come reagivano; oggi invece si inietta del glucosio marcato e si vede in funzione di ciò che si chiede al soggetto quali sono le zone marcate che si attivano.

Corteccia somatosensoriale, c’è un omuncolo sensoriale. Ci sono più aree sensoriali dedicate alla percezione sensoriale. Omuncolo motorio: spiega perché riusciamo a fare tante attività con le mani che sono molto innervate. Qui stanno i nuclei della base, coordinato i movimenti, inibiscono il tono muscolare e evitano i movimenti inutili.

Il talamo identifica gli stimoli, ruolo nel controllo motorio e nella coscienza. L’ipotalamo è fondamentale nella regolazione di molte funzioni omeostatiche: sete, assunzione di cibo, temperatura corporea, ed è collegamento fondamentale tra sistema nervoso centrale e endocrino, coinvolto nelle emozioni e nei moduli comportamentali di base.

Il cervelletto ha ruolo nell’aumento del tono muscolare, il mantenimento dell’equilibrio, la coordinazione e pianificazione della attività muscolare volontaria complessa.

Il tronco encefalico contiene tutti i centri di regolazione dei sistemi. Fondamentale per regolare moltissime funzioni. È un collegamento vitale tra il midollo spinale e le regioni cerebrali superiori. Comprende: midollo allungato o bulbo, ponte, mesencefalo. Da qui originano le 12 paia di nervi cranici che innervano tutte le strutture nella testa e del collo tranne il decimio nervo cranico: il vago che innerva organi nel torace e nell’addome.

SNP

È composto da:

• Midollo spinale, contenuto nel canale vertebrale, lungo 45 cm e di diametro 2 cm protetto dalle vertebre: strutture ossee mobili che consentono il movimento.
• 31 paia di nervi che hanno origine da esso e prendono il nome della regione della colonna da cui emergono (cranici, lombari, toracici, sacrali, coccigeo).

Un nervo è costituito da fasci di assoni neuronici (ciascuno dei quali ha la propria guaina mielinica) a loro volta avvolti da tessuto connettivo. In ogni nervo c'è un vaso sanguigno venoso e uno arterioso.

Possiamo riassumere il SNP in:

• 31 nervi spinali
• 12 nervi cranici

Il nostro cervello, proprio per il fatto che ha diverse funzioni da svolgere, è diviso in diverse aree specializzate che controllano altrettante aree del nostro organismo. La scoperta di questa corrispondenza è permessa da esperimenti su animali e individui (post-mortem) di cui si conoscevano problematiche fisiche o cerebrali.

SNA

Il sistema nervoso autonomo ha due suddivisioni:

• Sistema (orto)simpatico: domina nelle situazioni di emergenza e prepara l’organismo nella attività fisica rigorosa e parasimpatico promuove attività più lente come la digestione. Per esempio sui vasi sanguigni il sistema simpatico vasocostringe.
• Sistema parasimpatico: vasodilatazione.