Alimentazione e nutrizione umana - Bertoli

Quaderno di alimentazione e nutrizione umana

Quaderno di Alessandro Magro

Alessandro Magro

Alimentazione e nutrizione umana

Lezione 1 data 26/02/2019

Esame alla fine del corso scritto (quiz 60 domande a risposta multipla con soglia di superamento) e orale. Scritto è più su fisiologia e orale più su discorsiva di nutrizione, tre appelli fra giugno e luglio.

19-20 marzo no lezione alimentazione. Esercitazione dott. Leone.

Fisiologia generale

La fisiologia spiega come avvengono vari eventi nel nostro organismo. Molto spesso gli eventi sono spiegati in termini meccanicistici come conseguenza di reazioni necessarie. Immaginiamo che ciò che accade abbia in qualche modo un effetto positivo per qualcos’altro. Stretto legame fra fisiologia e anatomia.

Dal punto di vista organizzativo il corpo umano si organizza in 6 livelli, partendo da una definizione chimica per arrivare ad una funzionale legata all’organismo. A livello chimico noi siamo costituiti da atomi come ossigeno, carbonio, idrogeno, azoto. Si organizzano a formare molecole come proteine, lipidi, glucidi e acidi nucleici. Un alimento è costituito anch’esso da questi nutrienti.

Oltre al livello chimico immaginiamo di dividere il nostro corpo nelle sue unità fondamentali che sono le cellule. La cellula è la struttura più piccola con una capacità di svolgere processi associati alla vita. Tutte le cellule svolgono funzioni fondamentali come:

• Respirazione: ottenere ossigeno dall’ambiente esterno e cedere CO₂
• Assumere nutrimento e cedere prodotti di scarto
• Reazioni che usano energia tratta dall'ambiente esterno
• Sintesi proteine e componenti per la sua crescita
• Regolazione scambi materiali
• Trasporto materiale da una parte all’altra della cellula
• Sensibilità alle variazioni ambientali (resiliente, capace di adattarsi)
• Capacità di riprodursi

Alcune cellule come quelle nervose e cardiache perdono la funzione riproduttiva e pertanto un danno a tali cellule è fatale. Qualunque cellula del nostro organismo svolge le funzioni prima descritte, alcune si specializzano e sono le cellule specializzate – tipico dei pluricellulari. Per esempio le:

• Cellule nervose: generano impulso nervoso per la trasmissione nervosa nel nostro organismo
• Cellule renali: riassorbono e secernono sostanze

Le funzioni specifiche ci permettono di dividere il nostro corpo in 4 tessuti:

• Muscolare
• Nervoso
• Epiteliale
• Connettivo

Ogni tessuto ha cellule di un solo tipo e questo è il livello tissutale dell’organismo. Il tessuto muscolare è costituito da cellule per contrazione e generazione della forza, ci sono tre tipi di tessuto:

• Liscio: Sottoposto a biopsia vediamo cellule lisce. Tessuto muscolare che costituisce tutti i tubuli del nostro corpo quindi i nostri vasi, apparato digerente, trachea, laringe, faringe, tubuli renali – tutto ciò con forma cilindrica che trasporta qualcosa ha una parete di muscolatura liscia che è considerata ad attività non volontaria.
• Striato: Le cellule sono striate. Costituisce tutta la nostra muscolatura scheletrica, deputato al movimento dello scheletro. Tale muscolo è a movimento volontario.
• Cardiaco: è un muscolo striato, ma involontario.

Il tessuto nervoso ha cellule specializzate in generazione e trasmissione di impulsi elettrici che possono coprire diverse distanze. Nel nostro corso studieremo maggiormente l’attività della muscolatura liscia perché è quella che caratterizza l’apparato digerente. Il tessuto epiteliale ha cellule specializzate per la regolazione dello scambio di materiali tra cellule e ambiente e pertanto costituisce tutte le barriere del nostro corpo. Tipico esempio di tessuto epiteliale è la cute. È costituito da cellule laminari e ghiandole secernenti che sono cellule specializzate nel secernere alcune sostanze prodotte dalla cellula stessa. Per esempio le lacrime sono prodotte delle ghiandole secernenti, cellule specializzate nel produrre e secernere una sostanza. Oltre alle cellule epiteliali che costituiscono la cute esistono anche queste tipologie in grado di secernere sostanze.

Il tessuto connettivo è costituito da poche cellule disperse in abbondante materiale extracellulare, la funzione di tale tessuto è quella di connettere e sostenere diverse parti del corpo. Un esempio sono i tendini, strutture elastiche con il compito di connettere muscoli ed ossa. Anche il tessuto osseo è un tessuto connettivo, ed anche il sangue che ha cellule sparse che sono linfociti, neutrofili, basofili ed eosinofili.

I tessuti si organizzano tra di loro a costituire degli organi: Un organo è una struttura costituita da due o più tessuti che si mettono insieme per svolgere una funzione specifica. Per esempio il fegato è un organo costituito da più tessuti come tessuto epiteliale che va a costituire i tubuli del fegato, il tessuto connettivo e un po' di muscolo liscio.

Gli organi si assemblano a dare i sistemi che sono gruppi di organi associati per svolgere una funzione comune. La classificazione per sistemi è immaginata dall’uomo raccogliendo gruppi di organi che svolgono delle funzioni.

Sistemi del corpo umano

Nel corpo umano ci sono 11 sistemi:

• Circolatorio: Funzione di trasportare i nutrienti, i rifiuti, gli elettroliti e gli ormoni da una parte all’altra del nostro corpo. Gli organi che lo costituiscono sono tre:
  • Cuore
  • Vasi sanguigni
  • Sangue

Ci sono due tipi di vasi:

• Arteriosi
• Venosi

A livello strutturale hanno differenze modeste. Sono tutti costituiti da un epitelio che regola il trasporto e da muscolatura liscia che regola la contrazione. Le arterie portano sangue ricco di ossigeno, infatti il sangue arterioso è rosso molto chiaro e questo è ricco di nutrienti. Il sangue contenuto nelle vene è invece ricco di anidride carbonica ed ha una colorazione più scura ed è più povero di nutrienti. Quando si fa il prelievo di sangue si preleva quello venoso.

La costituzione dei vasi si caratterizza per avere dei vasi che sono differenti tra di loro per il calibro ovvero la misura del vaso. Ci sono vasi molto grandi e alcuni molto piccoli, quasi invisibili, che noi chiamiamo capillari. Il cuore è costituito da atri e ventricoli che sono le quattro camere (atri sopra). Dal ventricolo di sinistra esce l’arteria aorta (+ grande) con un calibro importante visibile ad occhio nudo e si dirama in vasi arteriosi sempre più piccoli fino a diventare capillari. L’aorta si divide via via nel percorso per irrorare tutto il corpo. Vasi arteriosi e venosi sono vicini poiché il vaso arterioso diventa sempre più piccolo fino a diventare un capillare che è ciò che cede l’ossigeno e i nutrienti alle cellule ed è ciò che trasporta CO₂ e prodotti di scarto.

Abbiamo un capillare arterioso a cui segue un capillare venoso e poi la struttura di vasi si ricostituisce al contrario. Le arterie costituiscono l’andata ai tessuti e il ritorno avviene con le vene che portano il sangue al cuore. Tutto il sistema circolatorio è sostenuto dal cuore che trasporta sostanze attraverso i vasi che trasportano un vettore che è il sangue.

• Digerente
• Respiratorio: Costituito dalle vie aeree superiori che sono il naso, la bocca, la laringe, la trachea ed i polmoni. Questi organi consentono l’ingresso e l’uscita dell’aria e lo scambio a livello degli alveoli tra CO₂ e ossigeno. La respirazione ha a che fare con la muscolatura perché nelle fasi della respirazione viene coinvolto il diaframma. La gabbia toracica si allarga o restringe per via della contrazione del diaframma (posto sotto la gabbia toracica) che si contrae sull’asse verticale. Inspiriamo e il diaframma scende così aumenta lo spazio della gabbia toracica e la possibilità di inclusione dell’aria. Espirando si alza e facilita l’uscita della CO₂.
• Urinario: Costituito dai reni, dagli ureteri che sono due tubuli che collegano il rene alla vescica e dall’uretra che è un tubulo che collega la vescica all’esterno. La funzione del sistema urinario è quella di rimuovere dal plasma l’acqua e le sostanze tossiche che dobbiamo eliminare. Ha modeste funzioni endocrine che non ci interessano molto.
• Scheletrico: È costituito da ossa, cartilagini e articolazioni (connessioni tra ossa diverse). Divisione di ossa lunghe e ossa piatte. Le ossa piatte costituiscono la scatola cranica, lo sterno, il bacino e le ossa lunghe costituiscono arti inferiori e superiori. Nel processo di accrescimento le ossa lunghe si allungano progressivamente fino a quando non avviene la saldatura delle ossa lunghe, ovvero il momento in cui manca la possibilità di allungamento dell’osso e finisce la crescita. Il soddisfacimento dei fabbisogni nutrizionali di un organismo in età evolutiva si deve realizzare prima della saldatura delle epifisi delle ossa lunghe per permettergli di crescere in altezza.
• Muscolare: Costituito dai muscoli scheletrici. Ci permette di compiere i movimenti.
• Tegumentario: Pelle, peli, unghie e strutture correlate, ha funzione protettiva e di regolazione di scambi di materiale.
• Immunitario: Costituito da linfonodi che sono piccoli e sono posti vicino ai nostri vasi, costituendo delle catene. Nei linfonodi si producono le cellule immunitarie. Sono dedicati alla produzione delle cellule del sistema immunitario e vi partecipa anche il timo, un organo nel collo che abbiamo alla nascita e tende a scomparire nei primi anni dell’età evolutiva, ma anche il midollo osseo che sintetizza i globuli bianchi e le tonsille. Sono tutte zone di produzione di cellule coinvolte nel sistema immunitario.
• Nervoso
• Endocrino: Costituito da ghiandole che regolano funzioni di interesse nutrizionale.
• Riproduttivo: Costituito da organi di tipo endocrino che sono ovaie e testicoli.

Omeostasi

Concetto di omeostasi: Tale concetto fa riferimento a quei meccanismi presenti nel nostro corpo che mantengono costante l’ambiente nonostante le variazioni dell’ambiente esterno. Parlando di omeostasi ci riferiamo al mantenimento di un ambiente interno stabile.

I parametri più importanti di regolazione omeostatica sono:

• Concentrazione delle molecole nutrienti: le nostre cellule hanno sistemi di regolazione omeostatica per mantenere un approvvigionamento di nutrienti costante per svolgere le funzioni interne. È l’insieme dei sistemi dell’organismo che dà la stabilità dei nutrienti.
• Concentrazione di ossigeno e produzione di CO₂: Le condizioni di ossigeno circolante stabile sono legate al concetto la saturazione, e la CO₂ idem. Se i parametri si alterano ho delle difficoltà respiratorie che poi si ripercuotono sulla respirazione cellulare.
• Concentrazione stabile di prodotti di rifiuto: derivano da processi metabolici e devono essere eliminati mediante diverse vie aeree.
• Valori di pH: le reazioni per avvenire hanno bisogno di un certo valore di pH. Nel nostro organismo variazioni di pH bloccano molte reazioni enzimatiche che sono importanti per la vita della cellula. Minime variazioni di pH.
• Concentrazione di acqua, cloro, sodio e altri elettroliti
• Volume ematico e pressione arteriosa
• Temperatura: importante perché ogni reazione necessita di una certa temperatura per avvenire

Per mantenere stabili i valori di queste variabili esistono dei sistemi di regolazione. Un sistema di regolazione omeostatico è una rete di componenti che operano insieme per mantenere costante un valore all’interno di un range ottimale.

Servono tre elementi:

• Recettore: in grado di rilevare la deviazione rispetto al valore normale del parametro. Il recettore costantemente valuta la temperatura corporea e identifica le variazioni di temperatura rispetto al valore ottimale.
• Dobbiamo integrare tale informazione del recettore con un centro che elabori una risposta al cambiamento dell’ambiente.
• Ci serve un effettore, qualcosa che agisca sulla base della strategia per riportare la variabile nel suo valore normale.

I sistemi di regolazione possono essere interni (regolazioni intrinseche) agli organi oppure al di fuori dell’organo stesso. Le regolazioni estrinseche sono attuate grazie al sistema nervoso ed endocrino. Il nervoso agisce regolando tramite gli impulsi elettrici e quello endocrino produce sostanze che prendono il nome di ormoni che agiscono su cellule del corpo per mantenere un certo parametro costante.

Dividiamo i processi di regolazione in 3:

• Feedback negativo: Vediamo un esempio classico che concerne la temperatura corporea. Nella regolazione abbiamo la variazione della variabile regolata, un sensore o recettore che è ciò che avverte la variazione della variabile regolata e c’è un integratore nel quale arrivano le informazioni e sono elaborate le risposte dall’effettore che determina una reazione compensativa che riporta la variabile al valore di normalità. Quando si è alla normalità si spegne il meccanismo con un sistema di feedback negativo che va a bloccare tutto il percorso perché la variabile è tornata al valore di normalità. Il centro regolatore nel corpo umano è, per la temperatura, a livello ipotalamico.
• Feedback positivo: meno frequente, ha la funzione di amplificare la variazione della variabile. Un parametro X è sempre settato su un range di concentrazione. Nel momento in cui la concentrazione aumenta allora l’organismo amplifica questo aumento della variabile. Sono rari perché pericolosi, uno degli esempi tipici del sistema positivo è l’andamento di un ormone secreto nel parto che è l’ossitocina che induce la contrazione dell’utero. La concentrazione di ormone è bassa di norma, ma durante la fase di parto non appena si alza la concentrazione di ossitocina allora il nostro corpo aumenta tale concentrazione fino a quando viene espulso il feto, ovvero quando finisce lo stimolo tensivo sulle pareti dell’utero.
• Feedforward: sistema che determina l’attivazione di alcune secrezioni e contrazioni di organi prima ancora che si verifichi la variazione della variabile. Sono variazioni anticipatorie rispetto ad un avvenimento. Nel canale alimentare si vede spesso – quando noi pensiamo ad un cibo c’è un aumento di salivazione – chiaro meccanismo di feedforward. Ci sono dei recettori che attivano il centro regolatore della produzione della saliva che fanno iniziare il processo.

Ogni qual volta che salta un sistema omeostatico si sviluppa una malattia – una malattia è conseguenza di alterazione di un parametro regolato omeostaticamente. Ogni volta che manca il sistema di omeostasi cambia l’ambiente e può esserci morte cellulare. La fisiopatologia studia le alterazioni del funzionamento omeostatico e spiega come si generano le malattie.

Ruolo della comunicazione nervosa nel controllo di meccanismi omeostatici

Le cellule nervose e muscolari possono sviluppare un potenziale di membrana. È la differenza di potenziale elettrico generata da una separazione di cariche positive e negative tra i due versanti della membrana. Nel potenziale le cariche non sono identiche tra i due versanti della membrana. Accadendo ciò si accumulano cariche sui lati opposti. Ci sono fattori che fanno entrare o uscire le cariche, così si creano sbilanciamenti di cariche dentro e fuori alla cellula. Se il potenziale di membrana è diverso da 0 mV allora c’è polarizzazione. Cellule nervose – stato polarizzazione di -70mV a riposo.

Il neurone può depolarizzarsi – sono uscite delle cariche negative o sono entrate delle cariche positive. Le variazioni di cariche sono variazioni del movimento ionico e ciò porta alla comunicazione nervosa. I neuroni hanno una permeabilità di membrana che varia in relazione ad eventi trigger, che chiamiamo stimoli, che determinano variazione del potenziale. Per esempio la variazione di temperatura è un evento trigger che innesca un meccanismo nervoso. Gli eventi trigger sono di svariato tipo:

• Interazione con messaggero chimico
• Stimolo meccanico
• Variazione campo elettrico
• Variazione spontanea del potenziale

Movimento ionico

Gli spostamenti avvengono con canali di elettroliti che sono regolati da eventi che fanno in modo che vari il potenziale. La comunicazione nervosa avviene grazie ai neuroni che sono le cellule specializzate alla segnalazione elettrica e dunque alla produzione di potenziale di azione nella cellula e anche per secrezione di un neurotrasmettitore. Il neurone è costituito da:

• Corpo cellulare con il nucleo e gli organelli
• Dendriti: prolungamenti che partono dal corpo cellulare e che rappresentano le antenne del neurone. Sono in grado di connettersi con degli altri neuroni ed esistono fino a 400k dendriti per neurone.
• Assone: prolungamento del corpo cellulare, la lunghezza varia da mm a m. Anche gli assoni finiscono con prolungamenti per la connessione dell’assone con altri dendriti. L’assone è rivestito da una mielina. La guaina mielinica serve per migliorare la conduzione del segnale elettrico. Nella sclerosi multipla si ha un’alterazione della mielina che viene distrutta – ciò determina un’alterazione della conduzione di impulsi nervosi che si traduce in vari deficit motori e altro.

Il potenziale raggiunge le terminazioni assoniche che se si interfacciano con un altro neurone danno luogo a sinapsi oppure può determinare l’innervazione che si verifica su un muscolo o su una ghiandola. Un neurone A si collega con la terminazione dendritica che trasferisce potenziale di azione ad un neurone B. La connessione tra neuroni (sinapsi) è il trasferimento del potenziale di azione ad un altro neurone attraverso la liberazione di molecole che sono neurotrasmettitori.